面向新工科人才培養(yǎng)的機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程教學(xué)改革

鄭 靜，龍湘云，伍素珍

（湖南大學(xué) 機(jī)械與運(yùn)載工程學(xué)院，長(zhǎng)沙 410082）

為實(shí)現(xiàn)從制造大國(guó)向制造強(qiáng)國(guó)、創(chuàng)造強(qiáng)國(guó)的轉(zhuǎn)變，我國(guó)在“十四五”規(guī)劃和2035年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要[1]中強(qiáng)調(diào)，要增強(qiáng)制造業(yè)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，加快推動(dòng)制造業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。為應(yīng)對(duì)新一輪科技革命與產(chǎn)業(yè)變革，現(xiàn)代制造業(yè)正朝著數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化的智能制造方向發(fā)展。與之相呼應(yīng)，注重學(xué)科交叉、理工融合與產(chǎn)教合作的“新工科”應(yīng)運(yùn)而生[2]?！靶鹿た啤睂?duì)高等學(xué)校的傳統(tǒng)機(jī)械類(lèi)工科專(zhuān)業(yè)教學(xué)體系改革、人才培養(yǎng)質(zhì)量提出了更高的要求[3-4]。與傳統(tǒng)制造業(yè)相比，智能制造的核心在于創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展，而創(chuàng)新和發(fā)展的源動(dòng)力在于培養(yǎng)卓越的新工科人才。為更好地迎接現(xiàn)代復(fù)雜裝備關(guān)鍵機(jī)械零部件設(shè)計(jì)制造提出的挑戰(zhàn)，培養(yǎng)知識(shí)種類(lèi)多、學(xué)科交叉、創(chuàng)新能力強(qiáng)的機(jī)械類(lèi)人才至關(guān)重要[5]。

機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)是面向智能制造工程、工業(yè)工程及工程力學(xué)的專(zhuān)業(yè)核心課程，本課程主要包括機(jī)構(gòu)學(xué)原理、機(jī)械零部件和系統(tǒng)設(shè)計(jì)等內(nèi)容，是從理論性、系統(tǒng)性很強(qiáng)的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課向?qū)嵺`性較強(qiáng)的專(zhuān)業(yè)課過(guò)渡的一個(gè)重要轉(zhuǎn)折點(diǎn)，是塑造機(jī)械設(shè)計(jì)技能與理念至關(guān)重要的一課。總體而言，目前機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程中傳統(tǒng)基礎(chǔ)內(nèi)容占比太重，且更新緩慢，教學(xué)方法與現(xiàn)代智能化機(jī)械產(chǎn)業(yè)的發(fā)展逐步脫節(jié)，難以滿足智能制造領(lǐng)域?qū)哂泄こ绦浴⒓夹g(shù)性和科研性復(fù)合型人才的迫切需求。面對(duì)這一挑戰(zhàn)，機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程教學(xué)模式的改革迫在眉睫。為此，從三個(gè)方面提出了機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程的教學(xué)改革措施：首先，對(duì)課程內(nèi)容進(jìn)行系統(tǒng)化梳理，在傳統(tǒng)理論教學(xué)中融入現(xiàn)代先進(jìn)設(shè)計(jì)的理念和方法，保障教學(xué)的更新與時(shí)俱進(jìn)；其次，發(fā)揮機(jī)械設(shè)計(jì)科研團(tuán)隊(duì)的優(yōu)勢(shì)，豐富教學(xué)課堂、討論課堂及實(shí)踐課堂的知識(shí)廣度和深度；最后，打通理論課堂教學(xué)和課程設(shè)計(jì)實(shí)踐，以項(xiàng)目訓(xùn)練牽引知識(shí)學(xué)習(xí)并最終應(yīng)用于實(shí)際設(shè)計(jì)，真正實(shí)現(xiàn)理論與實(shí)踐的高度貫通。

