機械設計基礎課程設計教學探索

摘要：機械設計基礎課程設計是重要的實踐性教學環節，通過課程設計，使學生綜合運用所學的機械設計的理論知識和方法，掌握設計的一般規律，培養解決機械工程中實際問題的能力。鑒于目前課程設計中普遍存在學生對設計任務重視不夠、缺乏團隊意識以及計算和畫圖能力不足等問題，有必要從課程設計的選題、過程跟蹤、考核以及課程的教學方面加以改革，提出了理論授課與課程設計相結合、設計題目的多樣化、引入創新方法和計算機技術以及考核方法的改進等建議，從而調動學生的積極性，提高課程設計的質量。

關鍵詞：機械設計基礎 課程設計 創新 改革

中圖分類號：G420 文獻標識碼：A 文章編號1672-3791（2015）07（c）-0000-00

Exploration of teaching method on mechanical design basic practicum

HUANG Yongyu， LI Jiyuan

（School of mechanical engineering， Qinghai University， Xining 810016， China）

Abstract： Practicum of mechanical design basic is an important practical teaching link， through the practicum， it can enable students to use the theory and method of mechanical design more fully， to grasp the general rules， cultivate the ability to solve practical problems in mechanical engineering. There are some problems in practicum such as lacking awareness of the team， having no enough attention to the task， shortage of calculation and drawing power. In view of the problems in practicum， it’s necessary to carry out the reform from design topic， process tracking， assessment and curriculum teaching. Then the suggestions about synergy between teaching and practicum， topic diversification， innovation method， application of computer technology， improving evaluation method and so on were be recommended， in order to mobilize the enthusiasm of the students， improve the quality of practicum.

Key words： mechanical design basic ； practicum ；innovation； reform

機械設計基礎課程是高等院校機械類、近機類專業必修的專業基礎課程，通常機械類專業開設一學年，近機類專業開設一學期。課程是以研究常用機構與各種機械傳動裝置及通用機器的零部件結構和工作原理、特點及其設計計算方法為主要內容的技術基礎課程。學習該課程之前必須先修工程制圖、互換性與技術測量、金屬工藝學和工程力學等課程。通常在修完課程之后要進行2～3周的課程設計。通過課程設計，使學生綜合運用所學的機械設計的理論知識和方法，掌握設

計的一般規律，培養解決機械工程中實際問題的能力；學會從機器的功能要求出發，合理選擇系統或零件的類型，制定設計方案，正確計算零件的工作能力，確定其尺寸、形狀、結構、材料，并考慮制造工藝、使用、維護、經濟、安全等問題，訓練設計能力。同時，通過查閱、分析、計算、繪圖等過程，學習正確運用標準、規范、手冊、圖冊等技術資料，訓練設計的基本技能[1]。因此課程設計環節對于培養學生的工程素養和創新能力是一個很好的鍛煉機會，并且對后續專業課程的學習以及畢業設計乃至今后的工作都有及其重要的意義。

1 機械設計基礎課程設計現狀及存在的問題

機械設計基礎課程傳統的課程設計題目一般都是齒輪減速器，要求學生完成傳動裝置的總體設計方案、電動機的選型、計算傳動裝置的運動和動力參數、傳動零件、軸的設計計算以及軸承、聯接件、潤滑密封和聯軸器的選擇及校驗計算；同時要進行機體結構及其附件的設計，繪制裝配圖及零件工作圖并編寫計算說明書[2]。通過多年的教學，筆者發現在進行課程設計時存在下面一些問題：

（1）學生對課程設計的重要性認識不夠，對相關知識的了解欠缺，部分學生態度不端正，應付差事，對參考資料不加仔細分析，盲目模仿甚至照抄。尤其是在繪制裝配圖時在結構上完全模仿課程設計參考書中的圖例，并未考慮自己的設計任務書中的要求，創新當然更是無從談起；

（2）在進行軸的強度計算時將簡化的力學模型圖畫錯，或未進行正確的受力分析，導致扭矩圖、彎矩圖錯誤，從而直接影響到后續危險截面的確定、結構設計以及計算結果的準確性；

（3）畫圖應當是和計算交叉進行的，根據草圖建立力學模型，經計算后要進行必要的修改，反復校驗，不斷完善。而部分學生卻將畫圖和計算孤立起來，甚至出現計算出的尺寸和圖紙中的尺寸是兩個結果的現象，失去了工程計算的意義，導致設計結果流于形式；

