機械設計課程設計改革與實踐

李憲芝　楊錫軍　王新榮　姜國棟　陳思羽

[摘 要] 機械設計課程設計是機械類各專業學生在學完“機械設計”課程之后進行的一個重要實踐性環節，在培養學生科研創新能力和綜合設計能力方面有著極其重要的作用。文章結合多年教學經驗，分析并總結了機械設計課程設計教學現狀和存在的問題，從選題、教學、設計和考核四個環節進行改革與實踐，并提出具體改革措施。

[關鍵詞] 機械設計；課程設計；教學改革

[中圖分類號] G642 [文獻標志碼] A [文章編號] 1008-2549（2017） 04-0080-02

“機械設計”是高等工科院校機械類各專業學生必修的一門技術基礎課程。是銜接先修的公共基礎課和后續專業課的橋梁與紐帶。機械設計課程設計可培養學生理論聯系實際的設計思想，提高學生綜合運用所學基本理論知識，結合生產實際，解決工程實際問題的能力，培養學生創新能力和綜合設計能力。

目前機械設計課程設計教學中仍存在一些不足，例如設計題目比較單一、設計過程千篇一律、部分學生只是機械式地進行模仿設計，缺乏積極主動的思考。為了適應培養應用型人才的需求，必須要對課程設計進行相應的改革與探索，提高課程設計教學質量。

一 機械設計課程設計存在的不足

1 課程設計題目過于單一

多年來，我校機械類各專業的機械設計課程設計選題都是帶式運輸機的傳動裝置設計，一般為二級直齒（或斜齒）圓柱齒輪減速器的設計。給定的原始數據為運輸帶的工作拉力、工作速度、卷筒直徑、工作條件等，要求每個學生獨立完成設計。我們知道，機械類各專業的培養目標是不相同的，如果所有專業都進行帶式運輸機的減速器裝置設計，是不能很好地反映專業特點的。另外，由于是幾個專業多個班級同時進行課程設計，這樣會出現一些學生的題目相同或非常相近，客觀上這也是造成抄襲現象嚴重的原因之一。

2 學生解決工程實際問題的能力較差

在機械設計課程設計的過程中，需要綜合運用一些先修課程，如“工程材料”、“機械制圖”、“工程力學”、“機械精度設計”等課程。學生對于這些先修課程理論知識的掌握程度并不好，綜合應用能力比較差，課程設計質量不高。

例如：在設計計算過程中軸的強度計算時，需要用到工程力學中的彎矩、扭矩的計算，學生往往處理不好，出現許多問題。又例如：裝配圖及零件的繪制中，不能正確應用工程制圖基本知識進行繪制，出現許多制圖錯誤；裝配圖不標注尺寸；齒輪及軸等零件圖中涉及到尺寸精度、幾何精度、表面粗糙度的標注時，數值大小不知道如何確定，甚至根本就不標注；標準件簡化圖不規范等。

另外，有些學生對待課程設計的態度不端正，對課程設計重視不夠，對所使用的參考資料及文獻盲目模仿、照搬照抄。

3 細節處理上存在諸多問題

這也是導致設計質量不高的主要原因，例如在軸的結構設計時，階梯軸的軸向尺寸和徑向尺寸的確定、軸上零件的軸向固定及周向固定等問題上總是出現很多錯誤；有些學生設計計算說明書中的零件的設計尺寸與零件圖尺寸不相符，零件圖與裝配圖上的零件不一致。此類細節問題有很多，表明學生工程設計的能力比較差。

4 設計手段存在不足

為了適應現代社會的發展及工程實際需要。先進的計算機繪圖逐漸取代了傳統的手工繪圖。計算機繪圖軟件具有無紙化、高效快捷、易保存等優點，解決了傳統手工設計修改難、修改費時等缺點。但是計算機繪圖軟件中易保存、易拷貝的特點也會造成學生抄襲現象嚴重。

二 課程設計教學改革與探索

機械設計課程設計是學生第一次進行較全面的設計能力訓練。通過課程設計，讓學生將所學課程的基本理論知識融合在一起，利用機械設計手冊、查閱資料，設計一般簡單機械。

1 改革課程設計題目

設計題目是課程設計的核心問題，選擇題目時，一是要滿足教學大綱的基本要求；二是要保證設計工作量合適，學生能在規定的時間內順利完成。

在課程設計選題上要改變以往題目的單一疆化，對于學生而言，過難或過于復雜的題目都是不現實的，因此在題目選擇上，仍將減速器設計作為課程設計的主要題目。減速器的類型非常多，除設計用于帶式運輸機的減速器外，還要設計用于破碎機、提升機的減速器等；除圓柱齒輪減速器外，還可以設計圓錐——圓柱齒輪減速器、蝸桿傳動減速器等。

