機械原理課程設(shè)計教學(xué)改革綜述

1、機械原理課程設(shè)計教學(xué)改革綜述 摘要：在分析研究國內(nèi)機械原理課程設(shè)計教學(xué)現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，結(jié)合本校的實際教學(xué)，對現(xiàn)有教學(xué)方式及存在的設(shè)計題目類型單一、手段落后、周期短時間緊、模仿設(shè)計以及缺乏團隊合作等問題進行了分析討論，歸納了主要的教學(xué)改革方法和內(nèi)容。文章最后從師資隊伍要求和學(xué)生成績評定兩個方面對教學(xué)改革工作做了進一步分析和探討。 關(guān)鍵詞：機械原理；課程設(shè)計；教學(xué)改革；綜述 一、概述 機械原理課程設(shè)計是高等院校機械類及近機類專業(yè)的一個重要教學(xué)實踐環(huán)節(jié)，是學(xué)生第一次較全面機械設(shè)計方面的初步訓(xùn)練，為學(xué)生從事機械產(chǎn)品的開發(fā)和創(chuàng)新設(shè)計打下必要的基礎(chǔ)。其核心是對機器的機械系統(tǒng)方案和機構(gòu)方案進行設(shè)計，直接決定機

2、械系統(tǒng)設(shè)計的質(zhì)量，是機械設(shè)計中最具有創(chuàng)新力的地方1-2。本課程設(shè)計的內(nèi)容主要包括兩個部分：第一部分為機械系統(tǒng)的運動方案設(shè)計，要求學(xué)生對常用機構(gòu)進行組合或創(chuàng)新設(shè)計，實現(xiàn)簡單機械系統(tǒng)的功能需求；第二部分為機構(gòu)尺度綜合，對機械系統(tǒng)中指定機構(gòu)進行運動分析和動態(tài)靜力分析3-4。在大量查閱國內(nèi)公開發(fā)表的機械原理課程設(shè)計教學(xué)改革論文的基礎(chǔ)上，對現(xiàn)有的教學(xué)方法及改革成果進行了匯總，對其中比較有代表性的成果進行了梳理、歸納和探討，拋磚引玉，為大家開展相關(guān)教學(xué)改革提供有益的參考和借鑒，以期達到提高教學(xué)質(zhì)量、更好地培養(yǎng)適應(yīng)新時代國家和社會發(fā)展需求的創(chuàng)新型工程人才的目標。 二、國內(nèi)現(xiàn)狀及存在的不足 （一）現(xiàn)狀。從現(xiàn)有

3、的國內(nèi)資料和我?，F(xiàn)狀來看，機械原理課程設(shè)計的時長一般為1-2周，大多安排在機械原理理論課程教學(xué)的學(xué)期末集中進行。傳統(tǒng)的教學(xué)方式主要為：在課程設(shè)計開始時，教師對設(shè)計內(nèi)容進行集中講解，布置設(shè)計任務(wù)及要求，下達設(shè)計任務(wù)書；學(xué)生參照指導(dǎo)書進行機構(gòu)組合，擬定運動循環(huán)圖，按照要求進行相關(guān)的設(shè)計計算；利用解析法對機構(gòu)進行運動分析及尺寸設(shè)計，并利用計算機編程得到運動分析結(jié)果；最后畫出功能系統(tǒng)圖和機構(gòu)運動簡圖、并利用圖解法對一些構(gòu)件如凸輪等進行設(shè)計；簡單答辯后上交設(shè)計資料，教師評分。在整個實踐環(huán)節(jié)實施過程中，教師主要負責(zé)解答學(xué)生遇到的一些問題和督促檢查學(xué)生的設(shè)計進度，學(xué)生按步驟和程序進行設(shè)計。這種傳統(tǒng)的人才培養(yǎng)

