李 俏 伍先明 王鵬程 黃永程

（廣東理工學(xué)院，肇慶 526100）

根據(jù)《機(jī)械設(shè)計》課程的教學(xué)要求，在教學(xué)對象主要為大專層次學(xué)生時，廣東理工學(xué)院以培養(yǎng)他們的學(xué)習(xí)技能為目標(biāo)，進(jìn)行了一系列教學(xué)探索和改革，且取得了較好的效果。2014年，廣東理工學(xué)院開始正式招收本科層次的學(xué)生。盡管《機(jī)械設(shè)計》這一門課程的名稱沒有變，但教學(xué)對象和教學(xué)內(nèi)容的廣度、難度及深度均發(fā)生明顯變化，本科層次教學(xué)的手段不能再用之前?？茖哟涡兄行У慕虒W(xué)方法，急需要進(jìn)行改革。2017年，廣東理工學(xué)院工業(yè)自動系（以下簡稱“工業(yè)自動系”）《機(jī)械設(shè)計》課程被評為校級精品課程，因此如何抓住此機(jī)會，構(gòu)建工業(yè)自動系本科層次的《機(jī)械設(shè)計》課程教學(xué)體系，亟待研究和改革[1]。

精品課程建設(shè)要符合當(dāng)代的教育思想，具有先進(jìn)的科學(xué)性、體現(xiàn)教育教學(xué)規(guī)律，而且教學(xué)技術(shù)方法應(yīng)逐漸現(xiàn)代化，打造具有一流的教學(xué)內(nèi)容體系、一流的教學(xué)方法、一流的師資隊伍、一流的實驗室、一流的教學(xué)管理模式等特點的示范性課程[2]。工業(yè)自動系雖然在?？茣r就已經(jīng)開設(shè)該課程，可是畢竟教學(xué)性質(zhì)以及教學(xué)對象等有所不同，整套教學(xué)模式已經(jīng)不再適用現(xiàn)今本科生的教學(xué)。并且《機(jī)械設(shè)計》屬于大三的專業(yè)基礎(chǔ)課，至于本科教學(xué)到目前也就開設(shè)過一屆，所以在該課程組建的教師隊伍結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，教學(xué)方法和手段的多樣化、科學(xué)化與時代化、教學(xué)內(nèi)容建設(shè)的先進(jìn)性和科學(xué)性、教材建設(shè)的持續(xù)與系列性、相關(guān)優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源的網(wǎng)絡(luò)共享、課程實習(xí)基地的建設(shè)、實踐教學(xué)等方面，還有非常大的提高空間，急需對其加強(qiáng)建設(shè)[3]。本文結(jié)合課題組成員的多年課程建設(shè)以及教學(xué)經(jīng)驗，并借鑒國內(nèi)多所高等院校的教學(xué)改革成果，基于國家精品課程建設(shè)的總體指導(dǎo)思想，針對《機(jī)械設(shè)計》這門課程實踐教學(xué)中的不足，提出了幾項具體的改革措施，并取得了一定的效果。

《機(jī)械設(shè)計》課程實踐教學(xué)主要由實驗教學(xué)以及課程設(shè)計兩個部分組成，下面針對這兩部分的改革情況談?wù)劸唧w的改革方法。

