基于课程中心网络平台的机械设计基础（B）课程教学改革

杨毅青 谢日成北京航空航天大学机械工程及自动化学院 北京 100191



基于课程中心网络平台的机械设计基础（B）课程教学改革

杨毅青 谢日成
北京航空航天大学机械工程及自动化学院 北京 100191

摘 要：以北京航空航天大学发布的“长城行动计划”为指导思想，针对近机类学生基础薄弱以及学习资源缺乏的现状，结合学校科研特色，建立包含教学课件、习题库、Flash动画等模块的课程中心网络平台，开展机械设计基础（B）课程教学改革研究。

关键词：机械设计基础（B）；网络；课程中心

北京航空航天大学机械设计基础（B）课程作为本科阶段一门涉及较多院系的专业基础课程，旨在培养学生掌握科学思维方法，增强工程素质、创新意识和理论联系实际的工作作风，提高图示表达能力、机械设计能力以及创新能力［1］。开展机械设计基础（B）课程教学方法的研究，对于培养学生的工程意识、工程实践能力和应用能力，响应北京航空航天大学“长城行动计划”中的“全面提高教学质量和培养拔尖创新人才”的宗旨，都具有十分重要的意义。

针对近机类学生在该课程学习中所反映出的基础薄弱以及学习资源缺乏的现状，结合学校课程中心网络平台建设的契机，在分类整理重要疑难点的基础上，设计并制作可人机交互的习题库，以供学生自主学习及课堂知识巩固；针对机械设计基础课程知识点繁多、内容枯燥的特点，结合学校科研特色，通过丰富动画以及实例演示，促进学生对核心知识要点的快速及牢固掌握；结合学校课程中心网站建设，将基本知识要点、多媒体课件、习题库上传，打造近机类学生课后学习平台。

1　教学要求

北京航空航天大学机械设计基础 （B）是近机类专业的一门专业技术基础课，它与工程实际紧密结合，实践性强。通过该课程的学习，学生能够了解和掌握常用机构和一般参数下工作机械零件的工作原理、特点、选用及其设计和计算方法，培养设计简单机械装置的机械设计能力，同时树立正确的设计观念，初步了解相关学科发展现状和有关工业技术政策，学会运用手册、标准、规范等资料，增强学生工程意识及创新思维［2-4］。

2　教学现状

机械设计基础 （B）课程的授课对象为工科近机类学生，与机械专业类学生相比，在对课程中所涉及的机械部件的理解和领会等方面均存在一定差距，因此采用传统教学方法对该类学生掌握相关知识难点造成了一定的困难，具体体现在以下几方面。

（1）近机类学生对前期力学、加工工艺或材料等课程的学习要求较低，从而对机设课程中一些基本概念的理解存在难度，因此在有限的课堂教学时间内所取得效果有限。

（2）近机类学生由于培养计划中机械类相关课程较少，在课下接触机械设计相关知识的途径非常狭窄［5-7］。通过网络所能搜集到的各个学校的讲义以及习题示例，大多由于教材以及教学要求的不同，不能完全满足自身需求；学习资源的匮乏和氛围的欠缺，给学生课后的继续学习设置了很大的障碍。

（3）机械设计基础（B）课程的课堂学时为48，所涉及的知识点非常多，随着前期学习过程中知识盲点的不断累积，导致后期逐渐不能适应课堂进度要求，从而使得学习兴趣下降、知识掌握进度慢。最突出的现象是，课堂上多次强调过的知识要点，在考试中的丢分现象依然非常严重，而任课教师迫于学时的有限，用于习题课的时间相对不足。

3　教学改革措施

3.1构建学习辅助资料

针对近机类专业学生在本课程学习中普遍存在的专业基础薄弱问题（如强度校核、制造公差等），提炼基础知识点，并有针对性地准备课程讲义，使学生在有限的课堂学时内更好地掌握教学要点。同时根据教学、考试及调研情况，汇集并分类整理学生在本课程学习中所遇到的疑难点，并参考教学大纲，制订覆盖知识要点且难度适中的习题方案。如，有关“滚动轴承的选择计算”一直是教学大纲中的重点要求内容，下题是基于此所设计的一道计算题。

例：如图1所示为一对角接触球轴承支承的轴系，轴承正安装（面对面）。已知两个轴承的径向载荷分别为Fr1=2 000 N，Fr2=4 000 N，轴上作用的轴向外载荷KA=1 000 N，轴承内部派生轴向力S的计算式为S=0.7Fr，当轴承的轴向载荷与径向载荷之比Fa/Fr>e时，X=0.41，Y=0.87；Fa/Fr ≤e时，X=1，Y=0，e=0.68；载荷系数fp=1.0。试计算：（1）两个轴承的轴向载荷Fa1，Fa2；（2）两个轴承的当量动载荷P1，P2。

