發(fā)布時間：2023-03-25 10:48:31
序言：寫作是分享個人見解和探索未知領(lǐng)域的橋梁，我們?yōu)槟x了8篇的機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計論文樣本，期待這些樣本能夠為您提供豐富的參考和啟發(fā)，請盡情閱讀。
相比美日等發(fā)達(dá)國家來說，我國機(jī)械工程設(shè)計還停留在常規(guī)設(shè)計的層面，仍未完全擺脫原有的理論和技術(shù)體系，機(jī)械工程設(shè)計的創(chuàng)新思維方法還處在研究之中，需要不但探索。機(jī)械創(chuàng)造思維有自身特征，主要來說，有以下幾點：第一，開放性，傳統(tǒng)的思維方式是相對封閉的，它只局限于自己的狹小范圍；而創(chuàng)新思維方式要求將認(rèn)識對象作為開放對象來考究，多角度認(rèn)識對象，暢通信息，煥發(fā)思維優(yōu)勢。第二，獨創(chuàng)性，這指的是創(chuàng)新思維方法要突破常規(guī)思維慣例，以新模式新方法去思考對象，敢于向陳規(guī)陋習(xí)挑戰(zhàn)，從新角度思考機(jī)械設(shè)計。第三，多向性，這指的是機(jī)械工程設(shè)計要善于從多角度思考問題，對同一問題盡可能探尋多種解決方法。第四，自由性，這指的是現(xiàn)代機(jī)械以現(xiàn)代智能為依托，人工智能部分替代人類機(jī)械勞動，給思維解放和獨立創(chuàng)造了前提，科學(xué)思維在遵循真理發(fā)展的基礎(chǔ)上可以自由思考和自由探索，調(diào)動人類的主觀能動性，獲得機(jī)械工程設(shè)計創(chuàng)新成果。
2創(chuàng)新思維在機(jī)械工程設(shè)計中的運用
2.1在機(jī)械產(chǎn)品運動方案設(shè)計中的運用
機(jī)械產(chǎn)品運動方案設(shè)計是機(jī)械工程設(shè)計的重要內(nèi)容，創(chuàng)新思維在產(chǎn)品運動方案設(shè)計中運用指的是設(shè)計人員對客戶提出的產(chǎn)品各方面需求而提出的初步構(gòu)思，這是要解決機(jī)械工程可能出現(xiàn)的問題和明確機(jī)械工程的工作原理。無論是機(jī)械產(chǎn)品的原動機(jī)、傳動結(jié)構(gòu)還是機(jī)械的整個系統(tǒng)運轉(zhuǎn)方法，必須滿足用戶的產(chǎn)品功能性需求。運動方案是否符合客戶需求與產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)、工藝、成本、性能和使用維護(hù)等多方面存在直接關(guān)系，這也是影響機(jī)械產(chǎn)品質(zhì)量和性能的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。機(jī)械產(chǎn)品運動方案在機(jī)械工程設(shè)計中處于基礎(chǔ)階段，對于同一功能產(chǎn)品可以采用不同的工作原理和機(jī)構(gòu)來完成。該階段是機(jī)械工程設(shè)計的重中之重，設(shè)計人員必須充分運用創(chuàng)新思維不斷構(gòu)架和搜尋設(shè)計運動方案，首先產(chǎn)品的最優(yōu)性能。
2.2在機(jī)械產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計中應(yīng)用
機(jī)械產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計也是機(jī)械工程設(shè)計的重要內(nèi)容，其包括產(chǎn)品的外形、各部分的配置及其總體結(jié)構(gòu)。客戶對機(jī)械產(chǎn)品的功能需求不同決定了產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計的差異。機(jī)械產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本要求是保證產(chǎn)品結(jié)構(gòu)形態(tài)多樣化，運用創(chuàng)造性思維進(jìn)行產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計，能夠更好地滿足人們對產(chǎn)品功能要求的增加趨勢。這樣的現(xiàn)實需求要求設(shè)計人員在機(jī)械產(chǎn)品有限的空間內(nèi)盡可能將產(chǎn)品功能集中于更少的產(chǎn)品。傳統(tǒng)辦公場所中打印機(jī)、復(fù)印機(jī)、掃描儀功能都是單一的，大量占用了辦公室空間，這使得以佳能公司為代表的企業(yè)運用創(chuàng)新思維盡可能將打印、復(fù)印和掃描功能集于一體，這其中該公司設(shè)計部門采用了“離散及綜合”創(chuàng)新思維方法，改善了辦公條件，提高人們的工作效率。
2.3在機(jī)械產(chǎn)品外觀造型設(shè)計中應(yīng)用
機(jī)械產(chǎn)品外觀造型設(shè)計中的創(chuàng)新思維主要體現(xiàn)在產(chǎn)品外形、色彩、面飾等外觀方面，一般運用現(xiàn)代美學(xué)基本原理來構(gòu)造機(jī)械產(chǎn)品的美感和適用性。機(jī)械產(chǎn)品外觀造型設(shè)計采用創(chuàng)新思維將美學(xué)觀點融入進(jìn)去，利用現(xiàn)代材料和工藝充分體現(xiàn)產(chǎn)品的線條美、色彩美和造型完美，給人身心以美的享受。
2.4在機(jī)械產(chǎn)品動力能源設(shè)計中應(yīng)用
隨著機(jī)械工程設(shè)計的材料加工技術(shù)和能源獲取技術(shù)不斷被發(fā)現(xiàn)，機(jī)械工程設(shè)計人員在產(chǎn)品動力系統(tǒng)設(shè)計上的選擇也不斷增加，設(shè)計人員可以充分發(fā)揮自己的創(chuàng)造性思維、觀念和方法，將各種新的潔能源作為機(jī)械產(chǎn)品的動力能源運用到機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計中?，F(xiàn)代的電動汽車與傳統(tǒng)的燃油汽車相比，其本身就不會排放出污染大氣的有害氣體，同時也減少了硫和其他微粒污染物，降低對環(huán)境的污染。電動汽車可以在用電低峰期充電，提高電能的利用率和經(jīng)濟(jì)效益。
3結(jié)語
關(guān)鍵詞：創(chuàng)新型人才 機(jī)械原理 教學(xué)改革
中圖分類號：G64 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）02（b）-0180-03
Reform and Practice of the Mechanical Principle Course Based on the Innovative Talent Training
Wang Min Luo Xiaolin
（College of Mechanical Engineering， Guangdong Polytechnic Normal University， Guangzhou Guangdong ， 510665， China）
Abstract： As a backbone professional basic course of machinery majors，the mechanical principle course has a pivotal position in training students’engineering practice and innovation ability.With science innovation center and off-campus practice teaching base as linkages， the teaching reform and practice of the mechanical principle course were promoted and the students’ project practice ability and innovation ability were cultivated through restructuring the teaching content， optimizing the teaching means， constructing piecewise practice teaching and strengthening the construction of innovative teachers.
