周培 蘆書榮

機械設(shè)計作為機械專業(yè)的一門重要課程，承擔(dān)了讓學(xué)生了解專業(yè)研究對象、掌握機構(gòu)運動基本原理的任務(wù)。作為機械專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課，機械設(shè)計要為后續(xù)的專業(yè)課打下堅實的基礎(chǔ)，現(xiàn)在本科的機械設(shè)計教學(xué)都以課堂教學(xué)為主，單純的教師講解較枯燥，學(xué)生即使掌握了知識也只是紙上談兵，面對實際機構(gòu)的分析還是無從下手。

傳統(tǒng)的課堂教學(xué)以教師講授為主，單一的教學(xué)模式使學(xué)生容易感覺枯燥，上課注意力不能集中；特別是近機類專業(yè)的學(xué)生，機械設(shè)計這門課對他們來說就更抽象和枯燥。作為一門對象感、應(yīng)用性很強的課程，如何提高教學(xué)質(zhì)量，本專業(yè)的老師們作了一系列教學(xué)嘗試，將課堂搬進(jìn)實驗室，讓機構(gòu)走進(jìn)課堂，把課堂的主體讓給學(xué)生，把單純的教師講轉(zhuǎn)變?yōu)橹饕菍W(xué)生動手做。結(jié)果表明，這樣的結(jié)合實踐的教學(xué)使學(xué)生不再感覺枯燥，自身的參與提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，加深了對專業(yè)知識的理解，教學(xué)效果顯著。

在教學(xué)改革實踐中，針對機械設(shè)計的每個章節(jié)，至少設(shè)計一次學(xué)生參觀或者做實驗的環(huán)節(jié)。其中，機構(gòu)的運動簡圖及自由度的計算、平面連桿機構(gòu)、凸輪機構(gòu)、帶傳動、聯(lián)軸器和離合器這些章節(jié)的實踐環(huán)節(jié)主要以參觀實物機構(gòu)、零件為主；齒輪機構(gòu)、輪系、軸及軸轂聯(lián)接、軸承等章節(jié)安排了軸系搭建、減速器拆裝等實踐環(huán)節(jié)。下面就針對軸系搭建和減速器拆裝如何配合課堂教學(xué)進(jìn)行介紹。

機械設(shè)計這門課程主要介紹了幾種典型傳動機構(gòu)和通用零件，其中軸系零件是很重要的一塊內(nèi)容，而軸系的結(jié)構(gòu)設(shè)計又是這章的重點和難點，以往教學(xué)會給學(xué)生一些軸系裝配圖改錯，學(xué)生只會單純地記憶這些易錯點，對為什么錯可能根本不理解，例如，零件缺少周向固定的錯誤，如果直接對照軸系實物講，聯(lián)軸器忘了用鍵聯(lián)接，學(xué)生就能通過轉(zhuǎn)動軸，發(fā)現(xiàn)聯(lián)軸器無法同步運動，這樣既直觀又加深了記憶。本教研組在這個環(huán)節(jié)上設(shè)計了軸系的搭建實驗，讓學(xué)生自己動手搭建一個軸系，教師點評，學(xué)生一直改到軸系正確為止。

圖1 軸系試驗箱

圖2 軸系搭建實驗

在這個過程中，學(xué)生會直接感受軸承是怎么運動的，怎么選擇的，軸上零件是如何安裝、定位的，這樣，上課講的那些理論會直觀地呈現(xiàn)在學(xué)生面前，教師講一節(jié)課，不如讓學(xué)生自己動手十分鐘來得效果好。理論只有被應(yīng)用了，才能被理解。

而且，學(xué)生在搭建過程中會犯錯誤，通過教師點評，自己改進(jìn)結(jié)構(gòu)，自然而然地就會運用課堂上所講的理論知識，或者通過其他途徑查閱資料，學(xué)生在參與過程中能更深刻地理解軸系結(jié)構(gòu)設(shè)計的要求，加強記憶。而且軸系的結(jié)構(gòu)多種多樣，遇到的問題不盡相同，這樣充分調(diào)動了學(xué)生參與的積極性，鍛煉了他們解決實際問題的能力，解決了以往教師在講臺上講，學(xué)生在下面打瞌睡的問題。

此外，幾十個學(xué)時的機械設(shè)計講完之后，如何將這些機構(gòu)和零件的章節(jié)全面聯(lián)系起來，形成知識體系呢？這就要靠一個具體的、典型的機器展現(xiàn)。本教研組選取了減速器為對象，在課程結(jié)束后，讓學(xué)生拆裝減速器，實現(xiàn)知識的整合。

減速器里包括課程里講的齒輪、軸系、軸承這些典型零件，學(xué)生通過拆減速器，可以了解一個具體機器的組成，感受軸系和齒輪、軸承的運動，拆完后要求學(xué)生再復(fù)原減速器，學(xué)生就需要調(diào)用機械設(shè)計的知識，進(jìn)行安裝、調(diào)整。在這個過程中，零件的安裝、拆卸、定位、固定和潤滑密封等知識都得以展現(xiàn)，有些知識點可以讓他們具體感受，比如：轉(zhuǎn)動齒輪感受齒輪的嚙合，錐齒輪為什么要錐頂重合才能正確傳動，上下箱體聯(lián)接為什么用螺栓不用螺釘，這些問題都可以通過觀察得出結(jié)論；有些比較難以講解的，比如：在軸系改錯中，為什么軸承是脂潤滑的時候要用擋油環(huán)，擋油環(huán)裝在什么位置？潤滑和密封方式如何選擇？為什么減速器箱底不是一個平面？對照減速器，這些問題都可以化抽象為具象，將理論轉(zhuǎn)為應(yīng)用。

圖3 減速器拆裝實驗室

圖4 減速器拆裝實驗

另外一些章節(jié)，可以設(shè)置討論題，積極調(diào)動學(xué)生的參與性。比如，緒論里綜合介紹部分，可以設(shè)置討論題，讓學(xué)生在零件機構(gòu)陳列室里找出十種零件，寫出它們的常用材料和功能；平面連桿機構(gòu)這章，可以要求學(xué)生結(jié)合生活經(jīng)驗列舉一些四桿機構(gòu)的實例，如抽水機、牛頭刨床、雷達(dá)俯仰機構(gòu)等。這樣才能把理論聯(lián)系實踐，枯燥變得生動。

現(xiàn)在的工作崗位對于學(xué)生的創(chuàng)新性要求很高，如何培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神，這是眾多學(xué)校都在努力探索的。針對這個問題，對于部分對機械設(shè)計感興趣、學(xué)得比較好的學(xué)生，本專業(yè)新開設(shè)了后續(xù)選修課程——機械創(chuàng)新實驗。在實驗課程教學(xué)中，給學(xué)生提供各類零件，讓學(xué)生通過自己搭建機構(gòu)，實現(xiàn)預(yù)定的運動，并結(jié)合pro-E對機構(gòu)運動進(jìn)行仿真。這個實驗課程可以讓這部分學(xué)生有更多動手的空間，發(fā)揮創(chuàng)新性，對機械設(shè)計課程是很好的延展。

圖5 機械創(chuàng)新實驗

圖6 教師指導(dǎo)創(chuàng)新實驗

通過一系列機械設(shè)計教學(xué)改革措施，使機構(gòu)走進(jìn)課堂，理論融于實踐。我們發(fā)現(xiàn)，只有調(diào)動學(xué)生動手參與才能讓枯燥的機械專業(yè)知識更易于掌握，告別紙上談兵，使知識學(xué)有所用，這樣的教學(xué)才真正適合學(xué)生。