改革教學(xué)方法 提高“機(jī)床構(gòu)造與設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)”教學(xué)質(zhì)量

尚曉峰 王志堅(jiān)

[摘 要] 針對(duì)在《機(jī)床構(gòu)造與設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)》實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)中，本科生對(duì)機(jī)床構(gòu)造沒(méi)有結(jié)構(gòu)直觀認(rèn)識(shí)、課程設(shè)計(jì)無(wú)從入手、設(shè)計(jì)計(jì)算思路不清晰、制圖質(zhì)量不高、達(dá)不到綜合鍛煉目的問(wèn)題，提出“直觀認(rèn)知-細(xì)節(jié)分解-督促檢查”三位一體綜合課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)方法。通過(guò)指導(dǎo)兩輪課程設(shè)計(jì)成績(jī)對(duì)比分析，此項(xiàng)教學(xué)改革實(shí)踐效果顯著。

[關(guān)鍵詞] 機(jī)床構(gòu)造與設(shè)計(jì);課程設(shè)計(jì);改革;教學(xué)方法;教學(xué)質(zhì)量

[作者簡(jiǎn)介] 尚曉峰（1972—），男，遼寧海城人，工學(xué)博士，副教授，碩士生導(dǎo)師，研究方向?yàn)闄C(jī)械設(shè)計(jì)制造和自動(dòng)化技術(shù);王志堅(jiān)（1974—），女，河南內(nèi)黃人，工學(xué)博士，副院長(zhǎng)，教授，碩士生導(dǎo)師，研究方向?yàn)榱黧w機(jī)械及工程技術(shù)。

[中圖分類號(hào)] G642 ? ?[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] B ? ? [文章編號(hào)] 1674-9324（2020）39-0240-02 ? ?[收稿日期] 2019-12-03

《機(jī)床構(gòu)造與設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)》是機(jī)械工程學(xué)科本科生學(xué)完《機(jī)床構(gòu)造與設(shè)計(jì)》課程后進(jìn)行的實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)。其目的是通過(guò)課程設(shè)計(jì)使學(xué)生在了解典型機(jī)床主要子系統(tǒng)組成及其功能;掌握普通機(jī)床主軸箱設(shè)計(jì)方法;掌握機(jī)床結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、計(jì)算、繪圖和編寫設(shè)計(jì)說(shuō)明書方法;學(xué)習(xí)查閱機(jī)床設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和相關(guān)手冊(cè)方法，提高對(duì)典型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和選擇的設(shè)計(jì)能力等方面得到綜合鍛煉[1]。此項(xiàng)實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)在機(jī)械工程學(xué)科整個(gè)知識(shí)體系中尤為重要。

一、現(xiàn)狀分析

目前《機(jī)床構(gòu)造與設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)》開(kāi)課學(xué)期為第7學(xué)期期末階段，而其先導(dǎo)課程《機(jī)床構(gòu)造與設(shè)計(jì)》開(kāi)課學(xué)期為第6學(xué)期。因此本科生在做課程設(shè)計(jì)時(shí)，基礎(chǔ)理論知識(shí)嚴(yán)重遺忘。在《機(jī)床構(gòu)造與設(shè)計(jì)》授課時(shí)，從理論上講述CA6140型車床的用途、運(yùn)動(dòng)、總布局、傳動(dòng)系統(tǒng)以及主要結(jié)構(gòu)[2]。但是在課內(nèi)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)中安排的4個(gè)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容均未涉及到機(jī)床主軸箱相關(guān)知識(shí)內(nèi)容。現(xiàn)有《機(jī)床構(gòu)造與設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)》一般過(guò)程是指導(dǎo)教師首先講授課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容及其要求，然后不定期指導(dǎo)檢查，最后答辯評(píng)定成績(jī)。每位指導(dǎo)教師需要指導(dǎo)2輪課程設(shè)計(jì)，每輪課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)20名同學(xué)。

