《机械原理课程设计》改革尝试与思考

摘要：本文通过近三年来在本校开展的《机械原理课程设计》改革的尝试及所获得的良好效果，对如何培养学生的机械运动方案设计、创新设计和解决工程实际问题的能力，阐述了改革的步骤和方法，对改革中出现的问题进行了思考，为机械原理课程教学提供借鉴。

关键词：机械原理课程设计；改革；设计题目

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2013）08-0133-02

《机械原理课程设计》是培养学生综合运用机械原理课程所学理论知识，系统地完成一个大型机构设计课题，使学生获得工程技术训练的必不可少的实践性教学环节[1-8]。本课程的时间一般安排在大二，它是机械类学生首次接触的专业基础知识，其重要性不言而喻。《机械原理课程设计》的教学改革，作为教学的重点和热点，一直在各高校中进行，研究课程设计的目的、内容、方法、题目、组织形式，探索如何培养学生的机械运动方案设计、创新设计和解决工程实际问题能力，但是，迄今未有广泛认同的一体模式，基本上是各高校根据自身的特点，各自拿出一套解决方案。鉴于以前课程设计方法已经沿用多年，这与时代的发展和要求有了不小的距离，迫切需要进行适当的改革，使得结合本校实际情况，任课老师群策群力、多次讨论和反复修改，得出了系统的改革方案，并在近三年里加以实施，获得了良好的效果。

一、改革主要任务与方法

改革主要涉及课程设计题目和时间安排。以前，本校《机械原理课程设计》源于传统的几个题目，如牛头刨床机构设计，凸轮、齿轮机构设计，主要以基础训练为住，是对理论课内容的加深巩固，基本等同于一个大作业，虽然能起到理论教学内容的目的，毕竟与时代的要求有一定的距离，因此必须做出改进。

机械原理课程改革主要体现在课程设计题目的改变。本课程设计提供了A、B、C三类题目。A为指定性设计题目，B为创新性题目，C为机构仿真类题目，要求每个学生选择其中的一个题目。下面是部分题目名称：A.指定性设计题目，题目1：洗瓶机设计；题目2：医用棉签卷棉机设计；题目3：步进输送机设计。B.创新性设计题目，题目1：设计适合老、中、青不同年龄段使用并针对不同职业活动性质（如坐办公室人员运动少的特点）的健身机械；题目2：汽车夏天露天停车，设计一伞状机械装置，为汽车遮挡阳光；题目3：多功能担架。设计一种可用于崎岖路上手抬、平路上手推、静止时可作休息的小床或座椅的多功能担架。C.机构仿真题目，题目1：铰链式颚式破碎机方案分析；题目2：一种夹紧机构模拟与分析；题目3：汽车转向机构模拟。每年给出的题目可以有所变化。例如，对于B类创新性题目，可以结合每两年一次的全国机械创新大赛给出的题目，给出类似的题目，可以从中筛选出具有潜力的学生，参加大赛。改革的另一项体现在课程设计时间的安排上。由于新设计题目难度较大，一周的课程设计时间，很难完成，因此做了如下安排：①第18周一课程考试完后，老师就可提前布置设计任务。学生即日起可根据本任务选择自己的题目，查阅资料，构思设计。②课程设计周第1天～第3天，老师到新校区授课教室答疑式辅导，有问题的学生可以来问。③课程设计周第4～5天，小答辩方式，老师在教室检查设计。每个学生展示自己的设计结果，并做说明。④课程设计周第5天，学生上交课程设计结果。

