機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)的教學(xué)實(shí)踐分析
1傳統(tǒng)機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)中存在的問題
機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容主要分為兩個(gè)階段:第一階段為機(jī)械系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì)，要求學(xué)生通過對(duì)常用機(jī)構(gòu)的組合或創(chuàng)新設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單機(jī)械系統(tǒng)的功能需求;第二階段為機(jī)構(gòu)尺度綜合，以及對(duì)機(jī)械系統(tǒng)中指定機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析和動(dòng)態(tài)靜力分析。目前在機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)的教學(xué)過程中主要存在問題:
(1)設(shè)計(jì)題目類型單一，實(shí)踐過程枯燥。設(shè)計(jì)任務(wù)主要以典型加工設(shè)備為對(duì)象，擬定機(jī)械傳動(dòng)方案，對(duì)其主傳動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析和動(dòng)態(tài)靜力分析，并在此基礎(chǔ)上通過限定執(zhí)行構(gòu)件的速度波動(dòng)以確定飛輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，最后設(shè)計(jì)其中的齒輪機(jī)構(gòu)或凸輪機(jī)構(gòu)。這樣的設(shè)計(jì)題目單一且缺乏新穎性，與學(xué)生的實(shí)際生活脫節(jié)。設(shè)計(jì)過程的枯燥使得學(xué)生無法正確認(rèn)識(shí)課程設(shè)計(jì)的重要性，設(shè)計(jì)興趣不強(qiáng)，參與積極性不高，難以達(dá)到實(shí)踐目的。另外，由于設(shè)計(jì)題目比較成熟，與之配套的設(shè)計(jì)手冊(cè)和指導(dǎo)書等資料較多，其設(shè)計(jì)思路和模式比較程式化，因而學(xué)生不需太多思考，僅僅只是按照指導(dǎo)書的要求翻書查表，按部就班地進(jìn)行模仿設(shè)計(jì)，這樣的題目不利于學(xué)生創(chuàng)新思維和工程實(shí)踐能力的培養(yǎng)和訓(xùn)練。
(2)設(shè)計(jì)方法陳舊，實(shí)踐重點(diǎn)偏移。目前，在機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)尺寸確定、機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析及力分析等基本知識(shí)和基本技能的訓(xùn)練中，學(xué)生主要采用圖解法或解析法。圖解法概念清晰，形象直觀，便于學(xué)生理解與分析，但設(shè)計(jì)精度差，效率低，當(dāng)學(xué)生需要分析多個(gè)瞬時(shí)的運(yùn)動(dòng)情況時(shí)，需要花費(fèi)大量時(shí)間作圖，工作量大。解析法能獲得精確的計(jì)算結(jié)果，學(xué)生通過模型建立和程序設(shè)計(jì)可以分析任意點(diǎn)位置的運(yùn)動(dòng)情況。解析法的求解過程要求學(xué)生具備較好的數(shù)學(xué)功底和編程設(shè)計(jì)能力，但實(shí)踐證明多數(shù)學(xué)生欠缺獨(dú)立完成編程求解的能力，他們不得不把大部分精力放在程序?qū)崿F(xiàn)上，這樣機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)就演變成了計(jì)算機(jī)語(yǔ)言的訓(xùn)練，偏離了機(jī)構(gòu)綜合設(shè)計(jì)與分析的實(shí)踐目的。同時(shí)，繁瑣的程序編寫，也會(huì)影響學(xué)生創(chuàng)新設(shè)計(jì)的積極性。
(3)設(shè)計(jì)時(shí)間緊張，實(shí)踐內(nèi)容縮水。學(xué)校目前將機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)和機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)整合為3周的機(jī)械綜合課程設(shè)計(jì)。由于從內(nèi)容上設(shè)置為同一機(jī)械系統(tǒng)的不同階段性設(shè)計(jì)，因而從時(shí)間上兩者并沒有嚴(yán)格區(qū)分開。統(tǒng)計(jì)表明歷屆學(xué)生完成機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)所需的時(shí)間約為1一1. 5周，相對(duì)而言學(xué)時(shí)緊張。為了追趕進(jìn)度，學(xué)生避重就輕甚至是掩蓋問題。