基于工程化模式的“机械原理课程设计”教学改革

陈东 王锐昌 刘春丽 唐萍 李媛

摘 要：针对目前机械原理课程设计中存在的问题，对其在选题方式、设计形式、设计方法上进行工程化教学改革。教师应基于科研和教学实践，实现课题来源的工程化、多元化，改变课题单一的问题；基于多元化的课题，建立完善的“机械原理课程设计”素材库；基于科研工作流程，实现课程设计过程的工程化。另外，设计要突出创新性和主观能动性，并鼓励应用现代工程设计手段，实现课程设计和工程实践的紧密结合，以期取得较好的教学效果。

关键词：工程教育模式；机械原理课程；教学改革

机械原理课程是机械类专业中一门重要的专业基础课，在整个课程体系中具有重要地位，通常安排在基础课和专业课之间，起着承前启后的作用。机械原理课程设计是机械专业学习中首个接触工程的环节，因此，广泛地利用科研实践相关资源，开展相应的工程化改革，对于培养学生的工程意识和创新能力有重要的作用。

一、目前机械原理课程设计中存在的问题

目前，在我校的“机械原理课程设计”教学中，有固定模式的“机械原理课程设计指导书”。学生可以按照固定的设计流程，先进行系统方案的选择，再进行传动比分配，然后设计系统运动循环图，设计系统方案中的凸轮和连杆等机构并绘制机构运动简图，可采用图解法和解析法对机构进行运动分析和力分析，最后编写课程设计说明书。而机械原理课程设计中还存在一些问题。

1.设计题目陈旧、单一

目前经常采用的题目有薄板冲压机构设计、牛头刨床连杆机构设计、插床连杆机构设计等，多年来题目并没有大的改变。无论是用图解法还是解析法，设计中都是侧重理论计算，偏重知识积累，设计题目陈旧、单一，导致学生学习兴趣不高。

2.全班同做一个题目，没有考虑个体差异性

例如，学生的设计题目连续两年都是“薄板冲压机构设计”，区别只是设计行程、生产阻力、生产效率等几个参数的不同；而且学生并没有自己拟定传动方案，只是按照设计说明书走一个过程，因此该题目没有起到设计新型机构和锻炼创新能力的目的。很多学生的设计目的仅仅是通过考核，并没有主动参与的热情，更体会不到学习的乐趣，且抄袭和模仿现象严重，更不具备创新能力。

3.设计内容单一，缺乏整机设计理念

一部机器由原动机、中间传动系统和执行系统三部分组成，但目前该课程设计中，学生只对其中的执行系统进行分析设计，缺乏整机设计理念和系统训练。没有机械系统的方案设计和机构的选型设计，学生处于一种被动的状态，自主设计和发挥主观能动性的内容非常少，无法激发学生的创造力，也不利于对学生创新思维和工程实践能力的培养与训练。

二、教学改革内容

针对目前“机械原理课程设计”中存在的问题，笔者拟在选题方式、设计形式、设计方法上进行改革。

1.基于科研项目，实现课题来源的“工程化、多元化”

课程设计题目的选择直接关系到整个课程设计所能取得的训练效果，对学生“工程化”素养、设计能力和创造精神的培养起着至关重要的作用。

因此，教师要改变目前的单一题目方式，从生产、生活实际出发，让学生真刀真枪地做一个实际题目；将学生课外科技创新活动、学科竞赛以及教师的教学、科研等多方面的主题引入课程设计中，让学生在教师的指导下自主选择题目、设计题目，这样才能使内容不再单一，从而提高学生的研究兴趣。其题目来源于生产、生活实际，部分题目见表1。

2.基于科研课题，建立完善的“机械原理课程设计”素材库

在进行改革的过程中，教师应持续地对设计题目和素材进行积累和总结，建立“机械原理课程设计”素材库，将课题按照设计类型、设计难度、设计工作量和检验标准等进行归纳和总结，以方便学生进行选取、模仿、改进和创新。

3.基于科研工作流程，实现设计内容的“工程化”

改变现行的按照设计指导书的固定步骤、固定内容进行设计的模式。拟选取的题目是生产、生活中的某一实际需求。学生为了设计出真正的产品，必须发挥自身的主观能动性，进行自主学习与研究。教师可在设计环节中增加文献资料检索、方案分析、可行性论证及答辩环节，以锻炼学生的分析能力和综合能力，同时，教师在评分标准中要注重学生的设计过程而非设计结果，以强化对学生创新能力和自主学习能力的培养。

4.鼓励应用现代工程设计手段

图解法和解析法是目前课程设计中的两种常用方法。图解法的几何运动概念清晰直观，便于理解，但存在做图复杂、工作量大、精度低、效率低等缺陷；解析法答案精确、可求整个过程完整参数，但存在过程抽象、建模过程复杂、理解困难等弊端。

图解法是课堂教学中的主要方法，课程设计中应将重心调整到精度更高、实用性更强的解析法上来；鼓励学生在课程设计中采用计算机三维软件进行设计和分析，使各构件的运动变化及运动形式形象地显示出来，使原来二维的抽象问题直观化、形象化，以便学生更快地掌握现代机械工程设计的手段和方法。

三、結语

为全面提升应用型人才的培养质量，充分发挥科研和实践对课程的促进作用，笔者对机械原理课程设计进行了工程化的教学改革。首先，通过建立“基于科研项目的研究式学习方法”，提高学生自主学习的能力，让学生积极地进行探究与发现，自主地进行知识的整合与建构，使项目完成的全过程变成学习者学习活动的全过程。其次，基于科研工作，实现课题来源的“工程化、多元化”，使设计过程与工程实践紧密结合，激发学生的积极性和创造性，使其建立工程意识，培养工程应用能力，锻炼解决工程实际问题的能力。最后，基于科研课题，建立了完善的“机械原理课程设计”素材库。

参考文献：

[1]孙志宏，单洪波，庄幼敏，等.提高学生创新能力改革机械原理课程设计[J].实验室研究与探索，2007（11）.

[2]王勇，吴其林，肖云，等.面向卓越人才培养的机械原理课程设计改革初探[J].教育教学论坛，2015，5（10）.

[3]李晔，彭子梅，曰戴明.机械原理课程设计内容方法的革新与研究[J].价值工程，2015（10）.

[4]李平，杜力.机械原理课程设计的教学改革与实践[J].重庆工商大学学报（自然科学版），2015（3）.

（责任编辑：王 瑜 庄 源）