用現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法樹立機(jī)械設(shè)計(jì)新理念

1、實(shí)踐實(shí)驗(yàn)教學(xué)109中國(guó)電力教育2010年第15期總第166期過(guò)去較長(zhǎng)的一段時(shí)間以來(lái)，學(xué)生對(duì)機(jī)械專業(yè)普遍不感興趣，這是不爭(zhēng)的事實(shí)。原因是他們認(rèn)為機(jī)械專業(yè)太古老、太枯燥、沒(méi)有發(fā)展前途。而事實(shí)是隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)的飛速發(fā)展，機(jī)械行業(yè)的現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法和技術(shù)已逐步取代了傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)的理念，先進(jìn)的現(xiàn)代制造技術(shù)取代了傳統(tǒng)的機(jī)械制造設(shè)備和工藝。高速度、高精密、機(jī)電一體化的機(jī)械，成為現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)和制造發(fā)展的方向，而這僅靠傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)方法是無(wú)法滿足設(shè)計(jì)

2、要求的，必須借助現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)方法才能達(dá)到目的?，F(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)必須充分利用數(shù)值分析、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）、計(jì)算機(jī)輔助工程（CAE）、動(dòng)態(tài)仿真、優(yōu)化設(shè)計(jì)、可靠性設(shè)計(jì)、虛擬設(shè)計(jì)、三維造型、產(chǎn)品全壽命周期設(shè)計(jì)、制造企業(yè)信息化等更先進(jìn)的方法和技術(shù)，才能適應(yīng)新世紀(jì)機(jī)械行業(yè)的發(fā)展要求。新一代大學(xué)生只有掌握這些新技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，才能適應(yīng)未來(lái)形勢(shì)的發(fā)展。而且隨著國(guó)家對(duì)現(xiàn)代制造業(yè)的重視，現(xiàn)代機(jī)械專業(yè)人才將有很好的發(fā)展前途。所以，在高等學(xué)校的機(jī)械專

3、業(yè)教學(xué)中，任課教師應(yīng)當(dāng)充分了解目前機(jī)械設(shè)計(jì)新技術(shù)的發(fā)展形勢(shì)，用現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法培養(yǎng)學(xué)生的機(jī)械設(shè)計(jì)新理念；讓學(xué)生充分了解先進(jìn)的現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法和技術(shù)，對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)樹立全新的認(rèn)識(shí)和超前的意識(shí)；激發(fā)學(xué)生對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)興趣；培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法和技術(shù)創(chuàng)造性地解決實(shí)際問(wèn)題的能力；為國(guó)民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)——機(jī)械行業(yè)培養(yǎng)高質(zhì)量的現(xiàn)代化工程技術(shù)人才做準(zhǔn)備。為此，我們?cè)跈C(jī)械設(shè)計(jì)專業(yè)課程教學(xué)實(shí)踐中采取了一些措施，進(jìn)行了一些有益的探索。一、在課程設(shè)置上增加新的

4、內(nèi)容在市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)環(huán)境下，必須對(duì)以往機(jī)械設(shè)計(jì)教育與市場(chǎng)脫節(jié)的現(xiàn)象加以改革。在加強(qiáng)基礎(chǔ)理論課、技術(shù)基礎(chǔ)課教育的基礎(chǔ)上，更應(yīng)重視實(shí)踐課程、前沿學(xué)科、交叉學(xué)科的教育，并充分體現(xiàn)教學(xué)體系的科學(xué)性、完整性和先進(jìn)性。為了適應(yīng)現(xiàn)代制造業(yè)和現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)發(fā)展的需要，在機(jī)械設(shè)計(jì)專業(yè)的課程體系設(shè)置中，增加了許多現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法課程，比如：數(shù)值計(jì)算方法、設(shè)計(jì)方法學(xué)、優(yōu)化設(shè)計(jì)、可靠性設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、有限元分析、數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)、機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析、三維造型設(shè)計(jì)、虛擬

5、設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)應(yīng)用軟件的運(yùn)用和開發(fā)等重要課程。以前學(xué)生反映，在課堂教學(xué)中學(xué)到的知識(shí)比較枯燥，雖然教師一再給學(xué)生強(qiáng)調(diào)所學(xué)課程知識(shí)的重要性，但學(xué)生總是缺乏直觀的感受。因此，在以上這些課程的教學(xué)過(guò)程中，必須結(jié)合各種實(shí)踐手段充分應(yīng)用課程知識(shí)，讓學(xué)生在實(shí)踐中體會(huì)現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)的新思路、新理念。可以看出，以上這些課程涉及機(jī)械、數(shù)值計(jì)算、計(jì)算機(jī)、設(shè)計(jì)方法學(xué)以及軟件工程等多方面的交叉學(xué)科知識(shí)。我們通過(guò)分層次地設(shè)置必修課、選修課、專業(yè)課程設(shè)計(jì)、新技術(shù)和前沿課

