基于課程中心網絡平臺的機械設計基礎（B）課程教學改革

楊毅青 謝日成北京航空航天大學機械工程及自動化學院 北京 100191

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基于課程中心網絡平臺的機械設計基礎（B）課程教學改革

楊毅青 謝日成
北京航空航天大學機械工程及自動化學院 北京 100191

摘 要：以北京航空航天大學發布的“長城行動計劃”為指導思想，針對近機類學生基礎薄弱以及學習資源缺乏的現狀，結合學校科研特色，建立包含教學課件、習題庫、Flash動畫等模塊的課程中心網絡平臺，開展機械設計基礎（B）課程教學改革研究。

關鍵詞：機械設計基礎（B）；網絡；課程中心

北京航空航天大學機械設計基礎（B）課程作為本科階段一門涉及較多院系的專業基礎課程，旨在培養學生掌握科學思維方法，增強工程素質、創新意識和理論聯系實際的工作作風，提高圖示表達能力、機械設計能力以及創新能力［1］。開展機械設計基礎（B）課程教學方法的研究，對于培養學生的工程意識、工程實踐能力和應用能力，響應北京航空航天大學“長城行動計劃”中的“全面提高教學質量和培養拔尖創新人才”的宗旨，都具有十分重要的意義。

針對近機類學生在該課程學習中所反映出的基礎薄弱以及學習資源缺乏的現狀，結合學校課程中心網絡平臺建設的契機，在分類整理重要疑難點的基礎上，設計并制作可人機交互的習題庫，以供學生自主學習及課堂知識鞏固；針對機械設計基礎課程知識點繁多、內容枯燥的特點，結合學校科研特色，通過豐富動畫以及實例演示，促進學生對核心知識要點的快速及牢固掌握；結合學校課程中心網站建設，將基本知識要點、多媒體課件、習題庫上傳，打造近機類學生課后學習平臺。

1　教學要求

北京航空航天大學機械設計基礎 （B）是近機類專業的一門專業技術基礎課，它與工程實際緊密結合，實踐性強。通過該課程的學習，學生能夠了解和掌握常用機構和一般參數下工作機械零件的工作原理、特點、選用及其設計和計算方法，培養設計簡單機械裝置的機械設計能力，同時樹立正確的設計觀念，初步了解相關學科發展現狀和有關工業技術政策，學會運用手冊、標準、規范等資料，增強學生工程意識及創新思維［2-4］。

2　教學現狀

機械設計基礎 （B）課程的授課對象為工科近機類學生，與機械專業類學生相比，在對課程中所涉及的機械部件的理解和領會等方面均存在一定差距，因此采用傳統教學方法對該類學生掌握相關知識難點造成了一定的困難，具體體現在以下幾方面。

（1）近機類學生對前期力學、加工工藝或材料等課程的學習要求較低，從而對機設課程中一些基本概念的理解存在難度，因此在有限的課堂教學時間內所取得效果有限。

（2）近機類學生由于培養計劃中機械類相關課程較少，在課下接觸機械設計相關知識的途徑非常狹窄［5-7］。通過網絡所能搜集到的各個學校的講義以及習題示例，大多由于教材以及教學要求的不同，不能完全滿足自身需求；學習資源的匱乏和氛圍的欠缺，給學生課后的繼續學習設置了很大的障礙。

（3）機械設計基礎（B）課程的課堂學時為48，所涉及的知識點非常多，隨著前期學習過程中知識盲點的不斷累積，導致后期逐漸不能適應課堂進度要求，從而使得學習興趣下降、知識掌握進度慢。最突出的現象是，課堂上多次強調過的知識要點，在考試中的丟分現象依然非常嚴重，而任課教師迫于學時的有限，用于習題課的時間相對不足。

3　教學改革措施

3.1構建學習輔助資料

針對近機類專業學生在本課程學習中普遍存在的專業基礎薄弱問題（如強度校核、制造公差等），提煉基礎知識點，并有針對性地準備課程講義，使學生在有限的課堂學時內更好地掌握教學要點。同時根據教學、考試及調研情況，匯集并分類整理學生在本課程學習中所遇到的疑難點，并參考教學大綱，制訂覆蓋知識要點且難度適中的習題方案。如，有關“滾動軸承的選擇計算”一直是教學大綱中的重點要求內容，下題是基于此所設計的一道計算題。

