三維軟件助力創新《機械設計基礎》教學改革

李曉丹

摘 要：《機械設計基礎》是機械設計與制造專業的一門重要的專業必修課程，是一門綜合性、實踐性要求很高的課程，本文探討將三維軟件融入《機械設計基礎》教學改革，提高學生的學習興趣和熱情，同時也幫助學生培養實用創新能力。

關鍵詞：機械設計基礎；三維軟件；教學；機構

在機械設計和制造類專業教學安排中，《機械設計基礎》是一門重要必備的課程，這門課程在整個專業培養方案中起著橋梁作用，承上啟下，給學生們后續學習夾具設計、模具設計以及畢業設計等課程奠定必要的基礎。開設這門課程的意義在于培養學生把握機械零部件設計的基本理論和基本途徑；使學生具有一般常用零部件設計的能力，提高學生對機械技術工作的適應性，培養其開發創新能力，為后繼專業課程學習和今后從事設計工作打下堅實的基礎。

我院以職業特點和專業發展的需要為出發點，打破原多門課程之間的清晰界限，將《理論力學》、《材料力學》、《機械原理》、《機械零件》、《工程力學》等課程整合成《機械設計基礎》一門課。刪減了從課程系統性和理論完整性考慮安排的傳統內容，保留了實用的講授內容。

本門課程的主要教學目標是：

1）掌握常見機構基本結構、特點等基本知識，并初步具備分析、選取基本機構的能力。

2）掌握通用機械零部件的原理特點、應用和簡單設計計算方法，并初步具備分析和選擇簡單機械傳動裝置的能力。

3）具有應用標準、規范、手冊、圖集以及其它相關技術資料的能力。

高等職業教育要求在教學過程中不必過于追求理論知識的完整性和系統性，只掌握本專業必備的理論知識即可，更加注重本專業技能的實用性、針對性以及所學的理論基礎知識在實際中的適用性。對于機械設計基礎課程，如果教師還采用以往的教學方式——以教師講授為主，學生被動接受的傳統教學方法進行教學活動，學生在遇到實際待解決的問題時仍然手無足措，無法實現能力培養目標要求。如何有效解決這些問題呢？本文針對這些問題提出將三維軟件融入課程教學改革中，以培養學生的創新精神，提高學生的動手能力。

一、課程改革要求

（一）突出學生主體，注重學生的能力培養

機械設計和制造類專業開設本門課程，培養中側重于機械設計理論、基本方法和基礎知識的學習和工程素質養成，學習中最大調動學習熱忱，能夠在啟發、提示下自主地領會機械設計的必備理論以及設計思路，強化同學們的實踐能力，造就開創精神，使學生養成自我剖析和處理問題的習慣。

（二）尊重學生發展差異，重視教學過程評價，促進學生能力擴展

本課程在教學實踐中，倡導學生自我學習，在設計的已給定狀況下，激發學生積極思考、剖析，鼓勵多元思維辦法并將其表述出來，尊重學生能力差別。設立能鼓勵學生學習熱枕和自學能力的評價體系。最終評價應該側重于測試同學們的知識運用能力。評價應有助于促進同學們的知識應用能力和健康人格的快速發展[ 1 ]。

（三）融合利用課程資源，改進教學手段，發展多方面學習渠道

在《機械設計基礎》教學實踐中，鼓勵學生觀察和思考日常生產生活中的各種表象，倡導他們結合實際生產和生活中的各種案例發覺問題，在教師逐步引導下，學生自主獲取知識，通過剖析和推理，最終自我歸納、總結，通過使用三維軟件虛擬運動等方法，有效促進學生扎實掌握基本設計理論，以培養他們的實際操作技能。通過三維軟件組織學生學習操作真實案例，使學生獲到模擬訓練，加強學生提出問題、剖析問題、進而自主處理問題的能力。

結合《機械設計基礎》課程要求，明確本課程的特點是以工作過程為主線的項目課程，將三維軟件融入整個教學過程中，設計貼近實際的工作項目，按照任務引入、任務分析、展開探索、任務完成、歸納提高的過程進行教學改革。

二、機械設計基礎教學改革實例

以往教學實踐模式無法使學生將《機械設計基礎》課程中學到的知識轉化為職業技能。學生通過老師單方面傳授對四桿機構、螺紋連接、齒輪傳動等只懵懂一點原理，被動接受知識收效不好，在實際設計工作中還是手足無措。

最有效的措施就是選用直觀的三維軟件幫助教學。通過軟件制作虛擬現實的沖床、凸輪機構、帶傳動機構、齒輪傳動機構、減速機等。課程變“黑板上畫機構”為“電腦上驅動機構工作”，消除了理論與實踐之間的距離，以便日后實現“零距離”就業對接。

教學過程中，師生在三維軟件空間環境下展示機構模型，可以隨時根據學生的掌握情況任意旋轉、平移、變色、縮放、剖開截面，彌補學生看圖能力差、想象力不足的缺陷，達到寓教于樂，事半功倍的教學效果。學生在做的過程中體會機構的工作原理，同時也實現了在專業課中學軟件。可以說專業課與軟件課具有相輔相成的效果。

在減速器設計過程中，學生對完成對齒輪軸的受力分析和強度計算存在困難，單純理論計算讓學生無從下手，而且計算過程枯燥，很難調動學生學習興趣。應用UG軟件的分析功能中的“強度向導”可解決這一難題，“強度向導”一步一步地引導學生完成對構件的強度和剛度計算。首先選擇研究對象（已有的零件模型）和構件的材料；給出載荷的類型、大小、方向和作用位置；然后確定約束的類型和位置，最后由計算機完成模擬計算。用云圖表明零件各部位的應力、變形和結構的合理性，最終生成一份計算說明書。學生在這個過程中，對自己設計的構件強度分布情況一目了然，可有方向性的優化構件結構，做到有的放矢。

將三維軟件引入機械設計基礎教學中，教學過程呈現出學生成為學習的主體，教師只起引導作用，學生在教師的指導下自主學習，邊做邊學，邊學邊做，完成教師制定的項目，取得項目成果。在此過程中，學生得到了真實的滿意感，培養出自覺探究問題的興趣，賦予創造力，教師在此過程中傳授給學生獲取知識解決問題的能力方法。

參考文獻：

[1] 趙志群，等.現代職業教育教師專業化發展叢書[M].北京：北京師范大學出版社，2013.

作者簡介：

李曉丹（1982-），女，河北秦皇島人，碩士，副教授，主要研究方向：模具CAD/CAE應用。