Key Words： Innovative talents； Mechanical principle； Educational reform
《機(jī)械原理》作為機(jī)械類及近機(jī)械類專業(yè)的一門主干專業(yè)基礎(chǔ)課，承擔(dān)著培養(yǎng)學(xué)生機(jī)械系統(tǒng)整體運動方案設(shè)計的重要任務(wù)，在培養(yǎng)大學(xué)生工程實踐及創(chuàng)新能力方面具有其他課程所無法比擬的優(yōu)勢。但該課程內(nèi)容缺乏關(guān)聯(lián)性、系統(tǒng)性，學(xué)生無法從整體上順利完成系統(tǒng)的運動方案設(shè)計，也無法從機(jī)械產(chǎn)品綜合設(shè)計的角度理解該課程所述知識的真正用處。并且由于課時壓縮及學(xué)生整體素質(zhì)的下滑，使得學(xué)生普遍反映該課程內(nèi)容枯燥難懂，機(jī)構(gòu)運動費解難明，于是產(chǎn)生了嚴(yán)重的厭學(xué)、畏難情緒，期末考試不及格率大，學(xué)生的創(chuàng)新意識、創(chuàng)新能力培養(yǎng)更無從談起。
多年來，研究人員結(jié)合機(jī)械原理課程理論教學(xué)和實踐教學(xué)兩大模塊，通過合理整合教學(xué)內(nèi)容，優(yōu)化理論教學(xué)；改進(jìn)教學(xué)方式、方法；改進(jìn)作業(yè)方式；構(gòu)建分段實踐教學(xué)模式；鼓勵、支持學(xué)生參加科研活動及各種科技競賽；強(qiáng)化創(chuàng)新型教師培養(yǎng)等方面的改革，以期激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力。近年來初見成效，學(xué)生學(xué)習(xí)主動性提高，不及格率明顯降低，學(xué)生在各級各類有關(guān)機(jī)械創(chuàng)新的大賽中也獲得了較好成績。
1 重組教學(xué)內(nèi)容，優(yōu)化理論教學(xué)
為培養(yǎng)學(xué)生的分析能力、綜合能力及創(chuàng)新設(shè)計能力，研究人員將《機(jī)械原理》課程按照“機(jī)構(gòu)分析”“機(jī)構(gòu)設(shè)計”和“綜合設(shè)計”的模塊進(jìn)行劃分，如圖1所示[1]。機(jī)構(gòu)分析模塊主要內(nèi)容包括：機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析、平面機(jī)構(gòu)的運動分析、平面機(jī)構(gòu)的力分析、機(jī)械的效率與自鎖、機(jī)械的平衡、機(jī)械的運轉(zhuǎn)及其速度波動的調(diào)節(jié)等，通過該模塊的學(xué)習(xí)提高學(xué)生分析問題的能力。機(jī)構(gòu)設(shè)計模塊主要內(nèi)容包括：平面連桿機(jī)構(gòu)及其設(shè)計、凸輪機(jī)構(gòu)及其設(shè)計、齒輪機(jī)構(gòu)及其設(shè)計、齒輪系及其設(shè)計、其他常用機(jī)構(gòu)、工業(yè)機(jī)器人機(jī)構(gòu)及其設(shè)計等。綜合設(shè)計模塊主要內(nèi)容為機(jī)械系統(tǒng)的方案設(shè)計[2]。學(xué)生通過對機(jī)構(gòu)設(shè)計及綜合設(shè)計模塊的學(xué)習(xí)，在結(jié)合自身實踐經(jīng)驗與理論知識的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計，從而培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新思維及綜合設(shè)計能力。
2 改革教學(xué)方式、方法，優(yōu)化教學(xué)手段
近年來，由于專業(yè)基礎(chǔ)課學(xué)時受到不同程度的核酰所以在有限的課堂教學(xué)時間內(nèi)，教師基本需“滿堂灌”才能完成教學(xué)計劃，學(xué)生完全是被動地接受。這種單一的灌輸式填鴨式教學(xué)方式，嚴(yán)重束縛了學(xué)生的創(chuàng)新意識。為改進(jìn)這種現(xiàn)狀，機(jī)械原理課堂教學(xué)過程中加強(qiáng)啟發(fā)式、討論式及案例式等先進(jìn)教學(xué)方式的應(yīng)用[3]，并借助現(xiàn)代信息技術(shù)，采用“多媒體課件+黑板+教具”三位一體的教學(xué)手段，強(qiáng)化大學(xué)生進(jìn)行自主學(xué)習(xí)和自我教育的能力，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識及創(chuàng)新能力。
課堂講授過程中，采用“多媒體課件+教具+黑板”三位一體的教學(xué)手段，充分發(fā)揮各自優(yōu)勢，提高教學(xué)質(zhì)量。首先，采用多媒體教學(xué)不僅能節(jié)省板書時間，而且可根據(jù)教材內(nèi)容，將文字、圖片、聲音、動畫等結(jié)合起來，使教學(xué)更形象、生動，激活課堂氣氛，提高學(xué)習(xí)效果。特別是機(jī)構(gòu)的運動等一些難以用語言來描述的教學(xué)內(nèi)容，采用多媒體教學(xué)具有突出的優(yōu)勢。其次，將一些機(jī)構(gòu)的實物模型和教學(xué)用具帶入課程輔助教學(xué)，使原本枯燥、抽象的教學(xué)難點變得形象生動。比如在講授齒輪時，將齒輪模型帶入課堂，針對實物進(jìn)行講解，學(xué)生更容易接受[4]。最后，教學(xué)過程中，授課教師也要注意板書教學(xué)的合理運用。講解課程習(xí)題的具體運算過程時，使用板書教學(xué)效果更好。比如用矢量方程圖解法求解機(jī)構(gòu)的速度和加速度時，采用板書教學(xué)，雖然耗時，但教學(xué)效果好。
3 構(gòu)建分段實踐教學(xué)模式
構(gòu)建以培養(yǎng)學(xué)生的工程實踐和創(chuàng)新能力為目標(biāo)的分段實踐教學(xué)體系[5]，主要包括實驗教學(xué)、課程設(shè)計和科技創(chuàng)新三部分[6]，如圖2所示。實驗教學(xué)除包括“機(jī)構(gòu)運動簡圖測繪”“齒輪參數(shù)測定”等一些驗證性實驗外，增設(shè)開放性實驗室，學(xué)生可利用課余時間在實驗室進(jìn)行機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計；課程設(shè)計中鼓勵學(xué)生采用計算機(jī)進(jìn)行輔助設(shè)計及三維建模、分析、優(yōu)化，并動手制作實物樣機(jī)模型，以提高他們的綜合分析能力及實踐能力；以機(jī)械創(chuàng)新大賽和工程訓(xùn)練綜合能力競賽為契機(jī)，積極鼓勵學(xué)生參加各級各類競賽，激發(fā)他們的學(xué)習(xí)積極性、主動性和創(chuàng)造性。
（1）增設(shè)開放式實驗，構(gòu)筑學(xué)生創(chuàng)新實踐平臺。
把示范性、驗證性的實驗，變?yōu)樵O(shè)計型、綜合型的實驗，并實行開放式教學(xué)，為學(xué)生進(jìn)行科技制作提供必要的工作條件[7]。在W院現(xiàn)有大學(xué)生科創(chuàng)中心的示范作用下，爭取創(chuàng)建機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計實驗室，組建機(jī)械創(chuàng)新小組、機(jī)械設(shè)計小組等。
（2）改革課程設(shè)計，鼓勵學(xué)生創(chuàng)新。
對“機(jī)械原理”課程設(shè)計的題目、內(nèi)容及考核方法進(jìn)行改革，探索基于項目形式的課程設(shè)計教學(xué)模式[8]。課程設(shè)計過程中，以學(xué)生為主，教師只做適當(dāng)?shù)囊龑?dǎo)；課程設(shè)計成果也不再局限于設(shè)計說明書和圖紙，鼓勵學(xué)生采用計算機(jī)軟件（比如Pro/E、3Dmax、UG等三維設(shè)計軟件）設(shè)計自己所提出的方案，繪制虛擬的三維造型，并通過軟件對方案進(jìn)行模擬仿真。
（3）以機(jī)械創(chuàng)新大賽為契機(jī)，強(qiáng)化學(xué)生創(chuàng)新能力。