一 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程的教學(xué)現(xiàn)狀

（一）零散式的傳統(tǒng)教學(xué)模式

機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)是從理論性、系統(tǒng)性的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課向?qū)嵺`性的專(zhuān)業(yè)課過(guò)渡的一個(gè)重要轉(zhuǎn)折點(diǎn)，作為一門(mén)綜合性較強(qiáng)的課程，其教學(xué)內(nèi)容涵蓋了機(jī)械原理與機(jī)械設(shè)計(jì)兩部分，內(nèi)容多且雜。以湖南大學(xué)智能制造工程、工業(yè)工程及工程力學(xué)專(zhuān)業(yè)所使用的機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程教材為例[6]，其內(nèi)容包括機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識(shí)、常用機(jī)構(gòu)及傳動(dòng)設(shè)計(jì)、通用零部件設(shè)計(jì)、機(jī)械系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)以及與機(jī)械現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法相關(guān)的18個(gè)知識(shí)章節(jié)。

整體而言，目前機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程的教材主要是通過(guò)各個(gè)章節(jié)分別介紹各類(lèi)常用機(jī)構(gòu)和通用零部件來(lái)介紹其基本原理及設(shè)計(jì)方法，章節(jié)之間的聯(lián)系性不強(qiáng)。而傳統(tǒng)教學(xué)思路一般較大程度依賴(lài)于教材的內(nèi)容，零散地講解各個(gè)章節(jié)，難以讓學(xué)生搭建完備的知識(shí)框架體系，形成對(duì)機(jī)械系統(tǒng)的整體認(rèn)知。譬如，傳統(tǒng)教學(xué)主要是從機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)原理方面分別介紹各類(lèi)機(jī)構(gòu)的基本類(lèi)型及功能特點(diǎn)，較少?gòu)膶?shí)際工程需求角度出發(fā)，分析如何設(shè)計(jì)傳動(dòng)系統(tǒng)的組成機(jī)構(gòu)，難以培養(yǎng)學(xué)生對(duì)復(fù)雜機(jī)械的整體理解。除此之外，傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程教學(xué)注重傳統(tǒng)基礎(chǔ)理論，而缺少先進(jìn)設(shè)計(jì)理念與方法的融入。盡管教材中通常包含現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法的章節(jié)，但是該部分內(nèi)容通常較為獨(dú)立，所涉及內(nèi)容概述性較強(qiáng)，使學(xué)生不能充分理解、應(yīng)用現(xiàn)代設(shè)計(jì)理念與方法。更重要的是，隨著當(dāng)前智能制造行業(yè)的發(fā)展，很多具有挑戰(zhàn)性的瓶頸問(wèn)題亟待解決，而教學(xué)內(nèi)容應(yīng)該與時(shí)俱進(jìn)、不斷豐富與更新，使得學(xué)生在學(xué)習(xí)必要的基礎(chǔ)理論知識(shí)的同時(shí)，掌握更多的新技術(shù)、新方法、新思路。例如，凸輪輪廓曲線的設(shè)計(jì)主要集中在講解基于反轉(zhuǎn)原理的圖解法，設(shè)計(jì)方法較為傳統(tǒng)，難以保證其設(shè)計(jì)效率與設(shè)計(jì)精度；齒輪、帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)步驟則較為繁瑣，通常都是先進(jìn)行相關(guān)參數(shù)的預(yù)選，根據(jù)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行反饋，再通過(guò)反復(fù)的修改和計(jì)算最終確定設(shè)計(jì)方案，缺少現(xiàn)代設(shè)計(jì)與優(yōu)化理念的培養(yǎng)。

（二）分離式的課堂教學(xué)與課程設(shè)計(jì)實(shí)踐環(huán)節(jié)

機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程體系不僅包含課堂教學(xué)，課程設(shè)計(jì)也是必不可少的實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)。課程設(shè)計(jì)作為學(xué)生的首次綜合機(jī)械設(shè)計(jì)能力訓(xùn)練，其目的是綜合運(yùn)用機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)、工程制圖等課程知識(shí)，學(xué)會(huì)查找標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范手冊(cè)、圖冊(cè)等相關(guān)資料，培養(yǎng)學(xué)生的基礎(chǔ)專(zhuān)業(yè)技能和機(jī)械設(shè)計(jì)素養(yǎng)，為后續(xù)的專(zhuān)業(yè)學(xué)習(xí)打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)[7]。

