机械设计与研究

浅析机械设计基础课程教学改革以机器创意设计

 

“机械设计基础”是工科院校机械类及近机械类专业的一门专业基础技术课,它在机械工程专业学生的学习过程中起着承前启后的作用。课程学习所奠定的机械理论基础是机械工程专业学生终身学习使用的学术创新和技术变革的动力。[1]本课程讲授与工程实践密切相关的机械理论知识、思维和方法[2,3]。由于对一些工程实践知识缺乏深度认识,传统的教学模式又重理论轻实践[4],在学习过程中,学生产生了理论与实践的距离感,理论知识的无用感,导致学生缺乏扎实的专业知识,培养的专业人才不能得到社会实践单位和工程师资质的认可。因此,探索机械设计基础课程的教学规律,进行课程改革迫在眉睫。这也是改变教育理念,改变传统的以课程教学为产出的必经之路。

一、学生工程设计现状

根据教学计划的要求,工科学生应完成两种形式的工程设计:课程设计和毕业设计。

(一)课程设计

工科院校为每个重要的专业课程都做了相对精准的设计。我校机械设计基础与机械设计课程都是设计两级减速器,设备设计课程设计是夹具设计,液压传动课程设计是液压回路的设计。这些课程设计的最终实施方式是绘制整套图纸(包括装配图和零件图)。最基本的要求是合理结构,正确图纸,润滑可行,零件尺寸、公差和技术要求标记清楚合理可行。目前,大部分高校的机械设计基础学时仅为60学时左右,有的高校甚至更少。面对目前的这种情况课程设计中,很难达到上述要求。相当一部分学生的结构装配图绘制得很勉强,正确标注和制作工艺卡更是困难。后果就是:学生为了完成设计任务,只能抄书,不能正确合理的使用运算结果去设计绘制图纸。

(二)毕业设计

工科院校实践性教学环节最为重要的就是毕业设计,是学生毕业前夕总结性地独立作业,综合运用所学理论、知识和技能,提高学生独立工作能力,增强创新意识,是培养学生解决实际问题能力的重要途径。通过对学生以往多年来的毕业设计的分析,主要存在以下问题。

1.确定毕业设计课题后,进入课题的时间较长。毕业设计的题目来源于实际工程,学生对工程背景了解甚少,致使确定设计方案的时间较长;如何用工程语言精准表达;图纸绘制相对困难等。导致方案出不来,后续工作无法再正常开展。

2.创新意识不强。由于迟迟确定不了设计方案,再加上毕业设计时间紧张,教师不得不“填鸭式”教学。教师在指导过程中,不由自主地把自己的设计理念和思路传递给学生,学生习惯性地接受,致使学生的创新意识淡薄。

3.毕业实习环节没有起作用。确定毕业设计课题后,学生们需要去一些工厂进行考察。他们不能完全理解制造商提供的工艺图纸。装配图上表达的结构原理和装配线只能大致理解。究其原因,在高校制图教学中,装配图教学相对简单,加上学生的工程实践较少,知识面比较窄,对于复杂的机器装配图看起来吃力,识图能力较差。

4.图纸的正确表达和标注存在问题。零件图与装配图不一致,因为零件图中表达的内容与装配图无关。有些学生随意标注公差,特别是零件图上的公差要求与装配图上的公差要求不符。撰写技术要求时,不清楚装配图和零件图的技术要求表达重点。

二、机械设计基础教学存在的问题分析

作为机械设计专业的一门基础课程,在教学中应反思存在的问题,归纳为以下几点。

1.机械设计基础讲授内容与工程实际应用存在很大差距。机械设计依据,是根据机械的工作原理、结构、运动、力和能量传递方式的要求,各部件的材质、形状和尺寸,润滑方法的概念、分析和计算,并将其转化为具体的描述,作为制造工作过程的依据。陈旧的授课内容,在实际的工程设计实践中很少用到。工程实际重在机构的设计而非分析。学生把杆件、齿轮、凸轮和它们的组合理解为机构,对其进行结构分析、运动分析、力分析等,但在实际的工程应用中,用到的机构大都是传统机构的改进,学生对于实际的机械产品没有感性认识,所以,应补充一些与工程应用联系较紧密的或学科前沿知识。

2.机械设计基础的各章节之间比较独立,与其他课程结合少,综合性不强,对学生工程实际能力的培养不够。机械设计基础理论章节的各章节之间比较独立,大都是理论力学内容的延伸,与机械类的课程结合较少,现代创新机构和现代优化设计工具很少涉及,与实际产品设计存在较大差距。

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