高職機械設計基礎和建模軟件融合的課程改革實踐

◎ 肖蘇華 陳建環

高職的“機械設計基礎”課程包含了理論力學、材料力學以及機械零件的基礎知識。課程特點是內容繁多，枯燥乏味，學生普遍反應該課程抽象難懂。

Pro/E軟件具備單一數據庫、參數化、基于特征造型、全相關的技術特點,該軟件在國內使用率較高。企業對應用Pro/E軟件從事產品造型、工業設計、結構設計、模具設計的設計人員需求量很大，因此該軟件也成為高職類院校三維CAD/CAM/CAE軟件的首選，并成為機械/機電/模具專業的核心課程。

為了提高學生的興趣，增加學生的參與度，將三維建模軟件Pro/E融合到“機械設計基礎”課程的學習中,同時優化“機械設計基礎”課程內容，精選案例，采用教學做一體化的方法組織課程教學和實訓。

一、合理選取教學內容

“機械設計基礎”課程包含了靜力學、平面力系、空間力系、四種材料力學構件變形、平面機構、四桿、凸輪、齒輪、軸、聯結等豐富內容。針對高職學生對理論不感興趣、喜歡動手實訓操作的特點，根據“理論夠用”的原則，盡量減免理論的推理計算內容，抽取更多的課時為適合實訓的內容。如課程在講解平面四桿機構模塊，用2個學時講解平面四桿機構基礎理論，用4個學時進行Pro/E的曲柄搖桿機構實訓。通過學生的零件繪制、裝配及機構仿真和動畫制作，領會形成曲柄搖桿、雙曲柄、雙搖桿等機構的幾何條件。“機械設計基礎”課程學時分配如表1。

從表1可以看出，課程的實訓學時大大增加，達到了44.4%，學生可以通過Pro/E的實訓來實現對枯燥理論的理解和強化，極大的提高了學習興趣。

表1 學時分配

二、精心挑選案例，教學做一體化

“機械設計基礎”課程教學，精心選取適合Pro/E三維軟件建模仿真的案例，結合基礎理論進行實訓。如在力學模塊，可以采用Pro/E里的機械模塊進行非標桿件的應力應變分析，開拓學生的視野，提高實際應用能力。在平面四桿結構模塊，可以建模、裝配四個桿件，設定電機和參數，達到四桿運動的仿真。在凸輪模塊，根據推桿的運動軌跡（如圖1），在Pro/E里繪制圖形基準，結合可變截面掃描指令，繪制凸輪的外形輪廓三維圖形（如圖2）。通過借助3D建模軟件，凸輪的建模實訓，比《機械設計基礎》教材里描點法、解析法等原始的繪制凸輪方法精度、效率高的多，也符合當前實際的設計情況。學生在訓練中能充分理解到軌跡曲線的角度和凸輪外形輪廓的關系，同時也消化了遠休止角、近休止角、推程等概念。

圖1 推桿運動軌跡

圖2 凸輪Pro/E 3D建模

講授齒輪章節的時候，融合Pro/E軟件，首先講解齒輪結構設計的尺寸公式和計算方法，然后在Pro/E軟件里參數進行如圖3所示的設置。再在軟件里結合漸開線方程、陣列等進行三維建模，效果如圖4所示。學生可以在建模完成后，通過修改參數的m和z等參數，直接生成不同尺寸的齒輪，非常直觀的理解齒輪的結構計算方法。

圖3 圓柱直齒齒輪參數

圖4 齒輪3D造型

“機械設計基礎”和3D建模軟件的融合，在實訓進行時，一般采取教學做一體化的方式進行。通過 “理論引入→學生學習→教師示范→學生跟做→任務布置→學生獨立完成→教師歸納總結”的流程進行教學。

如在凸輪Pro/E建模實訓中，學時和教學設計如表2所示。

Pro/E凸輪設計項目為3個學時 （120分鐘），比起單純的理論講解3個學時，效果更佳。

三、改革效果

經過幾年持續的改革實踐，該課程的建設取得了一定的效果，學生對課程教學評價多為 “優秀”、“良好”。在就業方面，本專業學生有33%畢業生工作崗位與機械設計有直接或間接關系，崗位包括繪圖員，裝模，修模，設計助理等職位。在近幾年來的職業技能比賽中，本專業學生取得了優異成績，1名學生獲得2009年廣東省挑戰杯三等獎獎，6名學生參加2009年全國數控技能比賽廣東選拔賽之產品造型及快速原型比賽，其中兩名學生獲得模具設計單項三等獎，1名學生參加2008年全國“發明杯”比賽，采用軟件設計的作品“旋轉機械臂”獲得金獎。

表2 教學設計

“機械設計基礎”課程歷來是機械專業難學、難教的一門課程。實踐證明，通過融合Pro/E軟件，精心挑選案例，進行教學做一體化的教學設計，能極大提高學生學習“機械設計基礎”和Pro/E課程的興趣，促進對基礎理論和知識點的消化吸收。同時也鞏固了Pro/E軟件的使用技能，推動了學生的創新思維能力，取得了良好的效果。

[1]肖蘇華，李俊送，陳建環.高職機械類專業Pro_ENGINEER軟件課程教學改革探索和實踐[J].廣州城市職業學院學報，2010，(4).