比如在機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì)階段，學(xué)生普遍采用仿型設(shè)計(jì)和改型設(shè)計(jì)的方法，照搬相近的設(shè)計(jì)案例，或是僅改變某些結(jié)構(gòu)和尺寸，更有甚者忽略創(chuàng)新構(gòu)思的環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)直接進(jìn)入常規(guī)設(shè)計(jì)，整個(gè)設(shè)計(jì)過程中，機(jī)械系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)和機(jī)構(gòu)的選型設(shè)計(jì)等相關(guān)內(nèi)容體現(xiàn)不足乃至缺失，無法鍛煉學(xué)生的系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力和創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力。
2機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)的教學(xué)改革與實(shí)踐
教育部高等學(xué)校機(jī)械基礎(chǔ)課程教學(xué)指導(dǎo)分委員機(jī)械原理課指組2009年制定了《關(guān)于深化機(jī)械原理課程實(shí)踐教學(xué)改革的建議》，明確提出了新形勢(shì)下機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)教學(xué)改革應(yīng)關(guān)注的重點(diǎn)問題。近年來，學(xué)校針對(duì)相關(guān)內(nèi)容也開展了一系列的改革，主要集中在設(shè)計(jì)內(nèi)容、設(shè)計(jì)方法及組織管理等方面。
2. 1設(shè)計(jì)內(nèi)容強(qiáng)調(diào)理實(shí)一體，避免紙上談兵
考慮到實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)是對(duì)前期所學(xué)知識(shí)綜合應(yīng)用的階段性檢查，機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容應(yīng)盡量包含各種運(yùn)動(dòng)形式和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的基本技能訓(xùn)練，同時(shí)為了提高學(xué)生應(yīng)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問題的能力，在題目的選擇上強(qiáng)調(diào)了理實(shí)一體的原則。結(jié)合專業(yè)方向，突出特色，如包裝工程專業(yè)選用石蠟疊擦包裝機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，機(jī)制方向選用沖床和插床的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，機(jī)設(shè)方向選用往復(fù)式物料運(yùn)輸機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，模具方向選用造型機(jī)翻箱機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)等。這樣將題目與專業(yè)有機(jī)結(jié)合起來，使設(shè)計(jì)過程充滿現(xiàn)實(shí)感，可以有效激發(fā)學(xué)生設(shè)計(jì)興趣，端正其設(shè)計(jì)態(tài)度;借鑒學(xué)科競(jìng)賽主題，推動(dòng)學(xué)賽融合，學(xué)科競(jìng)賽的特點(diǎn)在于規(guī)定競(jìng)賽主題的前提下為學(xué)生提供更大的創(chuàng)作空間，更符合工程設(shè)計(jì)的實(shí)際情況。因而在題目選擇時(shí)，也借鑒了學(xué)科競(jìng)賽中有關(guān)無碳小車、家居機(jī)械、環(huán)保機(jī)械以及康復(fù)機(jī)械等方面的設(shè)計(jì)主題，一方面能讓更多的學(xué)生了解和參與到學(xué)科競(jìng)賽中，加強(qiáng)其在自主設(shè)計(jì)方面的鍛煉，激發(fā)其創(chuàng)造力，另一方面也能發(fā)掘和培育優(yōu)秀的學(xué)生和作品，為后續(xù)的學(xué)科競(jìng)賽做準(zhǔn)備;貼近實(shí)際生產(chǎn)生活，倡導(dǎo)學(xué)生自主選題，鼓勵(lì)學(xué)生個(gè)人或小組結(jié)合學(xué)習(xí)和生活中遇到的問題，自主擬定課程設(shè)計(jì)題目，通過發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題這一較為系統(tǒng)的實(shí)踐過程，全面培養(yǎng)學(xué)生主動(dòng)實(shí)踐能力。
2. 2圍繞機(jī)械系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì)和機(jī)構(gòu)綜合，注重虛實(shí)結(jié)合的設(shè)計(jì)方法
