機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)教學(xué)改革研究

1、55課程教材改革總第255期DOI編碼：10.3969j.issn.10070079.2012.32.029機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)主要面向中國(guó)石油大學(xué)機(jī)類和近機(jī)類本科學(xué)生，是石油工程、過程裝備與控制、油氣儲(chǔ)運(yùn)工程等專業(yè)的重要專業(yè)基礎(chǔ)課，在教學(xué)體系中具有承上啟下的作用。近年來，為了培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力與工程意識(shí)的養(yǎng)成，工科院校越來越重視實(shí)踐教學(xué)。機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)是機(jī)械課程教學(xué)中重要的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，它涵蓋了工程制圖、機(jī)械CAD、機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)、理論力

2、學(xué)、材料力學(xué)、工程材料與機(jī)械加工基礎(chǔ)等課程的知識(shí)。通過該課程的學(xué)習(xí)，以培養(yǎng)學(xué)生學(xué)會(huì)運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際工程問題，逐步提升其動(dòng)手能力、綜合設(shè)計(jì)能力與創(chuàng)新能力。[1]但目前機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)題目單一的問題比較突出，不利于學(xué)生工程意識(shí)的養(yǎng)成和激發(fā)大學(xué)生開展科學(xué)探索的興趣。因此，探究柔性化的課程設(shè)計(jì)題目以提升課程設(shè)計(jì)的教學(xué)質(zhì)量對(duì)于學(xué)生綜合知識(shí)運(yùn)用能力與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)具有重要意義。[2]一、目前課程設(shè)計(jì)分析目前高等工科院校常用的機(jī)械基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)

3、題目是單級(jí)圓柱齒輪減速器和展開式二級(jí)圓柱齒輪減速器。減速器是工業(yè)中常用的典型傳動(dòng)裝置，在油田抽油機(jī)、帶式運(yùn)輸機(jī)、起重機(jī)和卷板機(jī)等有著廣泛的應(yīng)用。減速器設(shè)計(jì)過程需要查閱相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范、手冊(cè)等技術(shù)資料，涵蓋了機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)中齒輪傳動(dòng)、帶傳動(dòng)、軸承、軸、螺栓等主要通用零件的設(shè)計(jì)與計(jì)算，[3]包含了多門理論課程的內(nèi)容，體現(xiàn)了一般機(jī)械系統(tǒng)的常用設(shè)計(jì)方法，具有很強(qiáng)的綜合性。減速器設(shè)計(jì)的主要任務(wù)包括：進(jìn)行傳動(dòng)方案的制訂；電動(dòng)機(jī)的選擇、傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)

4、力參數(shù)的計(jì)算；帶傳動(dòng)與齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算；軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及低速軸的彎、扭組合強(qiáng)度校核；軸承的組合設(shè)計(jì)與壽命計(jì)算；鍵的選擇及強(qiáng)度校核；聯(lián)軸器的選擇；減速器的潤(rùn)滑與密封選擇等。[4]減速器設(shè)計(jì)的一般過程是：首先，指導(dǎo)老師布置任務(wù)；然后，學(xué)生完成減速器裝配草圖一張、減速器總裝圖一張、軸與齒輪等零件圖以及6000～8000字設(shè)計(jì)計(jì)算說明書一份；最后進(jìn)行課程設(shè)計(jì)答辯，按照?qǐng)D紙、設(shè)計(jì)說明書與答辯情況評(píng)定成績(jī)。減速器設(shè)計(jì)題目主要存在以下問題：題目單一

