高职机械设计基础和建模软件融合的课程改革实践

◎ 肖苏华 陈建环

高职的“机械设计基础”课程包含了理论力学、材料力学以及机械零件的基础知识。课程特点是内容繁多，枯燥乏味，学生普遍反应该课程抽象难懂。

Pro/E软件具备单一数据库、参数化、基于特征造型、全相关的技术特点,该软件在国内使用率较高。企业对应用Pro/E软件从事产品造型、工业设计、结构设计、模具设计的设计人员需求量很大，因此该软件也成为高职类院校三维CAD/CAM/CAE软件的首选，并成为机械/机电/模具专业的核心课程。

为了提高学生的兴趣，增加学生的参与度，将三维建模软件Pro/E融合到“机械设计基础”课程的学习中,同时优化“机械设计基础”课程内容，精选案例，采用教学做一体化的方法组织课程教学和实训。

一、合理选取教学内容

“机械设计基础”课程包含了静力学、平面力系、空间力系、四种材料力学构件变形、平面机构、四杆、凸轮、齿轮、轴、联结等丰富内容。针对高职学生对理论不感兴趣、喜欢动手实训操作的特点，根据“理论够用”的原则，尽量减免理论的推理计算内容，抽取更多的课时为适合实训的内容。如课程在讲解平面四杆机构模块，用2个学时讲解平面四杆机构基础理论，用4个学时进行Pro/E的曲柄摇杆机构实训。通过学生的零件绘制、装配及机构仿真和动画制作，领会形成曲柄摇杆、双曲柄、双摇杆等机构的几何条件。“机械设计基础”课程学时分配如表1。

从表1可以看出，课程的实训学时大大增加，达到了44.4%，学生可以通过Pro/E的实训来实现对枯燥理论的理解和强化，极大的提高了学习兴趣。

表1 学时分配

二、精心挑选案例，教学做一体化

“机械设计基础”课程教学，精心选取适合Pro/E三维软件建模仿真的案例，结合基础理论进行实训。如在力学模块，可以采用Pro/E里的机械模块进行非标杆件的应力应变分析，开拓学生的视野，提高实际应用能力。在平面四杆结构模块，可以建模、装配四个杆件，设定电机和参数，达到四杆运动的仿真。在凸轮模块，根据推杆的运动轨迹（如图1），在Pro/E里绘制图形基准，结合可变截面扫描指令，绘制凸轮的外形轮廓三维图形（如图2）。通过借助3D建模软件，凸轮的建模实训，比《机械设计基础》教材里描点法、解析法等原始的绘制凸轮方法精度、效率高的多，也符合当前实际的设计情况。学生在训练中能充分理解到轨迹曲线的角度和凸轮外形轮廓的关系，同时也消化了远休止角、近休止角、推程等概念。

图1 推杆运动轨迹

图2 凸轮Pro/E 3D建模

讲授齿轮章节的时候，融合Pro/E软件，首先讲解齿轮结构设计的尺寸公式和计算方法，然后在Pro/E软件里参数进行如图3所示的设置。再在软件里结合渐开线方程、阵列等进行三维建模，效果如图4所示。学生可以在建模完成后，通过修改参数的m和z等参数，直接生成不同尺寸的齿轮，非常直观的理解齿轮的结构计算方法。

图3 圆柱直齿齿轮参数

图4 齿轮3D造型

“机械设计基础”和3D建模软件的融合，在实训进行时，一般采取教学做一体化的方式进行。通过 “理论引入→学生学习→教师示范→学生跟做→任务布置→学生独立完成→教师归纳总结”的流程进行教学。

如在凸轮Pro/E建模实训中，学时和教学设计如表2所示。

Pro/E凸轮设计项目为3个学时 （120分钟），比起单纯的理论讲解3个学时，效果更佳。

三、改革效果

经过几年持续的改革实践，该课程的建设取得了一定的效果，学生对课程教学评价多为 “优秀”、“良好”。在就业方面，本专业学生有33%毕业生工作岗位与机械设计有直接或间接关系，岗位包括绘图员，装模，修模，设计助理等职位。在近几年来的职业技能比赛中，本专业学生取得了优异成绩，1名学生获得2009年广东省挑战杯三等奖奖，6名学生参加2009年全国数控技能比赛广东选拔赛之产品造型及快速原型比赛，其中两名学生获得模具设计单项三等奖，1名学生参加2008年全国“发明杯”比赛，采用软件设计的作品“旋转机械臂”获得金奖。

表2 教学设计

“机械设计基础”课程历来是机械专业难学、难教的一门课程。实践证明，通过融合Pro/E软件，精心挑选案例，进行教学做一体化的教学设计，能极大提高学生学习“机械设计基础”和Pro/E课程的兴趣，促进对基础理论和知识点的消化吸收。同时也巩固了Pro/E软件的使用技能，推动了学生的创新思维能力，取得了良好的效果。

[1]肖苏华，李俊送，陈建环.高职机械类专业Pro_ENGINEER软件课程教学改革探索和实践[J].广州城市职业学院学报，2010，(4).