基于工程化模式的“機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)”教學(xué)改革

陳東 王銳昌 劉春麗 唐萍 李媛

摘 要：針對(duì)目前機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題，對(duì)其在選題方式、設(shè)計(jì)形式、設(shè)計(jì)方法上進(jìn)行工程化教學(xué)改革。教師應(yīng)基于科研和教學(xué)實(shí)踐，實(shí)現(xiàn)課題來(lái)源的工程化、多元化，改變課題單一的問(wèn)題；基于多元化的課題，建立完善的“機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)”素材庫(kù)；基于科研工作流程，實(shí)現(xiàn)課程設(shè)計(jì)過(guò)程的工程化。另外，設(shè)計(jì)要突出創(chuàng)新性和主觀(guān)能動(dòng)性，并鼓勵(lì)應(yīng)用現(xiàn)代工程設(shè)計(jì)手段，實(shí)現(xiàn)課程設(shè)計(jì)和工程實(shí)踐的緊密結(jié)合，以期取得較好的教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：工程教育模式；機(jī)械原理課程；教學(xué)改革

機(jī)械原理課程是機(jī)械類(lèi)專(zhuān)業(yè)中一門(mén)重要的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課，在整個(gè)課程體系中具有重要地位，通常安排在基礎(chǔ)課和專(zhuān)業(yè)課之間，起著承前啟后的作用。機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)是機(jī)械專(zhuān)業(yè)學(xué)習(xí)中首個(gè)接觸工程的環(huán)節(jié)，因此，廣泛地利用科研實(shí)踐相關(guān)資源，開(kāi)展相應(yīng)的工程化改革，對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生的工程意識(shí)和創(chuàng)新能力有重要的作用。

一、目前機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題

目前，在我校的“機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)”教學(xué)中，有固定模式的“機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)”。學(xué)生可以按照固定的設(shè)計(jì)流程，先進(jìn)行系統(tǒng)方案的選擇，再進(jìn)行傳動(dòng)比分配，然后設(shè)計(jì)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖，設(shè)計(jì)系統(tǒng)方案中的凸輪和連桿等機(jī)構(gòu)并繪制機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖，可采用圖解法和解析法對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析和力分析，最后編寫(xiě)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)。而機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)中還存在一些問(wèn)題。

1.設(shè)計(jì)題目陳舊、單一

目前經(jīng)常采用的題目有薄板沖壓機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)、牛頭刨床連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)、插床連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)等，多年來(lái)題目并沒(méi)有大的改變。無(wú)論是用圖解法還是解析法，設(shè)計(jì)中都是側(cè)重理論計(jì)算，偏重知識(shí)積累，設(shè)計(jì)題目陳舊、單一，導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)興趣不高。

2.全班同做一個(gè)題目，沒(méi)有考慮個(gè)體差異性

例如，學(xué)生的設(shè)計(jì)題目連續(xù)兩年都是“薄板沖壓機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)”，區(qū)別只是設(shè)計(jì)行程、生產(chǎn)阻力、生產(chǎn)效率等幾個(gè)參數(shù)的不同；而且學(xué)生并沒(méi)有自己擬定傳動(dòng)方案，只是按照設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)走一個(gè)過(guò)程，因此該題目沒(méi)有起到設(shè)計(jì)新型機(jī)構(gòu)和鍛煉創(chuàng)新能力的目的。很多學(xué)生的設(shè)計(jì)目的僅僅是通過(guò)考核，并沒(méi)有主動(dòng)參與的熱情，更體會(huì)不到學(xué)習(xí)的樂(lè)趣，且抄襲和模仿現(xiàn)象嚴(yán)重，更不具備創(chuàng)新能力。

3.設(shè)計(jì)內(nèi)容單一，缺乏整機(jī)設(shè)計(jì)理念

一部機(jī)器由原動(dòng)機(jī)、中間傳動(dòng)系統(tǒng)和執(zhí)行系統(tǒng)三部分組成，但目前該課程設(shè)計(jì)中，學(xué)生只對(duì)其中的執(zhí)行系統(tǒng)進(jìn)行分析設(shè)計(jì)，缺乏整機(jī)設(shè)計(jì)理念和系統(tǒng)訓(xùn)練。沒(méi)有機(jī)械系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)和機(jī)構(gòu)的選型設(shè)計(jì)，學(xué)生處于一種被動(dòng)的狀態(tài)，自主設(shè)計(jì)和發(fā)揮主觀(guān)能動(dòng)性的內(nèi)容非常少，無(wú)法激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造力，也不利于對(duì)學(xué)生創(chuàng)新思維和工程實(shí)踐能力的培養(yǎng)與訓(xùn)練。

二、教學(xué)改革內(nèi)容

針對(duì)目前“機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)”中存在的問(wèn)題，筆者擬在選題方式、設(shè)計(jì)形式、設(shè)計(jì)方法上進(jìn)行改革。