二、課程設(shè)計(jì)方法改革探索

由于目前所存在的各種不利因素的影響，導(dǎo)致在《機(jī)床構(gòu)造與設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)》實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)中，本科生對(duì)機(jī)床構(gòu)造沒(méi)有結(jié)構(gòu)直觀認(rèn)識(shí)、課程設(shè)計(jì)無(wú)從入手、設(shè)計(jì)計(jì)算思路不清晰、制圖質(zhì)量不高、達(dá)不到綜合鍛煉目的諸多問(wèn)題。針對(duì)上述各種問(wèn)題，提出“直觀認(rèn)知—細(xì)節(jié)分解—督促檢查”三位一體綜合課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)方法。

1.直觀認(rèn)知。課程設(shè)計(jì)開(kāi)始時(shí)，首先是布置課程設(shè)計(jì)任務(wù)及其要求。將講授課程設(shè)計(jì)的任務(wù)內(nèi)容及其要求與機(jī)床構(gòu)造結(jié)構(gòu)直觀認(rèn)識(shí)相結(jié)合，達(dá)到直觀認(rèn)知目標(biāo)。機(jī)床構(gòu)造結(jié)構(gòu)直觀認(rèn)識(shí)分為三個(gè)步驟，帶領(lǐng)學(xué)生到機(jī)床實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行：①首先，以一臺(tái)CA6140型車床設(shè)備為基礎(chǔ)，復(fù)習(xí)車床的結(jié)構(gòu)組成及其各個(gè)部分的功能。此部分內(nèi)容在《機(jī)床構(gòu)造與設(shè)計(jì)》授課時(shí)講解過(guò)，為順利切入課程設(shè)計(jì)教學(xué)環(huán)節(jié)，有必要再次簡(jiǎn)單復(fù)習(xí)一次。設(shè)計(jì)普通機(jī)床主軸箱是課程設(shè)計(jì)的核心任務(wù)，因此將車床主軸箱蓋拆開(kāi)，從俯視圖的角度觀察主軸箱內(nèi)各可見(jiàn)結(jié)構(gòu)的組成，操作變速手柄并觀察可見(jiàn)的變速機(jī)構(gòu)及滑移齒輪的工作情況。在主軸箱俯視圖的角度，主軸箱內(nèi)大部分結(jié)構(gòu)被遮擋，無(wú)法進(jìn)行直觀觀察和講解。②然后，以一臺(tái)CA6140型車床主軸箱模型為基礎(chǔ)，對(duì)主軸箱內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行觀察分析。主軸箱模型的箱體采用透明亞克力板制成，因此可較詳細(xì)觀察到內(nèi)部結(jié)構(gòu)組成。進(jìn)一步講解主軸箱內(nèi)部各軸的空間布置、各軸上的零部件結(jié)構(gòu)和功能以及變速機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)和功能。操作變速手柄可詳細(xì)觀察各個(gè)變速機(jī)構(gòu)及滑移齒輪的工作情況。這個(gè)環(huán)節(jié)讓學(xué)生親自操作變速手柄并觀察和感受主軸變速原理和變速過(guò)程。③最后，以一張車床主軸箱展開(kāi)圖為基礎(chǔ)，詳細(xì)講解車床主軸箱內(nèi)安裝在各軸上齒輪的作用、嚙合方式以及變速過(guò)程原理。前述車床主軸箱及其模型內(nèi)各軸均是空間布置結(jié)構(gòu)，在觀察認(rèn)識(shí)上仍然不是十分直觀，因此有必要將空間轉(zhuǎn)化成平面，進(jìn)行展開(kāi)圖觀察認(rèn)識(shí)。在車床主軸箱展開(kāi)圖中，去除所有附屬機(jī)構(gòu)，專門把主軸箱內(nèi)部的各軸及其軸上齒輪以展開(kāi)圖的方式表達(dá)出來(lái)，更加突出設(shè)計(jì)重點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)學(xué)生對(duì)設(shè)計(jì)重點(diǎn)內(nèi)容的直觀認(rèn)識(shí)。經(jīng)過(guò)上述三個(gè)步驟的觀察和講解，學(xué)生已經(jīng)對(duì)課程設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)直觀認(rèn)知。