5、，只是設(shè)計(jì)參數(shù)略有不同，學(xué)生可借鑒的資料很多，課程設(shè)計(jì)雷同現(xiàn)象比較嚴(yán)重，甚至出現(xiàn)一些抄襲現(xiàn)象；課程設(shè)計(jì)時(shí)間一般為2周，學(xué)生設(shè)計(jì)期間非常緊張，大多學(xué)生需要晚上加班才能完成。學(xué)生忙于應(yīng)付完成課程設(shè)計(jì)，很少有學(xué)生主動(dòng)去圖書館查閱相關(guān)的資料；老師一般需要指導(dǎo)2個(gè)班，工作量很大，老師很難保證照顧到每一位同學(xué)；課程設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)內(nèi)容與傳動(dòng)方案長(zhǎng)期不變，學(xué)生可以根據(jù)設(shè)計(jì)指導(dǎo)書按部就班地進(jìn)行，無法調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性與激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造性思維，不能滿足現(xiàn)代工程教育

6、創(chuàng)新訓(xùn)練的要求；每一個(gè)同學(xué)單獨(dú)完成一個(gè)題目，同學(xué)之間的交流與討論較少，團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神難以培養(yǎng)。二、課程設(shè)計(jì)題目探索針對(duì)目前課程設(shè)計(jì)中存在的問題探索通過柔性化的課程設(shè)計(jì)題目調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，以激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造性。通過非固定的設(shè)計(jì)題目逐步鍛煉學(xué)生的設(shè)計(jì)構(gòu)思能力，使學(xué)生克服思維定勢(shì)的影響，針對(duì)新的問題能夠正確運(yùn)用形象思維與抽象思維，找到問題的最佳解決途徑。作為機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程的實(shí)踐性環(huán)節(jié)，為了使課程設(shè)計(jì)與機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程緊密結(jié)合，非固定設(shè)計(jì)題目也

7、要求包含機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)理論課程的主要內(nèi)容，要確保課程設(shè)計(jì)結(jié)束后使學(xué)生對(duì)機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計(jì)有一個(gè)清晰的思路，掌握機(jī)械系統(tǒng)的一般設(shè)計(jì)方法。因此，在課程設(shè)計(jì)過程中，盡管設(shè)計(jì)題目不同，但都要求包含傳動(dòng)方案制訂、動(dòng)力參數(shù)計(jì)算、傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算、總體設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、關(guān)鍵零部件校核等環(huán)節(jié)。對(duì)于所有的設(shè)計(jì)題目，要滿足統(tǒng)一的設(shè)計(jì)要求，如表1所示。表1機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)要求序號(hào)知識(shí)點(diǎn)設(shè)計(jì)要求培養(yǎng)目標(biāo)備注1裝置總體設(shè)計(jì)包含傳動(dòng)方案確定，選擇電機(jī)馬達(dá)，傳動(dòng)比分配與運(yùn)

8、動(dòng)參數(shù)計(jì)算能夠利用所學(xué)知識(shí)，綜合分析問題與解決實(shí)際工程問題的能力2機(jī)構(gòu)部分1)平面連桿機(jī)構(gòu)2)凸輪機(jī)構(gòu)3)齒輪機(jī)構(gòu)4)帶傳動(dòng)5)鏈傳動(dòng)6)渦輪蝸桿機(jī)構(gòu)每一種機(jī)構(gòu)的具體形式不限定，但要求至少包含2種機(jī)構(gòu)，且必須包括齒輪傳動(dòng)熟悉常用的機(jī)構(gòu)，具有傳動(dòng)方案分析能力，具備機(jī)構(gòu)的分析、設(shè)計(jì)與選擇能力3軸至少要求包括2個(gè)軸掌握軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、參數(shù)選取與受力分析能力4軸承5箱體與機(jī)架要求必須包括掌握箱體與機(jī)架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、加工制造、安裝與拆卸等方面的相關(guān)知識(shí)