6、題專題講座等環(huán)節(jié)，系統(tǒng)性地、有重點(diǎn)地向?qū)W生傳授現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)方法、樹立學(xué)生的現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)新理念。一方面，通過(guò)這些課程培養(yǎng)學(xué)生掌握經(jīng)典機(jī)械設(shè)計(jì)與現(xiàn)代設(shè)計(jì)相互滲透與融合的內(nèi)容，強(qiáng)調(diào)參數(shù)設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及機(jī)械系統(tǒng)總體綜合設(shè)計(jì)在現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)中的重要性，培養(yǎng)學(xué)生多方案設(shè)計(jì)和再設(shè)計(jì)的能力，特別是突出總體設(shè)計(jì)思想，旨在培養(yǎng)學(xué)生的綜合設(shè)計(jì)及創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力。另一方面，還要引導(dǎo)學(xué)生盡可能地了解先進(jìn)的現(xiàn)代機(jī)械代設(shè)計(jì)方法，重點(diǎn)講述基于計(jì)算機(jī)求解的高精度的解析法和數(shù)

7、值法，培養(yǎng)學(xué)生利用現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法解決實(shí)際工程問(wèn)題的能力；同時(shí)，引入基于CAD的智能化、集成化、標(biāo)準(zhǔn)化、網(wǎng)絡(luò)化等現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論、方法和最新科技成果，展示現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)的廣闊前景，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和創(chuàng)新能力。二、在教學(xué)方法上強(qiáng)化實(shí)踐環(huán)節(jié)如何在教學(xué)環(huán)節(jié)中激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性、培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，是我們教師應(yīng)該不斷思考、不斷嘗試的問(wèn)題。從教材內(nèi)容改革、教學(xué)方法改革等方面來(lái)激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣是我們不斷改革創(chuàng)新的目標(biāo)。為對(duì)學(xué)生進(jìn)行現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)的訓(xùn)練，我

8、們必須提供先進(jìn)的教學(xué)和實(shí)驗(yàn)手段。在現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)系列課程教學(xué)過(guò)程中，我們將現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法和技術(shù)引入教學(xué)的各個(gè)環(huán)節(jié)，包括：課堂教學(xué)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)、綜合設(shè)計(jì)作業(yè)、課程設(shè)計(jì)、第二課堂、教學(xué)實(shí)習(xí)、畢業(yè)設(shè)計(jì)、產(chǎn)學(xué)研結(jié)合等，努力培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用、開發(fā)現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)方法和技術(shù)的興趣及能力。在教學(xué)研究方面，多年來(lái)我們一直致力于課程的教學(xué)改革，用現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法樹立機(jī)械設(shè)計(jì)新理念張乃龍喬愛科趙京摘要：本文探討了在傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)教學(xué)中，通過(guò)在課程設(shè)置上增加新的內(nèi)容、在教學(xué)方法

9、上強(qiáng)化實(shí)踐環(huán)節(jié)、在思想理念上引導(dǎo)學(xué)生的新思維，讓學(xué)生充分了解先進(jìn)的現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法和技術(shù)，對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)樹立全新的認(rèn)識(shí)和超前的意識(shí)。特別是通過(guò)多種形式的實(shí)踐活動(dòng)，激發(fā)學(xué)生對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)興趣和自主學(xué)習(xí)能力，培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用先進(jìn)技術(shù)進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)的能力，用現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法樹立機(jī)械設(shè)計(jì)新理念。關(guān)鍵詞：機(jī)械設(shè)計(jì)；現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法；實(shí)踐；創(chuàng)新；素質(zhì)教育作者簡(jiǎn)介：張乃龍（1976），男，山東郯城人，北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院，講師，工學(xué)博士，主要研究方向：數(shù)字化機(jī)械設(shè)計(jì)

10、；喬愛科（1967），男，山西平定人，北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院，教授，工學(xué)博士，主要研究方向：CADCAECFD。（北京100124）基金項(xiàng)目：本文系北京工業(yè)大學(xué)教育教學(xué)研究（項(xiàng)目編號(hào)：ER2009C59）、北京工業(yè)大學(xué)2008研究生課程建設(shè)項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：CR2008B007）的研究成果。DOI編碼：10.3969j.issn.10070079.2010.15.050實(shí)踐實(shí)驗(yàn)教學(xué)110中國(guó)電力教育2010年第15期總第166期探索新的教學(xué)

