機械類專業(yè)基礎(chǔ)課一體化和連貫性課程設(shè)計改革

[摘 要]機械類專業(yè)基礎(chǔ)課的課程設(shè)計是學生在學習專業(yè)基礎(chǔ)課后的一個重要的實踐環(huán)節(jié)，對于鞏固所學知識、培養(yǎng)學生的工程觀點、系統(tǒng)觀點和解決實際工程問題的能力具有非常重要的作用。現(xiàn)行機械專業(yè)基礎(chǔ)課的課程設(shè)計存在相互獨立的弊端。機械專業(yè)基礎(chǔ)系列課程應(yīng)進行一體化、連貫性、遞進式的課程設(shè)計。以注塑機為選題實例，闡述了機械專業(yè)基礎(chǔ)系列課程的課程設(shè)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(yè)學生知識的融會貫通、培養(yǎng)其工程觀、系統(tǒng)觀和創(chuàng)新能力產(chǎn)生重要作用。

[關(guān)鍵詞]機械類;課程設(shè)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(xiàn)行機械類專業(yè)課程設(shè)計的主要弊端

機械類專業(yè)是一門理論性和實踐性都很強的學科，其基礎(chǔ)課程主要包括機械制圖、機械原理、機械設(shè)計、機械制造工藝學、液壓傳動等。機械類專業(yè)基礎(chǔ)課的課程設(shè)計是學生在學習專業(yè)基礎(chǔ)課后的一個重要的實踐環(huán)節(jié)，對于鞏固所學知識、培養(yǎng)學生的工程觀、系統(tǒng)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(yè)基礎(chǔ)課程的課程設(shè)計基本都是相互獨立的，很多教師也對各課程設(shè)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(shè)計課程設(shè)計一體化進行過改革探索。[4]雖然這些相互獨立的課程設(shè)計任務(wù)在培養(yǎng)學生能力方面起到了重要的作用，但是現(xiàn)在機械基礎(chǔ)系列課程的課程設(shè)計任務(wù)的關(guān)聯(lián)性很弱，沒有將各課程知識點進行有效整合。造成此現(xiàn)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(shè)計自然也由不同的教師指導完成，加上缺乏頂層設(shè)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(shè)計各自為政，缺乏一體性和連續(xù)性的情況。因此，有必要將現(xiàn)有機械設(shè)計基礎(chǔ)系列課程（多課）的課程設(shè)計進行整合，進而建立遞進式、一體化、貫通性的課程設(shè)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(shè)計的原則和目標

（一）頂層設(shè)計，統(tǒng)籌規(guī)劃

由于涉及機械設(shè)計基礎(chǔ)系列課程，要建立關(guān)聯(lián)度較強的課程設(shè)計，就必須從全局出發(fā)，綜合考慮各課程之間的內(nèi)在聯(lián)系，整合現(xiàn)有課程資源，從課程教材、實踐環(huán)節(jié)、人員安排、設(shè)計選題、設(shè)計內(nèi)容、實施時間等多方面進行頂層設(shè)計和統(tǒng)籌規(guī)劃。

在此過程中，應(yīng)注重基礎(chǔ)性、多樣性和創(chuàng)新性。注重基礎(chǔ)性，即注重基礎(chǔ)知識、基本能力的訓練，為學生奠定堅實的基礎(chǔ);注重多樣性，即立足學校傳統(tǒng)學科優(yōu)勢和特色，給定選題和自主選題相結(jié)合，為學生多樣化發(fā)展需求提供多樣化課程設(shè)計選題、內(nèi)容和考核;注重創(chuàng)新性，即加強研究性環(huán)節(jié)，充分發(fā)揮學生的主動和積極性，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識和實踐能力。

（二）聯(lián)系實際，科學選題

為整合機械設(shè)計基礎(chǔ)系列課程的課程設(shè)計，科學選題是非常重要的。首先要聯(lián)系學校本學科的特點、優(yōu)勢及行業(yè)背景等因素，進行廣泛討論和調(diào)研，強調(diào)選題的前后貫通，實現(xiàn)每門課程特定能力的培養(yǎng)。

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

（三）分工協(xié)作，融會貫通

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

應(yīng)根據(jù)學校的行業(yè)背景和專業(yè)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(chǔ)系列課程設(shè)計中進行任務(wù)分解，從而分工協(xié)作。

在多課程中進行遞進式、一體化、連貫性的課程設(shè)計，必將促進各課程的知識融合，從而達到培養(yǎng)學生基礎(chǔ)知識掌握能力、科學計算能力、工程實踐能力、軟件應(yīng)用能力、創(chuàng)新設(shè)計能力、溝通協(xié)調(diào)能力的目的。

三、課程設(shè)計一體化的實施方法

（一）選題對象與設(shè)計內(nèi)容的分解

一體化課程設(shè)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(shè)計的實施方法，各學校可以根據(jù)自己的學科背景和傳統(tǒng)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(shè)備，通常由注射系統(tǒng)、合模系統(tǒng)、液壓傳動系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)、安全監(jiān)測系統(tǒng)等組成。[5]它是一個典型的機-電-液-控設(shè)備，所以用它作為機械專業(yè)特別是輕工機械專業(yè)的多課一體化課程設(shè)計是很好的選題對象。