图1　角接触球轴承支承的轴系

与此同时，增加实物教学环节，在实践的基础上，把理论知识融会贯通，把实验室中的各类齿轮、轴承、轴等零件以及简易机械机构带到课程，让学生通过实物加深对理论知识的理解，让抽象的内容变得具体和形象，激发学生的学习热情［8-9］。

3.2丰富特色教学内容

根据机械行业发展现状，结合学校科研特色，及时更新相关机械行业重大新闻，把新应用、新成果与学生分享。例如，在讲解齿轮的形成加工时，先介绍传统齿轮的加工方法是插齿法和滚齿法，接着介绍由山特维特可乐满德国齿轮加工工艺中心和CAM厂商联合开发的产品——InvoMilling 1.0软件，可在通用五轴加工中心上灵活制造精密齿轮和花键［10］；通过对比传统及最新齿轮加工方法在效率及其精度上的差别［11］，指出机械工程领域内的科技进步以及由此所带来的社会生产方式变革，增强学生对机械专业知识的学习兴趣。同时结合学生感兴趣的学校历届“冯如杯”作品，如可折叠四旋翼高机动飞行器（如图2所示），从作品中分解出各个机械零件的设计、制造及工艺，指导学生学以致用。

图2　学校“冯如杯”作品

3.3建立网络习题库平台

采用传统教学方法，使得学生难以真正理解各种机构及机械装置的工作机理［12］。通过采用多媒体动画及实例演示，变“静”为“动”，再辅以生动讲解，促进学生深刻理解并掌握相关知识。同时制作覆盖重难点的交互式多媒体习题库，发挥电子资源的特长，供学生反复练习。依托课程中心，将项目成果上传，运行网络习题库。图3是业已建立的网络习题库平台网页截图，其中包含了27个exe格式、14个swf格式、15个avi格式的动画视频资料；后续将进一步加强电子课件的制作。

图3　网络习题库平台截图

4　结束语

北京航空航天大学发布的《人才行动计划白皮书》是中国高校首次发布的人才培养白皮书，指导着北航未来5年的发展，即建设空天信融合的世界一流大学。其中“长城行动计划”（本科教育）的制订始终围绕着如何将“一流的学生培养成一流的人才”。源于新形势下对本科教学质量的要求不断提高，开展基于课程中心网络平台的机械设计基础（B）教学改革，旨在教授学生掌握常用机构的设计与计算方法，培养学生的创新思维与能力，从而为全面综合素质的提高奠定基础。

参考文献

［1］ 王之栎，马纲.《机械设计基础 （B）》课程教学大纲［M］.北京:北京航空航天大学，2012.

［2］ 席平，杨洋，王春洁.机械类课程实验教学改革与实践［J］.实验技术与管理， 2010（7）:14-18.

［3］ 田静云，张国海，贾吉林.机械设计课程的教学改革与建设［J］.中国科技信息，2009（9）:252-253.

［4］ 薛铜龙，王小林，巩琦.基于卓越工程师培养的“机械设计”课程教学改革［J］.中国大学教学，2013，03:57-58.

［5］ 梅瑛，李瑞琴.《机械设计基础》课程设计教学探讨［J］.山西科技，2008（2）:56-57.

［6］ 李延斌，高有华，田方.面向培养卓越工程师的机械设计基础课程改革［J］.实验技术与管理，2012（4）:231-233.

［7］ 邰枫，郭福，高国华.卓越创新人才培养途径的探索［J］.实验技术与管理， 2014（11）:29-30.

［8］ 胡爱萍，陈爱莲，邹旻.机械设计基础课程教学研究与改革［J］.黑龙江教育:高教研究与评估，2011（6）:48-49.

［9］ 谢振宇.《机械设计基础》教学方法探讨［J］.鞍山师范学院学报， 2004（4）:34-36.

［10］ 山特维克可乐满推出InvoMilling 1.0解决方案［EB/OL］.http:// cmif.mei.net.cn/news.asp？sid=584355.

［11］ 刘元林.大工程背景下机械设计基础实验教学改革的研究与探索［J］.实验技术与管理，2010（1）:14-16.

［12］ 陈厚荣.非机械专业《机械设计基础》课程教学方法探讨［J］.西南农业大学学报:社会科学版，2012（5）:196-199.

Teaching Reform on the Foundation of Mechanical Design（B） Course Based on Network Platform of Course Center

Yang Yiqing， Xie Richeng
School of Mechanical Engineering and Automation， Beihang University， Beijing， 100191， China

Abstract:Due to the weak knowledge and lack of learning resources for the students close to the mechanical major， the teaching reform in the course of Foundation of Mechanical Design（B） is carried out under the guide of the "Great Wall Action Plan" of Beihang University. Considering the specialty of scientific research in Beihang， the reform establishes a course network platform which includes teaching courseware， exercise library and fash animation modules.

Key words:foundation of mechanical design（B）； network； course center

收稿日期：2015-11-10

作者简介：杨毅青，博士，副教授。

基金项目：北京航空航天大学2014年度教改项目。