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【摘要】文章是對一次成功的機械設計課程設計改革實踐的描述和總結。通過分析機械設計課程設計面臨的主要問題，根據(jù)學校和學生的實際情況，決定優(yōu)先解決從傳統(tǒng)手工設計向計算機輔助設計轉變的問題，以此作為改革的主要目標，制定出詳細的改革方案，然后組織實施。對實施過程中遇到的問題進行分析并妥善解決，最終取得了滿意的成效。

【關鍵詞】教學改革；機械設計；課程設計；UG

1機械設計課程設計教學的性質、內容、目的、現(xiàn)狀及主要問題

機械設計課程設計是許多機械設計類專業(yè)的必修課程，是機械設計專業(yè)基礎課程的最后一個重要教學環(huán)節(jié)。對學生來說，也是第一次較全面地接近實際工作狀態(tài)的設計能力訓練。這門課的內容一般是要求學生在規(guī)定的時間期限內完成一項機械設計任務，即根據(jù)給定的條件設計出一個機械裝置，使它的功能和性能滿足一系列明確的要求。這實際上是要求學生初步具備解決工程實際問題的能力。為此學生需要綜合應用前面學習過的機械制圖、機械原理、機械設計、理論力學、材料力學、公差與配合、材料及熱處理、機械制造工藝等課程的知識來解決問題，需要將理論知識和實際情況結合起來考慮問題，需要查閱大量的圖表資料，需要綜合考慮功能、性能、結構、材料、工藝、操作、維護、成本等各種因素的平衡協(xié)調來靈活制定出設計方案，還需要有嚴肅認真、細致、耐心、勤奮甚至連續(xù)加班加點工作的職業(yè)素質。可見這門課程對學生的能力培養(yǎng)和職業(yè)素質形成有巨大的促進作用，但同時也對學生的學習和教師的教學兩方面都提出了很高的要求。就學生來講，以前的學習都是一門一門課的進行，從來沒有過需要將如此眾多的課程內容綜合起來并靈活運用到一個具體項目上來的先例。有部分學生甚至是考一門忘一門，有些甚至還是掛著科的，對他們來說這一工作的難度可想而知。需要綜合平衡各種因素并靈活制定出設計方案也是學生以前從來沒有碰到過的。以前的學習基本上只需要考慮單一或者少數(shù)幾個因素，習題也基本上有固定的套路和唯一的答案，而現(xiàn)在的設計結果可以有多種甚至無數(shù)種可能，差別只是合理程度不同或者綜合平衡時側重因素的差異。如此大規(guī)模的工作量及如此復雜的一環(huán)套一環(huán)的設計過程也是從未有過的，因為前面的一個小疏忽導致后面的大問題以致不得不返工的現(xiàn)象時有發(fā)生。就教師來講，面對越來越大的班級、越來越復雜的學生情況、越來越少的課時，即使富有經(jīng)驗的老教師也不敢掉以輕心。通過精心指導，能夠按部就班地順利完成任務已屬不易，再要求在內容、方法、組織、實施、評價等過程中有所創(chuàng)新則更是困難重重。但越來越重視創(chuàng)新能力的培養(yǎng)要求我們在內容上創(chuàng)新，計算機輔助設計的不斷進步和在企業(yè)的普及應用要求我們在方法上創(chuàng)新，學生、學時、場地、設備的現(xiàn)實條件要求我們不斷提高效率，因而必須對組織形式和實施過程進行改革創(chuàng)新，而對學生新的全面綜合素質要求則需要我們在評價方面有所創(chuàng)新。這些就是我們所面對的現(xiàn)實和需要解決的問題。

2國內外研究現(xiàn)狀分析

由于計算機技術特別是微機技術的飛速發(fā)展，CAD技術應用到工程設計領域變得非常深入廣泛，這對高等院校的人才培養(yǎng)提出了更高的要求。特別是應用型本科高校，培養(yǎng)的目標本來就是應用型技術人才，根據(jù)技術發(fā)展進行教學改革自然變得非常重要，因此自2008年起對機械設計課程設計的教學改革研究越來越多，越來越深入，近年來轉向全三維設計的趨勢非常明顯。相比之下，研究型高校因為重點培養(yǎng)研究型人才，因此對這個問題的研究比較少見。倒是有不少職業(yè)技術學院對此進行了不少研究，但由于要求不同，研究的重點不一樣。他們一般開設的是機械基礎課程設計，只要求設計單級的圓柱齒輪減速器，對軸和齒輪的計算都比較簡單。所以目前對此研究最多的，還是應用型本科院校。近年基于三維設計軟件進行機械設計課程設計教學改革的文章主要有廣東技術師范學院天河學院李俊文、陳玉蓮老師的“應用型本科機械設計課程設計的改革”[1]，陜西科技大學機電工程學院梁金生老師的“基于三維模型的機械基礎課程設計教學改革與研究”[2]，湖州師范學院工學院魏玉蘭，李兵老師的“機械設計課程設計教學改革應用與實踐”[3]，蘭州城市學院機械工程系于國紅、魏偉、晏麗琴等老師的《機械設計課程設計》的教學改革探索[4],云南農(nóng)業(yè)大學工程技術學院張毅杰、孔令瓊、施杰等老師的“基于UG平臺的機械原理課程設計新模式探究”[6]等文章。總的來說，這些文章都從一定的側面對機械設計課程設計的教學改革進行了探討，都可以為我們這次改革實驗提供借鑒和依據(jù)。