（4）對圖樣的表達方法以及工程制圖中的相關標注理解不夠，如在進行表面粗糙度、尺寸公差和形位公差等的標注時不針對自己的設計任務的工況要求，完全照抄樣圖中的標注，并非查閱設計手冊之后確定的。在軸的結構設計時往往出現零件的裝拆、定位等結構方面的問題。這就說明表明學生普遍缺乏對工程實際問題的認識深度，在運用設計資料手冊和標準的查閱方面的能力較為欠缺，尚未樹立技術法規意識。

（5）學生缺乏團隊意識。小組成員之間不積極進行交流和探討，沒有發揮學生的協作能力，更談不上團隊合作精神，甚至有個別小組的課程設計成了組長及部分組員的任務，其他人并未真正融入進去，照抄組員的設計結果，坐享其成。

因此，針對上述存在的問題，有必要對課程設計的選題、過程跟蹤、考核以及課程的教學方面加以改革，從而保證課程設計的質量。

2 課程設計教學改革的建議

2.1 理論授課與課程設計相結合

鑒于課程設計與理論授課的脫節問題，可以在機械設計基礎課程開始之初就將后續的課程設計任務給學生布置，這樣可以使學生對設計任務和課堂教學內容產生足夠的關注，并且實現了設計與教學的同步。讓學生帶著任務聽課，不僅有利于學生對課堂內容的理解，而且有利于理論聯系實踐的能力的培養[3]。并且在教學過程中充分發揮多媒體教學的優點，多采用一些工程實例和動畫、視頻等，使學生對課程產生濃厚的學習興趣和強烈的求知欲望，從而增強了學習效果，為后續進行機構的設計和計算奠定良好的理論基礎。學生在課余時間可以和教師就課程設計的相關問題進行交流和溝通，使其能夠對所學知識的融會貫通，有助于培養學生發現問題和解決問題的能力。這樣，課程設計中的相當一部分問題已經在課程學習的過程中得到了解決，在后續的設計中就節省出了大量時間，克服了課程設計時間緊和任務量大的矛盾。利用這些節省的時間，學生可以在方案的優化和創新等方面多做工作，使設計結果更加經濟合理。也保證了教師有足夠的時間和精力與學生進行探討交流，解答疑難問題。同時在結構設計和圖紙繪制階段可以有較多的時間對學生進行指導，有助于減少結構錯誤的出現，圖面質量也可得以大幅度提高。

2.2 設計題目多樣化

目前課程采用的設計題目大多是齒輪減速器，基本上能夠符合對該教學環節的要求，使學生得到一定的設計訓練。然而，設計題目并未考慮到各專業的特點，實際上，不同的專業學生接觸到的工程設備不同，各行業對于機械設備的使用也各有偏重[4]。因此在課程設計選題方面不再拘泥于減速器，提倡設計題目的多樣化、實用性、趣味性和挑戰性。無論學習還是工作，興趣是第一性的，而挑戰又是良好的催化劑。如果選題充分結合所學專業，更加貼近實際和注重應用，勢必將有效地調動學習的積極性和主動性。如對機械設計制造及其自動化專業的學生可選用各類機床的傳動裝置、卷揚機、捆鈔機等進行設計。此外，題目的趣味性和實用性對調動學生的積極性的作用也是非常顯著的。如食品機械、包裝機械、收獲機械等，這些都非常貼近日常生活，如果選用這些機械進行設計，必將有助于激發學生的學習興趣和設計欲望，而且這些機械的設計內容通常也都包含了齒輪傳動、撓性傳動以及軸系零件和箱體類零件的設計。如此既保證了對先修課程知識的綜合應用，也發揮了學生的主觀能動性，變要我設計為我要設計，從而使課程設計的質量能夠得到進一步提高。

2.3 引入創新方法

眾所周知，創新是人類文明發展中的永恒主題，任何現代技術系統都是經過許多發明之后才確立的。創新方法決定了創新效率，傳統的設計方法通常表現為“少慢差費”，要實現“多快好省”，則離不開創新。筆者所在學校將《創新思維與方法》作為專業課程納入了機械工程學院專業培養方案進行常態化普及推廣，通過創新方法的普及，解決了省內相關企業的很多技術難題，申報并獲批了多項專利，大大激發了大學生和工程技術人員的創新興趣，提高了創新思維能力和解決實際工程問題的能力。此外，機械工程學院部分畢業設計也結合了發明問題理論，取得了良好的效果。通過創新方法的基本知識的介紹以及實例分析，有助于引導學生打破思維慣性，跳出固有的思維模式和圈子，以全新的思維和視角來看待、分析和解決問題。大學生的課程設計與畢業設計是專業知識與理論的綜合訓練，是應用創新理論培養學生創新能力的重要載體。因此具體地對課程設計而言，可以靈活地指定題目，最好能結合工程實際案例，以激發學生的學習興趣，進而得到最佳的設計方案。

