機械類專業基礎課一體化和連貫性課程設計改革

湯勃+蔣國璋+侯宇+鄒光明+王興東+李公法

[摘 要]機械類專業基礎課的課程設計是學生在學習專業基礎課后的一個重要的實踐環節，對于鞏固所學知識、培養學生的工程觀點、系統觀點和解決實際工程問題的能力具有非常重要的作用。現行機械專業基礎課的課程設計存在相互獨立的弊端。機械專業基礎系列課程應進行一體化、連貫性、遞進式的課程設計。以注塑機為選題實例，闡述了機械專業基礎系列課程的課程設計一體化、連貫性、遞進式的實施方法。這種改革，必將對機械專業學生知識的融會貫通、培養其工程觀、系統觀和創新能力產生重要作用。

[關鍵詞]機械類；課程設計；一體化；連貫性

[中圖分類號] G642.3 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437（2016）04-0130-03

一、現行機械類專業課程設計的主要弊端

機械類專業是一門理論性和實踐性都很強的學科，其基礎課程主要包括機械制圖、機械原理、機械設計、機械制造工藝學、液壓傳動等。機械類專業基礎課的課程設計是學生在學習專業基礎課后的一個重要的實踐環節，對于鞏固所學知識、培養學生的工程觀、系統觀和解決實際工程問題的能力具有非常重要的作用。

目前各高校機械類業基礎課程的課程設計基本都是相互獨立的，很多教師也對各課程設計進行了很好的指導和改革[1] [2] [3]，有的也僅就機械原理和機械設計課程設計一體化進行過改革探索。[4]雖然這些相互獨立的課程設計任務在培養學生能力方面起到了重要的作用，但是現在機械基礎系列課程的課程設計任務的關聯性很弱，沒有將各課程知識點進行有效整合。造成此現象的重要原因是各課程是由不同的教師主講的，各課程的課程設計自然也由不同的教師指導完成，加上缺乏頂層設計，教師之間的溝通沒有在有效的框架下進行，所以造成了各課程的課程設計各自為政，缺乏一體性和連續性的情況。因此，有必要將現有機械設計基礎系列課程（多課）的課程設計進行整合，進而建立遞進式、一體化、貫通性的課程設計，尤其是對機械這種實踐性很強的學科，更是如此。

二、建立遞進式、一體化課程設計的原則和目標

（一）頂層設計，統籌規劃

由于涉及機械設計基礎系列課程，要建立關聯度較強的課程設計，就必須從全局出發，綜合考慮各課程之間的內在聯系，整合現有課程資源，從課程教材、實踐環節、人員安排、設計選題、設計內容、實施時間等多方面進行頂層設計和統籌規劃。

在此過程中，應注重基礎性、多樣性和創新性。注重基礎性，即注重基礎知識、基本能力的訓練，為學生奠定堅實的基礎；注重多樣性，即立足學校傳統學科優勢和特色，給定選題和自主選題相結合，為學生多樣化發展需求提供多樣化課程設計選題、內容和考核；注重創新性，即加強研究性環節，充分發揮學生的主動和積極性，培養學生的創新意識和實踐能力。

（二）聯系實際，科學選題

為整合機械設計基礎系列課程的課程設計，科學選題是非常重要的。首先要聯系學校本學科的特點、優勢及行業背景等因素，進行廣泛討論和調研，強調選題的前后貫通，實現每門課程特定能力的培養。

作為系列課程的課程設計的選題應是給定選題和自主選題相結合，給定選題應是必修的內容。給定選題對象應相對固定，且貫穿于整個系列課程設計始終，這樣，就能讓學生對整個知識結構的前后關系一目了然，也便于建立學生的工程觀和系統觀。同時，給定選題對象應是機-電-液-控一體化的設備，這樣，就能使機械制圖、機械原理、機械設計、機械制造工藝學、液壓傳動、控制原理等系列基礎課程均有合適的內容可供設計。

（三）分工協作，融會貫通

針對給定選題對象，在統一規劃的框架下，將設計任務進行分解，以特定的設計任務為目標，分階段完成各課程的設計任務，促進各科目的知識融合。

應根據學校的行業背景和專業特色等選定綜合的、機電液控一體化的對象，然后在機械基礎系列課程設計中進行任務分解，從而分工協作。

在多課程中進行遞進式、一體化、連貫性的課程設計，必將促進各課程的知識融合，從而達到培養學生基礎知識掌握能力、科學計算能力、工程實踐能力、軟件應用能力、創新設計能力、溝通協調能力的目的。

三、課程設計一體化的實施方法

（一）選題對象與設計內容的分解

一體化課程設計的選題對象是非常重要的。本文以注塑機為選題對象探討多課一體化、連貫課程設計的實施方法，各學校可以根據自己的學科背景和傳統特色確定選題對象。

注塑機是塑料或熱固性塑料利用塑料成型模具制成各種形狀的塑料制品的主要成型設備，通常由注射系統、合模系統、液壓傳動系統、電氣控制系統、安全監測系統等組成。[5]它是一個典型的機-電-液-控設備，所以用它作為機械專業特別是輕工機械專業的多課一體化課程設計是很好的選題對象。

1.注射系統及課程設計選題。注射系統由塑化裝置和動力傳遞裝置等組成，其中，螺桿式注塑機塑化裝置主要由加料裝置、料筒、螺桿、過膠組件、射嘴組成，動力傳遞裝置包括注射油缸、注射座移動油缸以及螺桿驅動裝置（熔膠馬達）。根據注射系統的特點，可以主要作為機械制圖與CAD、機械設計、機械制造工藝學等課程的課程設計的選題對象。