除保留減速器設計外，還選取了一些與工程實際關系密切的課題作為設計課題，讓學生參與到教師的科研課題中，選作一些與工程實際關系密切，能培養學生科研創新能力的課題。另外也可讓少數同學自主選題，與指導教師進行交流討論，題目確定后可自行設計，教師定期進行輔導。

在題目分配方面，可考慮學生的綜合素質來分配題目，盡量調動大多數學生學習的積極性，培養學生的創新意識。

2 改革教學順序和教學方法

第一， 改變傳統的機械設計課程教學模式，傳統的教學模式是先課堂教學后課程設計。我們提前將課程設計任務書下發給每一位同學，讓學生預先了解設計內容。將課程設計環節融于機械設計課程教學的整個過程中。學生在課外逐漸完成傳動零件的設計計算和標準件的選擇，教師給予指導并進行階段性檢查，這樣可以增加學生的設計時間，提高設計質量。

為保證教學內容與課程設計進度相配合，將課程內容的教學順序作以下調整：先講授傳動零件（如齒輪傳動、帶傳動等）設計計算，再講授軸的結構設計與軸承的計算，最后講授連接件（螺紋連接、鍵連接等）的設計。整個過程中要同時進行設計說明書的編寫及草圖繪制。教學與設計同步進行。使教師與學生在機械設計課程的教學過程中始終圍繞“設計”這個主線進行教與學，充分發揮學生主觀能動性，有利于學生能及時將所學知識消化及應用。

第二，大多數學生對機械結構缺乏感性認識，在設計開始，安排學生進行減速器的拆裝實驗并組織學生觀看各種機械結構視頻，使學生對各種機械結構產生更加深入的感性認識，為課程設計打下堅實的基礎。

第三，機械設計課程設計與實驗課等實踐性教學環節不同，有其自身的特殊性。設計過程中，要將學生作為設計的主體，教師起組織、引導、檢查和把關的作用，要為學生營造良好的實踐環境，注重調動學生的創造性。學生設計中碰到問題時，要多查閱資料、經常與同學進行探討，不斷地修改找到問題所在。這樣，不但能培養學生的獨立意識以及協作能力，還能提高他們解決實際問題的能力、科技創新能力。

3 改革設計方法及設計手段

隨著科技的迅速發展，計算機技術已廣泛地應用到各個領域，我們也要求學生應用計算機先進技術手段來進行課程設計。因為機械設計是機械原理的后續課程，在之前的機械原理教學中，我們就提示學生要利用課余時間學習一些常用計算機設計軟件，如應用較廣的計算機輔助設計軟件Pro/E、UG等，為課程設計能夠順利進行作好前期準備。

設計過程中，根據學生綜合素質，如基本理論知識的掌握程度，分析問題以及解決問題的能力，計算機軟件操作能力等方面，來分層次要求。CAD軟件使用熟練的，可用此軟件進行二維繪圖；會熟練運用Pro/E、UG等軟件的學生，可用該軟件進行三維實體建模，虛擬裝配、運動仿真。分層次要求，可以給學生提供更大的創作空間，調動學生積極性。

4 改革考核方式

第一，對機械設計課程設計要進行獨立考核，有單獨的學分，這樣可以增加學生的重視程度。

第二，現場答辯是機械設計課程設計主要的考核形式之一。為了保證答辯能夠順利進行，成立了由幾位教師組成的答辯小組，每個學生先要簡單自述設計過程、方法及步驟，然后由答辯小組老師提出問題，學生進行回答。答辯小組根據現場答題情況給出學生答辯環節的成績。答辯結束后，還會要求學生修改課程設計說明書及圖紙中出現的錯誤。

第三，課程設計成績采用綜合評價標準，這樣有助于全面、真實地評價學生課程設計質量和教學效果，使學生端正學習態度，避免應付了事。把考核成績分成幾大塊，其中平時出勤情況及設計過程中的表現共占10%，設計計算說明書占35%，圖紙完成質量占35%，現場答辯成績占20%。

課程設計是高校教學中一個重要的實踐教學環節。機械設計課程設計是機械類各專業學生實踐能力培養的重要內容。通過課程設計的學習，可以培養學生的計算機繪圖技能、資料查閱能力，提高學生的整體設計能力和科研創新能力，能為學生后續課程學習以及畢業設計等奠定堅實的基礎，對今后從事專業技術工作有著極其重要的意義和深遠的影響。

參考文獻

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