基于三維仿真和分析軟件的機械原理課程改革

張雪雁　馮立艷

摘要：隨著中國制造2025不斷加快的步伐要求和專業發展的需要，機械原理課程作為機械基礎骨干課程，面向工程能力的教學改革刻不容緩。本文介紹了應用型本科院校機械原理課程的教學改革及成果，將課設與現場結合，開發了基于項目的課程設計題目，將授課內容與課程設計結合，激發了學生的實戰潛力。

關鍵詞：機械原理課程；教學改革；基于項目

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）04-0123-02

一、前言

隨著計算機技術的飛速發展和各類機械設計分析應用軟件的不斷進步，機械工程師越來越離不開各種應用軟件的輔助。而機械原理作為機械技術基礎課，面對中國制造2025的強國目標，也迎來了與時俱進的挑戰。如何將機械原理的教學與實踐相結合，建立“服務制造”的教學理念，已成為應用型本科一線教師重要的研究課題。課程組全體教師在全局規劃、分段攻克、寬嚴結合的原則指導下，對機械原理課程進行了整合和改革。

二、改革授課內容，與課程設計并軌

隨著多媒體教學手段的應用，大幅的文字板書，受學時壓縮的限制，學生無暇去記錄，漸漸失去對學習的興趣。如何調動學生的積極性，充分利用課余時間，變被動教學模式為自主學習模式，顯得尤為重要。

1.調整教學內容順序。課程組在充分調研的基礎上，根據課程設計所需，調節教學內容和授課重點，向解析法傾斜。制作生動的案例進行講授，提高學生的學習興趣。

2.改革大作業，承接課程設計。將課程設計的內容分解，融于大作業題目，解決課設的設計難點。如講解連桿機構的綜合時，給出課程設計原始設計數據，按要求對桿機構進行設計；講齒輪機構和凸輪機構時，布置機構尺寸計算、零件圖繪制、齒輪嚙合圖的繪制等任務。這一舉措，不僅解決了課設學時不足的問題，而且提升了學生的成就感。

三、課后訓練與建模、分析軟件有機結合

課后作業要求學生采用解析法編程實現。因此，學生需要課外自學或選修一種三維建模軟件和一種分析軟件，教師對其進行編程指導。結合授課內容，布置各種常見機構三維建模訓。教師負責講授機構裝配時在三維軟件中所需連接的類型和模擬適用條件，并與原理教材中的運動一一對應，為機構的運動分析和仿真奠定基礎。對有能力的學生額外增加零件靜力有限元分析的任務。

四、借助課程設計契機，轉換自主學習模式

傳統的課程設計題目為某種六桿機構的運動分析電算程序編制，而這些程序在網上可以方便的獲取，難以達到挑戰的目的。為此，以最常用的三維建模軟件Creo作為建模平臺，將機械原理課程設計與具體機械系統的設計有效結合，對機械原理課程設計進行改革。采取雙向選擇，對機械非常感興趣的學生和能夠熟練使用應用軟件的學生，自主確定適合的機械系統設計題目，并進行嘗試性設計，充分發揮主觀能動性。

課設題目多樣、更貼近實際需要，給了學生更多選擇的空間。采取小組打分的策略，激勵團隊合作意識，結合自身特點選擇不同類型和難易程度的題目。鼓勵自主學習模式，勇于承擔設計任務。要求學生充分發揮創新意識，采用機械系統創新設計方法，獨立完成系統多種設計方案的設計。如在“臥式下肢康復機器人執行機構的設計分析”中，學生自行提出的運動方案分析和報告如圖1所示。對各運動方案進行運動分析模擬，并制作成運動仿真動畫在答辯會上進行演示，作為評價課設成績的判據之一。該項改革強化了自主學習能力的訓練，培養了學生獨立解決工程問題的能力和創新能力。

五、工程案例教學，培養創新創業型人才

教師結合實際課題，進行機構簡圖與實物轉換訓練，同時布置學生進行零部件有限元分析訓練，以期達到與現場相結合、綜合提高工程素質的目的。如圖2所示專用汽車部件托圈的強度分析。學生既了解了實際工程結構，又對工程分析模型結構和受載等問題的簡化方法有了初步認知。學生以課后現場題目訓練為契機，在課程設計和畢業設計中優先選擇該類題目，既可以節省調研的時間，順利切入，又可以借助課后實訓的研究成果，深入探索，獲得高質量的畢業設計，提高解決工程問題的能力。將學生所做的課設或畢業設計整理成工程案例，說明設計的背景、現場應用等情況，掛在校園網上供學生學習和借鑒，讓更多人受益，為應用型本科院校培養創新創業型人才奠定了工程基礎。

六、結論

以機械原理課程為平臺，以Cro/E軟件為工具，以方案設計、零部件設計、裝配、運動和有限元分析為終極目標的課程教學改革與一系列探索，使學生對現場工程問題有了切身的了解，初步擁有了機械工程設計與研究能力，為應用型本科學生適應社會實際需求，盡快與社會接軌奠定了堅實的理論基礎和工程基礎。

參考文獻：

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Abstract：With the rapid step of the Made in China Plan and the development of the need of major，Mechanical theory which is the core course of mechanical base，it's urgent to be reformed facing on the engineering application ability. The paper mainly introduces the teaching reform and the achievements of mechanical theory in applied undergraduate colleges and universities. Connect curriculum design with engineering，explore some curriculum design subject driven by project，and connect curriculum design with teaching，inspire the combat potential of students.

Keywords：mechanical theory；teaching reform；project driven