2.細(xì)節(jié)分解。開(kāi)始進(jìn)行課程設(shè)計(jì)后，學(xué)生首先進(jìn)行理論計(jì)算，包括運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)和動(dòng)力計(jì)算。具體內(nèi)容包括根據(jù)給定的轉(zhuǎn)速范圍及公比確定變速級(jí)數(shù)，擬定結(jié)構(gòu)式、繪制轉(zhuǎn)速圖，計(jì)算齒輪齒數(shù);選擇電動(dòng)機(jī)型號(hào)及轉(zhuǎn)速，確定各傳動(dòng)件的計(jì)算轉(zhuǎn)速，對(duì)主要零件進(jìn)行計(jì)算。這些工作的完成以《機(jī)械設(shè)計(jì)》和《機(jī)床構(gòu)造與設(shè)計(jì)》兩門課程為基礎(chǔ)，學(xué)生可自行查閱相關(guān)資料手冊(cè)來(lái)完成計(jì)算和選擇。這里所謂的細(xì)節(jié)分解是指采用三維軟件建模技術(shù)，將所有零件進(jìn)行建模、裝配和運(yùn)動(dòng)仿真，使學(xué)生對(duì)主軸箱內(nèi)每一個(gè)零件細(xì)節(jié)都有認(rèn)識(shí)和掌握，特別是分解出在“直觀認(rèn)知”環(huán)節(jié)中無(wú)法表達(dá)的細(xì)節(jié)結(jié)構(gòu)。在教學(xué)實(shí)踐過(guò)程中，以組內(nèi)隨機(jī)一位同學(xué)的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，我與學(xué)生課程設(shè)計(jì)同步進(jìn)行零件建模、裝配及運(yùn)動(dòng)仿真。一方面加強(qiáng)師生互動(dòng)，加強(qiáng)師生聯(lián)系;另一方面督促這名同學(xué)認(rèn)真抓緊進(jìn)行課程設(shè)計(jì)，同時(shí)也帶動(dòng)其他同學(xué)課程設(shè)計(jì)加快進(jìn)度。

3.督促檢查。督促檢查環(huán)節(jié)是保證課程設(shè)計(jì)能夠保證質(zhì)量并按時(shí)完成的保證。具體操作方法是保證每天到課程設(shè)計(jì)專用教室一次，進(jìn)行考勤、考查進(jìn)度、答疑。除此之外，在課程設(shè)計(jì)專用教室內(nèi)與學(xué)生一起進(jìn)行設(shè)計(jì)工作，現(xiàn)場(chǎng)完成零件建模、裝配和運(yùn)動(dòng)仿真等工作。由于第7學(xué)期期末課程設(shè)計(jì)階段教師的工作特別繁多，因此能夠做到連續(xù)完整的督促檢查十分不易，需要教師付出更多的時(shí)間和辛苦。但是，做好這個(gè)督促檢查工作，一方面可拉近師生距離并掌握學(xué)生課程設(shè)計(jì)情況，另一方面對(duì)提高教師業(yè)務(wù)素質(zhì)也有一定的幫助。

三、教學(xué)實(shí)踐對(duì)比分析

為驗(yàn)證“直觀認(rèn)知—細(xì)節(jié)分解—督促檢查”三位一體綜合課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)方法的成果，結(jié)合一次課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)教學(xué)任務(wù)進(jìn)行一組對(duì)比試驗(yàn)。試驗(yàn)分為兩組，每組20名同學(xué)。第一組同學(xué)按照傳統(tǒng)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)方法進(jìn)行，第二組同學(xué)按照“直觀認(rèn)知—細(xì)節(jié)分解—督促檢查”三位一體綜合課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)方法進(jìn)行，得到如下一些對(duì)比分析結(jié)果：

