李 勇，范修文，張 宏

（塔里木大學(xué)機(jī)械電氣化工程學(xué)院，新疆 阿拉爾 843300）

機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計的“三位一體”模式探索

李 勇，范修文，張 宏

（塔里木大學(xué)機(jī)械電氣化工程學(xué)院，新疆 阿拉爾 843300）

信息技術(shù)的推廣和工業(yè)設(shè)計、制造技術(shù)的發(fā)展，對高校實踐課程提出了新的要求。針對當(dāng)前機(jī)械專業(yè)機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計的教學(xué)模式的不足，提出了課程內(nèi)容與形式改革措施。為有效提升學(xué)生實踐能力與創(chuàng)新思維能力，將模型3D繪圖與加工制造引入機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計中，探索理論計算、設(shè)計繪圖、加工制造“三位一體”的教學(xué)模式。經(jīng)實踐證明，新模式下教學(xué)效果突出。

機(jī)械設(shè)計；課程設(shè)計；模式；探索

隨著我國社會結(jié)構(gòu)的變化，催生高等教育教學(xué)結(jié)構(gòu)與形式轉(zhuǎn)型，國內(nèi)地方高校在不斷探索應(yīng)用型人才的培養(yǎng)模式與體系。機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計融合了機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)、機(jī)械制圖、機(jī)械制造基礎(chǔ)、極限配合與測量技術(shù)等課程的知識，是機(jī)械類專業(yè)培養(yǎng)學(xué)生機(jī)械設(shè)計能力與創(chuàng)新能力的實踐教學(xué)環(huán)節(jié)。因此，機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計在培養(yǎng)應(yīng)用型人才為目標(biāo)的機(jī)類和近機(jī)類高校實踐教學(xué)中具有十分重要的作用。當(dāng)前，機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計仍為減速器的理論設(shè)計計算為主，輔以二維圖紙表達(dá)，致使實踐性課程缺乏足夠的實踐環(huán)節(jié)。為此，以提高學(xué)生實踐能力與創(chuàng)新思維能力為目標(biāo)，將模型3D繪圖與加工制造引入機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計中，探索理論計算、設(shè)計繪圖、加工制造三位一體的教學(xué)模式。

1 機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計教學(xué)現(xiàn)狀

傳統(tǒng)教學(xué)模式將機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計的教學(xué)目標(biāo)設(shè)定為著重培養(yǎng)學(xué)生機(jī)械制造與設(shè)計的系統(tǒng)化設(shè)計思維，其是在機(jī)械原理與機(jī)械設(shè)計課程中機(jī)械零部件設(shè)計方法的基礎(chǔ)上設(shè)計機(jī)械裝置，進(jìn)行機(jī)械機(jī)構(gòu)選擇與方案設(shè)計、總體布置、總裝配圖設(shè)計、主要零件設(shè)計及設(shè)計計算說明書編寫等訓(xùn)練。機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計選擇最具代表性的機(jī)械裝置“減速器”作為設(shè)計題目，其課程學(xué)習(xí)要求包括以下3點：①要求學(xué)生熟悉減速器的工作原理、各零部件裝配裝配關(guān)系和箱體類結(jié)構(gòu)設(shè)計等知識與技能；②著重要求學(xué)生掌握齒輪機(jī)構(gòu)、軸、螺栓組件、軸承、鍵、銷等零部件的設(shè)計計算與選擇；③要求學(xué)生熟練應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范、手冊、圖表和設(shè)計資料。

以采用塔里木大學(xué)機(jī)械電氣化工程學(xué)院機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計為例，其教學(xué)模式采用傳統(tǒng)教學(xué)模式，在完成88學(xué)時的機(jī)械設(shè)計理論學(xué)習(xí)后，再開展為期2至3周的機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計，學(xué)生以4～6人為一小組合作完成減速器理論設(shè)計、計算及二維圖繪制。在課程設(shè)計時間段內(nèi)，學(xué)生對減速器的設(shè)計僅停留方案構(gòu)思、機(jī)械零部件和機(jī)械總成的結(jié)構(gòu)布置與設(shè)計，均屬理論設(shè)計與繪圖，回顧以往的課程設(shè)計教學(xué)環(huán)節(jié)與學(xué)生反饋信息，發(fā)現(xiàn)在課程設(shè)計過程中體現(xiàn)出以下弊?。?/p>