11、方法和手段，逐步引入了多媒體的教學(xué)手段。在實(shí)驗(yàn)室建設(shè)方面，引進(jìn)了大批高質(zhì)量的實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)備，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了消化吸收和二次開發(fā)，使實(shí)驗(yàn)教學(xué)條件得到了巨大的改善，初步建立了設(shè)計(jì)性、綜合性、多層次的新型實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系。在此基礎(chǔ)上，引入現(xiàn)代設(shè)計(jì)思想并結(jié)合先進(jìn)的設(shè)計(jì)手段開展專業(yè)課程的教學(xué)工作。1.課堂教學(xué)采用多媒體CAI課件和CAD軟件進(jìn)行教學(xué)；開設(shè)了一系列現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)課程；指導(dǎo)學(xué)生完成一系列專業(yè)課程大作業(yè)，既有系統(tǒng)性又有側(cè)重點(diǎn)地將現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)方

12、法傳授給學(xué)生。采用多媒體課件可以大大活躍課堂氣氛，很受學(xué)生的歡迎，起到了寓教于樂(lè)的良好效果。2.實(shí)驗(yàn)教學(xué)要充分發(fā)揮實(shí)驗(yàn)室的作用，讓學(xué)生積極、廣泛地參與到實(shí)驗(yàn)室運(yùn)用和建設(shè)中來(lái)，從實(shí)踐教學(xué)中獲得知識(shí)、提高能力。通過(guò)運(yùn)用商業(yè)或自行開發(fā)的CAI和CAD軟件，不僅讓學(xué)生了解了傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的原理和方法，而且了解了機(jī)械、傳感器、計(jì)算機(jī)軟硬件、數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理等多學(xué)科知識(shí)。目前實(shí)驗(yàn)室裝配有ADAMS、ANSYS、Techoptimizer、MAT

13、LAB、SOLIDEDGE、PROE、ABQUS、HYPERMESH、開目CAD等多種優(yōu)秀的主流現(xiàn)代設(shè)計(jì)軟件，學(xué)生在專業(yè)課程學(xué)習(xí)、課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)等教學(xué)環(huán)節(jié)中，可以充分利用實(shí)驗(yàn)室的條件，及時(shí)熟悉新學(xué)的知識(shí)。在以上環(huán)節(jié)中，學(xué)生不僅對(duì)運(yùn)用CAI課件感興趣，而且還有學(xué)生對(duì)軟件的開發(fā)感興趣。因此對(duì)開拓學(xué)生思路、激發(fā)學(xué)生思維都具有積極的意義。3.課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)學(xué)生自行編制計(jì)算機(jī)輔助機(jī)構(gòu)分析程序、應(yīng)用CAD軟件進(jìn)行各種機(jī)械零件的設(shè)計(jì)，完成課程設(shè)計(jì)所

14、要求的裝配圖、零件圖和計(jì)算說(shuō)明書等。鼓勵(lì)學(xué)生利用課外學(xué)到的知識(shí)完成課程設(shè)計(jì)作業(yè)，更加靈活地安排教學(xué)內(nèi)容和形式，讓學(xué)生積極主動(dòng)地分析問(wèn)題、尋找解決問(wèn)題的方法，培養(yǎng)學(xué)生自己動(dòng)手的能力。4.專業(yè)綜合課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)指導(dǎo)學(xué)生應(yīng)用專門的現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法完成特定的、深入的研究和設(shè)計(jì)任務(wù)，對(duì)學(xué)生進(jìn)行全面、綜合的訓(xùn)練，從而達(dá)到培養(yǎng)高素質(zhì)、應(yīng)用型人才的目的。通過(guò)在高年級(jí)學(xué)生中實(shí)行“導(dǎo)師制”，可以讓學(xué)生融入到導(dǎo)師的科研課題中去，讓本科生和研究生形成一個(gè)研究梯

