鄭建校，原思聰，張曉鐘，耿素花

(西安建筑科技大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，陜西西安710055)

《工程機(jī)械設(shè)計(jì)》課程，是高等院校工程機(jī)械類專業(yè)的重要專業(yè)技術(shù)必修課，是學(xué)生必備的專業(yè)技術(shù)知識。通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生了解工程機(jī)械的基本參數(shù)確定和整機(jī)的設(shè)計(jì)方法及步驟，進(jìn)一步掌握和應(yīng)用先修課的知識，使學(xué)生具有工程機(jī)械設(shè)計(jì)的能力，進(jìn)一步加強(qiáng)學(xué)生分析和解決問題的能力，使學(xué)生在畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中能應(yīng)用三維軟件，適應(yīng)市場的需求。因此，構(gòu)建課程教學(xué)的創(chuàng)新模式，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維能力和軟件的應(yīng)用能力，已成為刻不容緩的任務(wù)。

1 課程內(nèi)容體系結(jié)構(gòu)

在課程安排上，注重與其他課程架構(gòu)的聯(lián)系和銜接，如機(jī)械系統(tǒng)動力學(xué)、鋼結(jié)構(gòu)、機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)、材料力學(xué)等。注重不同課程內(nèi)容之間的相互整合，以及應(yīng)用能力的融會貫通。在課程內(nèi)容安排上，使學(xué)生將以前學(xué)過的知識應(yīng)用到本課程之中，老師將起到引導(dǎo)的作用，通過下學(xué)期的畢業(yè)設(shè)計(jì)，將這種能力應(yīng)用到其他不同類型的工程機(jī)械設(shè)計(jì)之中，這將為學(xué)生參加工作打下了一定的基礎(chǔ)。本課程的教學(xué)思想，采用循序漸進(jìn)的方式，由局部到整體，由簡單及復(fù)雜，使學(xué)生逐步掌握零部件設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)和工程機(jī)械設(shè)計(jì)總體設(shè)計(jì)思想。因此，在本課程教學(xué)過程中，著重培養(yǎng)學(xué)生具有分析問題和解決問題的能力。

2 教學(xué)內(nèi)容及組織方式

在《工程機(jī)械設(shè)計(jì)》教學(xué)活動中，密切聯(lián)系工程機(jī)械生產(chǎn)實(shí)踐，以及市場需求的人才，采取啟發(fā)式和討論式相結(jié)合的教學(xué)組織方式，根據(jù)不同層次的學(xué)生適當(dāng)調(diào)整講課內(nèi)容和深度，并將目前最新工程機(jī)械機(jī)型、最新研究成果和動態(tài)介紹給學(xué)生；通過課外答疑、網(wǎng)站輔導(dǎo)和工程機(jī)械模型(例如裝載機(jī)和液壓挖掘機(jī)模型等)等形式形成教與學(xué)的互動，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，培養(yǎng)學(xué)生的理解力、判斷力以及獨(dú)立發(fā)現(xiàn)問題、解決問題等多方面的能力。充分發(fā)揮學(xué)生的主體作用和教師的主導(dǎo)作用，充分調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動性。

(1)根據(jù)本課題的研究方法和目的，將教學(xué)內(nèi)容分為課堂教學(xué)、多媒體課件演示、實(shí)際環(huán)境的錄像、實(shí)驗(yàn)演示和學(xué)生自己動手實(shí)驗(yàn)等教學(xué)方式。

(2)課堂教學(xué)主要講授基礎(chǔ)知識，重點(diǎn)講授課程要點(diǎn)和難點(diǎn)；多媒體課件主要演示基本教學(xué)理論、一些復(fù)雜的零部件結(jié)構(gòu)及裝配關(guān)系；介紹學(xué)科前沿及最新研究進(jìn)展。

(3)主要實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)：采用動畫、圖像、文字、聲音于一體的教學(xué)方式，幫助學(xué)生學(xué)習(xí)和掌握課程內(nèi)容。通過動畫，視頻等計(jì)算機(jī)多媒體技術(shù)，形象地展示工程機(jī)械(例如輪式裝載機(jī)和液壓挖掘機(jī)等)工作原理與實(shí)際工作過程，還可動態(tài)顯示各部件之間的聯(lián)系和運(yùn)動關(guān)系，既生動又形象，學(xué)生可直觀地、立體地和動態(tài)地學(xué)習(xí)所學(xué)知識，可取得傳統(tǒng)教學(xué)方法無法比擬的效果。激發(fā)學(xué)生主動學(xué)習(xí)的積極性，勇于在實(shí)驗(yàn)中提出新問題。

3 教學(xué)方法

本課程具有很強(qiáng)的理論聯(lián)系實(shí)際和工程應(yīng)用的特點(diǎn)，在繼承傳統(tǒng)教學(xué)方法優(yōu)點(diǎn)的同時，借鑒國內(nèi)外優(yōu)秀的教學(xué)方法，把課堂講授、課堂討論、課外溝通等多種教學(xué)方式有機(jī)整合，采用靈活多樣的教學(xué)方式、顯著提高了教學(xué)效果，將抽象的概念具體形象地表現(xiàn)出來；對教學(xué)中的重點(diǎn)和難點(diǎn)問題，采用集體討論，觀摩教學(xué)等形式重點(diǎn)備課。