機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)是理論知識(shí)付諸于實(shí)踐活動(dòng)的載體，也是培養(yǎng)學(xué)生機(jī)械設(shè)計(jì)素養(yǎng)的必要環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)的課程設(shè)計(jì)實(shí)踐與課堂教學(xué)通常是相互獨(dú)立的，只存在鋪墊關(guān)系，缺少相互交融，使得理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)存在一定的脫節(jié)，難以形成一套實(shí)時(shí)、系統(tǒng)的理論-實(shí)踐一體化的教學(xué)模式。譬如，在齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)的教學(xué)中，通常是把零散的知識(shí)點(diǎn)直接串聯(lián)，未能充分挖掘知識(shí)與實(shí)際工程需求之間的關(guān)系，課堂教學(xué)與課程設(shè)計(jì)分離，使得學(xué)生到課程設(shè)計(jì)階段面對(duì)真實(shí)工程背景時(shí)不知如何下手。此外，傳統(tǒng)課程設(shè)計(jì)通常以手算、手繪，以及經(jīng)驗(yàn)公式和查找手冊(cè)為主，缺少對(duì)先進(jìn)的數(shù)值計(jì)算技術(shù)和現(xiàn)代設(shè)計(jì)手段的引進(jìn)，而在課堂教學(xué)過(guò)程中也缺乏相關(guān)內(nèi)容的安排，教學(xué)模式與現(xiàn)代智能化機(jī)械產(chǎn)業(yè)的需求脫節(jié)。

二 面向新工科人才培養(yǎng)的機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程教學(xué)改革

在當(dāng)代新工科視域下，對(duì)人才的培養(yǎng)更注重時(shí)代性、創(chuàng)新性及引領(lǐng)性，傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)的教學(xué)模式難以滿足行業(yè)高速發(fā)展對(duì)人才的需求。為了培養(yǎng)更具競(jìng)爭(zhēng)力的新工科人才，教學(xué)改革應(yīng)不僅僅局限于對(duì)于基礎(chǔ)知識(shí)的傳授，更應(yīng)該著力于如何培養(yǎng)學(xué)生的專(zhuān)業(yè)綜合能力?；诖?，本文擬從理論及實(shí)踐兩個(gè)層次出發(fā)，提出“兩層次三方面”的教學(xué)改革思路，如圖1所示，為機(jī)械基礎(chǔ)核心課的教學(xué)提供參考。首先，在理論教學(xué)改革方面，系統(tǒng)性地梳理理論知識(shí)課程脈絡(luò)，將傳統(tǒng)機(jī)械與現(xiàn)代先進(jìn)設(shè)計(jì)理念和方法充分融合，實(shí)時(shí)更新教學(xué)內(nèi)容；同時(shí)，將機(jī)械設(shè)計(jì)科研團(tuán)隊(duì)的技術(shù)手段和科研項(xiàng)目融入課堂，以項(xiàng)目牽引教學(xué)，豐富課堂教學(xué)，建立傳統(tǒng)機(jī)械理論與前沿科學(xué)研究的聯(lián)系；另外，打破分離式教學(xué)模式，將實(shí)時(shí)更新的理論知識(shí)和設(shè)計(jì)手段貫通于課堂教學(xué)與課程設(shè)計(jì)實(shí)踐，形成理論實(shí)踐一體化的教學(xué)模式，在培養(yǎng)合格人才的基礎(chǔ)上，鍛煉學(xué)生的工程實(shí)踐、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)等多方面能力，培養(yǎng)其成為適應(yīng)現(xiàn)代新型機(jī)械產(chǎn)業(yè)的復(fù)合型人才。

圖1 兩層次三方面的教學(xué)改革思路

（一）現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法牽引教學(xué)