積極鼓勵并組織學(xué)生參與各種機(jī)械創(chuàng)新大賽，如國家機(jī)械創(chuàng)新大賽、省機(jī)械創(chuàng)新大賽、校機(jī)械創(chuàng)新大賽，使學(xué)生在競賽中鍛煉交流，有意識地更新和夯實基礎(chǔ)知識，培養(yǎng)學(xué)生的自主意識和創(chuàng)新能力。同時，學(xué)院也制定了相關(guān)政策，鼓勵學(xué)生參與到教師的科研項目中，學(xué)習(xí)教師在科學(xué)研究過程中的經(jīng)驗與成果，以強(qiáng)化學(xué)生的工程意識和工程素質(zhì)，并通過幫助教師解決實際問題，鍛煉學(xué)生的工程能力和創(chuàng)新能力。實踐證明，讓學(xué)生參與各項科技創(chuàng)新競賽是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的最有效途徑。機(jī)電學(xué)院的學(xué)生在近幾年的國家級、省級機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計大賽中均獲得較好的成績：第四屆“機(jī)械創(chuàng)新”比賽全國總決賽二等獎；第五屆“機(jī)械創(chuàng)新”比賽廣東省賽二等獎3項；第六屆“機(jī)械創(chuàng)新”比賽廣東省賽二等獎3項。
4 加強(qiáng)基礎(chǔ)作業(yè)，增加課程小論文
機(jī)械原理教學(xué)過程中除完成常規(guī)習(xí)題作業(yè)外，適當(dāng)布置幾篇小論文。例如：在講授機(jī)械原理緒論部分涉及到機(jī)械發(fā)展的歷史，雖然這不是機(jī)械原理課程的核心內(nèi)容，但了解機(jī)械發(fā)展的歷史對學(xué)生進(jìn)一步學(xué)習(xí)相關(guān)課程是有幫助的，故該部分內(nèi)容可布置相應(yīng)的課程論文。讓學(xué)生完成課程小論文，一方面可培養(yǎng)學(xué)生撰寫科技論文的能力，另一方面又能夠使學(xué)生從被動學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)化為主動學(xué)習(xí)，學(xué)生在進(jìn)行相關(guān)資料檢索、整理、分析的過程中，既加深了對機(jī)械原理課程的了解，又能從中體會到機(jī)械原理課程的奧妙與樂趣，從而激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣。
5 加強(qiáng)創(chuàng)新型師資建設(shè)，促進(jìn)創(chuàng)新型人才培養(yǎng)
俗話說“嚴(yán)師出高徒”，所以，創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)關(guān)鍵在教師，只有建立一支創(chuàng)新型指導(dǎo)教師隊伍，才能培養(yǎng)出合格的創(chuàng)新人才。本著“請進(jìn)來，走出去”的原則，建立專任教師和兼職教師相結(jié)合的高水平師資隊伍。一方面聘請企事業(yè)單位具有豐富經(jīng)驗的工程技術(shù)人員出任兼職教師，開設(shè)專題講座，講授專業(yè)概論、學(xué)科前沿，指導(dǎo)學(xué)生實踐實習(xí)、課程設(shè)計和畢業(yè)設(shè)計等教學(xué)環(huán)節(jié)。另一方面，更為重要的是制定相關(guān)激勵政策，鼓勵教師主持參與教研和科學(xué)項目研究，組織教師到企事業(yè)單位或科研院所學(xué)習(xí)、培訓(xùn)、工程現(xiàn)場實踐等，以提高教師自身的工程實踐能力和創(chuàng)新思維能力。教師在教科研中形成的新思想、新方法，及創(chuàng)造的新成果會潛移默化地滲透給學(xué)生，進(jìn)而激發(fā)起學(xué)生們的創(chuàng)新精神和創(chuàng)新欲望。只有教師的教學(xué)能力和創(chuàng)造性思維能力活躍起來，才能保證創(chuàng)新教育的順利開展，促進(jìn)創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)。
6 結(jié)語
《機(jī)械原理》課程在培養(yǎng)學(xué)生機(jī)械綜合設(shè)計能力、創(chuàng)新能力和解決實際問題的動手能力中占有十分重要的地位。采用“多媒體課件+教具+黑板”三位一體的教學(xué)手段，保證教學(xué)效果。以機(jī)電學(xué)院大學(xué)生科技創(chuàng)新中心為紐帶，鼓勵學(xué)生參加各級各類大學(xué)生科技創(chuàng)新競賽；鼓勵學(xué)生參與教師的教學(xué)和科研項目，以多元化的實踐模式促進(jìn)學(xué)生工程實踐能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。以校外大學(xué)生實踐教學(xué)基地為依托，加強(qiáng)創(chuàng)新型師資建設(shè)，開展創(chuàng)新性教育，提高學(xué)生運用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)解決工程實際問題的能力和實踐動手能力，促進(jìn)創(chuàng)新型人才培養(yǎng)。
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根據(jù)國家機(jī)械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)畢業(yè)培養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)中對畢業(yè)能力要求之4“具有設(shè)計機(jī)械系統(tǒng)、部件的能力”要求，整合現(xiàn)有教學(xué)內(nèi)容，形成了基礎(chǔ)知識遞增和設(shè)計能力遞進(jìn)的機(jī)械設(shè)計類課程教學(xué)環(huán)節(jié)結(jié)構(gòu)。其中先修課程包括數(shù)學(xué)類、工程力學(xué)、機(jī)械制圖、公差與技術(shù)測量等基礎(chǔ)課和專業(yè)基礎(chǔ)課。為達(dá)到“具有設(shè)計機(jī)械系統(tǒng)、部件的能力”的畢業(yè)要求，設(shè)計了課程教學(xué)及課內(nèi)實驗、基礎(chǔ)設(shè)計能力培養(yǎng)、創(chuàng)新設(shè)計能力培養(yǎng)三個能力遞進(jìn)培養(yǎng)環(huán)節(jié)。
2機(jī)械設(shè)計類課程教學(xué)及課內(nèi)實驗
課程教學(xué)及課內(nèi)實驗教學(xué)環(huán)節(jié)分為機(jī)械原理和機(jī)械設(shè)計兩個部分，每部分。含課內(nèi)實驗，課程內(nèi)容及培養(yǎng)目標(biāo)如下：機(jī)械原理課程是一門培養(yǎng)學(xué)生機(jī)械機(jī)構(gòu)運動設(shè)計與分析的技術(shù)基礎(chǔ)課，主要研究機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析、運動分析和動力分析，常用機(jī)構(gòu)設(shè)計的基本理論和方法，機(jī)械系統(tǒng)傳動方案的規(guī)劃與設(shè)計，其主要任務(wù)是培養(yǎng)學(xué)生：第一，理論聯(lián)系實際的學(xué)風(fēng)，設(shè)計實踐能力和創(chuàng)新精神。第二，掌握機(jī)構(gòu)運動方案設(shè)計的能力。第三，具有機(jī)械系統(tǒng)運動簡圖的繪制，計算機(jī)輔助機(jī)構(gòu)分析和設(shè)計的能力。機(jī)械原理實驗教學(xué)是機(jī)械原理課程教學(xué)中的實踐環(huán)節(jié)。在實驗中通過安排部分課程基本理論的驗證性實驗，使學(xué)生進(jìn)一步加深對課堂教學(xué)內(nèi)容的理解。通過增設(shè)一些綜合性、設(shè)計性實驗，培養(yǎng)學(xué)生基本知識、基礎(chǔ)理論與實際項目需求的理論知識應(yīng)用能力，同時培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識和能力。