9、6附件不作具體要求正確認(rèn)識(shí)附件的作用、設(shè)計(jì)與安裝方法根據(jù)具體裝置設(shè)計(jì)，需要的附件必須包含7聯(lián)接要求包含螺紋連接與鍵螺紋連接分析能力，鍵的選擇與強(qiáng)度校核8潤(rùn)滑要求至少包含一種潤(rùn)滑形式掌握潤(rùn)滑方式的選擇與選擇依據(jù)9密封要求必須包括掌握不同情況下的密封要求，能夠正確選擇合適的密封形式機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)教學(xué)改革研究石永軍摘要：隨著社會(huì)的不斷進(jìn)步，創(chuàng)新型人才的需求量越來越大，工科高等教育在教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)方法需要進(jìn)行改革。針對(duì)目前機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程

10、設(shè)計(jì)題目單一的問題，提出團(tuán)隊(duì)協(xié)作的課程設(shè)計(jì)方法，重點(diǎn)探究柔性化的課程設(shè)計(jì)題目，確定課程設(shè)計(jì)題目具體要求。在課程設(shè)計(jì)中，學(xué)生可以充分發(fā)揮其想象力與創(chuàng)造力，由小組論證確定詳細(xì)的方案，完成結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，以不斷培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力和工程意識(shí)。關(guān)鍵詞：機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)；課程設(shè)計(jì)；題目探索作者簡(jiǎn)介：石永軍（1973），男，山東東營(yíng)人，中國(guó)石油大學(xué)（華東）機(jī)電工程學(xué)院，副教授。（山東青島266580）基金項(xiàng)目：本文系中國(guó)石油大學(xué)（華東）教學(xué)改革項(xiàng)

11、目（項(xiàng)目編號(hào)：JYB201011）的研究成果。中圖分類號(hào)：G642.0文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：10070079（2012）32005502562012年第32期課程設(shè)計(jì)學(xué)生分兩部分開展，一部分學(xué)生設(shè)計(jì)題目由老師確定的題目庫(kù)中選取，另一部分學(xué)生可以根據(jù)老師的設(shè)計(jì)要求，結(jié)合實(shí)際工程需要或機(jī)電產(chǎn)品競(jìng)賽提出新想法自己擬訂設(shè)計(jì)題目。老師確定的題目庫(kù)主要來源于科研題目、歷年的本科畢業(yè)設(shè)計(jì)與各類機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)比賽。目前共收集了56個(gè)題目，每年根據(jù)實(shí)際情

12、況適當(dāng)增加。比如設(shè)計(jì)題目1“新型抽油機(jī)設(shè)計(jì)”，要求設(shè)計(jì)的抽油機(jī)效率高且受力均衡，已完成的設(shè)計(jì)：對(duì)電機(jī)換向抽油機(jī)的結(jié)構(gòu)作了改進(jìn)，配重箱由整體式改為分體式，導(dǎo)向輪設(shè)計(jì)為固定軸和浮動(dòng)式雙輪組成的自動(dòng)平衡式，電動(dòng)機(jī)通過電控系統(tǒng)控制實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)抽油桿上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，包含減速器、帶傳動(dòng)與連桿機(jī)構(gòu)。設(shè)計(jì)題目2“發(fā)電廠可俯仰式懸臂堆料機(jī)設(shè)計(jì)”，要求能夠解決煤場(chǎng)的死角殘煤?jiǎn)栴}，提高煤料的有效使用率與煤料堆取裝置的工作效率，已完成的設(shè)計(jì)：堆料機(jī)的主要結(jié)

13、構(gòu)包括懸臂架、堆料膠帶輸送機(jī)、變幅機(jī)構(gòu)、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)裝置、配重、頭部卸料滾筒等，堆料機(jī)俯仰動(dòng)作通過液壓驅(qū)動(dòng)的油缸伸縮來實(shí)現(xiàn)。設(shè)計(jì)題目3“智能果汁機(jī)的設(shè)計(jì)”要求具有榨汁和攪拌功能并且易于清洗，已完成的設(shè)計(jì)：采用了低速雙齒輪嚙合和雙螺旋擠壓榨汁的方案，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了榨汁機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)題目4“風(fēng)能汽車伸縮裝置設(shè)計(jì)”，設(shè)計(jì)要求能夠?qū)崿F(xiàn)汽車風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的自動(dòng)伸縮，已完成的設(shè)計(jì)：通過齒輪齒條轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)滑蓋的打開和風(fēng)力發(fā)電機(jī)的舉升，通過錐齒輪和