3機械設計課程設計教學改革方案

根據(jù)學校和學生的實際情況，改革只能有重點地進行，決定優(yōu)先解決從傳統(tǒng)手工設計向計算機輔助設計轉變的問題，因為這是難度較小同時又比較急切需要解決的問題。為此，我們選定材料成型及控制工程專業(yè)1501班學生作為改革試點班級。因為該專業(yè)對機械設計課程設計的要求相對較低，該班學生35人，相對較少，因而可以降低改革難度和風險，確保設計方法改革這個重點的順利進行。因為該專業(yè)后續(xù)有模具設計課程，畢業(yè)后也有許多人需要到模具企業(yè)就業(yè)，而模具企業(yè)最常用的設計工具之一為UG，該軟件也是目前機械設計的主流軟件，所以決定我們的機械設計課程設計采用UG軟件作為主要設計工具，實現(xiàn)從傳統(tǒng)手工繪圖設計向三維計算機輔助設計的轉變。由于學校機房及學生電腦配置差別較大，為確保大家都可以順利完成設計，決定以UGNX8.0為主，但鼓勵條件較好的學生使用UGNX10.0進行設計。內容方面，仍然從傳統(tǒng)設計題庫中選取二級齒輪減速器。但考慮到UGNX8.0在蝸桿蝸輪設計方面比較復雜，決定選題以齒輪減速器為主。為此選取帶式輸送機傳動裝置、螺旋輸送機傳動裝置、卷揚機傳動裝置、混料機傳動裝置、電動絞車傳動裝置、磨盤機傳動裝置、鏈板式輸送機傳動裝置，共七種設備類型作為設計內容。方法方面，除了圖表需要查閱紙版標準、手冊外，計算提倡采用EXCEL函數(shù)或規(guī)劃程序，建模、裝配、出工程圖則全部在UG中完成，設計說明書用WORD編輯，答辯要求制作PPT。組織方面，全班分為7個小組，每組5名學生共同完成一種設備類型，便于他們相互之間的討論交流。但給定每個人的設計條件、功能、性能參數(shù)不同，因此設計結果可能差別很大，可以有效避免互相抄襲的現(xiàn)象發(fā)生。實施方面，仍然采用傳統(tǒng)的停課3周設計（即課程設計班級在此期間不再安排其它課程），這樣不需改變按傳統(tǒng)方法編排的課表和教學計劃，也便于對學生的指導和管理。但將設計時間安排成兩部分，每天安排4個課時必須集中到機房做設計，老師點名并當面指導，另外4個課時由學生自由安排，可以到圖書館，也可以在寢室，老師通過微信進行指導，而機房則可以用于其他班級的正常教學。這樣學生每周有40課時的設計時間，3周共達120課時，對于進度較慢或需要返工的同學還可以利用晚上或周末的時間追趕，因此時間方面有充分地保障。評價方面，采用綜合評價方式：方案合理性占25%，計算準確性占20%，建模質量占15%，工程圖質量占10%，設計說明書質量占10%，答辯占10%，出勤情況及工作態(tài)度占10%。由于電腦繪圖避免了手工繪圖的一些質量問題，字跡工整、圖面整潔等因素已經(jīng)不必考慮，但圖面的布局、線條、符號的規(guī)范等仍是工程圖質量的重要內容。考慮到設計和制造圖紙都有從二維為主向三維為主發(fā)展的趨勢，建模質量的權重高于工程圖質量的權重。