基于理論力學(xué)、材料力學(xué)等工科前導(dǎo)課程和工程圖學(xué)、互換性與測(cè)量技術(shù)等機(jī)械專(zhuān)業(yè)課程，以理論課堂和集體討論課為教學(xué)載體，在講授傳統(tǒng)機(jī)械基礎(chǔ)知識(shí)的同時(shí)，注重現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)方法和手段的應(yīng)用與融合，以先進(jìn)前沿的科研方法與思路牽引教學(xué)。在首次授課過(guò)程中，從現(xiàn)代復(fù)雜裝備引入，再介紹典型機(jī)器如減速器、內(nèi)燃機(jī)和沖床等，引導(dǎo)學(xué)生展開(kāi)討論，觀察復(fù)雜機(jī)器的工作原理及組成部分，了解齒輪傳動(dòng)、帶傳動(dòng)與鏈傳動(dòng)、鍵連接、軸承、軸和聯(lián)軸器等在機(jī)器中的原理及功用，各個(gè)零散式的教學(xué)章節(jié)通過(guò)實(shí)際工程應(yīng)用背景匯集到一起，自然地形成了緊密的聯(lián)系與呼應(yīng)。除此之外，引導(dǎo)學(xué)生繪制思維導(dǎo)圖，由總到分梳理本門(mén)課程知識(shí)脈絡(luò)，搭建整體的機(jī)械基礎(chǔ)知識(shí)體系，形成機(jī)械專(zhuān)業(yè)認(rèn)知和整體思維。

對(duì)于各章節(jié)具體的理論課堂教學(xué)，加強(qiáng)對(duì)機(jī)構(gòu)和零部件的機(jī)械設(shè)計(jì)與實(shí)際應(yīng)用的講解，結(jié)合現(xiàn)代機(jī)械工業(yè)的機(jī)械設(shè)計(jì)需求，引入數(shù)值分析、有限元計(jì)算和結(jié)構(gòu)優(yōu)化等現(xiàn)代先進(jìn)理念，幫助學(xué)生進(jìn)一步理解機(jī)械結(jié)構(gòu)的原理與設(shè)計(jì)。同時(shí)，以小班討論課為載體，著重強(qiáng)調(diào)先進(jìn)信息化技術(shù)手段的引入與應(yīng)用，構(gòu)建個(gè)性數(shù)字化設(shè)計(jì)形式的集體討論課，將現(xiàn)代先進(jìn)理念與技術(shù)付諸于機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)踐，切實(shí)提高學(xué)生的專(zhuān)業(yè)素養(yǎng)和實(shí)際操作能力。例如，對(duì)于齒輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在掌握齒輪設(shè)計(jì)基本流程的基礎(chǔ)上，采用有限元計(jì)算方法進(jìn)行齒面接觸疲勞強(qiáng)度和齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算，并與傳統(tǒng)模型的經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算結(jié)果對(duì)比；對(duì)于連桿機(jī)構(gòu)如曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，應(yīng)用MATLAB對(duì)其進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與計(jì)算，再通過(guò)UG構(gòu)建三維幾何模型，分析其運(yùn)動(dòng)原理及特性。另外，在對(duì)知識(shí)內(nèi)容進(jìn)行梳理和更新的同時(shí)，制作與之配套的立體化資源，廣泛收集和選用不同渠道中的公共資源，鼓勵(lì)學(xué)生在課堂之外根據(jù)興趣進(jìn)行補(bǔ)充學(xué)習(xí)，構(gòu)建自己更加充實(shí)的專(zhuān)業(yè)知識(shí)體系。

總體而言，用現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法與理念引領(lǐng)教學(xué)思路，進(jìn)而開(kāi)展各個(gè)章節(jié)的教學(xué)，在機(jī)械傳統(tǒng)專(zhuān)業(yè)知識(shí)系統(tǒng)化課堂的基礎(chǔ)上，最大化地引入現(xiàn)代前沿設(shè)計(jì)方法和技術(shù)手段，構(gòu)建總體系統(tǒng)設(shè)計(jì)思維與觀念，提升應(yīng)用現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)與方法的熟練度，縮短本科生專(zhuān)業(yè)技能水準(zhǔn)與現(xiàn)代制造業(yè)日益增長(zhǎng)的就業(yè)要求之間的差距，提高學(xué)生的綜合就業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。

（二）科研前沿研究融入教學(xué)

筆者所在實(shí)驗(yàn)室是湖南大學(xué)裝備可靠性分析與設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室，科研領(lǐng)域?yàn)闄C(jī)械設(shè)計(jì)方向，多年來(lái)在結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)不確定性分析與可靠性設(shè)計(jì)方面進(jìn)行了深入研究，扎實(shí)掌握了該領(lǐng)域的理論知識(shí)和前沿技術(shù)。因此，將相關(guān)前沿的研究融入課堂教學(xué)，將有效提升教學(xué)深度和廣度，使學(xué)生充分了解機(jī)械設(shè)計(jì)領(lǐng)域的前沿研究與應(yīng)用，擴(kuò)展學(xué)生的科研視野。