4、模式，在歷史上曾發(fā)揮過重要作用5，但隨著產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型升級和對創(chuàng)新型工程人才需求的提升，已不能適應(yīng)社會的需求。（二）存在的不足。1.設(shè)計題目類型單一陳舊教師根據(jù)指導(dǎo)書指定設(shè)計題目，多為一些加工型機械或者機床類設(shè)備的主傳動機構(gòu)3-4，多數(shù)情況下一個班甚至全年級共用幾個題目，同一個題目之間只是設(shè)計參數(shù)略有不同。傳統(tǒng)的題目主要有：牛頭刨床6、平板印刷機和壓力機等，上述題目有部分和學(xué)生實際生活完全脫節(jié)3、有部分是已淘汰或即將被淘汰的機械，題目類型單一陳舊1-5，7-11，學(xué)生創(chuàng)新性設(shè)計的空間較少，積極性不強2，9。由于設(shè)計題目比較成熟3-4，多年不變12，在學(xué)生之間甚至網(wǎng)絡(luò)上都有很多現(xiàn)成的資料可供參考，不

5、可避免出現(xiàn)雷同或抄襲現(xiàn)象6-7，13。其設(shè)計思路和模式比較程式化，僅通過對指導(dǎo)書翻書查表3-4，按部就班地就可以完成設(shè)計任務(wù)。2.設(shè)計手段落后，缺乏設(shè)計驗證環(huán)節(jié)對于機構(gòu)運動尺寸確定、機構(gòu)運動分析及動力分析等方面的設(shè)計，學(xué)生仍然采用圖解法或解析法3-5，9-10，13-15。為了避免抄襲，大多仍用手工繪圖和手寫設(shè)計說明書的形式，設(shè)計手段落后8，11，14-15。圖解法精度太低已不能滿足現(xiàn)代機械設(shè)計要求14，解析法對學(xué)生的理論分析要求比較高，并需要借助計算機編程進行分析14，16，手工繪圖和理論推導(dǎo)花費學(xué)生大量的時間和精力，關(guān)鍵還缺少最重要的環(huán)節(jié)利用現(xiàn)代設(shè)計手段對設(shè)計方案進行可行性驗證和分析9，造

6、成學(xué)生對設(shè)計質(zhì)量好壞沒有清晰、定量的標準，不利于培養(yǎng)學(xué)生全局觀和整體意識。3.模仿設(shè)計/參考設(shè)計，不利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力本實踐環(huán)節(jié)的核心是機械系統(tǒng)方案和機構(gòu)方案設(shè)計，由于已有現(xiàn)成的教師或者指導(dǎo)書推薦的機構(gòu)形式及其組合，學(xué)生所需做的工作就是按照自己的參數(shù)進行簡單修改，屬于一種系統(tǒng)方案和機構(gòu)方案已定的模仿設(shè)計4，8或參考設(shè)計2。在整個設(shè)計過程中，受已有設(shè)計方案潛移默化地影響，思維模式被固化，很難鍛煉學(xué)生的系統(tǒng)設(shè)計能力和創(chuàng)新設(shè)計能力。4.設(shè)計周期短時間緊，學(xué)生沒有足夠的時間反復(fù)思考完成設(shè)計創(chuàng)造性設(shè)計工作是一項艱苦的腦力勞動過程，不可能一蹴而就，需不斷地反復(fù)思考修改2。所以設(shè)計需要足夠多的時間去查資

7、料、構(gòu)思及修改，反復(fù)應(yīng)用理論知識以及現(xiàn)代設(shè)計手段進行設(shè)計、評價和驗證。而課程設(shè)計工作集中安排在1-2周內(nèi)完成，要在這么短的時間段內(nèi)完成各項設(shè)計任務(wù)本來就非常困難3-4，7，10，13，17，有時學(xué)生還需要準備課程的復(fù)習(xí)考試，因此他們不可避免會壓縮最重要也是最具創(chuàng)新性的方案構(gòu)思和機構(gòu)選型等方面的定性分析工作，使課程設(shè)計內(nèi)容明顯縮水3，7。5.單打獨斗為主，缺乏團隊協(xié)作精神在國內(nèi)現(xiàn)有的教育教學(xué)模式下，在大學(xué)四年里，許多高校學(xué)生不管是完成課程作業(yè)還是做課程設(shè)計、畢業(yè)設(shè)計，幾乎都是單打獨斗，普遍缺乏團隊協(xié)作、溝通交流能力方面的有效培養(yǎng)和訓(xùn)練5。 三、教改措施和方法 許多學(xué)校根據(jù)生源的具體情況和自身教學(xué)

