石油類高校機械設計基礎課程設計教學探索

張杰 韓傳軍 莫麗

摘? 要 對傳統的課程設計中存在的問題進行分析，在此基礎上，從課程設計的課前準備、具體實施、最終考核三個大方面提出探索方法，并闡述課程設計的延伸與擴展，旨在提升石油類高校機械設計基礎課程設計的教學質量以及學生的專業能力。

關鍵詞 石油類高校;機械設計基礎;課程設計;翻轉課堂

中圖分類號：G642.3? ? 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2019）10-0064-03

Abstract The problems existing in the traditional curriculum design are analyzed. The exploration method from pre-class preparation， specific implementation and final assessment of course design is put forward. And the extension and expansion of the course design are elaborated. This exploration can enhance the teaching quality of the Mechanical Design Foundation course design and the professional competence of students in petroleum universities.Key words petroleum universities; machinery design foundation; course design; flipped classroom

1 前言

機械設計基礎是一門研究機械裝置和機械系統設計的基礎性學科，是工程類專業學生的一門必修課。課程設計是機械類學生的一個必需環節，也是高等學校實踐教學環節重要組成部分，是強化學生實踐能力重要課程[1]。該課程要求學生能夠綜合運用機械制圖、機械原理、材料力學等基礎課程知識，對動手能力和創新能力進行一次全面訓練與檢測[2]。通過本課程實施，可充分鞏固學生所學知識及運用能力，鍛煉查閱資料、使用軟件及動手能力，培養創新思維，最終能夠解決工程實際問題，達到學以致用。但傳統課程設計在實施過程中存在多種問題，嚴重影響了學生綜合能力的培養和鍛煉。特別是對于石油類高校來說，課程設計的特色性對于培養行業類科研人才和工程技術人才至關重要。

2 機械設計基礎課程設計存在的問題

一般機械類專業應安排機械設計基礎課程設計單獨授課，學時1～3周。教師可利用兩學時簡單復習相關知識，分發題目，分配任務，之后選擇讓學生單獨或幾人組隊的形式來完成設計任務。這種傳統的授課與設計模式存在問題。

題目單一，重復率過高? 現有機械類課程設計都是圍繞減速器結構設計，包括一級、二級減速器等。無論設計題目參數如何改變，整個傳動系統方案只有幾種，這樣設計出來的結構均較為類似，僅存在細微尺寸差別，嚴重制約學生創新能力，沒有發揮他們的主觀能動性。

設計手段落后? 現有設計方法主要是查閱圖冊、手冊，依據常規齒輪傳動、傳動軸的相關公式進行設計校核，然后手工繪制裝配圖和零件圖，編制說明書。整個設計過程中未涉及現代化工具和教輔手段，效率較低。

師生互動不活躍? 傳統課程設計主要是學生看書、繪圖，教師在整個過程中對學生在設計過程中存在的問題進行答疑和指導。大多數學生是完成硬性任務的狀態，對結構設計本身缺乏興趣。同時，教師引導不夠，未能讓學生充分認識該課程設計的重要性。

考核方式單一? 本課考核主要分為平時成績和期末成績，平時成績主要是考勤和設計進度考核，期末主要是圖紙和說明書。根據多次課程設計閱卷發現，部分學生存在抄襲現象，圖紙畫法不標準，說明書千篇一律，僅數字有差別。最終成績未能較好反映學生的創新能力。

3 課程設計改革現狀

針對現階段機械設計基礎課程設計在實施過程中出現的諸多問題，國內高校許多教師對該課程進行了一些教學改革。例如：將翻轉課堂教學模式應用在課程設計教學實踐中[3]，對傳統“先教后學”教學模式進行翻轉，并借助現代化網絡手段實施教學，增強學生學習成就感、團隊協作能力;針對不同層次的學生采用不同的培養方式[4]，更有針對性地對學生實施教學;將多媒體等教學設備結合“互聯網+”的教學模式運用起來，如將CAD、CAE計算機軟件的虛擬仿真、輔助分析等應用到機械設計課程設計中[5];為了提高學生的創新能力，結合生產生活實際中的工程問題，或從大學生機械創新項目中找尋靈感，進行選題。

對于石油類高校人才培養來說，機械設計基礎課程設計既要完成通用課程設計的內容，培養學生的思維能力和基本設計能力，也要依托行業背景，以石油、天然氣工業發展過程中的重要技術和重大裝備需要為導向，將油氣裝備的內容融入其中，為學生今后較快適應工作要求打下基礎。

4 課程設計方法探索

課前準備? 課前準備是對整個課程設計開課前的一個準備過程。首先，根據教學大綱，明確學習目的和培養目標及教學重點和難點。然后，根據學生基礎課情況，確定學生設計核心部件。根據學生專業需求和油氣裝備工程實際，確定多組油氣裝備結構備選，包括勘探裝備、鉆井裝備、采油裝備、儲運裝備、煉化裝備等。每組裝備結構題目要包含齒輪傳動、連桿設計、凸輪設計、帶傳動等內容，具體參數則根據工程實際選取，然后根據各組裝備結構編制設計任務書。最后，確定課程設計中的基礎知識內容，并完成課件制作。