同時，現(xiàn)代化教學(xué)手段對提高課程教學(xué)質(zhì)量有重要作用。本課程充分利用多媒體課件進(jìn)行輔助教學(xué)，增大了課堂的信息量，開闊了學(xué)生的視野，幫助學(xué)生掌握課程的重點(diǎn)、難點(diǎn)及具體的結(jié)構(gòu)內(nèi)容，提高了教學(xué)效率和教學(xué)質(zhì)量。由于多媒體教學(xué)也存在一定的弊端，也就是說一切都是虛擬的，無法觸摸，難以讓學(xué)生建立對事物的感性認(rèn)識。為此，針對這門課程的實(shí)際性和工程應(yīng)用特點(diǎn)，將現(xiàn)代化教學(xué)手段和三維動態(tài)仿真軟件及虛擬樣機(jī)技術(shù)應(yīng)用到本課程的教學(xué)之中。

(1)直觀教學(xué)法。充分運(yùn)用圖畫、模型、實(shí)物等直觀性教具，通過結(jié)構(gòu)分解和實(shí)際操作，例如購買裝載機(jī)實(shí)物模型，通過實(shí)際動作，加深學(xué)生對理論、概念和結(jié)構(gòu)的理解。以便在課堂教學(xué)時，既能體現(xiàn)實(shí)際零部件的結(jié)構(gòu)，又能產(chǎn)生“真情實(shí)感”，使老師教得便捷，又能增加學(xué)生的興趣。

(2)觀摩制作錄像。到工程機(jī)械(例如輪式裝載機(jī)和液壓挖掘機(jī)等)實(shí)際環(huán)境中去，觀摩工程機(jī)械的主要零部件裝配、施工、維修等，制作成錄像。一方面使學(xué)生直觀地了解了復(fù)雜的工程機(jī)械生產(chǎn)過程，又一方面能夠理論聯(lián)系實(shí)際，使學(xué)生聯(lián)系自己以前學(xué)過的知識，提高學(xué)生的興趣，增強(qiáng)學(xué)生對實(shí)物的理解，不再是紙上談兵。這些實(shí)際環(huán)境，在課堂教學(xué)中的展示，顯著地增強(qiáng)了教學(xué)效果。因而，在教學(xué)過程中，配置這樣實(shí)際環(huán)境工程機(jī)械制造、安裝和施工等現(xiàn)場的錄像播放，使學(xué)生有更為逼真的感受，達(dá)到了一定的教學(xué)目的。這樣，既可以節(jié)省課時又可以節(jié)省參觀聯(lián)系費(fèi)用。

(3)采用虛擬樣機(jī)技術(shù)。虛擬樣機(jī)技術(shù)，是隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展而迅速發(fā)展起來的一項(xiàng)計(jì)算機(jī)輔助工程(CAE)技術(shù)。在計(jì)算機(jī)上建立樣機(jī)模型，對模型進(jìn)行各種動態(tài)仿真和性能分析，然后改進(jìn)樣機(jī)設(shè)計(jì)方案，用數(shù)字化形式代替原來的實(shí)物樣機(jī)，也就是在三維設(shè)計(jì)環(huán)境中，可以進(jìn)行產(chǎn)品的模擬裝配，以獲得機(jī)器或零部件的三維實(shí)體，在一個可視化的環(huán)境中，實(shí)現(xiàn)工程機(jī)械機(jī)構(gòu)運(yùn)動仿真、產(chǎn)品有限元分析、計(jì)算機(jī)輔助制造與動畫生成。虛擬樣機(jī)技術(shù)融合了許多相關(guān)技術(shù)，包括幾何形體的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)軟件和技術(shù)、有限元分析(FEA)軟件和技術(shù)、模擬各種各樣作用力的軟件編程技術(shù)、利用試驗(yàn)裝置的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行某些構(gòu)件的建模等。以學(xué)生為本，充分運(yùn)用現(xiàn)代化的教學(xué)手段，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。讓學(xué)生直觀、立體地學(xué)習(xí)現(xiàn)代工程機(jī)械，增加了教學(xué)的信息量，培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識解決實(shí)際問題的能力。同時讓學(xué)生掌握等多的CAD/CAM/CAE等技術(shù)，為以后畢業(yè)打下基礎(chǔ)，適應(yīng)將來的市場需求。

在充分運(yùn)用實(shí)際環(huán)境、仿真模擬、情境教學(xué)等多種教學(xué)形式中，形成一種動態(tài)教學(xué)方法，通過比較，使學(xué)生正確理解，弄清概念，加深記憶。能夠?qū)⒔滩撵o態(tài)文字、圖形與工程實(shí)際環(huán)境、三維動態(tài)仿真三個方面的關(guān)聯(lián)、配置、銜接、互補(bǔ)等關(guān)系加以處理、合成，來提高學(xué)生的理解力，加大課堂信息量。

4 結(jié)束語

本研究課題就是針對《工程機(jī)械設(shè)計(jì)》這一重要的學(xué)科方向?qū)I(yè)課，結(jié)合學(xué)校機(jī)制專業(yè)的實(shí)際情況，提出一種動態(tài)教學(xué)方法。將教材靜態(tài)文字、圖形與工程實(shí)際環(huán)境、三維動態(tài)仿真合成，以提高學(xué)生的理解力、加大課堂信息量，提高該課程的教學(xué)水平與教學(xué)效果。隨著當(dāng)前科技發(fā)展的新動態(tài)和新技術(shù)的更新，改變相應(yīng)的教學(xué)內(nèi)容，以拓寬學(xué)生的知識面，對學(xué)生將來的畢業(yè)有很大幫助，特別是提高學(xué)生的就業(yè)率和加快創(chuàng)新頻率，具有重要的理論意義和實(shí)踐意義。

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