8、的實際要求，提出了許多各具特色的教學(xué)改革方案，通過對現(xiàn)有的文獻進行梳理和歸納，教學(xué)改革的內(nèi)容主要有：（一）改革設(shè)計題目。設(shè)計題目改革的常見方式有：1.沿用原來的教學(xué)思路，改革力度相對較小，主要通過對傳統(tǒng)的題目提出更高設(shè)計要求5，18，提出一些新的題目以增加題目的類型和數(shù)量2，5-6，8，11-12，17，按專業(yè)方向進行選題1，4等方式對題目進行改革；2.完全改變原有的教學(xué)思路，改革力度相對較大，將題目分為創(chuàng)新型題目和傳統(tǒng)型題目17（自主選題和指定題目3，13，19），學(xué)生可以根據(jù)自身實際情況在以下幾個方面1，5，7-8，12，17，20自由選題：指導(dǎo)書中的傳統(tǒng)型題目、教師科研項目、機械創(chuàng)新設(shè)計

9、大賽題目、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目以及挑戰(zhàn)杯的擬參賽題目等。上述兩種方式都在不同程度上給予學(xué)生自由選擇的權(quán)力和創(chuàng)新設(shè)計空間，有利于將模仿型設(shè)計轉(zhuǎn)變?yōu)閯?chuàng)新思考型設(shè)計，提高教學(xué)質(zhì)量和學(xué)生設(shè)計積極性。（二）延長或者分散設(shè)計時間。通過延長或者分散課程設(shè)計時間的方式對設(shè)計時間進行了調(diào)整，讓學(xué)生有比較充分的思考和設(shè)計時間，有利于學(xué)生設(shè)計創(chuàng)新。具體來說主要有以下幾種方式：1.提前幾周布置題目11，17-18；2.采用先分散后集中的方式，將設(shè)計分散到機械原理課程教學(xué)的整個學(xué)期，最后才在設(shè)計周集中進行3，5-6，10，14，19，并適當調(diào)整機械原理理論課的教學(xué)安排，以適應(yīng)課程設(shè)計進度的要求；3.提出將機械原理、機械設(shè)計及其

10、兩個課程設(shè)計綜合到一起考慮，或者把兩個課程設(shè)計有機整合在一起進行教學(xué)11，16，19-20，以便將機械的原理方案設(shè)計與執(zhí)行機構(gòu)、傳動機構(gòu)的設(shè)計有機結(jié)合，將機構(gòu)的運動設(shè)計和結(jié)構(gòu)設(shè)計有機結(jié)合，加深學(xué)生對機械整機系統(tǒng)設(shè)計的認識，提升學(xué)生設(shè)計的全局觀和整體意識。（三）設(shè)計手段的改革和提升。引入現(xiàn)代的設(shè)計手段和方法，提高設(shè)計效率，通過對設(shè)計進行不同程度的仿真和驗證，培養(yǎng)學(xué)生的設(shè)計全局觀和對設(shè)計質(zhì)量的基本定性分析。主要方法有：1.采用SolidWorks、UG和PRO/E等設(shè)計軟件，構(gòu)建機構(gòu)的三維模型，并通過動態(tài)仿真1，10，16-17，20完成設(shè)計分析驗證；2.利用ADMAS或者ANSYS等分析軟件進行

11、機構(gòu)的動力學(xué)或有限元分析3-5，8，14-15，18，完成設(shè)計分析驗證；3.利用VB、C/C+、MATLAB等編程實現(xiàn)機構(gòu)的動力學(xué)分析1，6，10，20。（四）分組形式及考核方式的改革。為培養(yǎng)學(xué)生團隊協(xié)作、溝通交流的能力及相關(guān)的工程素養(yǎng)5，12，按照自愿和適當調(diào)配的原則對學(xué)生進行設(shè)計分組。總的來說，在分組上每個學(xué)校都各有其特點4-5，7，10，12-13，18-20，一般3-5人一組為宜，創(chuàng)新型題目推薦強強聯(lián)合的自由組合，傳統(tǒng)型題目可采用教師分組或自由組合適當調(diào)配，學(xué)生還可采用獨自完成的方式。在成績評定上各具特色3-4，9-10，19，在傳統(tǒng)的平時成績+設(shè)計成績+答辯成績的基礎(chǔ)上，對成績進行了