教學班人數較多時，要將學生分組，既可提高效率，也可培養他們的團隊協作能力。學生分組采用教師分組和自由組合兩種方式相結合。教師分組可依據學號或姓名進行，或根據學生前期績點進行組合搭配。前期有協作基礎的學生可自由組合。各組人數要根據題目的任務分解而定。

選題前先向學生公布各個題目，讓學生仔細思考，再采用QQ或微信等進行網上選題。有新想法的學生可與教師商量，自擬題目，或依托某科研課題進行課程設計。選題完成后，教師可對每組題目進行拆解，對各組員要完成的具體任務進行分配確認;學生制訂自己的設計任務計劃并交由教師檢查，通過后可開題。在這個過程中，任課教師要做好監督和指導工作，這一環節直接影響最后設計的成功與否與質量好壞。

課程設計過程? 課程設計過程如圖1所示。

1）多重繪圖手段相結合。整個課程設計過程中采用草圖繪制、尺規作圖和計算繪圖相結合。學生完成方案設計以后，先進行裝配圖草圖繪制，交由教師檢查，檢查通過后可進行繪圖工作。學生先進行裝配圖的繪制，可采用計算機制圖或者尺規作圖;再進行零件圖繪制，可采用尺規作圖鍛煉基本作圖能力;最后完成計算機三維造型。每個小組都完成后，最后統一組裝成一個整體。

2）計算機仿真技術應用。設計初期，學生要依據手冊和資料進行基本參數確定，根據基本強度理論進行強度、壽命、穩定性的設計與校核。由于傳統設計方法較為保守，完成三維圖后需要對裝備的工況和工作狀態進行分析，然后對其運動學或強度進行分析。該部分采用計算機軟件來實現。基于前期三維模型，將其導入相應軟件完成運動學和強度仿真模型建立，通過計算完成裝備結構的運動學分析和強度校核，對不合理處進行結構修改。由于該部分工作量較多，采用團隊協作方式完成。

3）翻轉課堂教學模式。將翻轉課堂教學模式運用到課程設計過程中，指導教師梳理制圖、機械設計等基礎知識，講解課程設計中可能用到的校核公式、受力分析過程、課程設計制作流程等，讓學生對整個設計過程有大致思路，存在問題可以利用微信、QQ等軟件進行在線討論和答疑。組長收集典型問題，由教師統一講解，能夠較好地緩解學生進度不一、問題差異、教師無法統一講解的問題。

4）集中安排，加強過程管理。在課程設計過程中，學生必須到機房或者專門教室做設計，便于答疑以及檢查進度。由于學生在寢室完成課程設計的效率、質量不高，教師必須定期到教室檢查每個小組完成情況，進行簡要指導以及臨時答辯檢測，避免學生自律性太差，導致最后完不成設計任務。同時，要求學生合理安排時間，確保設計順利完成。該部分要重視過程管理，對于節奏較慢者需要加以督促。

考核方式

1）現場答辯。學生完成設計后，需根據實際情況安排小答辯，由指導教師擔任主審。以小組為單位，首先由小組對整個設計做簡要介紹，然后每個組員對自己單獨完成部分做出詳細闡述，指導教師適當提問并對學生圖紙完成情況等做出考核與評價。

2）課程設計期末成績采用教師評議與學生評議相結合方式完成。其中，教師評議占80%，主要依據學生的設計圖紙和說明書文件;學生評議占20%，主要通過各個小組成果展示，由其他小組給出分數。對于自行設計的題目，完成效果較好者可獲得3%的附加成績。

3）多重考核方式結合。根據每組學生平時做設計的積極程度、態度、完成進度等平時表現進行平時考核，對于平時幫助教師解答組員疑問、分擔答疑任務的，應該給予一定的辛苦獎勵加分。

5 課程設計延伸與擴展

學生完成機械設計基礎課程設計以后，由指導教師和學生評議出優秀作品，在課程教學網站上進行公開展示，以供其他學生觀摩學習。對于創意較好的油氣裝備結構，對作品進一步優化，可推薦參加全國大學生機械創新設計大賽、全國大學生過程裝備實踐與創新大賽、全國三維數字化創新設計大賽等，從而進一步提升學生的創新能力、思維能力和實踐能力。對于部分創意較好作品，可指導學生參加創新創業大賽等，將點擴展到線，再擴展到面。特別優秀的產品可以申請資助，進行進一步科學研究。

6 結語

機械設計基礎課程的綜合實踐性很強，是建立在許多機械類基礎課程之上的一門最接近現實機械生產的課程。通過機械設計基礎課程設計來鞏固學生的機械基礎知識，訓練學生將書本知識靈活運用到實際工程問題上的能力。文中提出傳統課程設計的不足，并提出一些改進建議。

參考文獻

[1]張冬敏.高校課程設計教學中存在的問題與對策研究[J].改革與開放，2009（18）：172-173.

[2]曹杰，張麗，于影輝.《機械設計課程設計》改革與實踐[J].農機化研究，2003（3）：243-244.

[3]陳小芹，謝志剛.“機械基礎課程設計”翻轉課堂教學模式探究[J].無錫職業技術學院學報，2018，17（3）：33-36.

[4]陳碩.《機械設計基礎》融入課程設計研究與探討[J].河北農機，2017（11）：59.

[5]張甜，柳通.《機械原理》課程設計教學改革探索與實踐[J].南方農機，2018（6）：241.