1 創(chuàng)建機(jī)構(gòu)創(chuàng)新實驗室

實驗室作為培養(yǎng)學(xué)生綜合素質(zhì)和科學(xué)思維的重要教學(xué)基地，廣東理工學(xué)院自從申請本科學(xué)士學(xué)位后，就大力投入到實驗室的建設(shè)當(dāng)中，尤其是工科實驗室的建設(shè)。為順應(yīng)學(xué)科發(fā)展以及人才培養(yǎng)目標(biāo)，工業(yè)自動系結(jié)合實驗室硬件建設(shè)與管理體制改革政策，依據(jù)“十三五”教學(xué)規(guī)劃目標(biāo)，建設(shè)系部的專業(yè)基礎(chǔ)課實驗室。工業(yè)自動系在建設(shè)《機(jī)械設(shè)計》課程組精品課程時，在原有的實驗設(shè)備基礎(chǔ)上，專門建立了機(jī)構(gòu)創(chuàng)新實驗室，如圖1所示。該實驗室主要就是機(jī)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計拼裝與仿真實驗臺，在機(jī)械類各專業(yè)學(xué)生學(xué)完《機(jī)械設(shè)計》課程之后，進(jìn)行機(jī)構(gòu)傳動系統(tǒng)的創(chuàng)新設(shè)計能力培養(yǎng)，主要通過機(jī)構(gòu)相互運動來實現(xiàn)創(chuàng)新設(shè)計拼裝與仿真。該實驗室包含6組實驗臺，可以實現(xiàn)29種不同類型的機(jī)構(gòu)傳動系統(tǒng)的拼裝以及仿真運動。比如常見的各種類型齒輪傳動及其組合傳動，齒輪-聯(lián)軸器、齒輪-萬向節(jié)、齒輪-萬向節(jié)-蝸桿等組合機(jī)械傳動系統(tǒng)，還有一些空間機(jī)構(gòu)如球面槽輪機(jī)構(gòu)、薩勒特（SARRUT）機(jī)構(gòu)、RCCR聯(lián)軸器機(jī)構(gòu)、RCRC揉面機(jī)構(gòu)等。學(xué)生可以結(jié)合說明書組合成現(xiàn)成的29種機(jī)構(gòu)傳動系統(tǒng)，也可以創(chuàng)新設(shè)計出新的機(jī)械傳動系統(tǒng)，最后可以通過電機(jī)實現(xiàn)運動仿真進(jìn)行檢驗整個機(jī)械傳動系統(tǒng)的可靠性、可行性以及是否會發(fā)生干涉等。實踐這一年多來，學(xué)生參與實驗室實驗的積極性與興趣非常高，實驗室不但受到學(xué)生的一致好評，而且促進(jìn)學(xué)生的創(chuàng)新思維以及提高《機(jī)械設(shè)計》課程教學(xué)的質(zhì)量

圖1 機(jī)構(gòu)創(chuàng)新實驗室

工業(yè)自動系結(jié)合學(xué)生大三上學(xué)期學(xué)習(xí)《機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計》這門課程時的情況，要求每個學(xué)生獨立設(shè)計并制作出一件機(jī)器模型，最后根據(jù)學(xué)生所制作機(jī)器結(jié)構(gòu)的合理性、制作的精良性、運轉(zhuǎn)的靈活性、外表的美觀性、構(gòu)思的創(chuàng)新性、答辯的合理性等多方面因素來進(jìn)行成績評定，給予一定的學(xué)分，這不僅能鼓勵學(xué)生動手操作，還能培養(yǎng)他們的創(chuàng)新能力。

1.1 實踐教學(xué)與課堂內(nèi)容同步

《機(jī)械設(shè)計》課程中有幾個重點章節(jié)，如齒輪傳動、帶傳動及鏈傳動等都是關(guān)于常用傳動系統(tǒng)的設(shè)計。在進(jìn)行理論教學(xué)時，教師讓學(xué)生按自由組合方式每3～5人組成一個獨立的創(chuàng)新設(shè)計小組。該小組的成員可對所學(xué)知識進(jìn)行同步系列實踐訓(xùn)練，訓(xùn)練項目包括：機(jī)器傳動方案系統(tǒng)的設(shè)計、機(jī)器虛擬裝配模擬與機(jī)器模型制作等。創(chuàng)新設(shè)計小組的學(xué)生先從單個零件的動畫模型制作入手，然后進(jìn)行多個相關(guān)零件的虛擬裝配模擬，形成完整機(jī)器的虛擬裝配樣機(jī)，進(jìn)一步繪制整機(jī)圖紙及撰寫設(shè)計說明書[4]。這一整套工作下來，學(xué)生已經(jīng)達(dá)到了該課程所要求實踐教學(xué)任務(wù)的目的。