15、隊(duì)，讓學(xué)生在這種鉆研、進(jìn)取的氛圍中感受科技人員應(yīng)有的素質(zhì)和精神。在這一階段，通過(guò)指導(dǎo)學(xué)生創(chuàng)造性地完成CAI和CAD等實(shí)際設(shè)計(jì)任務(wù)，可以讓學(xué)生從具體問(wèn)題出發(fā)，不斷學(xué)習(xí)新的知識(shí)、掌握新的技能，養(yǎng)成自動(dòng)學(xué)習(xí)和自主解決問(wèn)題的良好習(xí)慣，逐步提高自身的素質(zhì)。5.課外活動(dòng)組織學(xué)生參加一些專題講座和前沿課題的研究與實(shí)踐，組織課題小組參加一些影響力較大、涉及面較廣的創(chuàng)新設(shè)計(jì)競(jìng)賽活動(dòng)，或者參與到全國(guó)性甚至國(guó)際性的大學(xué)生創(chuàng)新設(shè)計(jì)比賽、機(jī)械設(shè)計(jì)大賽、機(jī)器人大賽

16、等設(shè)計(jì)競(jìng)賽活動(dòng)中，讓學(xué)生體會(huì)到機(jī)械學(xué)科的現(xiàn)實(shí)意義和發(fā)展前景。設(shè)計(jì)的靈魂是創(chuàng)新。通過(guò)讓學(xué)生參加這些具有創(chuàng)新性、挑戰(zhàn)性的工作，可以將“教”和“學(xué)”兩方面結(jié)合得更緊密，互相促進(jìn)，效果更好。近幾年來(lái)，筆者所在北京工業(yè)大學(xué)學(xué)生在北京市機(jī)械設(shè)計(jì)大賽、全國(guó)機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽以及機(jī)器人比賽等重要比賽中都取得了優(yōu)異的成績(jī)，大大激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)和鉆研現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)的熱情。由此可見，在以上這些教學(xué)方法和環(huán)節(jié)中，強(qiáng)化實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)很重要，而且效果較為明顯。許多學(xué)生反映

17、，在這些實(shí)踐環(huán)節(jié)中所學(xué)到的知識(shí)，比大學(xué)前三年所學(xué)的知識(shí)更充實(shí)、更豐富。當(dāng)然，實(shí)踐環(huán)節(jié)并不能代替課堂教學(xué)，因?yàn)橹挥姓莆樟讼到y(tǒng)的學(xué)科知識(shí)，才能在設(shè)計(jì)實(shí)踐中自覺提高設(shè)計(jì)水平。教學(xué)和實(shí)踐應(yīng)當(dāng)很好地結(jié)合，才能培養(yǎng)出適應(yīng)能力更強(qiáng)的人才。三、在思想理念上引導(dǎo)學(xué)生的新思維我國(guó)高等教育培養(yǎng)的學(xué)生，與國(guó)外的學(xué)生相比，缺乏創(chuàng)新的意識(shí)和能力，這與我國(guó)的教育體制是密切相關(guān)的。形勢(shì)逼人，我們必須逐步建立合理的教育體系，改革目前的教育、教學(xué)方法，拓寬思路，積極利用現(xiàn)

18、代設(shè)計(jì)方法，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維意識(shí)，為學(xué)生適應(yīng)未來(lái)千變?nèi)f化的環(huán)境奠定基礎(chǔ)。在如今的知識(shí)經(jīng)濟(jì)時(shí)代，意識(shí)的落后直接阻礙了技術(shù)和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。因此，教師除了向?qū)W生傳授知識(shí)外，更重要的是讓學(xué)生掌握學(xué)習(xí)新知的方法和先進(jìn)的思維方式，讓學(xué)生在大學(xué)四年中打好終身學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)。這就對(duì)新時(shí)代的教師提出了更加嚴(yán)格的要求。因此，機(jī)械專業(yè)教師應(yīng)不斷提高自身素質(zhì)，同時(shí)要在各個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)中有意識(shí)地引導(dǎo)學(xué)生對(duì)現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)的新認(rèn)識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)興趣，樹立現(xiàn)代機(jī)

19、械設(shè)計(jì)新理念。通過(guò)整合課程內(nèi)容、編寫新的教材、探索新的教學(xué)方法、挖掘新的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容、完善實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理機(jī)制、開展“產(chǎn)學(xué)研”相結(jié)合的實(shí)踐、充分利用最新科研成果等途徑，讓學(xué)生感受到現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)的勃勃生機(jī)。通過(guò)介紹現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)中的新材料、新工藝、新技術(shù)等，向?qū)W生灌輸新的意識(shí)。同時(shí)，通過(guò)以上的各種教學(xué)手段、教學(xué)環(huán)節(jié)，特別是實(shí)踐環(huán)節(jié)等，訓(xùn)練學(xué)生自主分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力，讓學(xué)生在實(shí)踐中體驗(yàn)成就感，樹立自信心。在事實(shí)面前讓學(xué)生體會(huì)形勢(shì)的發(fā)展，培養(yǎng)