導(dǎo)語：機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)研究一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

【摘要】文章是對一次成功的機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)改革實(shí)踐的描述和總結(jié)。通過分析機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)面臨的主要問題，根據(jù)學(xué)校和學(xué)生的實(shí)際情況，決定優(yōu)先解決從傳統(tǒng)手工設(shè)計(jì)向計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)變的問題，以此作為改革的主要目標(biāo)，制定出詳細(xì)的改革方案，然后組織實(shí)施。對實(shí)施過程中遇到的問題進(jìn)行分析并妥善解決，最終取得了滿意的成效。

【關(guān)鍵詞】教學(xué)改革；機(jī)械設(shè)計(jì)；課程設(shè)計(jì)；UG

1機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)教學(xué)的性質(zhì)、內(nèi)容、目的、現(xiàn)狀及主要問題

機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)是許多機(jī)械設(shè)計(jì)類專業(yè)的必修課程，是機(jī)械設(shè)計(jì)專業(yè)基礎(chǔ)課程的最后一個重要教學(xué)環(huán)節(jié)。對學(xué)生來說，也是第一次較全面地接近實(shí)際工作狀態(tài)的設(shè)計(jì)能力訓(xùn)練。這門課的內(nèi)容一般是要求學(xué)生在規(guī)定的時間期限內(nèi)完成一項(xiàng)機(jī)械設(shè)計(jì)任務(wù)，即根據(jù)給定的條件設(shè)計(jì)出一個機(jī)械裝置，使它的功能和性能滿足一系列明確的要求。這實(shí)際上是要求學(xué)生初步具備解決工程實(shí)際問題的能力。為此學(xué)生需要綜合應(yīng)用前面學(xué)習(xí)過的機(jī)械制圖、機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計(jì)、理論力學(xué)、材料力學(xué)、公差與配合、材料及熱處理、機(jī)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(shí)際情況結(jié)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(jié)構(gòu)、材料、工藝、操作、維護(hù)、成本等各種因素的平衡協(xié)調(diào)來靈活制定出設(shè)計(jì)方案，還需要有嚴(yán)肅認(rèn)真、細(xì)致、耐心、勤奮甚至連續(xù)加班加點(diǎn)工作的職業(yè)素質(zhì)。可見這門課程對學(xué)生的能力培養(yǎng)和職業(yè)素質(zhì)形成有巨大的促進(jìn)作用，但同時也對學(xué)生的學(xué)習(xí)和教師的教學(xué)兩方面都提出了很高的要求。就學(xué)生來講，以前的學(xué)習(xí)都是一門一門課的進(jìn)行，從來沒有過需要將如此眾多的課程內(nèi)容綜合起來并靈活運(yùn)用到一個具體項(xiàng)目上來的先例。有部分學(xué)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(shè)計(jì)方案也是學(xué)生以前從來沒有碰到過的。以前的學(xué)習(xí)基本上只需要考慮單一或者少數(shù)幾個因素，習(xí)題也基本上有固定的套路和唯一的答案，而現(xiàn)在的設(shè)計(jì)結(jié)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(cè)重因素的差異。如此大規(guī)模的工作量及如此復(fù)雜的一環(huán)套一環(huán)的設(shè)計(jì)過程也是從未有過的，因?yàn)榍懊娴囊粋€小疏忽導(dǎo)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(fù)雜的學(xué)生情況、越來越少的課時，即使富有經(jīng)驗(yàn)的老教師也不敢掉以輕心。通過精心指導(dǎo)，能夠按部就班地順利完成任務(wù)已屬不易，再要求在內(nèi)容、方法、組織、實(shí)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(nèi)容上創(chuàng)新，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的不斷進(jìn)步和在企業(yè)的普及應(yīng)用要求我們在方法上創(chuàng)新，學(xué)生、學(xué)時、場地、設(shè)備的現(xiàn)實(shí)條件要求我們不斷提高效率，因而必須對組織形式和實(shí)施過程進(jìn)行改革創(chuàng)新，而對學(xué)生新的全面綜合素質(zhì)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(shí)和需要解決的問題。