對(duì)機(jī)械類學(xué)生而言，當(dāng)通過機(jī)械原理學(xué)習(xí)了常用機(jī)械的工作原理、組成原理和設(shè)計(jì)原理后，為滿足工程實(shí)際需要或功能需求，首先面臨的.是如何構(gòu)想出一些新的機(jī)械系統(tǒng)，或是如何對(duì)熟知機(jī)構(gòu)構(gòu)造出新的集成。因此，機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)應(yīng)注重機(jī)械系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì)和機(jī)構(gòu)綜合，再輔以對(duì)主體機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析和動(dòng)態(tài)靜力分析。但是由于設(shè)計(jì)方法和學(xué)時(shí)等問題，現(xiàn)有課程設(shè)計(jì)過程中對(duì)運(yùn)動(dòng)方案進(jìn)行優(yōu)化比較以及對(duì)運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)的變參數(shù)分析存在諸多局限性，因而將CAD/CAE技術(shù)引入課程設(shè)計(jì)中，通過虛實(shí)結(jié)合的方式提升學(xué)生運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì)能力，加強(qiáng)其對(duì)機(jī)構(gòu)的分析和綜合訓(xùn)練。
2. 3加強(qiáng)課程設(shè)計(jì)的組織和過程管理，強(qiáng)調(diào)互助學(xué)習(xí)和團(tuán)隊(duì)協(xié)作
為了克服學(xué)時(shí)短、任務(wù)重的矛盾，在理論課程開始階段，就將課程設(shè)計(jì)任務(wù)書發(fā)布在課程網(wǎng)站上，使學(xué)生有充分時(shí)間熟悉設(shè)計(jì)題目，思考設(shè)計(jì)內(nèi)容。同時(shí)在授課過程中，將設(shè)計(jì)內(nèi)容與知識(shí)點(diǎn)講解結(jié)合起來，既用實(shí)例引導(dǎo)加強(qiáng)了學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的學(xué)習(xí)，又能讓學(xué)生提前開展方案的構(gòu)思�？紤]到學(xué)生學(xué)習(xí)能力存在差異，在設(shè)計(jì)過程中不能一味強(qiáng)調(diào)獨(dú)立完成，應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生互助學(xué)習(xí)，強(qiáng)調(diào)團(tuán)隊(duì)合作。要求學(xué)生以小組的形式選定設(shè)計(jì)題目，然后根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力和興趣特點(diǎn)將設(shè)計(jì)內(nèi)容任務(wù)化。在設(shè)計(jì)過程中，指導(dǎo)老師把控該小組的總體任務(wù)框架，負(fù)責(zé)解決團(tuán)隊(duì)所遇到的共性問題，具體任務(wù)則由學(xué)生通過交流討論，利用合作與他人共同完成。而設(shè)計(jì)結(jié)束時(shí)，小組須采取答辯的形式來匯報(bào)其設(shè)計(jì)成果，老師則通過面對(duì)面的問答來檢驗(yàn)學(xué)生的設(shè)計(jì)能力，了解學(xué)生對(duì)課程設(shè)計(jì)中相關(guān)問題的掌握程度。最后在成績(jī)?cè)u(píng)定環(huán)節(jié)，老師根據(jù)小組的任務(wù)難度、設(shè)計(jì)結(jié)果和水平給定該團(tuán)隊(duì)成績(jī)范圍，然后各小組根據(jù)組員的工作量大小、團(tuán)隊(duì)參與程度等進(jìn)行自評(píng)，兩者相結(jié)合客觀地評(píng)定每個(gè)學(xué)生的課程設(shè)計(jì)成績(jī)。
3結(jié)論
機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)是培養(yǎng)學(xué)生綜合設(shè)計(jì)能力，獲得工程技術(shù)訓(xùn)練的重要實(shí)踐環(huán)節(jié)，在機(jī)械設(shè)計(jì)系列課程體系中占有十分重要的地位。為了切實(shí)提高機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)的實(shí)踐質(zhì)量，近年來，學(xué)校在虛擬與實(shí)際相結(jié)合的選題原則，虛實(shí)結(jié)合的設(shè)計(jì)方法以及強(qiáng)調(diào)團(tuán)隊(duì)協(xié)作的組織管理等方面對(duì)課程設(shè)計(jì)進(jìn)行了一系列的嘗試和改革。實(shí)踐證明，改革措施的實(shí)施有效地調(diào)動(dòng)了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性，使學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力、創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力和團(tuán)隊(duì)合作能力得到了提高，其個(gè)人綜合素質(zhì)得到了培養(yǎng)，整體實(shí)踐效果明顯提升。
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