2.合模系統及課程設計選題。合模系統的作用是保證模具閉合、開啟及頂出制品。合模系統主要由合模裝置、機絞、調模機構、頂出機構、前后固定模板、移動模板、合模油缸和安全保護機構組成。合模系統可以作為機械制圖與CAD、機械原理、機械制造工藝學等課程的課程設計的選題對象。

3.液壓傳動系統及課程設計選題。液壓傳動系統的作用是為注塑機按工藝過程所要求的各種動作提供動力，并滿足注塑機各部分所需壓力、速度、溫度等的要求。它主要由各自種液壓元件和液壓輔助元件所組成，其中油泵和電機是注塑機的動力來源，其液壓系統可以作為液壓傳動課程設計的選題對象。

4.控制系統及課程設計選題。控制系統與液壓系統合理配合，可實現注射機的工藝過程要求（壓力、溫度、速度、時間）和各種程序動作，其主要由電器、電子元件、儀表、加熱器、傳感器等組成。控制系統可以作為控制原理、PLC等課程的課程設計的選題對象。

作為機械基礎多課一體化、連貫課程設計的對象——注塑機，其組成部分與多課課程設計內容框圖如圖1所示。

（二）基礎系統課程的課程設計內容

1.機械制圖與CAD課程設計（測繪）。其目的是使學生熟練運用、掌握一種計算機輔助繪圖軟件的應用，鞏固學生的識圖能力、繪圖能力和空間形體的想象能力。為此，將現在典型注塑機的注射系統或是合模系統的機械結構進行測繪，運用CAD軟件進行二維繪圖、三維建模。

2.機械原理課程設計。機械原理課程設計的主要內容安排如下：針對注塑機的合模系統，制定機構運動循環圖，構建合模功能的機構運動原理，綜合出符合工藝要求的合模機構方案;對方案中的機構進行理論上的運動分析、動力分析，并與現有典型合模系統進行比較;針對設計方案，借助工程軟件建立機構的三維模型，進行方案驗證;運用ADAMS軟件進行運動仿真，并與理論計算進行對比。另外，可以將合模機構的多目標性能優化研究作為研究性和選修性內容。

3.機械設計課程設計。機械設計課程設計的任務是在上述基礎上完成機械系統結構設計、機械傳動裝置和機械零件的設計，并進行必要的強度校核，繪出裝配圖和零件圖，以使學生掌握通用機械零件的知識，具備查閱、運用有關資料的能力。

針對機械原理課程設計綜合出來的合模機構，進行詳細的合模系統及其典型機械零件的結構設計，確定其尺寸、形狀、結構及材料，并考慮制造工藝、維護、經濟和安全等因素;對典型零件進行必要的強度校核;對其調模功能采用帶傳動和齒輪傳動設計進行比較;借助CAD軟件進行二維工程圖的表達及三維實體建模。另外，可以將注塑機合模裝置主要構件的有限元分析及結構優化作為研究性和選修性內容。

4.機械制造工藝學課程設計。機械制造工藝課程設計要求運用所學的機械制造工藝知識，進行機械零件制造工藝的制定，訓練學生根據實際加工條件，正確編制機械零件加工工藝的能力;同時培養學生應用工藝、工裝基本理論和實際知識。

在上述課程設計的基礎上，針對注射系統和合模系統完成注塑機的裝配方案，制定典型零件的加工手段和加工工藝;設計典型零件的制造夾具。

5.液壓傳動課程設計。注塑機的合模、注射過程是借助液壓系統來完成的，這就為以注塑機為對象進行液壓傳動課程設計提供了良好的一體化選題對象。液壓傳動課程設計的任務是針對工作參數和負載進行注塑機液壓系統的原理設計，繪制注塑機合模系統、注射系統、調模系統等裝配圖，進行液壓系統的設計計算和元件選擇。

6.機械創新設計大作業。以注塑機為對象，完成上述課程設計以后，能為創新設計奠定良好的基礎。針對合模機構、注射裝置等均進行創新設計，提出新的機構方案或是結構形式，進行對比評價，以此培養學生的創新能力。

除此之外，以注塑機為對象，還可以對機械工程控制基礎、機械工程測試技術和可編程控制器課程進行理論學習和實踐。

上述系統課程的課程設計內容見表1。

四、結束語

現行的各課程考試基本上是相互獨立、各自為政的，即考試選題和內容沒有直接的相關性，這樣就會造成學生學習的各門課程的知識難以在短期內融會貫通。為此，應根據學校的行業背景和專業特色等構建綜合的、機-電-液-控一體化的教學對象，然后在機械基礎系列課程設計中進行任務分解，進行多課程遞進式、一體化、連貫性的課程設計改革。這種改革，可以快速促進學生對機械基礎各課程知識的融會與鞏固，對于培養學生的工程觀、整體觀和創新能力是非常有用的。

[ 參 考 文 獻 ]

[1] 銀光球，張寧，劉斌彬.機構設計樹在機械原理課程設計中的運用[J].安徽工業大學學報（社會科學版），2012（2）：119-121.

[2] 齊繼陽.“機械制造工藝學”教學模式的探索[J].中國大學教學，2012（2）：42-44.

[3] 夏會芳，蘇秀芝.機械設計課程設計指導方法研究與實踐[J]教育教學論壇.2015（7）：171-173.

[4] 陳樹昌，陳偉，沈兆光.機械設計與機械原理課程設計一體化改革的探索與思考[C].全國機械設計教學研討會議論文集，2004.

[5] 王興天.注塑技術與注塑機[M].北京：化學工業出版社，2005.

[責任編輯：陳 明]