14、渦輪蝸桿機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)葉片的張開與收回葉片。為了避免影響學(xué)生的創(chuàng)新思維，上述已完成的設(shè)計(jì)不提供給學(xué)生，只給學(xué)生設(shè)計(jì)要求，讓學(xué)生自己論證方案進(jìn)行課程設(shè)計(jì)工作。作為一個(gè)新的設(shè)計(jì)題目，需要進(jìn)行方案的反復(fù)論證、設(shè)計(jì)計(jì)算、裝配圖與零件圖的繪制等工作，工作量很大。此外，盡管學(xué)生在實(shí)驗(yàn)室或?qū)嵙?xí)現(xiàn)場(chǎng)接觸過機(jī)械產(chǎn)品，但缺乏機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)方面相關(guān)的設(shè)計(jì)訓(xùn)練，單靠一個(gè)同學(xué)很難在2周內(nèi)完成。為了順利完成課程設(shè)計(jì)要求的內(nèi)容，課程設(shè)計(jì)通過組隊(duì)的方式進(jìn)行，根據(jù)題目的難易程度

15、確定3～5名同學(xué)為一組。學(xué)生以小組討論的方式對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行論證，分工開展設(shè)計(jì)，指導(dǎo)老師進(jìn)行指導(dǎo)，完成相關(guān)設(shè)計(jì)計(jì)算和詳細(xì)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。在實(shí)際的企業(yè)產(chǎn)品研發(fā)中都是通過研發(fā)團(tuán)隊(duì)來完成，課程設(shè)計(jì)通過組隊(duì)可以逐步培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神，有利于在以后的工作中快速融入到研發(fā)團(tuán)隊(duì)中。答辯是課程設(shè)計(jì)的最后一個(gè)重要環(huán)節(jié)。答辯由各組組長(zhǎng)負(fù)責(zé)總體介紹，主要介紹設(shè)計(jì)思路、計(jì)算與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程，各小組成員分別介紹其主要的工作，最后由答辯小組給出答辯成績(jī)。答辯小組由3名

16、指導(dǎo)老師組成。通過答辯可以明確小組成員的主要工作量，使學(xué)生發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)與計(jì)算中的問題，有助于提高其解決設(shè)計(jì)工程問題的能力，同時(shí)也可以避免出現(xiàn)個(gè)別學(xué)生偷懶的現(xiàn)象發(fā)生。三、課程設(shè)計(jì)成績(jī)?cè)u(píng)定課程設(shè)計(jì)的成績(jī)涉及評(píng)價(jià)體系的公平性，也直接影響到學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，因此，必須要對(duì)課程設(shè)計(jì)的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行質(zhì)量監(jiān)控，建立一套行之有效的質(zhì)量評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)和評(píng)估指標(biāo)。評(píng)價(jià)體系主要依據(jù)計(jì)算說明書、設(shè)計(jì)圖紙與答辯情況確定。根據(jù)每一組同學(xué)的問題分析能力、設(shè)計(jì)能力、計(jì)算能力與創(chuàng)新