首先，將結(jié)構(gòu)分析與優(yōu)化設(shè)計(jì)等前沿課題有機(jī)融入課堂教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)，實(shí)現(xiàn)專(zhuān)業(yè)知識(shí)和科研動(dòng)態(tài)雙向并進(jìn)。例如，在齒輪或帶輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，通常會(huì)僅僅介紹實(shí)體式、腹板式以及輪輻式的基本結(jié)構(gòu)形式。事實(shí)上，在滿足結(jié)構(gòu)強(qiáng)度與剛度要求的基礎(chǔ)上，可以應(yīng)用結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)[8]，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)尺寸、形狀和拓?fù)涞膬?yōu)化設(shè)計(jì)，獲取輕量化的更優(yōu)結(jié)構(gòu)。以此激發(fā)學(xué)生自主思考潛能，打破固有設(shè)計(jì)思維，在機(jī)械設(shè)計(jì)的過(guò)程中主動(dòng)探尋和思考更優(yōu)化的結(jié)構(gòu)模型，達(dá)到科研反哺教學(xué)的目的。其次，結(jié)合團(tuán)隊(duì)工程研究項(xiàng)目，分組邀請(qǐng)學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室參觀及日?？蒲醒杏?，鞏固課程內(nèi)容并補(bǔ)充相關(guān)前沿機(jī)械設(shè)計(jì)相關(guān)的理論知識(shí)，形成前瞻性的科研引導(dǎo)和科研洞察力，逐步養(yǎng)成科學(xué)探究精神和自主創(chuàng)新意識(shí)，達(dá)到創(chuàng)新教學(xué)的效果。

通過(guò)將科研研究融入教學(xué)，一方面發(fā)揮科研團(tuán)隊(duì)的優(yōu)勢(shì)，將科研成果、工程案例融入教學(xué)，充盈學(xué)生的科研素養(yǎng)與敏感度，并且給予學(xué)生了解新產(chǎn)業(yè)、新技術(shù)的更多途徑與方法。同時(shí)，通過(guò)工程項(xiàng)目的實(shí)際訓(xùn)練，引領(lǐng)學(xué)生的主動(dòng)思維與主動(dòng)學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)與應(yīng)用現(xiàn)代設(shè)計(jì)手段和方法，從而提高學(xué)習(xí)與實(shí)踐的質(zhì)量和效率。另一方面，學(xué)生掌握知識(shí)的過(guò)程中產(chǎn)生的正面質(zhì)疑與反饋，將會(huì)推動(dòng)教師查閱相關(guān)文獻(xiàn)，實(shí)時(shí)捕捉科研動(dòng)態(tài)和前沿學(xué)科知識(shí)，緊跟學(xué)科前沿動(dòng)態(tài)。

（三）理論課堂與實(shí)踐課程的貫通融合

傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程課堂教學(xué)與課程設(shè)計(jì)是兩個(gè)獨(dú)立的版塊，一般在課程知識(shí)學(xué)習(xí)結(jié)束之后再單獨(dú)進(jìn)行課程設(shè)計(jì)，造成理論環(huán)節(jié)與實(shí)際環(huán)節(jié)脫節(jié)。正如前文中所述，將機(jī)器結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)理念貫穿于整個(gè)教學(xué)過(guò)程，在知識(shí)學(xué)習(xí)的過(guò)程中搭建機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計(jì)流程和思路，使得在后續(xù)的課程設(shè)計(jì)實(shí)踐中更加地有的放矢。同樣地，將學(xué)習(xí)內(nèi)容運(yùn)用于課程設(shè)計(jì)的過(guò)程也反向鞏固了課堂所學(xué)知識(shí)。同時(shí)，結(jié)合現(xiàn)代設(shè)計(jì)引領(lǐng)的課程學(xué)習(xí)以及機(jī)械設(shè)計(jì)領(lǐng)域前沿的科學(xué)研究，開(kāi)展理論-實(shí)踐一體化的數(shù)字化課程設(shè)計(jì)改革，形成一套理論課堂與實(shí)踐課程貫通的培養(yǎng)模式，如圖2所示。在保證學(xué)生熟練掌握與應(yīng)用專(zhuān)業(yè)知識(shí)的同時(shí)，激發(fā)學(xué)生思考的積極性與主動(dòng)性，培養(yǎng)其研究思維，使得其在課程設(shè)計(jì)中能更好地發(fā)揮主觀能動(dòng)性，設(shè)計(jì)出更優(yōu)的結(jié)構(gòu)。

