李 俏 伍先明 王鵬程 黃永程

（廣東理工學(xué)院，肇慶 526100）

根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)》課程的教學(xué)要求，在教學(xué)對(duì)象主要為大專層次學(xué)生時(shí)，廣東理工學(xué)院以培養(yǎng)他們的學(xué)習(xí)技能為目標(biāo)，進(jìn)行了一系列教學(xué)探索和改革，且取得了較好的效果。2014年，廣東理工學(xué)院開(kāi)始正式招收本科層次的學(xué)生。盡管《機(jī)械設(shè)計(jì)》這一門(mén)課程的名稱沒(méi)有變，但教學(xué)對(duì)象和教學(xué)內(nèi)容的廣度、難度及深度均發(fā)生明顯變化，本科層次教學(xué)的手段不能再用之前專科層次行之有效的教學(xué)方法，急需要進(jìn)行改革。2017年，廣東理工學(xué)院工業(yè)自動(dòng)系（以下簡(jiǎn)稱“工業(yè)自動(dòng)系”）《機(jī)械設(shè)計(jì)》課程被評(píng)為校級(jí)精品課程，因此如何抓住此機(jī)會(huì)，構(gòu)建工業(yè)自動(dòng)系本科層次的《機(jī)械設(shè)計(jì)》課程教學(xué)體系，亟待研究和改革[1]。

精品課程建設(shè)要符合當(dāng)代的教育思想，具有先進(jìn)的科學(xué)性、體現(xiàn)教育教學(xué)規(guī)律，而且教學(xué)技術(shù)方法應(yīng)逐漸現(xiàn)代化，打造具有一流的教學(xué)內(nèi)容體系、一流的教學(xué)方法、一流的師資隊(duì)伍、一流的實(shí)驗(yàn)室、一流的教學(xué)管理模式等特點(diǎn)的示范性課程[2]。工業(yè)自動(dòng)系雖然在?？茣r(shí)就已經(jīng)開(kāi)設(shè)該課程，可是畢竟教學(xué)性質(zhì)以及教學(xué)對(duì)象等有所不同，整套教學(xué)模式已經(jīng)不再適用現(xiàn)今本科生的教學(xué)。并且《機(jī)械設(shè)計(jì)》屬于大三的專業(yè)基礎(chǔ)課，至于本科教學(xué)到目前也就開(kāi)設(shè)過(guò)一屆，所以在該課程組建的教師隊(duì)伍結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，教學(xué)方法和手段的多樣化、科學(xué)化與時(shí)代化、教學(xué)內(nèi)容建設(shè)的先進(jìn)性和科學(xué)性、教材建設(shè)的持續(xù)與系列性、相關(guān)優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源的網(wǎng)絡(luò)共享、課程實(shí)習(xí)基地的建設(shè)、實(shí)踐教學(xué)等方面，還有非常大的提高空間，急需對(duì)其加強(qiáng)建設(shè)[3]。本文結(jié)合課題組成員的多年課程建設(shè)以及教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，并借鑒國(guó)內(nèi)多所高等院校的教學(xué)改革成果，基于國(guó)家精品課程建設(shè)的總體指導(dǎo)思想，針對(duì)《機(jī)械設(shè)計(jì)》這門(mén)課程實(shí)踐教學(xué)中的不足，提出了幾項(xiàng)具體的改革措施，并取得了一定的效果。

《機(jī)械設(shè)計(jì)》課程實(shí)踐教學(xué)主要由實(shí)驗(yàn)教學(xué)以及課程設(shè)計(jì)兩個(gè)部分組成，下面針對(duì)這兩部分的改革情況談?wù)劸唧w的改革方法。