通過設(shè)立較多的選修實驗，促進(jìn)學(xué)生的個性發(fā)展。機(jī)械設(shè)計課程是一門培養(yǎng)學(xué)生機(jī)械設(shè)計能力的技術(shù)基礎(chǔ)課，在教學(xué)內(nèi)容方面著重掌握機(jī)械設(shè)計的基本知識、基本理論、基本方法和創(chuàng)新思維，通過對本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握常用機(jī)構(gòu)和機(jī)器中各種通用零件的基本理論和基本知識，初步具有機(jī)械結(jié)構(gòu)方面的分析、設(shè)計能力，同時注意培養(yǎng)學(xué)生正確的設(shè)計思想和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)。機(jī)械設(shè)計實驗教學(xué)通過設(shè)立部分驗證性實驗，使學(xué)生進(jìn)一步加深理解課堂教學(xué)的內(nèi)容；通過設(shè)立一些綜合性、設(shè)計性實驗，培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實際的能力及機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力；通過強(qiáng)調(diào)學(xué)生參與實驗的全過程，培養(yǎng)學(xué)生的動手操作能力；通過設(shè)立較多的選做實驗，滿足學(xué)生的求知欲，促進(jìn)學(xué)生的個性發(fā)展。
3基礎(chǔ)設(shè)計能力培養(yǎng)
機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計是機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)類課程的重要實踐性環(huán)節(jié)，通過對機(jī)械傳動裝置和簡單機(jī)械的設(shè)計，使學(xué)生綜合運用機(jī)械設(shè)計課程和其他先修課程的理論和實際知識，熟悉機(jī)械設(shè)計的一般規(guī)律，掌握機(jī)械通用零部件及簡單機(jī)械的設(shè)計理論及設(shè)計方法。培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實際的正確設(shè)計思想，樹立工程意識，培養(yǎng)獨立分析和解決工程實際問題的能力，為畢業(yè)設(shè)計和以后從事工程設(shè)計工作打下良好的基礎(chǔ)。課程的教學(xué)目的：第一，學(xué)習(xí)機(jī)械設(shè)計的一般方法、步驟，掌握機(jī)械設(shè)計的一般規(guī)律。第二，學(xué)會從機(jī)器的功能要求出發(fā)，合理選擇傳動機(jī)構(gòu)的類型，制定傳動設(shè)計方案，正確計算零件的工作能力，確定它的結(jié)構(gòu)、形狀、尺寸及材料，并考慮制造工藝、使用、維護(hù)、經(jīng)濟(jì)和安全等問題，培養(yǎng)機(jī)械設(shè)計能力。第三，進(jìn)行機(jī)械設(shè)計基本技能訓(xùn)練，例如計算、繪圖，運用標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范、手冊、圖冊和設(shè)計資料，以及使用經(jīng)驗數(shù)據(jù)和處理數(shù)據(jù)等。第四，通過編寫設(shè)計說明書，提高學(xué)生文字表達(dá)能力，掌握撰寫技術(shù)文件的有關(guān)要求；培養(yǎng)學(xué)生運用計算機(jī)撰寫論文的能力。第五，訓(xùn)練學(xué)生用CAD繪圖的能力。機(jī)械綜合課程設(shè)計是形成機(jī)械裝備設(shè)計能力的重要實踐性教學(xué)環(huán)節(jié)。內(nèi)容以車床或銑床的主傳動系統(tǒng)設(shè)計為主線，以所學(xué)過的機(jī)械制造裝備的基礎(chǔ)知識為支撐，完成主傳動系統(tǒng)設(shè)計、操縱裝置布置、工程分析計算等環(huán)節(jié)的訓(xùn)練。其目的是在相關(guān)先修課程學(xué)習(xí)后，進(jìn)行機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計綜合訓(xùn)練，使學(xué)生掌握機(jī)械系統(tǒng)分析和設(shè)計的基本步驟和方法，培養(yǎng)和鍛煉學(xué)生綜合運用所學(xué)知識解決實際工程問題的能力。
4創(chuàng)新設(shè)計能力培養(yǎng)
學(xué)生創(chuàng)新設(shè)計能力培養(yǎng)包括機(jī)械產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計與仿真和機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計與制作兩個環(huán)節(jié)：機(jī)械產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計與仿真是學(xué)生以項目組的形式自主開展的為期一年的研發(fā)與制作項目，在學(xué)院的統(tǒng)一命題下完成一項任務(wù)。提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)、問題求解、團(tuán)隊協(xié)作、項目管理、綜合創(chuàng)新等方面的能力和素質(zhì)。機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計與制作是結(jié)合學(xué)生已有的知識儲備，充分發(fā)揮學(xué)生的創(chuàng)新設(shè)計思維，通過機(jī)構(gòu)綜合模擬現(xiàn)實自然界生物的動作行為，并輔以相應(yīng)的控制系統(tǒng)達(dá)到機(jī)構(gòu)的協(xié)調(diào)運動。在教師的啟發(fā)和指導(dǎo)下，學(xué)生以組為單位自主地進(jìn)行相關(guān)內(nèi)容科技文獻(xiàn)檢索、方案設(shè)計、虛擬仿真、繪制加工圖紙、撰寫設(shè)計說明書并進(jìn)行答辯，通過工程實踐培養(yǎng)學(xué)生靈活運用所學(xué)機(jī)械設(shè)計知識的能力。
5結(jié)論
關(guān)鍵詞 工程訓(xùn)練；教學(xué)體系；訓(xùn)練模塊；工程能力
中圖分類號 G420 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 1008-3219（2013）20-0032-03
工程訓(xùn)練是高校理工科學(xué)生工程實踐能力與創(chuàng)新素質(zhì)培養(yǎng)不可或缺的重要環(huán)節(jié)，許多高校不僅設(shè)置了工程訓(xùn)練課程，而且為了確保教學(xué)質(zhì)量，建設(shè)高質(zhì)量工程訓(xùn)練中心，開展工程訓(xùn)練模式研究。浙江工商大學(xué)十分重視理工科學(xué)生工程能力的培養(yǎng)，從2007級開始，食品科學(xué)與工程、生物工程等專業(yè)在已有《金工實習(xí)》課程的基礎(chǔ)上，增設(shè)1學(xué)分《工程訓(xùn)練》課程（必修）。工程訓(xùn)練是以培養(yǎng)學(xué)生工程實踐能力和工程創(chuàng)新素質(zhì)為目標(biāo)、以適應(yīng)現(xiàn)代社會工程技術(shù)發(fā)展需求而安排的實踐教學(xué)環(huán)節(jié)。構(gòu)建工程訓(xùn)練課程教學(xué)體系，既無成熟經(jīng)驗可借鑒，也缺少系統(tǒng)的理論指導(dǎo)，只能在實踐中摸索創(chuàng)新。
一、工程訓(xùn)練課程教學(xué)體系的構(gòu)建原則
（一）適應(yīng)專業(yè)特點與培養(yǎng)目標(biāo)要求
每個專業(yè)都有培養(yǎng)計劃，不同專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)存在差異。因此，必須區(qū)分理工科專業(yè)類型，構(gòu)建與此相適應(yīng)的工程訓(xùn)練體系。
