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摘 要：《机械设计》课程设计是机械类学生必修的实践教学课程,课程设计的过程可以培养学生分析和解决工程设计问题的能力,文章就设计内容、组织和安排、方法和手段三个方面阐述《机械设计》课程设计的创新研究.
关 键 词：《机械设计》课程设计；设计内容；组织和安排；方法和手段
中图分类号：G642.4文献标志码：A文章编号：1674-9324（2013）23-0047-02
培养大学生的创新能力已经成为高等学校的一项重要教学改革内容.《机械设计》课程设计涵盖机械原理、机械设计、理论力学、材料力学、机械制图、机械制造等课程,是高等工科学院机械类学生进行的第一次较全面的、综合性的、理论联系实际的实践性环节.通过该环节的实际锻炼,使学生巩固、加深、扩展已学过的知识,培养学生的工程实践能力和创新设计的能力.如何使《机械设计》课程设计取得良好的预期效果,必须在教学内容、教学组织和安排、教学方法和手段等方面进行改革,形成了教师队伍结构合理,教学内容组织科学、教学方法和手段先进、教学管理严格、教学效果优良的局面.本人从以下几个方面谈谈《机械设计》课程设计的创新研究.
一、课程设计内容的改革
课程设计的关键在于培养学生的独立工作能力.所以,在课程设计中,不断更新设计题目,充实设计内容,强调创新设计.目前多数高校《机械设计》课程设计的题目单一,设计过程千篇一律,方案和设计思路都已经完全确定,整个设计过程中学生一直处于被动状态,而非主动积极思考状态.可向学生推荐研究题目或启发学生自拟选题,通过各种渠道进行调研,并将其调研小结按比例记入课程总成绩.通过这些开放式教学举措,将课堂延伸到图书馆、网络和工程现场,不仅加强了对学生工程意识的培养,开发了学生潜在的创新意识,同时使学生对机械产生浓厚的兴趣.
《机械设计》课程设计内容可将《机械原理》和《机械设计》两门课程进行整合.原来的《机械原理》和《机械设计》的课程设计是分开的,相互之间没有联系,《机械原理》的课程设计是以机构的分析为主,《机械设计》是以零件的强度分析和绘制装配图为主,通过一个有生产背景的实践课题,以设计对象为主线,使学生通过原理方案的设计、执行机构的设计、传动方案的设计、结构设计等过程,加深对机械系统的整体认识.将两门课程的课程设计进行了优化整合,从题目的选择到实施过程,更加符合现代机械的设计思路,即把过去仅进行机构和零部件的结构分析、运动分析和动力分析,改变为进行机械系统的综合设计.通过一个有生产背景的实际课题,要求学生在3周的时间内,从系统的角度首先进行执行系统方案设计、原动机选择和传动系统设计,然后采用优化方法对系统进行运动学设计,在此基础上再进行关键零部件的工作能力设计和结构设计.在结构设计方面,初步建立了由三维设计到二维设计的新模式.
通过课程设计内容的扩充和具有生产背景的实际课题的综合设计,不仅有助于学生建立对机械系统的完整认识,更为重要的是,通过对学生综合能力的培养,使学生的创新潜能得到了充分发挥.不仅培养了创新设计的能力,还能提高学生对《机械设计》的浓厚兴趣.
二、教学内容组织与安排
以往情况看,课程设计安排在课程结束时进行,课程设计时间常为3周,以后随着教改的深入可能还要缩短,而要完成的工作量又较大.尽管老师尽职尽责地上好辅导课,学生努力地去做,但设计成绩并不十分理想,如图纸上经常出现制图错误及结构错误、参数确定不够合理、问题考虑不周全、缺少特色或创新之举、说明书缺乏对设计参数选择的分析及说明等等.设计成绩不理想的原因主要是时间短、任务重；学生普遍缺乏设计经验；少数学生不够努力.本课程设计是一个实践性极强的综合设计,设计过程的各个阶段既相互联系,又相互制约.同时考虑的因素非常多.对于一个第一次进行如此全面设计而又十分缺乏经验的学生来说,要求在如此有限的时间内,考虑问题全面、参数确定合理,确实不易做到.