12、細化，如選題成績+平時成績+設(shè)計成績+答辯成績，特別將平時成績進行了分解如考勤、網(wǎng)上活躍度、方案答辯和軟件應(yīng)用能力等，有些還采用小組貢獻度的方式對小組成員的成績進行評定。不管采用何種方式，都是期望能公平公正地對成績進行評定，盡力做到在學(xué)習(xí)態(tài)度、創(chuàng)新點、中間過程和最終成果上進行相對全面的考核和評價。 四、對現(xiàn)有教改方式的一些思考 （一）師資隊伍的要求和培養(yǎng)。與傳統(tǒng)的教學(xué)方法相比，教學(xué)改革對教師提出了更高要求10，14，主要包括以下幾個方面：1.加大了教師的工作量，設(shè)計時間的延長，設(shè)計題目類型和種類以及設(shè)計方案的多樣化等方面都需要指導(dǎo)教師投入更多的時間和精力，一般情況下工作量的考核計算并沒有因此而

13、增加，關(guān)鍵問題還在于花費教師很多時間和精力的教學(xué)改革對職稱評定不一定有作用；2.對教師的能力水平提出了更高要求，創(chuàng)新型選題的范圍廣，學(xué)生提出的方案變化無常，有效分析及解決各種方案和問題，正確引導(dǎo)學(xué)生以達到有效訓(xùn)練學(xué)生的目的，對教師自身的專業(yè)理論知識、實際工程經(jīng)驗及計算機應(yīng)用能力都提出了挑戰(zhàn)。國內(nèi)高校包括我校在內(nèi)的一些應(yīng)用型本科院校，年青教師現(xiàn)在的入校門檻基本都要求博士畢業(yè)，而大部分年青的博士都是從學(xué)校到學(xué)校，缺乏在企業(yè)工作的實際工程經(jīng)驗7，存在能否保證改革后的課程設(shè)計順利完成，是否勝任這些高要求的指導(dǎo)工作等問題。因此對于工科專業(yè)來說，需要培養(yǎng)一批具有較強實際工程能力的年青教師隊伍7，同時通過工

14、作量考核和職稱評定等一系列措施來保護和激發(fā)教師，特別是青年教師教學(xué)改革的積極性，這些都對學(xué)校的管理層面提出了要求，也是許多高校必須面對和思考的問題。（二）考核方式的改革?？己朔绞降母母锸钦n程改革的一個重要組成部分，和課程改革是相輔相成、互相促進的，將直接影響學(xué)生的積極性、課程教改質(zhì)量、創(chuàng)新性以及教改能否繼續(xù)開展的一個重要因素，課程設(shè)計的考核方式不同于一般的課程考核，人為影響因素較多，更需要公平公正公開，因此更需要制定一個相對完善的考核機制。在制定考核方式時要考慮的因素比較多，既有宏觀的因素也有微觀的問題，其中還不乏存在矛盾和沖突。如何相對準確地評定學(xué)生的工作量和創(chuàng)新點？分組評定時如何按照貢獻率來評定同組同學(xué)之間的工作量和成績？創(chuàng)新型題目和傳統(tǒng)型題目之間在成績評定時是否要區(qū)別對待？是否需要采用不同的評分標準？平時成績除了集中時的考勤和階段檢查以外，還需要考慮哪些因素？如何評定網(wǎng)絡(luò)活躍度？等等都是需要根據(jù)各個學(xué)校的具體特點，在教學(xué)實踐中繼續(xù)探索和研究，從而得到一個相對定量化、易操作的評分方式或考核標準。 五、結(jié)束語 在目前國內(nèi)積極開展新工科建設(shè)和工程認證的背景下，如何做好工科專業(yè)的實踐環(huán)節(jié)是一個急需探討的問題。機械原理課程設(shè)計是一個涉及多方面知識的重要教學(xué)實踐環(huán)節(jié)，