（1）多數(shù)學(xué)生對綜合應(yīng)用所學(xué)知識與技能解決實際問題的能力較差，對減速器的結(jié)構(gòu)缺乏認(rèn)識；

（2）學(xué)生對課程設(shè)計興趣不夠濃厚，缺乏自我設(shè)計與創(chuàng)新主動性，且過度依賴指導(dǎo)教師指引；

（3）在減速器的設(shè)計過程中，設(shè)計計算生硬套搬設(shè)計步驟，照抄設(shè)計手冊和減速器圖冊的減速器圖樣與尺寸；

同時，在此教學(xué)模式下學(xué)生以完成作業(yè)任務(wù)式的心態(tài)對待課程設(shè)計，導(dǎo)致課程設(shè)計抄襲現(xiàn)象，亦無法達(dá)到課程設(shè)計原本教學(xué)要求。該模式下無法體現(xiàn)出設(shè)計創(chuàng)新與實踐教學(xué)，對培養(yǎng)學(xué)生自主創(chuàng)新設(shè)計作用微乎其微。

2 機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計改革措施

現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展要求高校培育的人才能運用專業(yè)知識解決工程實際問題和探索問題的能力。機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計作為一門機(jī)械專業(yè)機(jī)械設(shè)計綜合知識與技能應(yīng)用的平臺，是提高學(xué)生機(jī)械設(shè)計與工程素質(zhì)的重要環(huán)節(jié)。機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計的教學(xué)目標(biāo)不僅是為培養(yǎng)學(xué)生機(jī)械制造與設(shè)計的設(shè)計過程，也是在培育學(xué)生掌握機(jī)械產(chǎn)品或機(jī)械結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新設(shè)計思維，以及培養(yǎng)學(xué)生對現(xiàn)代機(jī)械產(chǎn)品的自主創(chuàng)新設(shè)計技術(shù)工作的適應(yīng)能力。針對傳統(tǒng)課程設(shè)計的不足，基于培育具備理論設(shè)計、實踐加工、理念創(chuàng)新的新型機(jī)械設(shè)計人才，對機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計的實踐教學(xué)體系進(jìn)行探索性改革，具體措施如下：

（1）重組機(jī)械設(shè)計課程的實踐教學(xué)體系。傳統(tǒng)的教學(xué)模式下，機(jī)械設(shè)計的實驗課程開設(shè)認(rèn)識性或驗證性的實驗，主要包括機(jī)械零件結(jié)構(gòu)認(rèn)識現(xiàn)場教學(xué)實驗、帶傳動實驗、液壓滑動軸承實驗、軸系部件設(shè)計實驗、減速器拆裝實驗等項目。以培養(yǎng)機(jī)械設(shè)計與制造能力為主線，重組機(jī)械設(shè)計課程的實踐教學(xué)體系，增設(shè)實操性實驗，制定新的教學(xué)計劃?；趥鹘y(tǒng)的教學(xué)模式下，對已有實驗項目做改進(jìn)增設(shè)實踐操作性內(nèi)容。以帶傳動試驗為例，以往實驗要求學(xué)生觀察帶傳動彈性滑動和打滑現(xiàn)象，計算帶傳動的參數(shù)，新教學(xué)體系在此基礎(chǔ)上增設(shè)帶與帶輪的安裝和拆卸。

（2）課程設(shè)計內(nèi)容改革。傳統(tǒng)的教學(xué)模式下，機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計以設(shè)計二級減速器為主，設(shè)計內(nèi)容以理論設(shè)計計算為核心。針對課程設(shè)計內(nèi)容實踐性環(huán)節(jié)不足，課程設(shè)計選擇相對較為簡單的一級減速器作為設(shè)計內(nèi)容，增設(shè)減速器3D繪圖和模型加工部分。減速器3D繪圖采用UG、SOLID-WORKS等軟件繪制，此項內(nèi)容增設(shè)依據(jù)新大綱模式下機(jī)械制圖、三維制圖課程整合為一體。減速器模型加工采用優(yōu)耐美、謝蘭微型模具加工機(jī)床加工。在新課程設(shè)計內(nèi)容與模式下，安排學(xué)生開展為期3周的機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計，學(xué)生以6～8人為一小組合作完成一級減速器理論設(shè)計計算、二維和三維圖繪制、模型制作。新課程設(shè)計模式大幅增加了課程設(shè)計實踐性環(huán)節(jié)，不僅促進(jìn)了學(xué)生課程設(shè)計的興趣，也消除了課程設(shè)計片面最求負(fù)責(zé)機(jī)構(gòu)設(shè)計而教學(xué)效果不良的現(xiàn)象。