课程设计的内容我们可以分散到两门课程的教学中去,将集中时间式教学分为部分,然后集中式教学,为进一步缩短对学生进行基本设计能力培养的时间,原理方案和运动分析可融合在机械原理教学中,机械原理三大常用机构讲完后即可将课程设计题目发给学生,布置学生自学指导书传动装置总体设计部分,并上一次有关内容的辅导课,然后进行传动方案的拟定或分析.后续《机械设计》课程教学中,比如齿轮传动内容讲完后,即可介绍减速器一章,安排学生观看减速器录像并进行减速器装拆实验,使学生增强感性认识,完成传动零件的计算和机构设计.讲完轴章节,学生可以做轴的计算和结构设计,轴的结构设计影响因素也很多,轴上零件分布、定位固定、装拆及轴的加工难易、轴上所受载荷大小分布等都应一同考虑.
部分安排由于学生刚学完此内容,头脑比较清晰,加上有教师指导,会比较顺利地完成此内容.同时,学生也能初步感受到工程设计的特点,逐步进入设计角色.这样,学生可以使《机械设计》课程的进行以课外作业的形式逐渐完成除装配图以外的传动计算和标准件选择,并进行课题结构设计的草图绘制,在这一过程中辅以教师的指导和阶段性检查.这样,学生不仅可以十分轻松地在最后集中安排课程设计时间里完成任务,同时通过这样一个渐进过程,基本设计能力也得到更扎实的培养.此外,这种教学安排还可以大大改善《机械设计》课程的教学质量,使学生在学习理论课程内容的同时能结合实际的设计问题,灵活地运用,变模仿型设计训练为思考型设计训练.学生在设计时习惯于照搬设计指导书的设计方法,这容易使学生的思维僵化,不善于应用所学知识去解决问题.若先抛开课程设计指导书,给学生必要的提示,并列出参考书目,鼓励他们去查资料、翻手册,培养他们对各种资料及数据归纳整理的能力,从无从下手的困境中找到进一步工作的方向,在走弯路的过程中学会设计.
三、教学方法与手段
指导教师除了力求设计题目（或参数）多样化外,由于学生实践经验少,对课本中有些理论很难听懂,或者虽然勉强听懂,但却没能融会贯通,更不知如何运用.因此,增加学生的感性知识,应成为改进机械计课程教学的关键之一.为此,让学生带着问题（实验提纲中布置思考题）到实验室参观和装拆,在教学中使用教具、照片、有关录像带等做法,尽量使用多媒体等现代教学手段,增加学生的感性认识.
设计过程中指导教师除了要给学生上3～4次引导课,及时指出设计中问题和错误,另外还必须要求学生严肃认真、刻苦钻研、一丝不苟、有错必改、精益求精的工作态度.不允许害怕返工,已发现的不合理地方要求学生及时修改,要让学生把模拟课题当作实际工程.让学生认识到设计是一项复杂而细致的工作,任何马虎和敷衍了事的态度都会给国家带来不必要的损失,学生通过改正错误的地方,可修正和补充知识,将存在问题彻底弄懂弄透.同时,指导教师还要随时掌握每个学生的设计进度情况,发现问题,及时指正,不至于以后的设计由于一步出错而报废或需大量返工.教师在答疑时,不必要直接给出正确答案,而要注意启发诱导,启发学生思维,让学生经过自己的努力得到正确答案.
四、结论
《机械设计》课程设计是机械类专业的重要实践教学环节之一,对学生独立工作能力和满足后续教学环节的教学要求,均具有重要意义.在进行课程设计的过程中,应使课程设计题目类型更接近于生产实际.注意方法,合理安排时间和内容,加强对学生创新能力和综合设计能力的培养,提高课程设计质量,为后续课程和将来参加工作打下良好基础.