1 創(chuàng)建機(jī)構(gòu)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室

實(shí)驗(yàn)室作為培養(yǎng)學(xué)生綜合素質(zhì)和科學(xué)思維的重要教學(xué)基地，廣東理工學(xué)院自從申請(qǐng)本科學(xué)士學(xué)位后，就大力投入到實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)當(dāng)中，尤其是工科實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)。為順應(yīng)學(xué)科發(fā)展以及人才培養(yǎng)目標(biāo)，工業(yè)自動(dòng)系結(jié)合實(shí)驗(yàn)室硬件建設(shè)與管理體制改革政策，依據(jù)“十三五”教學(xué)規(guī)劃目標(biāo)，建設(shè)系部的專業(yè)基礎(chǔ)課實(shí)驗(yàn)室。工業(yè)自動(dòng)系在建設(shè)《機(jī)械設(shè)計(jì)》課程組精品課程時(shí)，在原有的實(shí)驗(yàn)設(shè)備基礎(chǔ)上，專門(mén)建立了機(jī)構(gòu)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室，如圖1所示。該實(shí)驗(yàn)室主要就是機(jī)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計(jì)拼裝與仿真實(shí)驗(yàn)臺(tái)，在機(jī)械類(lèi)各專業(yè)學(xué)生學(xué)完《機(jī)械設(shè)計(jì)》課程之后，進(jìn)行機(jī)構(gòu)傳動(dòng)系統(tǒng)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力培養(yǎng)，主要通過(guò)機(jī)構(gòu)相互運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新設(shè)計(jì)拼裝與仿真。該實(shí)驗(yàn)室包含6組實(shí)驗(yàn)臺(tái)，可以實(shí)現(xiàn)29種不同類(lèi)型的機(jī)構(gòu)傳動(dòng)系統(tǒng)的拼裝以及仿真運(yùn)動(dòng)。比如常見(jiàn)的各種類(lèi)型齒輪傳動(dòng)及其組合傳動(dòng)，齒輪-聯(lián)軸器、齒輪-萬(wàn)向節(jié)、齒輪-萬(wàn)向節(jié)-蝸桿等組合機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)，還有一些空間機(jī)構(gòu)如球面槽輪機(jī)構(gòu)、薩勒特（SARRUT）機(jī)構(gòu)、RCCR聯(lián)軸器機(jī)構(gòu)、RCRC揉面機(jī)構(gòu)等。學(xué)生可以結(jié)合說(shuō)明書(shū)組合成現(xiàn)成的29種機(jī)構(gòu)傳動(dòng)系統(tǒng)，也可以創(chuàng)新設(shè)計(jì)出新的機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)，最后可以通過(guò)電機(jī)實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)仿真進(jìn)行檢驗(yàn)整個(gè)機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的可靠性、可行性以及是否會(huì)發(fā)生干涉等。實(shí)踐這一年多來(lái)，學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)的積極性與興趣非常高，實(shí)驗(yàn)室不但受到學(xué)生的一致好評(píng)，而且促進(jìn)學(xué)生的創(chuàng)新思維以及提高《機(jī)械設(shè)計(jì)》課程教學(xué)的質(zhì)量

圖1 機(jī)構(gòu)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室

工業(yè)自動(dòng)系結(jié)合學(xué)生大三上學(xué)期學(xué)習(xí)《機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)》這門(mén)課程時(shí)的情況，要求每個(gè)學(xué)生獨(dú)立設(shè)計(jì)并制作出一件機(jī)器模型，最后根據(jù)學(xué)生所制作機(jī)器結(jié)構(gòu)的合理性、制作的精良性、運(yùn)轉(zhuǎn)的靈活性、外表的美觀性、構(gòu)思的創(chuàng)新性、答辯的合理性等多方面因素來(lái)進(jìn)行成績(jī)?cè)u(píng)定，給予一定的學(xué)分，這不僅能鼓勵(lì)學(xué)生動(dòng)手操作，還能培養(yǎng)他們的創(chuàng)新能力。

1.1 實(shí)踐教學(xué)與課堂內(nèi)容同步

《機(jī)械設(shè)計(jì)》課程中有幾個(gè)重點(diǎn)章節(jié)，如齒輪傳動(dòng)、帶傳動(dòng)及鏈傳動(dòng)等都是關(guān)于常用傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。在進(jìn)行理論教學(xué)時(shí)，教師讓學(xué)生按自由組合方式每3～5人組成一個(gè)獨(dú)立的創(chuàng)新設(shè)計(jì)小組。該小組的成員可對(duì)所學(xué)知識(shí)進(jìn)行同步系列實(shí)踐訓(xùn)練，訓(xùn)練項(xiàng)目包括：機(jī)器傳動(dòng)方案系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、機(jī)器虛擬裝配模擬與機(jī)器模型制作等。創(chuàng)新設(shè)計(jì)小組的學(xué)生先從單個(gè)零件的動(dòng)畫(huà)模型制作入手，然后進(jìn)行多個(gè)相關(guān)零件的虛擬裝配模擬，形成完整機(jī)器的虛擬裝配樣機(jī)，進(jìn)一步繪制整機(jī)圖紙及撰寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)[4]。這一整套工作下來(lái)，學(xué)生已經(jīng)達(dá)到了該課程所要求實(shí)踐教學(xué)任務(wù)的目的。