2.4 應用計算機技術

近年來，CAD技術已經廣泛應用于機械、建筑等需要設計和繪圖的領域。應用CAD軟件進行產品的設計已是相關專業大學生必備的技術了。AutoCAD是功能強大的交互式繪圖軟件，是目前應用最廣泛的工程繪圖軟件。功能強大的大型參數化CAD軟件有pro/Engineer、CATIA、UG、Solidworks等。這些軟件以其先進的參數化設計理念和基于特征的實體造型而深受廣大工程設計人員的歡迎。其操作簡潔清晰，符合工程技術人員的設計思想與習慣，操作方便。具有零件造型、裝配、生成二維工程圖及仿真分析等功能，成為了三維機械設計領域中廣泛使用的軟件。在進行課程教學當中，可以讓學生學習和熟悉其中的一個軟件，為后面利用軟件進行產品設計做準備，這對激發學生的學習興趣和培養其設計能力以及提高設計效果是一個很好的嘗試。采用這些CAD軟件設計將無論在設計質量還是速度上大大優于傳統的設計方法。通過三維CAD軟件的應用，在繪圖過程中會對設計對象的結構有更加深入的了解，還可發現更多的問題，從而提出改進措施，確定更加優化的方案，同時也避免了圖紙上常見的錯誤。并且學生對這種設計手段更樂于接受，因此可以很好地調動學習的積極性。

此外，對減速器而言，除箱體之外，其它零件的計算均有成熟的公式，可以在已知它們的數學模型的基礎上進行設計計算，因而變手工計算為計算機輔助計算是完全可行的。在進行傳動件的計算時可以采用優化設計的理念，即以體積最小等作為目標函數進行零件的優化設計，確定最佳參數。經過計算確定齒輪的各個參數，再完成軸的設計計算及軸承的計算和選型等。

2.5 完善考核體系，改進考核方法

課程設計的考核是一項比較困難的工作，制定科學和統一的考核標準對學生的學習積極性的提高有著重要的作用。目前，多數高校的機械設計基礎課程設計考核時要求學生提交減速器的裝配圖、軸和齒輪的零件圖以及課程設計說明書，之后對這些文檔進行評閱打分，再結合學生的答辯成績給予綜合評定。但實際設計過程中由于時間有限，教師不能對設計進行全程監控和指導，其中也不乏依賴別人，坐享其成者，導致評定的成績缺乏公平和公正，這在一定程度上打擊了學生的積極性。因此，應當制定一套相對公平、客觀的考核體系，探索建立教學質量的長效評價和監管體系。指導教師可隨時到現場進行提問和指導，盡力營造讓學生發揮主觀能動性和創造性的學習環境，激發學生的想象力和創新精神，對每個問題都應進行仔細分析和比較，并提出自己的見解，反對盲從，杜絕照搬照抄，從源頭上摒棄依賴組員的思想，使學生發揚合作精神，樹立團隊意識。在設計過程中要求學生必須做到：（1）正確利用現有設計資料，勤于思考，敢于創新；（2）正確使用標準和規范；（3）設計是邊計算、邊畫圖、邊修改的交叉過程，要養成有錯必改，精益求精的科學態度；（4）按照預定的計劃完成設計任務。

3 結語

機械設計基礎課程設計是課程的一個重要的實踐性教學環節，也是學生第一次較為全面的設計活動。對設計過程中各個環節的訓練，旨在使學生全面了解機械設計的流程，掌握和熟練應用課程的知識。通過課程設計的實施，使學生能夠利用已有的設計資料，認真分析現有方案的特點，吸取合理部分，開拓設計思路，以充實和完善自己的設計方案。針對課程設計中存在的一些問題，可以采取相應的措施，如選題的多樣化、創新理論的應用以及計算機技術的應用等，以提高學生的學習積極性，培養的創新意識和能力，教育學生樹立團隊意識。同時改進考核方法，建立科學、公正的考核體系，這樣必定能夠調動學生的學習熱情，激發設計的欲望，提高課程設計的質量，也有助于培養具有創新精神的高素質的人才，切實增強學生解決工程問題的能力。

參考文獻

[1]龔溎義.機械設計課程設計指導書（第三版）[M]. 北京： 高等教育出版社，2002.

[2]陸玉.機械設計課程設計[M]. 北京： 機械工業出版社，2006.

[3]郝秀紅，邱雪松，王瓊，等. 機械設計課程設計教學改革初探[J]. 教學研究，2011，34 （3）：51-54.

[4]吳茵，龍春光，華熳煜. 機械設計課程設計的改革探索[J]. 長沙大學學報，2006，20 （2）：98-99.