按專業(yè)特點，理工科專業(yè)類型可以劃分為機(jī)械類、電氣類和非機(jī)非電應(yīng)用型工程類。其中，機(jī)械類專業(yè)畢業(yè)生主要從事各種機(jī)械設(shè)備的設(shè)計制造工作，其工程訓(xùn)練課程是以數(shù)控加工訓(xùn)練為主體[1]；電氣類專業(yè)畢業(yè)生主要從事各種電氣設(shè)備的設(shè)計制造工作，其工程訓(xùn)練課程主要內(nèi)容是電工電氣實訓(xùn)[2]，安排電子、電工、過程控制、機(jī)電一體化等實訓(xùn)項目。目前一些高校的工程訓(xùn)練體系還不盡合理，偏向性明顯，導(dǎo)致機(jī)械類專業(yè)學(xué)生沒有電氣、自動化方面的應(yīng)用技能，電氣類專業(yè)學(xué)生不懂得機(jī)械設(shè)備方面知識。這會造成學(xué)生部分能力缺失，限制學(xué)生今后發(fā)展。
非機(jī)非電應(yīng)用型工程類專業(yè)較多，如食品科學(xué)與工程等專業(yè)，畢業(yè)生雖然不在機(jī)電設(shè)備設(shè)計和制造崗位就業(yè)，但他們也需要具備一定的機(jī)電、自動化方面的基礎(chǔ)知識和基本技能，如機(jī)電基礎(chǔ)知識和儀器設(shè)備的使用維護(hù)技能，以勝任技術(shù)開發(fā)、應(yīng)用研究、測試分析等工作。因此，該類專業(yè)的工程訓(xùn)練，應(yīng)安排機(jī)電、自動化等方面的技能訓(xùn)練。目前部分高校走折中路線，按機(jī)械、電氣等模塊[3][4] 構(gòu)建課程體系。
（二）滿足學(xué)生各階段能力培養(yǎng)需求
學(xué)生從入學(xué)到畢業(yè)，工程實踐能力與素質(zhì)的培養(yǎng)應(yīng)貫穿始終，根據(jù)不同學(xué)習(xí)階段安排相應(yīng)的訓(xùn)練內(nèi)容，使其獲得不同層次的工程能力。工程訓(xùn)練可以分為工程基礎(chǔ)訓(xùn)練與工程專業(yè)訓(xùn)練兩個階段。低年級階段適合安排工程基礎(chǔ)訓(xùn)練，盡管他們不熟悉或不具備專業(yè)知識與技能，但通過公共基礎(chǔ)或?qū)I(yè)基礎(chǔ)課程的學(xué)習(xí)，可獲得一些工程基本知識，如果再安排相應(yīng)的基本技能訓(xùn)練，既能鞏固所學(xué)知識，深化工程觀念，又可以為高年級階段的學(xué)習(xí)儲備工程知識和技能，有利于專業(yè)課程學(xué)習(xí)和專業(yè)能力的培養(yǎng)，所以應(yīng)單獨設(shè)課進(jìn)行全方位訓(xùn)練。高年級階段可以安排工程專業(yè)訓(xùn)練，通過專業(yè)課程、專業(yè)實驗、畢業(yè)實習(xí)、畢業(yè)設(shè)計（論文）、社會實踐、科技活動等環(huán)節(jié)使學(xué)生獲得綜合鍛煉，一般不需要單獨開設(shè)實訓(xùn)課程，部分訓(xùn)練內(nèi)容可安排課余時間、節(jié)假日進(jìn)行。
（三）突出工程實踐動手能力的培養(yǎng)
在構(gòu)建工程訓(xùn)練體系時，訓(xùn)練項目的選擇首先應(yīng)考慮其能多大程度上提高學(xué)生實踐能力，盡量安排一些能明顯提高學(xué)生工程實踐動手能力的訓(xùn)練項目；在訓(xùn)練項目實施上，應(yīng)精心制定訓(xùn)練項目教學(xué)大綱和具體實施計劃，探索如何改進(jìn)項目以增加能力培養(yǎng)的機(jī)會，最大限度發(fā)揮訓(xùn)練項目的作用。
（四）貫穿工程創(chuàng)新理念
工科大學(xué)生普遍缺乏創(chuàng)新觀念、創(chuàng)新興趣、創(chuàng)新毅力和創(chuàng)新性思維能力、創(chuàng)新洞察能力，但他們大都具有創(chuàng)新潛能，只要采取適當(dāng)?shù)姆绞椒椒ǎ鋭?chuàng)新能力就可以大幅度提高。工程訓(xùn)練課程應(yīng)成為激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新潛能的主渠道。為此，要將工程創(chuàng)新理念貫穿于工程訓(xùn)練體系中，在設(shè)計訓(xùn)練項目時，有意識地讓學(xué)生參與一些創(chuàng)意性、設(shè)計性、綜合性訓(xùn)練。
二、工程訓(xùn)練課程教學(xué)體系的主要內(nèi)容
為全面培養(yǎng)學(xué)生能力，機(jī)械類專業(yè)的工程訓(xùn)練體系應(yīng)以先進(jìn)機(jī)械加工訓(xùn)練為主體，適當(dāng)增加一些電氣、自動化方面的工程訓(xùn)練；電氣類專業(yè)的工程訓(xùn)練體系，除電氣類訓(xùn)練外，增加機(jī)械加工方面的訓(xùn)練。
非機(jī)非電應(yīng)用型工程類專業(yè)可以構(gòu)建以機(jī)械、電氣、自動化訓(xùn)練為主體、多個訓(xùn)練模塊集成的工程訓(xùn)練體系，包括傳統(tǒng)機(jī)械加工訓(xùn)練、先進(jìn)機(jī)械加工訓(xùn)練、手工制作拆裝訓(xùn)練、電氣與自動化訓(xùn)練、工程仿真模擬訓(xùn)練、工程創(chuàng)新設(shè)計訓(xùn)練、工程創(chuàng)新綜合訓(xùn)練和工程專業(yè)訓(xùn)練等，學(xué)?？筛鶕?jù)實際情況進(jìn)行訓(xùn)練模塊的增刪調(diào)整。
傳統(tǒng)機(jī)械加工訓(xùn)練模塊。教學(xué)要求：了解傳統(tǒng)機(jī)械加工手段，完成規(guī)定零件加工?？稍诮鸸嵙?xí)課程中完成。教學(xué)內(nèi)容：現(xiàn)場訓(xùn)練（鉗工訓(xùn)練、車工訓(xùn)練、刨工訓(xùn)練、焊接訓(xùn)練）、觀摩訓(xùn)練（銑磨訓(xùn)練、鑄鍛訓(xùn)練）。
先進(jìn)機(jī)械加工訓(xùn)練模塊。教學(xué)要求：了解先進(jìn)加工理念，熟悉數(shù)控加工編程指令，掌握數(shù)控加工的基本操作。教學(xué)內(nèi)容：數(shù)控車削加工訓(xùn)練、數(shù)控銑削加工訓(xùn)練、其他先進(jìn)加工訓(xùn)練。
手工制作拆裝訓(xùn)練模塊。教學(xué)要求：熟悉手工制作、手工拆裝過程，掌握工具、設(shè)備的使用，進(jìn)一步提高實踐動手能力。教學(xué)內(nèi)容：利用簡單設(shè)備與工具進(jìn)行制作、拆裝模型、認(rèn)識結(jié)構(gòu)等訓(xùn)練。
電氣與自動化訓(xùn)練模塊。教學(xué)要求：掌握用電基本常識、電工電子基本操作和自動化裝置基本使用方法。教學(xué)內(nèi)容：安排電路安裝、連接、焊接訓(xùn)練、自動控制、光機(jī)電一體化訓(xùn)練。
工程仿真模擬訓(xùn)練模塊。教學(xué)要求：掌握仿真軟件的使用。教學(xué)內(nèi)容：通過電腦仿真軟件進(jìn)行工程實驗、設(shè)計與制造。
工程創(chuàng)新設(shè)計訓(xùn)練模塊。教學(xué)要求：了解工程創(chuàng)新設(shè)計方法，熟悉食品工廠、化工廠的工程設(shè)計過程。教學(xué)內(nèi)容：安排創(chuàng)新設(shè)計類訓(xùn)練項目。
工程創(chuàng)新綜合訓(xùn)練模塊。教學(xué)要求：通過訓(xùn)練培養(yǎng)創(chuàng)新能力和綜合能力。教學(xué)內(nèi)容：安排創(chuàng)意性、創(chuàng)新性、綜合性訓(xùn)練項目。
工程專業(yè)訓(xùn)練。教學(xué)要求： 通過訓(xùn)練培養(yǎng)工程專業(yè)能力與素質(zhì)。安排在高年級進(jìn)行。教學(xué)內(nèi)容：安排專業(yè)實驗、專業(yè)訓(xùn)練、專業(yè)實習(xí)、畢業(yè)設(shè)計（論文）、社會實踐、科研鍛煉等教學(xué)環(huán)節(jié)。
三、工程訓(xùn)練課程教學(xué)體系的實施
（一）積極開發(fā)工程訓(xùn)練項目