1.學(xué)生進(jìn)行課程設(shè)計(jì)的興趣和積極性得到很大提高。第二組同學(xué)明顯比第一組同學(xué)的積極性增強(qiáng)。第二組同學(xué)被帶到機(jī)床實(shí)驗(yàn)室時(shí)，對(duì)機(jī)床設(shè)備、主軸箱模型和主軸箱展開(kāi)圖可看、可觸及，同學(xué)主動(dòng)向前靠攏、主動(dòng)動(dòng)手碰觸操作、認(rèn)真觀察分析、相互交流討論、態(tài)度活躍積極。顯然第一組同學(xué)沒(méi)有這種經(jīng)歷和體驗(yàn)。

2.學(xué)生在課程設(shè)計(jì)過(guò)程中提出的問(wèn)題明顯增多。學(xué)生不能提出問(wèn)題是目前教學(xué)環(huán)節(jié)里一個(gè)很大的缺失，不是沒(méi)有問(wèn)題，而是出了很大的問(wèn)題。在第二組同學(xué)的三周課程設(shè)計(jì)期間，提出大量與課程設(shè)計(jì)相關(guān)的問(wèn)題。從問(wèn)題的歸類上看，不僅涉及到《機(jī)床構(gòu)造與設(shè)計(jì)》課程本身，而且?guī)缀跎婕暗焦た茖I(yè)基礎(chǔ)課及專業(yè)課的全部課程。同學(xué)能夠提出問(wèn)題，說(shuō)明他們?cè)谡n程設(shè)計(jì)過(guò)程中發(fā)揮出主動(dòng)性并進(jìn)行積極的思考。相比之下，第一組多數(shù)同學(xué)都是在照貓畫虎的生搬硬套。

3.學(xué)生在課程設(shè)計(jì)過(guò)程中對(duì)三維建模產(chǎn)生濃厚興趣。近年來(lái)，“甩圖板”工程被實(shí)施并逐漸加強(qiáng)，鼓勵(lì)學(xué)生采用計(jì)算機(jī)輔助繪圖，從而甩掉圖板。本課程設(shè)計(jì)在繪圖環(huán)節(jié)也鼓勵(lì)采用計(jì)算機(jī)輔助繪制二維平面圖，有大約三分之一的同學(xué)采用計(jì)算機(jī)輔助繪圖。目前許多設(shè)計(jì)生產(chǎn)過(guò)程都直接采用三維模型方式進(jìn)行，而學(xué)生此時(shí)在教學(xué)上仍然沒(méi)有接觸到三維建模技術(shù)。在“細(xì)節(jié)分解”過(guò)程中，我采用三維軟件建模技術(shù)，將所有零件進(jìn)行建模、裝配和運(yùn)動(dòng)仿真。這個(gè)過(guò)程大部分是在教室內(nèi)與同學(xué)一起進(jìn)行的，因此同學(xué)們?cè)谥庇^掌握零件結(jié)構(gòu)的同時(shí)紛紛對(duì)三維建模技術(shù)產(chǎn)生濃厚興趣，并準(zhǔn)備開(kāi)始學(xué)習(xí)三維建模技術(shù)。顯然第一組同學(xué)同樣沒(méi)有這種經(jīng)歷和體驗(yàn)。

4.學(xué)生課程設(shè)計(jì)出勤率明顯提高。除個(gè)別同學(xué)有時(shí)因?yàn)檎衅笗?huì)等特殊情況外，幾乎是全部出勤。

5.課程設(shè)計(jì)成績(jī)明顯提高。課程設(shè)計(jì)成績(jī)?cè)u(píng)定是平時(shí)成績(jī)、圖紙文檔成績(jī)、提問(wèn)答辯成績(jī)的綜合，第二組成績(jī)比第一組成績(jī)呈現(xiàn)整體提高趨勢(shì)。

參考文獻(xiàn)

[1]戴曙.金屬切削機(jī)床[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2017.

[2]陳易新.金屬切削機(jī)床課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社.1987.