机械设计类课程教学改革与创新人才培养

孙启新++席平原

摘 要：本文分析了机械设计类课程的教学现状和存在的问题，结合当前高等教育发展形势，提出了基于三维CAD的项目式教学法的改革措施。对该类课程采用项目式教学的项目选择、教学过程实施及评价进行探讨，充分发挥学生在学习中的主体作用，全面提升学生的实践能力、创新能力。

关键词：机械设计 项目式教学法 三维CAD

中图分类号：G64 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）05（b）-0175-02

实现以教为主（老师满堂灌）向以学为主转变，以课堂教学为主（过分重课堂）向课内外结合转变，以结果评价为主（过分重分数）向结果和过程结合转变，是中国高等教育发展到今天早已达成共识的三个改革目标。如何实现这三个目标，至今没有成熟的方法。本文以机械设计类课程为例探讨创新人才培养模式。

以知识传授为基础，以能力培养和素质提升为目的是本课程教学改革的总体目标。本文将项目式教学引入机械设计类课程教学中，将三维CAD造型软件、机械原理、机械设计和机械设计课程设计等课程教学有机融合在一起，充分调动学生学习积极性、主动性。

1 项目式教学法的实施原则

机械设计类课程主要包括：机械原理、机械设计和机械设计课程设计，是机械类专业重要的专业技术课程，课程具有很强的理论性和应用性，特别是机械设计其课程内容庞杂，各章自成体系，初学看似毫无联系，采用传统的“讲授新课-布置作业-复习旧课”的课堂组织模式，很难调动学生学习积极性，教学效果较差。

以工程项目为背景的教学方法是以学生、项目和能力培养为中心，而不是传统的课堂、教材和书面作业、卷面考试。在具体的实施过程中一般要遵循以下原则。

（1）实施过程要具有可操作性，特别是要注重提高学生学习兴趣，既能全面提高学习效果，又不会过度增加学生学习负担。

（2）在教学过程中，以学生为中心，充分发挥学生的主动性和创新精神，让学生根据自身需求推动学习过程的进行；教师起辅助作用，负责整个教学过程的设计和组织。

（3）选取的工程项目要适合，既要满足教学内容要求，又能充分调动学生的积极性。

（4）要具有供丰富的学习资源和良好的团队协作学习环境。

（5）以项目的完成情况来评价学生的学习效果和成绩。

2 项目的选择

机械设计课程的培养目标是传授一般通用机械整机设计过程所需要的知识和技能，包括：运动设计、结构设计和工作能力设计。要使学生学完此类课程后，只要提供工艺所要求的运动参数和载荷谱，不管是何类机械都可进行设计，彻底改变毕业设计“抄图加校核”的现象。课程必须要完成一个简单整机设计全过程的训练，使学生具有纯机械传动的原始创新能力。

所以，选用项目要能够将整个课程内容串联起来，使学生对整个机械设计有一个整体认识，而不是局限在单个零件上。通过项目设计，提高学生学习积极性，变被动学习为主动学习，让学生主动寻找解决问题得方法，在实践中去提高能力。同时，项目不能太复杂，使学生既学习了知识、锻炼了能力，又不会太大的增加学生学习负担。

基于以上目的，在教学过程之中选用步进式工件输送机作为项目式教学的工程案例。该机由电动机通过传动装置、工作机构驱动滑架往复移动。通常步进式工件输送机传动装置常由减速器和一级开式齿轮传动组成，也可由带传动、链传动组成。工作机构可选用曲柄摇杆系统实现步进输送，也可以采用其它机构实现，如导杆机构、凸轮机构、棘轮机构等。所以该项目涵盖了机械原理和机械零件的所有基本内容，符合教学内容要求。既充分可锻炼学生的学习能力，又可充培养学生的创新能力。

3 项目教学法的实施步骤

以学生较熟悉的齿轮减速器、曲柄摇杆机构、凸轮机构等为设计内容，将工件输送机的设计贯穿到每一章的教学中。第一步，每一章的教学以工件输送机特别是减速器对应的零部件为主体，引出该章节的教学内容；第二步，通过老师讲解和学生自学去寻找解决问题的方法；第三步，学生提出可行的设计方案，经分组讨论后确定最终方案；第四步，参考教材设计步骤和方法进行相关参数及尺寸计算；第五步，用三维软件进行建模仿真，有必要的可生成工程图；第六步，将计算和模型提交老师进行作业评价。在教学中将学生分组进行，每组3～4人，大家协同作战，教师就参与讨论，把握设计方向。第四、五步学生在课下完成，其他步骤根据课程安排和学生掌握情况合理分配课上和可课下时间，主要原则是以学生为主，教师为辅。

例如，在讲到连杆机构时，老师用工件输送机的视频引出何为连杆机构及其在工程中的应用；然后用少量时间介绍完连杆机构的学习内容；接下来提出设计项目，让学生在解决工件输送机工作机构的过程中进一步熟悉教学内容，提出自己的设计方案并分组加以讨论；选定方案后经初步计算，便可用三维CAD软件进行建模，并进行机构运动仿真分析；根据分析结果修改方案和参数，直到满意为止；最后上交设计分析材料，教师对结果进行评价。

三维CAD建模是机械类学生必须掌握的基本技能，学校都设有UG、Pro/Engineer等软件的教学部课程。将引其引入结构设计中，一方面将传统设计方法与现代设计方法相结合，提高学生学习兴趣；另一方面可减少学生课下作业量。学生只需完成零部件的三维模型，而不是去画工程图。这样可大大提高项目是教学模式的可行性。

同时将三维CAD软件的学习应用与结构设计性相结合，也可解决CAD软件教学中的一些弊病。传统的CAD软件教学只注重建模的基本命令和操作流程，老师给出图形学生去建模，这样学生只能机械的接受，不能灵活运用。CAD软件的最大优势是结构设计，这一点被课堂教学完全忽略了。将CAD软件融入项目是教学可大大弥补这一点。

4 项目教学法实施后的成效与反思

机械设计类课程应用性较强，图表、公式较多，内容相对枯燥繁杂，学生掌握起来较困难。通过项目式教学，可将零散的内容串联起来，充分调动学生的学习积极性和主动性；同时将学生所学的CAD软件应用到结构设计中，真正做到学以致用。不但能有效的提高本课程的教学质量，而且为学生将来走向工作岗位打下较好的基础。真正让学生做设计而不只是学设计。在今后的教学实践中对于这种教学方法的应用还需要我们不断地加以探索和研究，进一步选用更多合适的设计项目案例应用到教学中。

参考文献

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