《机械原理课程设计》改革尝试与思考
2013-04-29张晋西
摘要:本文通过近三年来在本校开展的《机械原理课程设计》改革的尝试及所获得的良好效果,对如何培养学生的机械运动方案设计、创新设计和解决工程实际问题的能力,阐述了改革的步骤和方法,对改革中出现的问题进行了思考,为机械原理课程教学提供借鉴。
关键词:机械原理课程设计;改革;设计题目
中图分类号:G642.0 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2013)08-0133-02
《机械原理课程设计》是培养学生综合运用机械原理课程所学理论知识,系统地完成一个大型机构设计课题,使学生获得工程技术训练的必不可少的实践性教学环节[1-8]。本课程的时间一般安排在大二,它是机械类学生首次接触的专业基础知识,其重要性不言而喻。《机械原理课程设计》的教学改革,作为教学的重点和热点,一直在各高校中进行,研究课程设计的目的、内容、方法、题目、组织形式,探索如何培养学生的机械运动方案设计、创新设计和解决工程实际问题能力,但是,迄今未有广泛认同的一体模式,基本上是各高校根据自身的特点,各自拿出一套解决方案。鉴于以前课程设计方法已经沿用多年,这与时代的发展和要求有了不小的距离,迫切需要进行适当的改革,使得结合本校实际情况,任课老师群策群力、多次讨论和反复修改,得出了系统的改革方案,并在近三年里加以实施,获得了良好的效果。
一、改革主要任务与方法
改革主要涉及课程设计题目和时间安排。以前,本校《机械原理课程设计》源于传统的几个题目,如牛头刨床机构设计,凸轮、齿轮机构设计,主要以基础训练为住,是对理论课内容的加深巩固,基本等同于一个大作业,虽然能起到理论教学内容的目的,毕竟与时代的要求有一定的距离,因此必须做出改进。
机械原理课程改革主要体现在课程设计题目的改变。本课程设计提供了A、B、C三类题目。A为指定性设计题目,B为创新性题目,C为机构仿真类题目,要求每个学生选择其中的一个题目。下面是部分题目名称:A.指定性设计题目,题目1:洗瓶机设计;题目2:医用棉签卷棉机设计;题目3:步进输送机设计。B.创新性设计题目,题目1:设计适合老、中、青不同年龄段使用并针对不同职业活动性质(如坐办公室人员运动少的特点)的健身机械;题目2:汽车夏天露天停车,设计一伞状机械装置,为汽车遮挡阳光;题目3:多功能担架。设计一种可用于崎岖路上手抬、平路上手推、静止时可作休息的小床或座椅的多功能担架。C.机构仿真题目,题目1:铰链式颚式破碎机方案分析;题目2:一种夹紧机构模拟与分析;题目3:汽车转向机构模拟。每年给出的题目可以有所变化。例如,对于B类创新性题目,可以结合每两年一次的全国机械创新大赛给出的题目,给出类似的题目,可以从中筛选出具有潜力的学生,参加大赛。改革的另一项体现在课程设计时间的安排上。由于新设计题目难度较大,一周的课程设计时间,很难完成,因此做了如下安排:①第18周一课程考试完后,老师就可提前布置设计任务。学生即日起可根据本任务选择自己的题目,查阅资料,构思设计。②课程设计周第1天~第3天,老师到新校区授课教室答疑式辅导,有问题的学生可以来问。③课程设计周第4~5天,小答辩方式,老师在教室检查设计。每个学生展示自己的设计结果,并做说明。④课程设计周第5天,学生上交课程设计结果。
二、实施效果