2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀分析

由于計(jì)算機(jī)技術(shù)特別是微機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，CAD技術(shù)應(yīng)用到工程設(shè)計(jì)領(lǐng)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(yīng)用型本科高校，培養(yǎng)的目標(biāo)本來就是應(yīng)用型技術(shù)人才，根據(jù)技術(shù)發(fā)展進(jìn)行教學(xué)改革自然變得非常重要，因此自2008年起對機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)的教學(xué)改革研究越來越多，越來越深入，近年來轉(zhuǎn)向全三維設(shè)計(jì)的趨勢非常明顯。相比之下，研究型高校因?yàn)橹攸c(diǎn)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(shù)學(xué)院對此進(jìn)行了不少研究，但由于要求不同，研究的重點(diǎn)不一樣。他們一般開設(shè)的是機(jī)械基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)，只要求設(shè)計(jì)單級的圓柱齒輪減速器，對軸和齒輪的計(jì)算都比較簡單。所以目前對此研究最多的，還是應(yīng)用型本科院校。近年基于三維設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)教學(xué)改革的文章主要有廣東技術(shù)師范學(xué)院天河學(xué)院李俊文、陳玉蓮老師的“應(yīng)用型本科機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)的改革”[1]，陜西科技大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院梁金生老師的“基于三維模型的機(jī)械基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)教學(xué)改革與研究”[2]，湖州師范學(xué)院工學(xué)院魏玉蘭，李兵老師的“機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)教學(xué)改革應(yīng)用與實(shí)踐”[3]，蘭州城市學(xué)院機(jī)械工程系于國紅、魏偉、晏麗琴等老師的《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)》的教學(xué)改革探索[4],云南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院張毅杰、孔令瓊、施杰等老師的“基于UG平臺的機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)新模式探究”[6]等文章?？偟膩碚f，這些文章都從一定的側(cè)面對機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)的教學(xué)改革進(jìn)行了探討，都可以為我們這次改革實(shí)驗(yàn)提供借鑒和依據(jù)。

3機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)教學(xué)改革方案

根據(jù)學(xué)校和學(xué)生的實(shí)際情況，改革只能有重點(diǎn)地進(jìn)行，決定優(yōu)先解決從傳統(tǒng)手工設(shè)計(jì)向計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)變的問題，因?yàn)檫@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(xué)生作為改革試點(diǎn)班級。因?yàn)樵搶I(yè)對機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)的要求相對較低，該班學(xué)生35人，相對較少，因而可以降低改革難度和風(fēng)險，確保設(shè)計(jì)方法改革這個重點(diǎn)的順利進(jìn)行。因?yàn)樵搶I(yè)后續(xù)有模具設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)工具之一為UG，該軟件也是目前機(jī)械設(shè)計(jì)的主流軟件，所以決定我們的機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)采用UG軟件作為主要設(shè)計(jì)工具，實(shí)現(xiàn)從傳統(tǒng)手工繪圖設(shè)計(jì)向三維計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)變。由于學(xué)校機(jī)房及學(xué)生電腦配置差別較大，為確保大家都可以順利完成設(shè)計(jì)，決定以UGNX8.0為主，但鼓勵條件較好的學(xué)生使用UGNX10.0進(jìn)行設(shè)計(jì)。內(nèi)容方面，仍然從傳統(tǒng)設(shè)計(jì)題庫中選取二級齒輪減速器。但考慮到UGNX8.0在蝸桿蝸輪設(shè)計(jì)方面比較復(fù)雜，決定選題以齒輪減速器為主。為此選取帶式輸送機(jī)傳動裝置、螺旋輸送機(jī)傳動裝置、卷揚(yáng)機(jī)傳動裝置、混料機(jī)傳動裝置、電動絞車傳動裝置、磨盤機(jī)傳動裝置、鏈板式輸送機(jī)傳動裝置，共七種設(shè)備類型作為設(shè)計(jì)內(nèi)容。方法方面，除了圖表需要查閱紙版標(biāo)準(zhǔn)、手冊外，計(jì)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(shè)計(jì)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(xué)生共同完成一種設(shè)備類型，便于他們相互之間的討論交流。但給定每個人的設(shè)計(jì)條件、功能、性能參數(shù)不同，因此設(shè)計(jì)結(jié)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(shí)施方面，仍然采用傳統(tǒng)的停課3周設(shè)計(jì)（即課程設(shè)計(jì)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(xué)計(jì)劃，也便于對學(xué)生的指導(dǎo)和管理。但將設(shè)計(jì)時間安排成兩部分，每天安排4個課時必須集中到機(jī)房做設(shè)計(jì)，老師點(diǎn)名并當(dāng)面指導(dǎo)，另外4個課時由學(xué)生自由安排，可以到圖書館，也可以在寢室，老師通過微信進(jìn)行指導(dǎo)，而機(jī)房則可以用于其他班級的正常教學(xué)。這樣學(xué)生每周有40課時的設(shè)計(jì)時間，3周共達(dá)120課時，對于進(jìn)度較慢或需要返工的同學(xué)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(jì)算準(zhǔn)確性占20%，建模質(zhì)量占15%，工程圖質(zhì)量占10%，設(shè)計(jì)說明書質(zhì)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(zhì)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(zhì)量的重要內(nèi)容?？紤]到設(shè)計(jì)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(zhì)量的權(quán)重高于工程圖質(zhì)量的權(quán)重。