優(yōu)質(zhì)訓(xùn)練項目的開發(fā)是工程訓(xùn)練課程教學(xué)的基礎(chǔ)。根據(jù)訓(xùn)練模塊集成的要求，開發(fā)數(shù)控車削加工操作、數(shù)控銑加工操作、飛機(jī)模型制作、空竹制作、工業(yè)管道設(shè)備拆裝、電工基本技能綜合、電子基本技能綜合、光機(jī)電一體化生產(chǎn)線調(diào)試、離心泵性能曲線測定仿真、板式塔設(shè)計仿真、吸收仿真實驗、流體仿真實驗、數(shù)控車削加工仿真、數(shù)控銑削加工仿真、工程創(chuàng)新設(shè)計、機(jī)械運動創(chuàng)新設(shè)計與機(jī)構(gòu)拼裝、創(chuàng)意性手工小制作、換熱器模擬創(chuàng)新等訓(xùn)練項目。
在訓(xùn)練項目的具體設(shè)計上，除了讓學(xué)生得到較多的實踐機(jī)會外，還強(qiáng)調(diào)創(chuàng)新性和綜合性，將工程創(chuàng)新理念灌輸給學(xué)生，在訓(xùn)練中要求學(xué)生有所創(chuàng)新。比如，數(shù)控銑加工操作訓(xùn)練，要求學(xué)生除完成教師指定零件加工外，還要自行設(shè)計一個創(chuàng)意零件，繪制CAD加工圖，編制數(shù)控加工程序，最后完成創(chuàng)意件的數(shù)控加工。再如機(jī)械運動創(chuàng)新設(shè)計與機(jī)構(gòu)拼裝訓(xùn)練，學(xué)生除要完成給定機(jī)構(gòu)的拼裝外，還要根據(jù)機(jī)構(gòu)組成原理，自行創(chuàng)新設(shè)計傳動機(jī)構(gòu)，完成機(jī)構(gòu)拼裝，實現(xiàn)預(yù)期的機(jī)構(gòu)運動。
（二）精心編制工程訓(xùn)練教學(xué)文件
規(guī)范完善的教學(xué)文件是進(jìn)行工程訓(xùn)練課程教學(xué)的依據(jù)。在多方調(diào)研的基礎(chǔ)上，先后編制工程訓(xùn)練課程教學(xué)大綱、各訓(xùn)練模塊教學(xué)大綱、各工程訓(xùn)練項目訓(xùn)練指導(dǎo)書和詳細(xì)授課計劃，建設(shè)工程訓(xùn)練選課與管理的網(wǎng)站。
（三）改善工程訓(xùn)練教學(xué)條件
完備的工程訓(xùn)練硬件設(shè)施是進(jìn)行工程訓(xùn)練課程教學(xué)的保證。為保證教學(xué)質(zhì)量，學(xué)校多渠道爭取建設(shè)資金，購置訓(xùn)練設(shè)備。
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Construction and Implementation of the Teaching System for Engineering Training Course in Higher Polytechnic College
HE Yang-chun
（College of Food Science and Biotechnology Engineering， Zhejiang Business University， Hangzhou Zhejiang 310035， China）
關(guān)鍵詞：機(jī)械制造裝備設(shè)計；多元化；課程教學(xué)；創(chuàng)新能力
一、機(jī)械制造裝備設(shè)計傳統(tǒng)課程教學(xué)現(xiàn)狀及存在的主要問題
機(jī)械制造裝備設(shè)計是一門知識面廣、綜合性、實踐性很強(qiáng)的專業(yè)主干課，它將機(jī)床設(shè)計、夾具設(shè)計、工業(yè)自動化、工業(yè)機(jī)器人等內(nèi)容合為一門課程，構(gòu)成新的課程體系[1]。隨著裝備制造業(yè)的迅猛發(fā)展，機(jī)械制造裝備設(shè)計傳統(tǒng)課程教學(xué)越來越不能滿足創(chuàng)新人才培養(yǎng)的需要，存在的主要問題如下：
1.傳統(tǒng)的課程教學(xué)內(nèi)容泛而不精，不能緊跟時代步伐，缺少新裝備、新技術(shù)和新材料方面的知識，不利于學(xué)生創(chuàng)新研究能力的培養(yǎng)。
2.傳統(tǒng)的教學(xué)模式相對單一或不足，主要仍然是以教師的填鴨式灌輸為主，學(xué)生被動接受。由于一部分教師自身實踐能力較弱，理論教學(xué)的效果很差，學(xué)生學(xué)習(xí)興趣不高。
3.傳統(tǒng)的課程教學(xué)中對實踐環(huán)節(jié)的重視不夠，學(xué)生缺少親自動手實踐的訓(xùn)練，導(dǎo)致學(xué)生缺乏實踐經(jīng)驗和動手能力弱。這又反過來影響了學(xué)生對課程內(nèi)容的理解和掌握。
4.傳統(tǒng)的課程教學(xué)考核方法相對簡單，一般將平時考勤、作業(yè)和期末考試成績作為評價學(xué)生學(xué)習(xí)效果的標(biāo)準(zhǔn)。這種考核方法不能有效地激勵學(xué)生努力提高機(jī)械制造裝備設(shè)計的能力，學(xué)生只會在考前突擊背概念，無助于學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。
基于上述問題，我院機(jī)械教研室全體老師總結(jié)多年的任教經(jīng)驗，貫徹以人為本的教育理念，將各種日益涌現(xiàn)的教學(xué)方法進(jìn)行優(yōu)化組合，形成了一套機(jī)械制造裝備設(shè)計多元化課程教學(xué)模式，以彌補(bǔ)傳統(tǒng)課程教學(xué)模式的不足，從多角度多方位激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和潛能[2]。
二、機(jī)械制造裝備設(shè)計多元化課程教學(xué)模式
以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力為目標(biāo)，通過增加專業(yè)特色內(nèi)容和學(xué)科前沿知識，優(yōu)化課程教學(xué)的內(nèi)容；通過應(yīng)用多種現(xiàn)代化教學(xué)方法和增加綜合實踐環(huán)節(jié)，優(yōu)化課程教學(xué)方法；通過引入多種評價體系，完善課程考核模式，從而變單一的傳統(tǒng)課程教學(xué)模式為多元化課程教學(xué)模式，具體執(zhí)行方案分為以下幾個方面：
（一）制定多層次的課程教學(xué)內(nèi)容
1.重視理論基礎(chǔ)知識
理論基礎(chǔ)知識不會因新裝備、新技術(shù)的產(chǎn)生而過時，堅實的理論基礎(chǔ)是我們一切工業(yè)生產(chǎn)活動的最根本的條件，因而是我們學(xué)習(xí)的重點。例如在講授機(jī)床設(shè)計時，金屬切削機(jī)床設(shè)計的基本理論，如機(jī)床的工作原理、幾何表面的形成原理和機(jī)床的成形運動等，是我們學(xué)習(xí)的重點。在講授夾具設(shè)計時，機(jī)床夾具的六點定位原理，完全定位、不完全定位、過定位和欠定位等基本概念是我們講課的重點。
2.增加專業(yè)特色內(nèi)容
我院于2011年購買慧魚模型，建立了機(jī)器人創(chuàng)意實驗室。根據(jù)我院的實際情況，在工業(yè)機(jī)器人設(shè)計模塊，增加了慧魚模型教具內(nèi)容的學(xué)習(xí)，主要講述如何利用慧魚模型進(jìn)行機(jī)器人的制作和控制。慧魚模型是由德國發(fā)明家Arthur Fischer 博士在1964 年從其專利“六面拼接體”的基礎(chǔ)上發(fā)明的[3]?；埕~模型采用模塊化設(shè)計，可無限擴(kuò)充，可反復(fù)拆裝，可逼真表現(xiàn)機(jī)械系統(tǒng)的構(gòu)成和控制的過程及其控制的原理，便于對機(jī)器人原理、組成、控制的全面認(rèn)識。
3.加強(qiáng)學(xué)科前沿知識
機(jī)械制造裝備的知識日新月異，學(xué)生畢業(yè)以后會碰到非常先進(jìn)的機(jī)械制造裝備，為了緊跟時代步伐，加強(qiáng)學(xué)科前沿知識變得非常重要。通過請工廠一線的工程技術(shù)人員開設(shè)講座和組建學(xué)習(xí)小組，與我院老師一起申報學(xué)生科研立項等方式，了解最新的機(jī)械制造裝備動態(tài)，主動參與學(xué)科科研研究，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣和主動性，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。