（3）創(chuàng)新環(huán)節(jié)。課程設(shè)計選題采取多樣性、靈活性原則，將固定式的減速器設(shè)計改變?yōu)閯?chuàng)新與思考結(jié)合的裝置設(shè)計?；诖藶橥怀稣n程設(shè)計的創(chuàng)新性，開展創(chuàng)新設(shè)計項目的調(diào)研、機(jī)械裝置設(shè)計方面專利文獻(xiàn)資料的檢索與收集、裝置設(shè)計方案構(gòu)思。課程設(shè)計內(nèi)容應(yīng)涉及機(jī)械設(shè)計課程中所學(xué)的機(jī)構(gòu)與傳動方式。設(shè)計任務(wù)確定為每組按照所選定的設(shè)計題目，綜合運用機(jī)械設(shè)計課程以及其他先修課程的理論和技能，運用合理的方法設(shè)計出方案。學(xué)生小組可選擇指導(dǎo)教師擬定設(shè)計題目，學(xué)生小組也可自行擬定確定設(shè)計題目，但需指導(dǎo)教師審核。

3 設(shè)計模型加工

模型作為設(shè)計理念的具體表達(dá)，具有三維直觀、真實準(zhǔn)確的特點，是產(chǎn)品設(shè)計最終的設(shè)計表達(dá)形式。對于機(jī)械設(shè)計專業(yè)的學(xué)生，模型制作不僅有助于分析和掌握產(chǎn)品的功能、結(jié)構(gòu)、形態(tài)、材料、工藝等，還能夠啟發(fā)設(shè)計靈感，開拓設(shè)計思維。在機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計中增設(shè)模具加工環(huán)節(jié)，可提升機(jī)械設(shè)計與制造專業(yè)學(xué)生的設(shè)計思維與動手能力，也可有效融合機(jī)械制圖、二維制圖、三維制圖、機(jī)械原理和機(jī)械設(shè)計等多門專業(yè)課程的知識。

機(jī)械設(shè)計的創(chuàng)新離不開模型設(shè)計加工工具與設(shè)備；優(yōu)耐美（奧地利進(jìn)口）、謝蘭（美國進(jìn)口）微型模具加工機(jī)床是模具設(shè)計的創(chuàng)新平臺，其安全、穩(wěn)定的性能是培養(yǎng)動手能力優(yōu)良設(shè)備。國內(nèi)部分高校已開設(shè)微型模具設(shè)計加工課程應(yīng)用于學(xué)生實踐操作技能和創(chuàng)新能力培養(yǎng)的課程。微型模具加工機(jī)床采用模塊式結(jié)構(gòu)，機(jī)體微型輕巧，組裝、操作簡單，由鋸床、車床、磨床、鉆床、銑床、銑齒床六大類機(jī)床組成，可對木質(zhì)、軟質(zhì)金屬、樹脂膠板等材料進(jìn)行切、削、磨、銑、鉆等加工功能。據(jù)課程試驗性操作證明，微型加工機(jī)床可以車軸（木質(zhì)、鋁質(zhì)等材料）、銑齒輪、鉆孔、裁切板材、磨削毛坯等。在機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計中引入微型模具加工，極大的提升了學(xué)生課程設(shè)計的興趣，也有效提升了學(xué)生的動手操作能力，也為了數(shù)控加工課程的學(xué)習(xí)奠定了基礎(chǔ)。

4 “三位一體”模式構(gòu)建

在1979年，北京科技大學(xué)“機(jī)械設(shè)計制圖”課程教學(xué)團(tuán)隊對非機(jī)械類機(jī)械基礎(chǔ)系列課程進(jìn)行了改革試驗，把“畫法幾何及機(jī)械制圖”、“機(jī)械原理”、“機(jī)械零件”三門課程有機(jī)地整合為一門課，在教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式和教學(xué)方法上進(jìn)行了改革創(chuàng)新，并多次獲得教學(xué)成果獎。國內(nèi)諸多教學(xué)工作者開展了二維教學(xué)模式向三維立體教學(xué)模式的轉(zhuǎn)化與融合的嘗試，提出了工程制圖三維化教學(xué)模式。舒宏等提出CAD制圖內(nèi)容穿插在制圖教學(xué)中開展。在制圖課程中融入形體、零件三維建模，部件的裝配與驅(qū)動關(guān)系，直觀地理解零件的形狀、配合、部件的工作原理等。三維CAD教學(xué)從產(chǎn)品設(shè)計的角度，以三維產(chǎn)品設(shè)計到二維工程圖為主線。機(jī)械制圖、三維實體設(shè)計、機(jī)械設(shè)計三門課程的內(nèi)容相互聯(lián)系緊密，國內(nèi)外諸多教育工作者試圖將此三門課程融合為一體。而此三門課程內(nèi)容在機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計的設(shè)計內(nèi)容中得到綜合體現(xiàn)與應(yīng)用，將設(shè)計與加工制造結(jié)合可將設(shè)計思維正確與否得到準(zhǔn)確的驗證。故探索將模型3D繪圖與加工制造引入機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計中，探索理論計算、設(shè)計繪圖、加工制造“三位一體”的教學(xué)模式。