二、实施效果

此次课程设计，学生总体经历和感受可以概括为“困惑—讨论—实做—成就感”。从选择三类题目的数量来看，指定性设计题目和创新性题目选择的人较多，且数量相当，自己选定题目后，马上发现题目很难；对创新性题目，一时想不起具有创新点的设计，对指定性设计题目，发现自己理论基础欠缺的有很多；对机构仿真类题目，发现自己软件应用能力很差。总之，学生的自信受到严峻的考验。课程设计周的前几天，也是最艰难的几天，同学们在受到暂短的挫折之后，会积极地查阅资料，与同类型题目同学相互探讨，相互学习，遇到不能解决的问题，辅导教师给出详细的解释，大多数同学能在规定的时间内独立完成主体设计。从完成的情况来看，对指定性设计题目，学生能给出完整的设计方案，基础知识应用较全面；对创新性题目，不少同学提出了很好的选题，在与老师和同学讨论后，图文并茂地描述出自己的设想；对机构仿真类题目，这些同学一般是对软件有较大爱好，有一定基础，也有的是在短短几天内突击学习，也有不俗的表现，对设计、分析软件的应用有了良好的开端。绝大多数学生独立地完成了设计，其中不乏具有创意的高水平作品，有的已经上报申请专利，总体成绩和往届相比较好。不少同学用“非常好的训练”、“艰难的过程”、“成就感”等来总结自己的课程设计。

三、存在的问题

此次课程设计的改革尝试，也暴露出不少问题：课程设计时间紧迫，不足以最好地供学生完成任务。目前课程设计时间为一周，但是，在前面的1～2天常被拖延到后面的考试科目占据，后面又面临回家，如果没有充分的时间保证，任何完美的改革尝试均不能收到实效。学生机械相关基础知识有缺陷，不足以完整表达自己的设计思想。《机械原理课程设计》的主要重点在方案设计，这是目前的共识，但是，即使仅仅表达设计方案，学生表现也力有不逮。反映在制图能力、计算能力，甚至文字表达能力，均很欠缺。这点有待整个机械类课程体系的全面改革，才能从根本上解决。设计题目有待进一步完善。此次改革，设计题目是在短期内集思广益收集得到的，难度参差不齐，总体来说较有新意，但是结合以后的专业发展，应该多纳入一些实际类型的题目。

四、进一步设想

目前，机械类学生的实践性教学环节大致有《机械原理课程设计》、《机械设计课程设计》、《金工实习》、《专业课程设计》和《毕业设计》等，这是数十年来一直沿用的模式，随着现代制造加工的更深、更广的要求，这种各种为战的教学模式，已经暴露出很多问题，难以分别解决，这里设想对这些课程加以整合，在不增加总体课时的基础上，用一门大的课程，姑且称为创新设计课程，来取而代之，时间安排在大三以后。这门课程的特点在于：教师给出一个大的题目范围，学生自己用三维设计软件进行产品设计，在计算机上制造出虚拟机械，并对此进行运动和动力学分析、有限元分析和优化等，最大限度地减少设计失误。学生自己动手，加工出自己设计的产品，进行产品答辩、。如此，学生对整个产品的开发有一个全面的认识，由于加工产品需要原料成本，学生将更具有对自己产品的责任意识，一个大的题目，是以小组的形式完成，在设计、制作过程中，可以培养学生的团队精神，对优秀的设计作品，完成后组织上报专利申请，并推荐参加各种大学生竞赛，如挑战杯、机械创新大赛等，激励学生创新。这也是对学生将来在企业工作的一次逼真的预演。

参考文献：

[1]邹焱飚，翟敬梅.机械原理课程设计[M].北京：中国轻工业出版社，2010.

[2]师忠秀.机械原理课程设计[M].北京：机械工业出版社，2009.

[3]曲继方.机械原理课程设计[M].北京：机械工业出版社，1999.

[4]邹慧君.机械原理课程设计手册[M].北京：高等教育出版社，1998.

[5]张春林，等.机械创新设计[M].北京：机械工业出版社，2001.

[6]姜琪.机械运动方案及机构设计——机械原理课程设计题例及指导[M].北京：高等教育出版社，1991.

[7]黄纯颖，等.机械创新设计[M].北京：高等教育出版社，2000.

[8]机械工程手册编委会.机械工程手册[M].北京：机械工业出版社，1996.

作者简介：张晋西（1962-），男，教授，主要研究方向：计算机辅助设计，机构运动仿真。