1.基于科研項(xiàng)目，實(shí)現(xiàn)課題來(lái)源的“工程化、多元化”

課程設(shè)計(jì)題目的選擇直接關(guān)系到整個(gè)課程設(shè)計(jì)所能取得的訓(xùn)練效果，對(duì)學(xué)生“工程化”素養(yǎng)、設(shè)計(jì)能力和創(chuàng)造精神的培養(yǎng)起著至關(guān)重要的作用。

因此，教師要改變目前的單一題目方式，從生產(chǎn)、生活實(shí)際出發(fā)，讓學(xué)生真刀真槍地做一個(gè)實(shí)際題目；將學(xué)生課外科技創(chuàng)新活動(dòng)、學(xué)科競(jìng)賽以及教師的教學(xué)、科研等多方面的主題引入課程設(shè)計(jì)中，讓學(xué)生在教師的指導(dǎo)下自主選擇題目、設(shè)計(jì)題目，這樣才能使內(nèi)容不再單一，從而提高學(xué)生的研究興趣。其題目來(lái)源于生產(chǎn)、生活實(shí)際，部分題目見(jiàn)表1。

2.基于科研課題，建立完善的“機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)”素材庫(kù)

在進(jìn)行改革的過(guò)程中，教師應(yīng)持續(xù)地對(duì)設(shè)計(jì)題目和素材進(jìn)行積累和總結(jié)，建立“機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)”素材庫(kù)，將課題按照設(shè)計(jì)類(lèi)型、設(shè)計(jì)難度、設(shè)計(jì)工作量和檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)等進(jìn)行歸納和總結(jié)，以方便學(xué)生進(jìn)行選取、模仿、改進(jìn)和創(chuàng)新。

3.基于科研工作流程，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)內(nèi)容的“工程化”

改變現(xiàn)行的按照設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)的固定步驟、固定內(nèi)容進(jìn)行設(shè)計(jì)的模式。擬選取的題目是生產(chǎn)、生活中的某一實(shí)際需求。學(xué)生為了設(shè)計(jì)出真正的產(chǎn)品，必須發(fā)揮自身的主觀(guān)能動(dòng)性，進(jìn)行自主學(xué)習(xí)與研究。教師可在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中增加文獻(xiàn)資料檢索、方案分析、可行性論證及答辯環(huán)節(jié)，以鍛煉學(xué)生的分析能力和綜合能力，同時(shí)，教師在評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)中要注重學(xué)生的設(shè)計(jì)過(guò)程而非設(shè)計(jì)結(jié)果，以強(qiáng)化對(duì)學(xué)生創(chuàng)新能力和自主學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)。

4.鼓勵(lì)應(yīng)用現(xiàn)代工程設(shè)計(jì)手段

圖解法和解析法是目前課程設(shè)計(jì)中的兩種常用方法。圖解法的幾何運(yùn)動(dòng)概念清晰直觀(guān)，便于理解，但存在做圖復(fù)雜、工作量大、精度低、效率低等缺陷；解析法答案精確、可求整個(gè)過(guò)程完整參數(shù)，但存在過(guò)程抽象、建模過(guò)程復(fù)雜、理解困難等弊端。

圖解法是課堂教學(xué)中的主要方法，課程設(shè)計(jì)中應(yīng)將重心調(diào)整到精度更高、實(shí)用性更強(qiáng)的解析法上來(lái)；鼓勵(lì)學(xué)生在課程設(shè)計(jì)中采用計(jì)算機(jī)三維軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)和分析，使各構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)變化及運(yùn)動(dòng)形式形象地顯示出來(lái)，使原來(lái)二維的抽象問(wèn)題直觀(guān)化、形象化，以便學(xué)生更快地掌握現(xiàn)代機(jī)械工程設(shè)計(jì)的手段和方法。

三、結(jié)語(yǔ)

為全面提升應(yīng)用型人才的培養(yǎng)質(zhì)量，充分發(fā)揮科研和實(shí)踐對(duì)課程的促進(jìn)作用，筆者對(duì)機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)進(jìn)行了工程化的教學(xué)改革。首先，通過(guò)建立“基于科研項(xiàng)目的研究式學(xué)習(xí)方法”，提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力，讓學(xué)生積極地進(jìn)行探究與發(fā)現(xiàn)，自主地進(jìn)行知識(shí)的整合與建構(gòu)，使項(xiàng)目完成的全過(guò)程變成學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)活動(dòng)的全過(guò)程。其次，基于科研工作，實(shí)現(xiàn)課題來(lái)源的“工程化、多元化”，使設(shè)計(jì)過(guò)程與工程實(shí)踐緊密結(jié)合，激發(fā)學(xué)生的積極性和創(chuàng)造性，使其建立工程意識(shí)，培養(yǎng)工程應(yīng)用能力，鍛煉解決工程實(shí)際問(wèn)題的能力。最后，基于科研課題，建立了完善的“機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)”素材庫(kù)。

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（責(zé)任編輯：王 瑜 莊 源）