三维软件助力创新《机械设计基础》教学改革

李晓丹

摘 要：《机械设计基础》是机械设计与制造专业的一门重要的专业必修课程，是一门综合性、实践性要求很高的课程，本文探讨將三维软件融入《机械设计基础》教学改革，提高学生的学习兴趣和热情，同时也帮助学生培养实用创新能力。

关键词：机械设计基础；三维软件；教学；机构

在机械设计和制造类专业教学安排中，《机械设计基础》是一门重要必备的课程，这门课程在整个专业培养方案中起着桥梁作用，承上启下，给学生们后续学习夹具设计、模具设计以及毕业设计等课程奠定必要的基础。开设这门课程的意义在于培养学生把握机械零部件设计的基本理论和基本途径；使学生具有一般常用零部件设计的能力，提高学生对机械技术工作的适应性，培养其开发创新能力，为后继专业课程学习和今后从事设计工作打下坚实的基础。

我院以职业特点和专业发展的需要为出发点，打破原多门课程之间的清晰界限，将《理论力学》、《材料力学》、《机械原理》、《机械零件》、《工程力学》等课程整合成《机械设计基础》一门课。删减了从课程系统性和理论完整性考虑安排的传统内容，保留了实用的讲授内容。

本门课程的主要教学目标是：

1）掌握常见机构基本结构、特点等基本知识，并初步具备分析、选取基本机构的能力。

2）掌握通用机械零部件的原理特点、应用和简单设计计算方法，并初步具备分析和选择简单机械传动装置的能力。

3）具有应用标准、规范、手册、图集以及其它相关技术资料的能力。

高等职业教育要求在教学过程中不必过于追求理论知识的完整性和系统性，只掌握本专业必备的理论知识即可，更加注重本专业技能的实用性、针对性以及所学的理论基础知识在实际中的适用性。对于机械设计基础课程，如果教师还采用以往的教学方式——以教师讲授为主，学生被动接受的传统教学方法进行教学活动，学生在遇到实际待解决的问题时仍然手无足措，无法实现能力培养目标要求。如何有效解决这些问题呢？本文针对这些问题提出将三维软件融入课程教学改革中，以培养学生的创新精神，提高学生的动手能力。

一、课程改革要求

（一）突出学生主体，注重学生的能力培养

机械设计和制造类专业开设本门课程，培养中侧重于机械设计理论、基本方法和基础知识的学习和工程素质养成，学习中最大调动学习热忱，能够在启发、提示下自主地领会机械设计的必备理论以及设计思路，强化同学们的实践能力，造就开创精神，使学生养成自我剖析和处理问题的习惯。

（二）尊重学生发展差异，重视教学过程评价，促进学生能力扩展

本课程在教学实践中，倡导学生自我学习，在设计的已给定状况下，激发学生积极思考、剖析，鼓励多元思维办法并将其表述出来，尊重学生能力差别。设立能鼓励学生学习热枕和自学能力的评价体系。最终评价应该侧重于测试同学们的知识运用能力。评价应有助于促进同学们的知识应用能力和健康人格的快速发展[ 1 ]。

（三）融合利用课程资源，改进教学手段，发展多方面学习渠道

在《机械设计基础》教学实践中，鼓励学生观察和思考日常生产生活中的各种表象，倡导他们结合实际生产和生活中的各种案例发觉问题，在教师逐步引导下，学生自主获取知识，通过剖析和推理，最终自我归纳、总结，通过使用三维软件虚拟运动等方法，有效促进学生扎实掌握基本设计理论，以培养他们的实际操作技能。通过三维软件组织学生学习操作真实案例，使学生获到模拟训练，加强学生提出问题、剖析问题、进而自主处理问题的能力。

结合《机械设计基础》课程要求，明确本课程的特点是以工作过程为主线的项目课程，将三维软件融入整个教学过程中，设计贴近实际的工作项目，按照任务引入、任务分析、展开探索、任务完成、归纳提高的过程进行教学改革。

二、机械设计基础教学改革实例

以往教学实践模式无法使学生将《机械设计基础》课程中学到的知识转化为职业技能。学生通过老师单方面传授对四杆机构、螺纹连接、齿轮传动等只懵懂一点原理，被动接受知识收效不好，在实际设计工作中还是手足无措。

最有效的措施就是选用直观的三维软件帮助教学。通过软件制作虚拟现实的冲床、凸轮机构、带传动机构、齿轮传动机构、减速机等。课程变“黑板上画机构”为“电脑上驱动机构工作”，消除了理论与实践之间的距离，以便日后实现“零距离”就业对接。

教学过程中，师生在三维软件空间环境下展示机构模型，可以随时根据学生的掌握情况任意旋转、平移、变色、缩放、剖开截面，弥补学生看图能力差、想象力不足的缺陷，达到寓教于乐，事半功倍的教学效果。学生在做的过程中体会机构的工作原理，同时也实现了在专业课中学软件。可以说专业课与软件课具有相辅相成的效果。

在减速器设计过程中，学生对完成对齿轮轴的受力分析和强度计算存在困难，单纯理论计算让学生无从下手，而且计算过程枯燥，很难调动学生学习兴趣。应用UG软件的分析功能中的“强度向导”可解决这一难题，“强度向导”一步一步地引导学生完成对构件的强度和刚度计算。首先选择研究对象（已有的零件模型）和构件的材料；给出载荷的类型、大小、方向和作用位置；然后确定约束的类型和位置，最后由计算机完成模拟计算。用云图表明零件各部位的应力、变形和结构的合理性，最终生成一份计算说明书。学生在这个过程中，对自己设计的构件强度分布情况一目了然，可有方向性的优化构件结构，做到有的放矢。

将三维软件引入机械设计基础教学中，教学过程呈现出学生成为学习的主体，教师只起引导作用，学生在教师的指导下自主学习，边做边学，边学边做，完成教师制定的项目，取得项目成果。在此过程中，学生得到了真实的满意感，培养出自觉探究问题的兴趣，赋予创造力，教师在此过程中传授给学生获取知识解决问题的能力方法。

参考文献：

[1] 赵志群，等.现代职业教育教师专业化发展丛书[M].北京：北京师范大学出版社，2013.

作者简介：

李曉丹（1982-），女，河北秦皇岛人，硕士，副教授，主要研究方向：模具CAD/CAE应用。