此次课程设计,学生总体经历和感受可以概括为“困惑—讨论—实做—成就感”。从选择三类题目的数量来看,指定性设计题目和创新性题目选择的人较多,且数量相当,自己选定题目后,马上发现题目很难;对创新性题目,一时想不起具有创新点的设计,对指定性设计题目,发现自己理论基础欠缺的有很多;对机构仿真类题目,发现自己软件应用能力很差。总之,学生的自信受到严峻的考验。课程设计周的前几天,也是最艰难的几天,同学们在受到暂短的挫折之后,会积极地查阅资料,与同类型题目同学相互探讨,相互学习,遇到不能解决的问题,辅导教师给出详细的解释,大多数同学能在规定的时间内独立完成主体设计。从完成的情况来看,对指定性设计题目,学生能给出完整的设计方案,基础知识应用较全面;对创新性题目,不少同学提出了很好的选题,在与老师和同学讨论后,图文并茂地描述出自己的设想;对机构仿真类题目,这些同学一般是对软件有较大爱好,有一定基础,也有的是在短短几天内突击学习,也有不俗的表现,对设计、分析软件的应用有了良好的开端。绝大多数学生独立地完成了设计,其中不乏具有创意的高水平作品,有的已经上报申请专利,总体成绩和往届相比较好。不少同学用“非常好的训练”、“艰难的过程”、“成就感”等来总结自己的课程设计。
三、存在的问题
此次课程设计的改革尝试,也暴露出不少问题:课程设计时间紧迫,不足以最好地供学生完成任务。目前课程设计时间为一周,但是,在前面的1~2天常被拖延到后面的考试科目占据,后面又面临回家,如果没有充分的时间保证,任何完美的改革尝试均不能收到实效。学生机械相关基础知识有缺陷,不足以完整表达自己的设计思想。《机械原理课程设计》的主要重点在方案设计,这是目前的共识,但是,即使仅仅表达设计方案,学生表现也力有不逮。反映在制图能力、计算能力,甚至文字表达能力,均很欠缺。这点有待整个机械类课程体系的全面改革,才能从根本上解决。设计题目有待进一步完善。此次改革,设计题目是在短期内集思广益收集得到的,难度参差不齐,总体来说较有新意,但是结合以后的专业发展,应该多纳入一些实际类型的题目。
四、进一步设想
目前,机械类学生的实践性教学环节大致有《机械原理课程设计》、《机械设计课程设计》、《金工实习》、《专业课程设计》和《毕业设计》等,这是数十年来一直沿用的模式,随着现代制造加工的更深、更广的要求,这种各种为战的教学模式,已经暴露出很多问题,难以分别解决,这里设想对这些课程加以整合,在不增加总体课时的基础上,用一门大的课程,姑且称为创新设计课程,来取而代之,时间安排在大三以后。这门课程的特点在于:教师给出一个大的题目范围,学生自己用三维设计软件进行产品设计,在计算机上制造出虚拟机械,并对此进行运动和动力学分析、有限元分析和优化等,最大限度地减少设计失误。学生自己动手,加工出自己设计的产品,进行产品答辩、发布。如此,学生对整个产品的开发有一个全面的认识,由于加工产品需要原料成本,学生将更具有对自己产品的责任意识,一个大的题目,是以小组的形式完成,在设计、制作过程中,可以培养学生的团队精神,对优秀的设计作品,完成后组织上报专利申请,并推荐参加各种大学生竞赛,如挑战杯、机械创新大赛等,激励学生创新。这也是对学生将来在企业工作的一次逼真的预演。
参考文献:
[1]邹焱飚,翟敬梅.机械原理课程设计[M].北京:中国轻工业出版社,2010.
[2]师忠秀.机械原理课程设计[M].北京:机械工业出版社,2009.
[3]曲继方.机械原理课程设计[M].北京:机械工业出版社,1999.
[4]邹慧君.机械原理课程设计手册[M].北京:高等教育出版社,1998.
[5]张春林,等.机械创新设计[M].北京:机械工业出版社,2001.
[6]姜琪.机械运动方案及机构设计——机械原理课程设计题例及指导[M].北京:高等教育出版社,1991.
[7]黄纯颖,等.机械创新设计[M].北京:高等教育出版社,2000.
[8]机械工程手册编委会.机械工程手册[M].北京:机械工业出版社,1996.
作者简介:张晋西(1962-),男,教授,主要研究方向:计算机辅助设计,机构运动仿真。