例：如圖1所示為一對角接觸球軸承支承的軸系，軸承正安裝（面對面）。已知兩個軸承的徑向載荷分別為Fr1=2 000 N，Fr2=4 000 N，軸上作用的軸向外載荷KA=1 000 N，軸承內部派生軸向力S的計算式為S=0.7Fr，當軸承的軸向載荷與徑向載荷之比Fa/Fr>e時，X=0.41，Y=0.87；Fa/Fr ≤e時，X=1，Y=0，e=0.68；載荷系數fp=1.0。試計算：（1）兩個軸承的軸向載荷Fa1，Fa2；（2）兩個軸承的當量動載荷P1，P2。

圖1　角接觸球軸承支承的軸系

與此同時，增加實物教學環節，在實踐的基礎上，把理論知識融會貫通，把實驗室中的各類齒輪、軸承、軸等零件以及簡易機械機構帶到課程，讓學生通過實物加深對理論知識的理解，讓抽象的內容變得具體和形象，激發學生的學習熱情［8-9］。

3.2豐富特色教學內容

根據機械行業發展現狀，結合學校科研特色，及時更新相關機械行業重大新聞，把新應用、新成果與學生分享。例如，在講解齒輪的形成加工時，先介紹傳統齒輪的加工方法是插齒法和滾齒法，接著介紹由山特維特可樂滿德國齒輪加工工藝中心和CAM廠商聯合開發的產品——InvoMilling 1.0軟件，可在通用五軸加工中心上靈活制造精密齒輪和花鍵［10］；通過對比傳統及最新齒輪加工方法在效率及其精度上的差別［11］，指出機械工程領域內的科技進步以及由此所帶來的社會生產方式變革，增強學生對機械專業知識的學習興趣。同時結合學生感興趣的學校歷屆“馮如杯”作品，如可折疊四旋翼高機動飛行器（如圖2所示），從作品中分解出各個機械零件的設計、制造及工藝，指導學生學以致用。

圖2　學校“馮如杯”作品

3.3建立網絡習題庫平臺

采用傳統教學方法，使得學生難以真正理解各種機構及機械裝置的工作機理［12］。通過采用多媒體動畫及實例演示，變“靜”為“動”，再輔以生動講解，促進學生深刻理解并掌握相關知識。同時制作覆蓋重難點的交互式多媒體習題庫，發揮電子資源的特長，供學生反復練習。依托課程中心，將項目成果上傳，運行網絡習題庫。圖3是業已建立的網絡習題庫平臺網頁截圖，其中包含了27個exe格式、14個swf格式、15個avi格式的動畫視頻資料；后續將進一步加強電子課件的制作。

圖3　網絡習題庫平臺截圖

4　結束語

北京航空航天大學發布的《人才行動計劃白皮書》是中國高校首次發布的人才培養白皮書，指導著北航未來5年的發展，即建設空天信融合的世界一流大學。其中“長城行動計劃”（本科教育）的制訂始終圍繞著如何將“一流的學生培養成一流的人才”。源于新形勢下對本科教學質量的要求不斷提高，開展基于課程中心網絡平臺的機械設計基礎（B）教學改革，旨在教授學生掌握常用機構的設計與計算方法，培養學生的創新思維與能力，從而為全面綜合素質的提高奠定基礎。

參考文獻

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［10］ 山特維克可樂滿推出InvoMilling 1.0解決方案［EB/OL］.http:// cmif.mei.net.cn/news.asp？sid=584355.

［11］ 劉元林.大工程背景下機械設計基礎實驗教學改革的研究與探索［J］.實驗技術與管理，2010（1）:14-16.

［12］ 陳厚榮.非機械專業《機械設計基礎》課程教學方法探討［J］.西南農業大學學報:社會科學版，2012（5）:196-199.

Teaching Reform on the Foundation of Mechanical Design（B） Course Based on Network Platform of Course Center

Yang Yiqing， Xie Richeng
School of Mechanical Engineering and Automation， Beihang University， Beijing， 100191， China

Abstract:Due to the weak knowledge and lack of learning resources for the students close to the mechanical major， the teaching reform in the course of Foundation of Mechanical Design（B） is carried out under the guide of the "Great Wall Action Plan" of Beihang University. Considering the specialty of scientific research in Beihang， the reform establishes a course network platform which includes teaching courseware， exercise library and fash animation modules.

Key words:foundation of mechanical design（B）； network； course center

收稿日期：2015-11-10

作者簡介：楊毅青，博士，副教授。

基金項目：北京航空航天大學2014年度教改項目。