在此教學(xué)模式中，學(xué)生的課程設(shè)計不在單純意義上的設(shè)計計算，設(shè)計模型加工與制造是課程設(shè)計重要的組成部分。以往依據(jù)理論計算，確定零件尺寸與裝配關(guān)系，依據(jù)選材校核零部件的強(qiáng)度與剛度。現(xiàn)在需要依據(jù)加工單元與材料來考慮所設(shè)計裝置各零件形狀與尺寸，形成了由零件加工形式、模型裝配、零件設(shè)計計算等一體化的設(shè)計加工模式。以一級減速器設(shè)計模型為例，新教學(xué)模式下齒輪、軸的模型設(shè)計需要依據(jù)微型模具加工機(jī)床加工范圍來設(shè)計計算零件的尺寸與材料，箱體模型采用木板裁切、粘拼而成，螺栓組件、軸承、鍵、銷等標(biāo)準(zhǔn)零部件可選配或采用其他材料替代。零部件理論設(shè)計計算、裝置傳動效率計算過程不再是單純的搬套，裝置二維或三維圖形繪制亦無從過度復(fù)制粘帖，且在整個設(shè)計過程中需要多位同學(xué)協(xié)同完成設(shè)計。

5 實踐效果

2014年，在機(jī)械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)單班的課程設(shè)計中應(yīng)用新的教學(xué)模式，課程設(shè)計期間學(xué)生無缺勤現(xiàn)象，且改變了以往小組內(nèi)“吃大鍋飯”的現(xiàn)象，整個小組內(nèi)按照設(shè)計要求分工任務(wù)。經(jīng)問卷調(diào)查表明，學(xué)生對新模式下的機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計滿意度極高。同時，機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計的改革也為后期學(xué)生開展大學(xué)生創(chuàng)新試驗與設(shè)計奠定了良好的基礎(chǔ)。機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計教學(xué)改革以來，有效促進(jìn)了機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計的建設(shè)與發(fā)展，有效提升了學(xué)校教學(xué)質(zhì)量，逐步形成了以設(shè)計項目為主線組織設(shè)計計算、繪圖、模型制作“三位一體”的新模式。

［1］燕曉紅，劉芳，孟超平.在高職院校機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計中引入創(chuàng)新設(shè)計的實踐與探索［J］.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報（社會科學(xué)版），2014，16（2）:39-42.

［2］劉小河，馬潔，管萍，等.自動化專業(yè)“四位一體”的實踐教學(xué)體系構(gòu)建研究［J］.實驗技術(shù)與管理，2014，31（10）:27-30.

［3］楊光輝，曹彤，萬靜，等.《機(jī)械設(shè)計制圖》新教學(xué)模式探究與實踐［J］.圖學(xué)學(xué)報，2013，34（6）:114-117.

［4］舒宏，高菲，陳霞.多學(xué)時制圖課程融入三維CAD的教學(xué)探討［J］.圖學(xué)學(xué)報，2012，33（1）:103-106，67.

Exploration of“Trinity”Model in Mechanical Design Course Design

LI Yong，F(xiàn)AN Xiu-wen，ZHANGg Hong
（College of Mechanical Electronic Engineering，Tarim University，Alar，Xinjiang 843300，China）

The popularization of information technology and the development of industrial design and manufacturing technology brings new requirements for the practical courses in colleges and universities.In view of the current mechanical professional teaching model of mechanical design course design，course content and the form of reform measures are put forward.To effectively promote students'practical ability and innovative thinking ability，the model 3D drawing and processing and manufacturing are introduced into mechanical design course design,and“trinity”teaching mode of the theoretical calculation，design drawing，processing and manufacturing is explored.The practice has proved that the new mode of teaching effect is prominent.

mechanical design；curriculum design；mode；exploration

TH122

A

2095-980X（2015）12-0091-02

2015-11-19

兵團(tuán)科技攻關(guān)計劃項目（2014BA014）；兵團(tuán)博士資金（2011 BB006）；塔里木大學(xué)高教研究項目（TDGJ1436）

李勇（1986-），男，講師，工學(xué)碩士，主要從事《畫法幾何及機(jī)械制圖》的教學(xué)和科研工作。