4機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)教學(xué)改革實(shí)施過程中出現(xiàn)的主要問題

實(shí)際實(shí)施過程大致按方案設(shè)計(jì)、計(jì)算、零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、建模、制工程圖、編寫設(shè)計(jì)說明書、制作PPT、答辯共八個階段依次進(jìn)行，每個階段都出現(xiàn)了大量的問題。實(shí)施過程中最初出現(xiàn)的問題是在方案設(shè)計(jì)階段。部分基礎(chǔ)較差的同學(xué)幾乎完全記不起機(jī)械原理的相關(guān)知識，不知道什么樣的機(jī)構(gòu)可以實(shí)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(chǔ)較好的同學(xué)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(dǎo)他們復(fù)習(xí)機(jī)械原理相關(guān)知識并督促他們跟上進(jìn)度，后者則需要老師引導(dǎo)他們綜合權(quán)衡并做出決策。接下來計(jì)算階段也有問題。要指導(dǎo)他們根據(jù)不同的情況選取不同的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，應(yīng)用不同的計(jì)算公式，查圖、查表、確定計(jì)算參數(shù)，然后還要指導(dǎo)他們使用EXCEL編輯公式，完成計(jì)算。由于進(jìn)度不統(tǒng)一，每個人的公式也各不相同，幾乎無法進(jìn)行統(tǒng)一講解，必須一個學(xué)生一個學(xué)生地指導(dǎo)，工作量極大。還好每個小組都有一個能力比較強(qiáng)的學(xué)生，只要重點(diǎn)把他教會了，他可以幫助老師承擔(dān)一部分指導(dǎo)工作。零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與建模階段的主要問題是部分學(xué)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(xué)起。指導(dǎo)老師只好在統(tǒng)一的時間安排軟件操作復(fù)習(xí)課程。好在每個組都有一些學(xué)得比較好的同學(xué)，其他同學(xué)在老師忙不過來時可以向他們尋求幫助。這種情況嚴(yán)重地拖累了進(jìn)度。一些零件的尺寸需要通過結(jié)構(gòu)來確定，以及標(biāo)準(zhǔn)件的裝配，這是建模階段的另外兩個難點(diǎn)。還一個比較普遍性的問題是有相當(dāng)一部分學(xué)生的材料、制造工藝基礎(chǔ)比較差，因而對零部件的制造工藝性、維護(hù)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(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范、不會確定配合類型和公差值、不會寫技術(shù)要求等。設(shè)計(jì)說明書撰寫階段的主要問題是學(xué)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(dǎo)相對比較容易，關(guān)鍵是要嚴(yán)格要求把好質(zhì)量關(guān)。PPT制作階段的問題主要是學(xué)生不會抓重點(diǎn)，總是想把盡可能多的內(nèi)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(xué)要做仿真動畫，這已經(jīng)超出了原計(jì)劃的要求，但在時間允許的條件下可以進(jìn)行指導(dǎo)。答辯時的主要問題是緊張，可以提前做模擬答辯進(jìn)行練習(xí)，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(xué)生都能超額完成任務(wù)（把從電機(jī)到工作機(jī)構(gòu)全都畫出來了，還能做出動畫仿真），但也有不少學(xué)生由于基礎(chǔ)差、軟件操作不熟練等原因跟不上進(jìn)度，有時不得不為了他們而放慢整個班級的進(jìn)度，最終結(jié)果就導(dǎo)致時間不夠用。課時方面，雖然學(xué)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(shí)際上要在微信上應(yīng)付學(xué)生接連不斷的問題?？梢韵胍姡@會成為向其他專業(yè)、班級推廣的阻力，因而需要教務(wù)部門的政策支持。

5機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)教學(xué)改革初步成效

經(jīng)過充分準(zhǔn)備、細(xì)致規(guī)劃、認(rèn)真實(shí)施，在材料成型及控制工程專業(yè)1501班試點(diǎn)的機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)教學(xué)改革取得了圓滿成功，順利完成了從傳統(tǒng)手工繪圖設(shè)計(jì)到三維計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)變，設(shè)計(jì)圖紙更加豐富，設(shè)計(jì)質(zhì)量明顯提高，全班學(xué)生都通過了設(shè)計(jì)答辯，合格率達(dá)100%，其中4名同學(xué)綜合評價為優(yōu)秀，優(yōu)秀率達(dá)到11.4%。該試點(diǎn)的方案、實(shí)施步驟、解決的問題、總結(jié)的經(jīng)驗(yàn)有較好的推廣價值，可以方便地推廣到其他同類班級。

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作者:徐友良 單位:湖南涉外經(jīng)濟(jì)學(xué)院機(jī)械學(xué)院