机械工程专业《工程机械设计》课程教学改革与研究

郑建校，原思聪，张晓钟，耿素花

(西安建筑科技大学机电工程学院，陕西西安710055)

《工程机械设计》课程，是高等院校工程机械类专业的重要专业技术必修课，是学生必备的专业技术知识。通过本课程的学习，使学生了解工程机械的基本参数确定和整机的设计方法及步骤，进一步掌握和应用先修课的知识，使学生具有工程机械设计的能力，进一步加强学生分析和解决问题的能力，使学生在毕业设计过程中能应用三维软件，适应市场的需求。因此，构建课程教学的创新模式，培养学生的创新思维能力和软件的应用能力，已成为刻不容缓的任务。

1 课程内容体系结构

在课程安排上，注重与其他课程架构的联系和衔接，如机械系统动力学、钢结构、机械设计基础、材料力学等。注重不同课程内容之间的相互整合，以及应用能力的融会贯通。在课程内容安排上，使学生将以前学过的知识应用到本课程之中，老师将起到引导的作用，通过下学期的毕业设计，将这种能力应用到其他不同类型的工程机械设计之中，这将为学生参加工作打下了一定的基础。本课程的教学思想，采用循序渐进的方式，由局部到整体，由简单及复杂，使学生逐步掌握零部件设计的关键技术和工程机械设计总体设计思想。因此，在本课程教学过程中，着重培养学生具有分析问题和解决问题的能力。

2 教学内容及组织方式

在《工程机械设计》教学活动中，密切联系工程机械生产实践，以及市场需求的人才，采取启发式和讨论式相结合的教学组织方式，根据不同层次的学生适当调整讲课内容和深度，并将目前最新工程机械机型、最新研究成果和动态介绍给学生；通过课外答疑、网站辅导和工程机械模型(例如装载机和液压挖掘机模型等)等形式形成教与学的互动，激发学生的学习兴趣、调动学生的学习积极性，培养学生的理解力、判断力以及独立发现问题、解决问题等多方面的能力。充分发挥学生的主体作用和教师的主导作用，充分调动学生学习的积极性和主动性。

(1)根据本课题的研究方法和目的，将教学内容分为课堂教学、多媒体课件演示、实际环境的录像、实验演示和学生自己动手实验等教学方式。

(2)课堂教学主要讲授基础知识，重点讲授课程要点和难点；多媒体课件主要演示基本教学理论、一些复杂的零部件结构及装配关系；介绍学科前沿及最新研究进展。

(3)主要实践教学环节：采用动画、图像、文字、声音于一体的教学方式，帮助学生学习和掌握课程内容。通过动画，视频等计算机多媒体技术，形象地展示工程机械(例如轮式装载机和液压挖掘机等)工作原理与实际工作过程，还可动态显示各部件之间的联系和运动关系，既生动又形象，学生可直观地、立体地和动态地学习所学知识，可取得传统教学方法无法比拟的效果。激发学生主动学习的积极性，勇于在实验中提出新问题。

3 教学方法

本课程具有很强的理论联系实际和工程应用的特点，在继承传统教学方法优点的同时，借鉴国内外优秀的教学方法，把课堂讲授、课堂讨论、课外沟通等多种教学方式有机整合，采用灵活多样的教学方式、显著提高了教学效果，将抽象的概念具体形象地表现出来；对教学中的重点和难点问题，采用集体讨论，观摩教学等形式重点备课。

同时，现代化教学手段对提高课程教学质量有重要作用。本课程充分利用多媒体课件进行辅助教学，增大了课堂的信息量，开阔了学生的视野，帮助学生掌握课程的重点、难点及具体的结构内容，提高了教学效率和教学质量。由于多媒体教学也存在一定的弊端，也就是说一切都是虚拟的，无法触摸，难以让学生建立对事物的感性认识。为此，针对这门课程的实际性和工程应用特点，将现代化教学手段和三维动态仿真软件及虚拟样机技术应用到本课程的教学之中。

(1)直观教学法。充分运用图画、模型、实物等直观性教具，通过结构分解和实际操作，例如购买装载机实物模型，通过实际动作，加深学生对理论、概念和结构的理解。以便在课堂教学时，既能体现实际零部件的结构，又能产生“真情实感”，使老师教得便捷，又能增加学生的兴趣。

(2)观摩制作录像。到工程机械(例如轮式装载机和液压挖掘机等)实际环境中去，观摩工程机械的主要零部件装配、施工、维修等，制作成录像。一方面使学生直观地了解了复杂的工程机械生产过程，又一方面能够理论联系实际，使学生联系自己以前学过的知识，提高学生的兴趣，增强学生对实物的理解，不再是纸上谈兵。这些实际环境，在课堂教学中的展示，显著地增强了教学效果。因而，在教学过程中，配置这样实际环境工程机械制造、安装和施工等现场的录像播放，使学生有更为逼真的感受，达到了一定的教学目的。这样，既可以节省课时又可以节省参观联系费用。

(3)采用虚拟样机技术。虚拟样机技术，是随着计算机技术的发展而迅速发展起来的一项计算机辅助工程(CAE)技术。在计算机上建立样机模型，对模型进行各种动态仿真和性能分析，然后改进样机设计方案，用数字化形式代替原来的实物样机，也就是在三维设计环境中，可以进行产品的模拟装配，以获得机器或零部件的三维实体，在一个可视化的环境中，实现工程机械机构运动仿真、产品有限元分析、计算机辅助制造与动画生成。虚拟样机技术融合了许多相关技术，包括几何形体的计算机辅助设计(CAD)软件和技术、有限元分析(FEA)软件和技术、模拟各种各样作用力的软件编程技术、利用试验装置的试验结果进行某些构件的建模等。以学生为本，充分运用现代化的教学手段，激发学生的学习兴趣。让学生直观、立体地学习现代工程机械，增加了教学的信息量，培养学生运用所学知识解决实际问题的能力。同时让学生掌握等多的CAD/CAM/CAE等技术，为以后毕业打下基础，适应将来的市场需求。

在充分运用实际环境、仿真模拟、情境教学等多种教学形式中，形成一种动态教学方法，通过比较，使学生正确理解，弄清概念，加深记忆。能够将教材静态文字、图形与工程实际环境、三维动态仿真三个方面的关联、配置、衔接、互补等关系加以处理、合成，来提高学生的理解力，加大课堂信息量。

4 结束语

本研究课题就是针对《工程机械设计》这一重要的学科方向专业课，结合学校机制专业的实际情况，提出一种动态教学方法。将教材静态文字、图形与工程实际环境、三维动态仿真合成，以提高学生的理解力、加大课堂信息量，提高该课程的教学水平与教学效果。随着当前科技发展的新动态和新技术的更新，改变相应的教学内容，以拓宽学生的知识面，对学生将来的毕业有很大帮助，特别是提高学生的就业率和加快创新频率，具有重要的理论意义和实践意义。

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