1.注射系統(tǒng)及課程設(shè)計選題。注射系統(tǒng)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(qū)動裝置（熔膠馬達）。根據(jù)注射系統(tǒng)的特點，可以主要作為機械制圖與CAD、機械設(shè)計、機械制造工藝學等課程的課程設(shè)計的選題對象。

2.合模系統(tǒng)及課程設(shè)計選題。合模系統(tǒng)的作用是保證模具閉合、開啟及頂出制品。合模系統(tǒng)主要由合模裝置、機絞、調(diào)模機構(gòu)、頂出機構(gòu)、前后固定模板、移動模板、合模油缸和安全保護機構(gòu)組成。合模系統(tǒng)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(shè)計的選題對象。

3.液壓傳動系統(tǒng)及課程設(shè)計選題。液壓傳動系統(tǒng)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(tǒng)可以作為液壓傳動課程設(shè)計的選題對象。

4.控制系統(tǒng)及課程設(shè)計選題。控制系統(tǒng)與液壓系統(tǒng)合理配合，可實現(xiàn)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(tǒng)可以作為控制原理、PLC等課程的課程設(shè)計的選題對象。

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

（二）基礎(chǔ)系統(tǒng)課程的課程設(shè)計內(nèi)容

1.機械制圖與CAD課程設(shè)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(yīng)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(xiàn)在典型注塑機的注射系統(tǒng)或是合模系統(tǒng)的機械結(jié)構(gòu)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(shè)計。機械原理課程設(shè)計的主要內(nèi)容安排如下：針對注塑機的合模系統(tǒng)，制定機構(gòu)運動循環(huán)圖，構(gòu)建合模功能的機構(gòu)運動原理，綜合出符合工藝要求的合模機構(gòu)方案;對方案中的機構(gòu)進行理論上的運動分析、動力分析，并與現(xiàn)有典型合模系統(tǒng)進行比較;針對設(shè)計方案，借助工程軟件建立機構(gòu)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(gòu)的多目標性能優(yōu)化研究作為研究性和選修性內(nèi)容。

3.機械設(shè)計課程設(shè)計。機械設(shè)計課程設(shè)計的任務(wù)是在上述基礎(chǔ)上完成機械系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計、機械傳動裝置和機械零件的設(shè)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(guān)資料的能力。

針對機械原理課程設(shè)計綜合出來的合模機構(gòu)，進行詳細的合模系統(tǒng)及其典型機械零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計，確定其尺寸、形狀、結(jié)構(gòu)及材料，并考慮制造工藝、維護、經(jīng)濟和安全等因素;對典型零件進行必要的強度校核;對其調(diào)模功能采用帶傳動和齒輪傳動設(shè)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(gòu)件的有限元分析及結(jié)構(gòu)優(yōu)化作為研究性和選修性內(nèi)容。

4.機械制造工藝學課程設(shè)計。機械制造工藝課程設(shè)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(jù)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(yǎng)學生應(yīng)用工藝、工裝基本理論和實際知識。

在上述課程設(shè)計的基礎(chǔ)上，針對注射系統(tǒng)和合模系統(tǒng)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(shè)計典型零件的制造夾具。

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

6.機械創(chuàng)新設(shè)計大作業(yè)。以注塑機為對象，完成上述課程設(shè)計以后，能為創(chuàng)新設(shè)計奠定良好的基礎(chǔ)。針對合模機構(gòu)、注射裝置等均進行創(chuàng)新設(shè)計，提出新的機構(gòu)方案或是結(jié)構(gòu)形式，進行對比評價，以此培養(yǎng)學生的創(chuàng)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(chǔ)、機械工程測試技術(shù)和可編程控制器課程進行理論學習和實踐。

上述系統(tǒng)課程的課程設(shè)計內(nèi)容見表1。

四、結(jié)束語

現(xiàn)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(nèi)容沒有直接的相關(guān)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(nèi)融會貫通。為此，應(yīng)根據(jù)學校的行業(yè)背景和專業(yè)特色等構(gòu)建綜合的、機-電-液-控一體化的教學對象，然后在機械基礎(chǔ)系列課程設(shè)計中進行任務(wù)分解，進行多課程遞進式、一體化、連貫性的課程設(shè)計改革。這種改革，可以快速促進學生對機械基礎(chǔ)各課程知識的融會與鞏固，對于培養(yǎng)學生的工程觀、整體觀和創(chuàng)新能力是非常有用的。

[ 參 考 文 獻 ]

[1] 銀光球，張寧，劉斌彬.機構(gòu)設(shè)計樹在機械原理課程設(shè)計中的運用[J].安徽工業(yè)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(shè)計課程設(shè)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(shè)計與機械原理課程設(shè)計一體化改革的探索與思考[C].全國機械設(shè)計教學研討會議論文集，2004.

[5] 王興天.注塑技術(shù)與注塑機[M].北京：化學工業(yè)出版社，2005.

[責任編輯：陳 明]