（二）開展多元化的課程教學(xué)模式
課程教學(xué)由理論教學(xué)環(huán)節(jié)和實踐教學(xué)環(huán)節(jié)組成。傳統(tǒng)的機(jī)械制造裝備設(shè)計課程教學(xué)，在理論教學(xué)環(huán)節(jié)上，以教師的“填鴨式”教學(xué)為主，而且授課內(nèi)容重點不突出；在實踐教學(xué)環(huán)節(jié)上，認(rèn)識上輕視實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，主要以一些驗證性實驗為主。針對這種情況，我院實施多元化課程教學(xué)模式有：
1.啟發(fā)式理論教學(xué)模式
機(jī)械制造裝備設(shè)計的教學(xué)內(nèi)容非常多，如果照本宣科地講，不僅老師和學(xué)生很累，而且授課的效果很差。如果換一種講課的方式，采用啟發(fā)式教學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生獨立思考，通過課堂討論，師生互動等方式，傳授解決實際工程問題的思維方式，提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力，有利用創(chuàng)造性思維的培養(yǎng)。例如在機(jī)床夾具設(shè)計模塊，討論過定位這種方式是否合理時，可以提出我們?nèi)粘Ｉ钪惺褂玫陌讼勺罏槭裁闯２捎盟臈l腿？學(xué)生互相討論的結(jié)果，可能認(rèn)為八仙桌用四條腿比較穩(wěn)。這時可以進(jìn)一步問這是一種什么定位方式？過定位！通過啟發(fā)式教學(xué)，同學(xué)們對于過定位的優(yōu)點有了很直觀的認(rèn)識：過定位可以提高穩(wěn)定性。
2.課程網(wǎng)站式理論教學(xué)模式
機(jī)械制造裝備設(shè)計的教學(xué)內(nèi)容非常豐富，為了調(diào)動學(xué)生課外學(xué)習(xí)的積極性，我們在學(xué)校校園網(wǎng)的天空教室處，建立了機(jī)械制造裝備設(shè)計的課程網(wǎng)站。課程網(wǎng)站上不僅包含老師上課的PPT電子教案、動畫、視頻等，還有大量擴(kuò)充的資料，比如典型機(jī)床傳動系統(tǒng)與結(jié)構(gòu)動態(tài)演示flas、加工中心刀庫及換刀動作等視頻資料、組合機(jī)床夾具方案圖庫、慧魚模型作品展示，學(xué)生科技作品圖片及PPT等。課程網(wǎng)站還進(jìn)行網(wǎng)上作業(yè)布置與批改，遠(yuǎn)程作業(yè)輔導(dǎo)與討論，并設(shè)有習(xí)題庫，方便學(xué)生自我學(xué)習(xí)與提高。課程網(wǎng)站式理論教學(xué)模式有效緩解了目前教學(xué)內(nèi)容多，而課時相對不足的矛盾，促進(jìn)了學(xué)生對機(jī)械制造裝備課程內(nèi)容廣度和深度的拓展。
3.雙語教學(xué)式理論教學(xué)模式
雙語教學(xué)既可以讓學(xué)生掌握扎實的專業(yè)知識，又較好地提高專業(yè)英文閱讀和寫作能力[4]。目前我們學(xué)校與英國南威爾士大學(xué)合作辦學(xué)，辦有機(jī)械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)3+1國際班，前3年在我校學(xué)校，最后1年在南威爾士大學(xué)學(xué)習(xí)。為了適應(yīng)新的發(fā)展需要，開展雙語教學(xué)變得非常迫切。目前，對國際班學(xué)生，我們制作了雙語教學(xué)的多媒體課件進(jìn)行理論教學(xué)；請南威爾士大學(xué)的教授和我院英文水平高的教授做學(xué)科前沿的專題英文報告；要求學(xué)生完成了一個全英文的報告，自選題目，任選一個本課程教學(xué)模塊內(nèi)容相關(guān)的題目，并要求學(xué)生針對自己的論一個PPT，在課堂進(jìn)行陳述。雙語教學(xué)開拓了學(xué)生的視野，提高了學(xué)生的英文閱讀寫作能力和口語表達(dá)能力，為學(xué)生以后的發(fā)展奠定了很好的基礎(chǔ)。
4.綜合創(chuàng)新型實踐教學(xué)模式
我院結(jié)合工業(yè)機(jī)器人設(shè)計教學(xué)的要求與慧魚模型的特點，組建了慧魚模型綜合創(chuàng)新實踐平臺，增加綜合創(chuàng)新實踐項目，為學(xué)生提供廣闊的思維空間，提高動手能力，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、提高學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力?；埕~模型綜合創(chuàng)新實踐平臺包括機(jī)械構(gòu)件、電氣構(gòu)件、氣動構(gòu)件、傳感器、電腦控制器和配套計算機(jī)應(yīng)用軟件。以全國大學(xué)生機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計大賽主題為創(chuàng)新設(shè)計的選題方向，學(xué)生自己利用慧魚模型綜合創(chuàng)新平臺，搭建自己的機(jī)器人來完成創(chuàng)新設(shè)計大賽主題說要求的功能。通過使用慧魚模型綜合創(chuàng)新平臺，學(xué)生不僅更好地理解和掌握了課堂知識，而且應(yīng)用所學(xué)知識解決實際問題的能力大大增強(qiáng)，提高了學(xué)生的綜合創(chuàng)新思維能力，也提升了機(jī)械制造裝備設(shè)計實踐教學(xué)的質(zhì)量。
5.基于項目驅(qū)動的科研創(chuàng)新型實踐教學(xué)模式
項目驅(qū)動教學(xué)法來源于構(gòu)建主義學(xué)習(xí)理論，是實施探究式教學(xué)模式的一種教學(xué)方法[5]?；陧椖框?qū)動的科研創(chuàng)新型實踐教學(xué)模式是以科研項目為載體，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新實踐能力。這一教學(xué)模式尤其適合對科研有興趣的同學(xué)。在實踐教學(xué)過程中，按照自愿和優(yōu)勢互補(bǔ)的原則，將有科研興趣的同學(xué)每3-4人組成一個科研小組，每個小組通過自己查詢資料，提出所要研究項目的題目，教師負(fù)責(zé)判斷這個題目是否具有研究的可行性和必要性。教師把每個小組比較可行的題目，報學(xué)校的學(xué)生科技立項。有了一定的經(jīng)費支持，以項目為載體，在指導(dǎo)老師的幫助下，充分激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和興趣，充分培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)造力、獨立分析和解決問題的能力以及小組組員間的團(tuán)隊合作能力。
（三）多元化的課程教學(xué)考核手段
多元化的機(jī)械制造裝備設(shè)計課程教學(xué)考核手段，有利于調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣和積極性，有利于提高學(xué)生自我學(xué)習(xí)的意識和能力，有利于學(xué)生個性的培養(yǎng)和發(fā)展，從而提高了學(xué)生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力，結(jié)合我院課程教學(xué)情況，對課程教學(xué)考核分為五大類：
1.日常課堂教學(xué)考核
日常課堂教學(xué)考核從上課出勤、課堂問題回答，課堂討論，課后作業(yè)等方面進(jìn)行綜合評定，按百分制給出分?jǐn)?shù)。日常課堂教學(xué)考核，重點考查學(xué)生上課的紀(jì)律性、討論的積極性和創(chuàng)造性、學(xué)習(xí)的認(rèn)真程度等。
2.英文論文大作業(yè)考核