當(dāng)學(xué)生自主的設(shè)計(jì)工作達(dá)到一定難度和深度時(shí)，可以申請(qǐng)作為本課程最終的實(shí)踐設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，這樣就避免了所有的設(shè)計(jì)題目需要教師來(lái)指定，學(xué)生可以根據(jù)組員的興趣以及認(rèn)知度選擇與能力相適應(yīng)的設(shè)計(jì)題目，同時(shí)也少了學(xué)生之間互相抄襲的現(xiàn)象。小組成員可以充分地發(fā)揮每個(gè)人的才能與智慧，成員之間分工合作，能比較優(yōu)質(zhì)地完成整個(gè)設(shè)計(jì)任務(wù)，同時(shí)也充分調(diào)動(dòng)了創(chuàng)新設(shè)計(jì)小組中成績(jī)不太理想的學(xué)生的積極性，利于提高他們對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)課程的學(xué)習(xí)興趣。

1.2 結(jié)合技能比賽實(shí)踐教學(xué)改革

《機(jī)械設(shè)計(jì)》課程實(shí)踐教學(xué)不僅可以在實(shí)驗(yàn)、實(shí)訓(xùn)課上實(shí)施，也可以根據(jù)一系列的技能大賽、機(jī)械設(shè)計(jì)比賽來(lái)實(shí)施。近年來(lái)，國(guó)家級(jí)、省級(jí)的機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽都要求制作出實(shí)物來(lái)參賽。工業(yè)自動(dòng)系順應(yīng)學(xué)校鼓勵(lì)學(xué)生參加技能大賽這一政策，及時(shí)給學(xué)生宣傳比賽通知以及要求，組織參加比賽。首先整個(gè)工作從確定整體的設(shè)計(jì)方案開(kāi)始，這一過(guò)程是最需要時(shí)間與精力的，教師應(yīng)該從理論知識(shí)、創(chuàng)新設(shè)計(jì)以及經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)嚴(yán)格認(rèn)真指導(dǎo)學(xué)生合理地確定設(shè)計(jì)方案。這一階段的任務(wù)對(duì)學(xué)生的觀察能力及創(chuàng)新思維能力要求非常高，指導(dǎo)過(guò)程中應(yīng)加入工程實(shí)際提升學(xué)生的工程概念，提高設(shè)計(jì)方案的實(shí)際操作性。確認(rèn)好設(shè)計(jì)方案后，后面工作就是根據(jù)理論知識(shí)進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算、在圖紙上繪制工程圖。該步驟涉及《機(jī)械設(shè)計(jì)》課程的主要教學(xué)內(nèi)容，這樣學(xué)生不僅可以加深對(duì)書(shū)本上內(nèi)容的理解，也得到了一定的實(shí)踐訓(xùn)練。例如，常用齒輪的選用，關(guān)于直齒圓柱齒輪、斜齒圓柱齒輪以及錐齒輪等的設(shè)計(jì)實(shí)例，課本上有一整套詳細(xì)的流程，如果學(xué)生單純地按照書(shū)上實(shí)例設(shè)計(jì)齒輪，只會(huì)讓很多學(xué)生對(duì)于一些選擇問(wèn)題如齒輪材料、齒數(shù)、硬度等照搬照抄，沒(méi)有實(shí)質(zhì)性地理解設(shè)計(jì)的核心內(nèi)容。結(jié)合現(xiàn)在大賽的實(shí)物設(shè)計(jì)任務(wù)，學(xué)生必須根據(jù)具體實(shí)物的設(shè)計(jì)要求來(lái)展開(kāi)齒輪設(shè)計(jì)工作，不能完全參考書(shū)上的選擇方案，要查閱一系列資料選擇齒輪的具體材料、類(lèi)型等。每一步的設(shè)計(jì)結(jié)果都要進(jìn)行檢驗(yàn)看是否符合實(shí)際結(jié)構(gòu)、裝配是否合理。最后，這些經(jīng)驗(yàn)可以幫助學(xué)生以后的工作設(shè)計(jì)。選型完成之后，就是制作機(jī)械模型實(shí)物環(huán)節(jié)，這個(gè)過(guò)程的工作量相比前面工作來(lái)說(shuō)，所花費(fèi)的時(shí)間與精力是最大的，因?yàn)樯婕澳Ｐ图庸ぱb配等問(wèn)題，會(huì)出現(xiàn)一些始料不及的問(wèn)題，甚至全部否定前面的工作，只要有一步不能執(zhí)行，都要回頭修改圖紙，檢查設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明，過(guò)程很難，但是可以提高學(xué)生的實(shí)踐操作能力，比單純地通過(guò)幾周的課程設(shè)計(jì)效果明顯。整體來(lái)講，結(jié)合機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽實(shí)施實(shí)踐教學(xué)改革這一方法，學(xué)生不再覺(jué)得《機(jī)械設(shè)計(jì)》這門(mén)課枯燥無(wú)味。