17、能力進(jìn)行評(píng)價(jià)。課程設(shè)計(jì)成績(jī)主要包括兩部分，指導(dǎo)老師評(píng)定成績(jī)占80%，學(xué)生自評(píng)成績(jī)占20%。指導(dǎo)老師評(píng)定成績(jī)。評(píng)價(jià)指標(biāo)主要包括：方案分析占20%，觀測(cè)點(diǎn)是方案分析的合理性與創(chuàng)新性；設(shè)計(jì)計(jì)算占15%，觀測(cè)點(diǎn)是裝置運(yùn)動(dòng)與動(dòng)力參數(shù)計(jì)算、主要傳動(dòng)計(jì)算、材料選擇、關(guān)鍵零部件校核是否正確；裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)占35%，觀測(cè)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性、完整性以及圖紙的規(guī)范性；個(gè)人在團(tuán)隊(duì)中的作用占10%，觀測(cè)點(diǎn)是個(gè)人設(shè)計(jì)中的積極性和工作量。學(xué)生自評(píng)成績(jī)主要由所有小組成

18、員根據(jù)每個(gè)成員在課程設(shè)計(jì)中的貢獻(xiàn)討論確定。四、結(jié)束語培養(yǎng)具有創(chuàng)新意識(shí)的工程技術(shù)人才是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程。本文改變以往統(tǒng)一用減速器題目的傳統(tǒng)模式，采用非固定題目的方式進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)，對(duì)課程設(shè)計(jì)教學(xué)體系進(jìn)行了有益的探索。學(xué)生在課程設(shè)計(jì)過程中遇到許多新問題，需要自己動(dòng)手查資料，小組成員共同討論解決，逐步培養(yǎng)學(xué)生解決新問題的思路和方法。由于許多設(shè)計(jì)題目是實(shí)際的工程技術(shù)問題，除了機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)理論課程知識(shí)外，還涉及各專業(yè)的知識(shí)以及液控、電

19、子等方面，對(duì)于學(xué)生利用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問題能力的培養(yǎng)具有重要意義。參考文獻(xiàn)：[1]管榮根顧玲.《機(jī)械設(shè)計(jì)》課程的創(chuàng)新教學(xué)實(shí)踐[J].高等教育研究200420(1):8587.[2]徐淑珍.機(jī)械類專業(yè)學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的研究與實(shí)踐[J].石油教育2008(4):4446.[3]安琦鄭麗華劉偉等.機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)教改探索[J].高等工程教育研究1999(1):9596.[4]徐艷敏鄭國(guó)芬歐陽秀蘭.機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程改革的探索與思考[J].廣州航

20、海高等?？茖W(xué)校學(xué)報(bào)201018(4):4648.（責(zé)任編輯：王祝萍）國(guó)際班教學(xué)沒有一個(gè)統(tǒng)一的教學(xué)模式，需要循序漸進(jìn)，在實(shí)踐中不斷完善國(guó)際班高等數(shù)學(xué)教學(xué)，為學(xué)生將來在國(guó)外的專業(yè)課程學(xué)習(xí)提供保障，培養(yǎng)出真正具有國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的人才。參考文獻(xiàn)：[1]周繼泉魏軍強(qiáng).中外合作辦學(xué)條件下高等數(shù)學(xué)實(shí)施雙語教學(xué)的研究[J].華北電力大學(xué)學(xué)報(bào)(社會(huì)科學(xué)版)20108(4):137140.[2]馬新生.高等數(shù)學(xué)雙語教學(xué)的研究和實(shí)踐[J].高等數(shù)學(xué)研究20058

21、(2):6164.[3]薛歡慶孫鳳芝趙冬霞.高等數(shù)學(xué)雙語教學(xué)分層遞進(jìn)式模式的實(shí)施策略[J].牡丹江師范學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)2011(2):7173.[4]李春.高等數(shù)學(xué)雙語教學(xué)的必要性與可行性[J].科技資訊2007(21):241.（責(zé)任編輯：王祝萍）（上接第46頁）也是比較接受與認(rèn)可的。但是，關(guān)于小組式學(xué)習(xí)，學(xué)生并不是太積極，其主要原因是學(xué)生已經(jīng)習(xí)慣了灌輸式教育，所以盡管學(xué)生們不太積極，教育者們還是應(yīng)該繼續(xù)倡導(dǎo)能夠培養(yǎng)學(xué)生自主能力