圖2 理論-實(shí)踐一體化的復(fù)合型人才培養(yǎng)模式

具體來(lái)說(shuō)，理論-實(shí)踐一體化的數(shù)字化課程改革的開(kāi)展如圖3所示。一般的課程設(shè)計(jì)主要包括以下五個(gè)環(huán)節(jié)：①確定總體方案，合理分配傳動(dòng)比；②設(shè)計(jì)傳動(dòng)零件，包括結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和強(qiáng)度計(jì)算；③繪制裝配圖；④繪制零件圖；⑤編寫(xiě)說(shuō)明書(shū)。在此基礎(chǔ)上，充分運(yùn)用所學(xué)的機(jī)械基礎(chǔ)知識(shí)，結(jié)合相應(yīng)的現(xiàn)代設(shè)計(jì)理念及計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)方法，提高分析的準(zhǔn)確性和計(jì)算的效率。傳動(dòng)零件的設(shè)計(jì)通常需要預(yù)選參數(shù)，若計(jì)算結(jié)果不合理或不滿足則返回調(diào)整參數(shù)重新計(jì)算，導(dǎo)致設(shè)計(jì)過(guò)程較為繁瑣，且有較多重復(fù)性工作。針對(duì)此類(lèi)問(wèn)題，可利用MATLAB對(duì)零件的設(shè)計(jì)過(guò)程進(jìn)行編程，通過(guò)軟件進(jìn)行高效計(jì)算。另外，傳統(tǒng)手繪裝配圖和零件圖在繪制精度和效率方面均受到限制，可采用CAD等繪圖建模軟件取代傳統(tǒng)的手繪，采用ANSYS等有限元分析軟件進(jìn)行零部件校核分析，大幅提高設(shè)計(jì)效率。除此之外，在完成CAD三視圖繪制的基礎(chǔ)上，增加數(shù)字化三維建模部分，鼓勵(lì)學(xué)生采用UG、SolidWork等三維數(shù)字化軟件進(jìn)行三維建模，幫助其更清晰地了解整體結(jié)構(gòu)以及零部件的裝配關(guān)系，形成理論設(shè)計(jì)與數(shù)字化技術(shù)的閉環(huán)反饋，使設(shè)計(jì)流程更加完整與精準(zhǔn)。

圖3 理論-實(shí)踐一體化的數(shù)字化課程設(shè)計(jì)改革

因此，將課程教學(xué)與課程設(shè)計(jì)貫通融合，由現(xiàn)代設(shè)計(jì)思想引領(lǐng)課堂內(nèi)容，現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法豐富基礎(chǔ)知識(shí)，同時(shí)在課程設(shè)計(jì)中合理運(yùn)用所學(xué)專(zhuān)業(yè)知識(shí)與技術(shù)，開(kāi)展理論-實(shí)踐一體化的現(xiàn)代數(shù)字化課程設(shè)計(jì)改革，提高學(xué)生綜合應(yīng)用專(zhuān)業(yè)知識(shí)和現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)的能力，培養(yǎng)適應(yīng)新工科背景的復(fù)合型人才。

三 結(jié)束語(yǔ)

現(xiàn)代制造業(yè)的發(fā)展對(duì)高質(zhì)量的新工科人才提出了迫切的需求，在人才培養(yǎng)的過(guò)程中，機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程的學(xué)習(xí)至關(guān)重要。本文針對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程提出了“兩層次三方面”的教學(xué)改革思路，在傳統(tǒng)理論教學(xué)中融入現(xiàn)代先進(jìn)設(shè)計(jì)理念、以科學(xué)前沿研究拓寬課堂的知識(shí)廣度和深度，并開(kāi)展理論-實(shí)踐一體化的數(shù)字化課程設(shè)計(jì)改革，從理論層次與實(shí)踐層次培養(yǎng)綜合性新工科人才。