4機械設計課程設計教學改革實施過程中出現(xiàn)的主要問題

實際實施過程大致按方案設計、計算、零件結構設計、建模、制工程圖、編寫設計說明書、制作PPT、答辯共八個階段依次進行，每個階段都出現(xiàn)了大量的問題。實施過程中最初出現(xiàn)的問題是在方案設計階段。部分基礎較差的同學幾乎完全記不起機械原理的相關知識，不知道什么樣的機構可以實現(xiàn)什么樣的傳動，因而處于一種無從下手、束手無策的狀態(tài)。一些基礎較好的同學則陷入了存在多種可能方案而不知如何選取、左右為難的情況。前者需要老師指導他們復習機械原理相關知識并督促他們跟上進度，后者則需要老師引導他們綜合權衡并做出決策。接下來計算階段也有問題。要指導他們根據(jù)不同的情況選取不同的設計準則，應用不同的計算公式，查圖、查表、確定計算參數(shù)，然后還要指導他們使用EXCEL編輯公式，完成計算。由于進度不統(tǒng)一，每個人的公式也各不相同，幾乎無法進行統(tǒng)一講解，必須一個學生一個學生地指導，工作量極大。還好每個小組都有一個能力比較強的學生，只要重點把他教會了，他可以幫助老師承擔一部分指導工作。零件結構設計與建模階段的主要問題是部分學生軟件操作不熟練，有些甚至需要從簡單的拉伸命令講起，差不多是整個軟件從頭學起。指導老師只好在統(tǒng)一的時間安排軟件操作復習課程。好在每個組都有一些學得比較好的同學，其他同學在老師忙不過來時可以向他們尋求幫助。這種情況嚴重地拖累了進度。一些零件的尺寸需要通過結構來確定，以及標準件的裝配，這是建模階段的另外兩個難點。還一個比較普遍性的問題是有相當一部分學生的材料、制造工藝基礎比較差，因而對零部件的制造工藝性、維護工藝性考慮不周到。制圖階段出現(xiàn)的主要問題是不熟悉國家標準和規(guī)范、不會確定配合類型和公差值、不會寫技術要求等。設計說明書撰寫階段的主要問題是學生普遍不會使用公式編輯器，還有就是對格式要求不重視。好在這個指導相對比較容易，關鍵是要嚴格要求把好質量關。PPT制作階段的問題主要是學生不會抓重點，總是想把盡可能多的內容往幻燈片里塞，色彩搭配也不注意對比度，喜歡搞一些很炫的背景喧賓奪主等等。這些只需要現(xiàn)場播放讓他們自己看效果就可以解決。還有些同學要做仿真動畫，這已經(jīng)超出了原計劃的要求，但在時間允許的條件下可以進行指導。答辯時的主要問題是緊張，可以提前做模擬答辯進行練習，可以有效緩解正式答辯時的緊張情緒。對于教師來說，最大的問題是時間緊、課時少。時間本來是沒問題的，許多學生都能超額完成任務（把從電機到工作機構全都畫出來了，還能做出動畫仿真），但也有不少學生由于基礎差、軟件操作不熟練等原因跟不上進度，有時不得不為了他們而放慢整個班級的進度，最終結果就導致時間不夠用。課時方面，雖然學生有120課時，但教師每天只算集中的4個課時，所以總課時只有60，盡管另60課時實際上要在微信上應付學生接連不斷的問題。可以想見，這會成為向其他專業(yè)、班級推廣的阻力，因而需要教務部門的政策支持。

5機械設計課程設計教學改革初步成效

經(jīng)過充分準備、細致規(guī)劃、認真實施，在材料成型及控制工程專業(yè)1501班試點的機械設計課程設計教學改革取得了圓滿成功，順利完成了從傳統(tǒng)手工繪圖設計到三維計算機輔助設計的轉變，設計圖紙更加豐富，設計質量明顯提高，全班學生都通過了設計答辯，合格率達100%，其中4名同學綜合評價為優(yōu)秀，優(yōu)秀率達到11.4%。該試點的方案、實施步驟、解決的問題、總結的經(jīng)驗有較好的推廣價值，可以方便地推廣到其他同類班級。

參考文獻

[1]李俊文,陳玉蓮.應用型本科機械設計課程設計的改革[J].廣東技術師范學院學報(自然科學),2016(2).

[2]梁金生.基于三維模型的機械基礎課程設計教學改革與研究[J].時代教育,2015(1).

[3]魏玉蘭,李兵.機械設計課程設計教學改革應用與實踐[J].湖州師范學院學報,2015(12).

[4]于國紅,魏偉,晏麗琴.《機械設計課程設計》的教學改革探索[J].輕工科技,2015(1).

[5]顧艷紅,劉占民,張建軍,等.基于SolidWorks的機械設計基稿課程設計的改革與實踐[J].中國現(xiàn)代教育裝備,2015(1).

[6]張毅杰,孔令瓊,施杰,等.基于UG平臺的機械原理課程設計新模式探究[J].中國現(xiàn)代教育裝備,2013(3).

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[8]郝秀紅,邱雪松.機械設計課程設計教學改革初探[J].教學研究,2011(5).

[9]張健,起雪梅.基于加強教學環(huán)節(jié)的“機械設計課程設計”教學改革與實踐[J].長春理工大學學報,2011(9).

作者:徐友良 單位:湖南涉外經(jīng)濟學院機械學院