當(dāng)學(xué)生自主的設(shè)計工作達(dá)到一定難度和深度時，可以申請作為本課程最終的實踐設(shè)計環(huán)節(jié)，這樣就避免了所有的設(shè)計題目需要教師來指定，學(xué)生可以根據(jù)組員的興趣以及認(rèn)知度選擇與能力相適應(yīng)的設(shè)計題目，同時也少了學(xué)生之間互相抄襲的現(xiàn)象。小組成員可以充分地發(fā)揮每個人的才能與智慧，成員之間分工合作，能比較優(yōu)質(zhì)地完成整個設(shè)計任務(wù)，同時也充分調(diào)動了創(chuàng)新設(shè)計小組中成績不太理想的學(xué)生的積極性，利于提高他們對機(jī)械設(shè)計課程的學(xué)習(xí)興趣。

1.2 結(jié)合技能比賽實踐教學(xué)改革

《機(jī)械設(shè)計》課程實踐教學(xué)不僅可以在實驗、實訓(xùn)課上實施，也可以根據(jù)一系列的技能大賽、機(jī)械設(shè)計比賽來實施。近年來，國家級、省級的機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計大賽都要求制作出實物來參賽。工業(yè)自動系順應(yīng)學(xué)校鼓勵學(xué)生參加技能大賽這一政策，及時給學(xué)生宣傳比賽通知以及要求，組織參加比賽。首先整個工作從確定整體的設(shè)計方案開始，這一過程是最需要時間與精力的，教師應(yīng)該從理論知識、創(chuàng)新設(shè)計以及經(jīng)驗設(shè)計嚴(yán)格認(rèn)真指導(dǎo)學(xué)生合理地確定設(shè)計方案。這一階段的任務(wù)對學(xué)生的觀察能力及創(chuàng)新思維能力要求非常高，指導(dǎo)過程中應(yīng)加入工程實際提升學(xué)生的工程概念，提高設(shè)計方案的實際操作性。確認(rèn)好設(shè)計方案后，后面工作就是根據(jù)理論知識進(jìn)行設(shè)計計算、在圖紙上繪制工程圖。該步驟涉及《機(jī)械設(shè)計》課程的主要教學(xué)內(nèi)容，這樣學(xué)生不僅可以加深對書本上內(nèi)容的理解，也得到了一定的實踐訓(xùn)練。例如，常用齒輪的選用，關(guān)于直齒圓柱齒輪、斜齒圓柱齒輪以及錐齒輪等的設(shè)計實例，課本上有一整套詳細(xì)的流程，如果學(xué)生單純地按照書上實例設(shè)計齒輪，只會讓很多學(xué)生對于一些選擇問題如齒輪材料、齒數(shù)、硬度等照搬照抄，沒有實質(zhì)性地理解設(shè)計的核心內(nèi)容。結(jié)合現(xiàn)在大賽的實物設(shè)計任務(wù)，學(xué)生必須根據(jù)具體實物的設(shè)計要求來展開齒輪設(shè)計工作，不能完全參考書上的選擇方案，要查閱一系列資料選擇齒輪的具體材料、類型等。每一步的設(shè)計結(jié)果都要進(jìn)行檢驗看是否符合實際結(jié)構(gòu)、裝配是否合理。最后，這些經(jīng)驗可以幫助學(xué)生以后的工作設(shè)計。選型完成之后，就是制作機(jī)械模型實物環(huán)節(jié)，這個過程的工作量相比前面工作來說，所花費的時間與精力是最大的，因為涉及模型加工裝配等問題，會出現(xiàn)一些始料不及的問題，甚至全部否定前面的工作，只要有一步不能執(zhí)行，都要回頭修改圖紙，檢查設(shè)計計算說明，過程很難，但是可以提高學(xué)生的實踐操作能力，比單純地通過幾周的課程設(shè)計效果明顯。整體來講，結(jié)合機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計大賽實施實踐教學(xué)改革這一方法，學(xué)生不再覺得《機(jī)械設(shè)計》這門課枯燥無味。