2 改革課程設(shè)計(jì)

機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)作為《機(jī)械設(shè)計(jì)》課程是不可或缺的教學(xué)實(shí)踐環(huán)節(jié)，基于教學(xué)大綱的要求，課程設(shè)計(jì)安排為3周。工業(yè)自動(dòng)系歷來(lái)的設(shè)計(jì)任務(wù)都是設(shè)計(jì)兩級(jí)齒輪減速器，一個(gè)班級(jí)總共四大種類(lèi)型題目，每一種所在的設(shè)計(jì)參數(shù)不同。這一設(shè)計(jì)任務(wù)的資料成熟度太高，再加上教材配套的實(shí)踐指導(dǎo)書(shū)、圖冊(cè)等資料較多，導(dǎo)致很多學(xué)生只會(huì)抄襲，動(dòng)手全過(guò)程設(shè)計(jì)的學(xué)生不多，這一現(xiàn)象就使得課程設(shè)計(jì)完全偏離原本的目標(biāo)。

為了改變上述問(wèn)題，提高課程設(shè)計(jì)整個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)的質(zhì)量，課程組的教師對(duì)該課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容以及實(shí)施過(guò)程進(jìn)行了一定探索性的改革。

2.1 機(jī)械設(shè)計(jì)課程題目多樣化

教師不再安排學(xué)生統(tǒng)一的設(shè)計(jì)題目，讓學(xué)生盡可能地設(shè)計(jì)自己的題目，發(fā)揮出學(xué)生的創(chuàng)新思維，激發(fā)他們的興趣。首先，作為一名理論教師，根據(jù)學(xué)生在教學(xué)過(guò)程中提出的問(wèn)題，給他們提出一定的改進(jìn)建議或創(chuàng)新思路，選定初步的設(shè)計(jì)問(wèn)題草案。同時(shí)，為提高學(xué)生運(yùn)用知識(shí)解決實(shí)際項(xiàng)目的能力，設(shè)計(jì)的主題應(yīng)結(jié)合工程實(shí)踐并具有特色。

2.2 改革設(shè)計(jì)方法

新增課程設(shè)計(jì)方法——實(shí)驗(yàn)方法，通過(guò)建立三維模型，利用計(jì)算機(jī)對(duì)選定機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)演示和仿真模擬，這樣可以培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力和三維空間思維能力。摒棄單純運(yùn)用手繪進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)，將CAD/CAE技術(shù)引入課程設(shè)計(jì)中，通過(guò)虛實(shí)結(jié)合的方式提升學(xué)生運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)方案的設(shè)計(jì)能力，加強(qiáng)其對(duì)機(jī)器的分析和綜合訓(xùn)練，進(jìn)而培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計(jì)能力和創(chuàng)新能力。

2.3 設(shè)計(jì)時(shí)間合理、開(kāi)放

課程設(shè)計(jì)時(shí)間不應(yīng)限制在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，并且避免學(xué)生都集中在最后一周完成整個(gè)設(shè)計(jì)任務(wù)。在研究之初，機(jī)械設(shè)計(jì)課程開(kāi)始的課程設(shè)計(jì)也應(yīng)該從一個(gè)選型開(kāi)始，以便課程設(shè)計(jì)貫穿整個(gè)理論教學(xué)過(guò)程。設(shè)計(jì)過(guò)程從淺到深逐步涉及每章的具體內(nèi)容，最后，它被集成到專業(yè)工程類(lèi)型要求的最終綜合設(shè)計(jì)主題中。

3 結(jié)論

通過(guò)上述途徑對(duì)《機(jī)械設(shè)計(jì)》課程實(shí)踐環(huán)節(jié)進(jìn)行改革，不僅有利于提高理論課的教學(xué)成果，而且增強(qiáng)了學(xué)生之間的協(xié)作能力、創(chuàng)新能力，提高了其查閱資料能力，增強(qiáng)其對(duì)這門(mén)課的學(xué)習(xí)興趣。每個(gè)實(shí)踐階段都是學(xué)生占主導(dǎo)地位，教師起輔助指導(dǎo)作用，明顯地提高了學(xué)生學(xué)習(xí)知識(shí)的自覺(jué)性，防止學(xué)生由于準(zhǔn)備時(shí)間不夠或者對(duì)設(shè)計(jì)題目不感興趣而一味地抄襲，而且由于時(shí)間的自由，學(xué)生可以專心做好自己的設(shè)計(jì)。