2 改革課程設(shè)計

機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計作為《機(jī)械設(shè)計》課程是不可或缺的教學(xué)實踐環(huán)節(jié)，基于教學(xué)大綱的要求，課程設(shè)計安排為3周。工業(yè)自動系歷來的設(shè)計任務(wù)都是設(shè)計兩級齒輪減速器，一個班級總共四大種類型題目，每一種所在的設(shè)計參數(shù)不同。這一設(shè)計任務(wù)的資料成熟度太高，再加上教材配套的實踐指導(dǎo)書、圖冊等資料較多，導(dǎo)致很多學(xué)生只會抄襲，動手全過程設(shè)計的學(xué)生不多，這一現(xiàn)象就使得課程設(shè)計完全偏離原本的目標(biāo)。

為了改變上述問題，提高課程設(shè)計整個教學(xué)環(huán)節(jié)的質(zhì)量，課程組的教師對該課程設(shè)計的內(nèi)容以及實施過程進(jìn)行了一定探索性的改革。

2.1 機(jī)械設(shè)計課程題目多樣化

教師不再安排學(xué)生統(tǒng)一的設(shè)計題目，讓學(xué)生盡可能地設(shè)計自己的題目，發(fā)揮出學(xué)生的創(chuàng)新思維，激發(fā)他們的興趣。首先，作為一名理論教師，根據(jù)學(xué)生在教學(xué)過程中提出的問題，給他們提出一定的改進(jìn)建議或創(chuàng)新思路，選定初步的設(shè)計問題草案。同時，為提高學(xué)生運用知識解決實際項目的能力，設(shè)計的主題應(yīng)結(jié)合工程實踐并具有特色。

2.2 改革設(shè)計方法

新增課程設(shè)計方法——實驗方法，通過建立三維模型，利用計算機(jī)對選定機(jī)械傳動系統(tǒng)進(jìn)行動態(tài)演示和仿真模擬，這樣可以培養(yǎng)學(xué)生的動手實踐能力和三維空間思維能力。摒棄單純運用手繪進(jìn)行機(jī)械設(shè)計，將CAD/CAE技術(shù)引入課程設(shè)計中，通過虛實結(jié)合的方式提升學(xué)生運動傳動系統(tǒng)方案的設(shè)計能力，加強(qiáng)其對機(jī)器的分析和綜合訓(xùn)練，進(jìn)而培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計能力和創(chuàng)新能力。

2.3 設(shè)計時間合理、開放

課程設(shè)計時間不應(yīng)限制在規(guī)定的時間內(nèi)，并且避免學(xué)生都集中在最后一周完成整個設(shè)計任務(wù)。在研究之初，機(jī)械設(shè)計課程開始的課程設(shè)計也應(yīng)該從一個選型開始，以便課程設(shè)計貫穿整個理論教學(xué)過程。設(shè)計過程從淺到深逐步涉及每章的具體內(nèi)容，最后，它被集成到專業(yè)工程類型要求的最終綜合設(shè)計主題中。

3 結(jié)論

通過上述途徑對《機(jī)械設(shè)計》課程實踐環(huán)節(jié)進(jìn)行改革，不僅有利于提高理論課的教學(xué)成果，而且增強(qiáng)了學(xué)生之間的協(xié)作能力、創(chuàng)新能力，提高了其查閱資料能力，增強(qiáng)其對這門課的學(xué)習(xí)興趣。每個實踐階段都是學(xué)生占主導(dǎo)地位，教師起輔助指導(dǎo)作用，明顯地提高了學(xué)生學(xué)習(xí)知識的自覺性，防止學(xué)生由于準(zhǔn)備時間不夠或者對設(shè)計題目不感興趣而一味地抄襲，而且由于時間的自由，學(xué)生可以專心做好自己的設(shè)計。