英文論文大作業(yè)考核是雙語教學(xué)效果的考核，主要從英文論文內(nèi)容的深度和廣度、英文寫作是否有語法問題、課堂陳述等方面進(jìn)行綜合評定，按百分制給出分?jǐn)?shù)。英文論文大作業(yè)考核，重點考查學(xué)生英文檢索的能力，英文寫作的能力和英語的口語表達(dá)能力等。
3.綜合創(chuàng)新型實踐考核
綜合創(chuàng)新型實踐考核從實踐題目的擬定、實踐操作、實踐總結(jié)、實踐報告等方面進(jìn)行綜合評定，按百分制給出分?jǐn)?shù)。綜合創(chuàng)新型實踐考核，重點考查學(xué)生的創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力，實踐動手能力等。
4.科研創(chuàng)新型實踐考核
科研創(chuàng)新型實踐考核只針對部分有科研興趣的同學(xué)，因而考核成績作為平時成績的加分因素?？蒲袆?chuàng)新型實踐考核從實踐題目的創(chuàng)新性和先進(jìn)性、實踐裝置、方法的合理性、實踐結(jié)果的實用性，論文的規(guī)范性等綜合評定。對于科研創(chuàng)新性實踐考核中表現(xiàn)突出的同學(xué)，可推薦參加各類競賽，在學(xué)校獎學(xué)金評定中得到加分，甚至直接參與教師的科研項目。
5.期末考試考核
機(jī)械制造裝備設(shè)計作為一門核心專業(yè)課，期末考試是非常重要的一個考核方式。期末考試考題包括理論基礎(chǔ)知識題、綜合實踐分析題和考查學(xué)生創(chuàng)新能力的一些開放式、探究式的題目。通過加大對實踐環(huán)節(jié)在期末考試考核中所占的比例，提高學(xué)生對實踐環(huán)節(jié)的重視程度，提高理論知識應(yīng)用于實踐的能力。
三、結(jié)語
機(jī)械制造裝備設(shè)計多元化課程教學(xué)模式是一種新的課程教學(xué)模式。這種模式通過利用課堂啟發(fā)式教學(xué)、課程網(wǎng)站教學(xué)，雙語教學(xué)、綜合創(chuàng)新型實踐教學(xué)和基于項目驅(qū)動的科研創(chuàng)新型實踐教學(xué)，整合了多種教學(xué)要素，解決了傳統(tǒng)課程教學(xué)模式中存在的問題。這種模式通過建立多元化的課程教學(xué)考核手段，大大激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動性，提高了學(xué)生分析問題和解決問題的能力，促進(jìn)了學(xué)生創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力的發(fā)展。通過教學(xué)與科研的結(jié)合，重視學(xué)生科研素質(zhì)的培養(yǎng)，提高了學(xué)生的綜合能力。
[參考文獻(xiàn)]
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[4]林穎，曾志新，朱敏，劉其洪.雙語教學(xué)的探索與實踐[J].高教探索，2007，6：1-2.
應(yīng)用型本科教育是以培養(yǎng)知識、能力和素質(zhì)全面協(xié)調(diào)發(fā)展，具有較強(qiáng)的實踐能力和創(chuàng)新精神，面向生產(chǎn)、建設(shè)、管理等一線的高級應(yīng)用型人才為目標(biāo)定位的高等教育[1]。發(fā)展應(yīng)用型本科教育，既是我國經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的要求，也對高等教育大眾化進(jìn)程起到了積極的促進(jìn)作用。我校依據(jù)應(yīng)用型的辦學(xué)定位和區(qū)域經(jīng)濟(jì)的發(fā)展需求，以“大應(yīng)用觀、大工程觀”為引領(lǐng)確立了應(yīng)用型專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)，構(gòu)建了新的人才培養(yǎng)方案。《機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)》課程是機(jī)械類各專業(yè)一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程，課題組根據(jù)學(xué)校教學(xué)改革精神及機(jī)械類專業(yè)應(yīng)用型人才的培養(yǎng)目標(biāo)要求，對課程在理論教學(xué)與生產(chǎn)實際相結(jié)合、課程知識與實踐創(chuàng)新相融合、教學(xué)改革與資源建設(shè)相結(jié)合等方面進(jìn)行了研究與實踐探索，取得了顯著的效果。
一、將理論教學(xué)與生產(chǎn)實際相結(jié)合
應(yīng)用型本科教育的課程體系具有其特點，它不是建立在學(xué)科體系上而是以技術(shù)體系為依據(jù)的課程內(nèi)容體系[2]。在“厚基礎(chǔ)、重實踐、能創(chuàng)新、高素質(zhì)”目標(biāo)指導(dǎo)下，強(qiáng)調(diào)理論的應(yīng)用性與技術(shù)的先進(jìn)性。該課程的教學(xué)內(nèi)容與制造企業(yè)的生產(chǎn)實際密切相關(guān)，它主要介紹機(jī)械產(chǎn)品的生產(chǎn)過程及生產(chǎn)活動的組織、機(jī)械加工方法、機(jī)械加工過程及其系統(tǒng)。為了滿足機(jī)械類應(yīng)用型人才的培養(yǎng)目標(biāo)要求，教學(xué)內(nèi)容體系以實際工程為背景，以機(jī)械制造工藝過程為主線，從機(jī)床、刀具到夾具設(shè)計、工藝制訂、加工裝配，均要符合企業(yè)技術(shù)體系和實際流程。教學(xué)內(nèi)容強(qiáng)調(diào)基本理論、基礎(chǔ)知識與工程應(yīng)用的有機(jī)結(jié)合，根據(jù)徐州的地緣優(yōu)勢，引入了工程機(jī)械零件如油缸、殼體等零件的加工工藝，并注重經(jīng)典知識與新技術(shù)相結(jié)合，保證了教學(xué)內(nèi)容的先進(jìn)性。
面向應(yīng)用型工程人才的培養(yǎng)，專業(yè)理論以“夠用”為度，強(qiáng)化案例教學(xué)，突出實用性。對課堂活動應(yīng)精心設(shè)計和組織，課程各章節(jié)以案例導(dǎo)入、問題導(dǎo)向，充分激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。講授中采用置疑討論、交流互動等啟發(fā)式教學(xué)方法，引導(dǎo)學(xué)生積極思考、分析討論，避免單純“灌輸型”傳授知識。對于重點難點內(nèi)容，精講多練，有助于課堂教學(xué)質(zhì)量的提高。對于卓越班采用小班授課，更易于師生交流互動、翻轉(zhuǎn)課堂，強(qiáng)化了對學(xué)生分析解決問題能力的培養(yǎng)。
教學(xué)中靈活運用多媒體課件、實物教具等輔助教學(xué)手段，可顯著提高課堂教學(xué)效果。對多媒體課件要精心設(shè)計，合理選用動態(tài)仿真、現(xiàn)場視頻、3D模型等，創(chuàng)設(shè)教學(xué)情境，豐富信息量，使學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性更高。如講解機(jī)床結(jié)構(gòu)和傳動系統(tǒng)時，若采用機(jī)床剖切圖或錄像進(jìn)行教學(xué)的話，學(xué)生難以看清楚機(jī)床內(nèi)部結(jié)構(gòu)，教學(xué)效果不理想。為此課題組基于Pro/E軟件建立了CA6140機(jī)床的3D模型并進(jìn)行了運動仿真，課堂教學(xué)中可演示機(jī)床每個部件的構(gòu)成、空間位置關(guān)系、傳動系統(tǒng)特點等，非常直觀形象，使學(xué)生能深入理解并掌握知識要點，增強(qiáng)了課程學(xué)習(xí)的趣味性。充分利用多種教具和現(xiàn)場教學(xué)，形象直觀，可促使理論與實踐有機(jī)結(jié)合。如講解車刀和鉆、擴(kuò)、攻絲、磨削等加工工藝時，教師將車刀及模型、小型手工電鉆、拋光機(jī)、磨平機(jī)等帶進(jìn)課堂，對照實物講解刀具幾何角度、現(xiàn)場在鋁板上進(jìn)行鉆孔、攻絲、對板件進(jìn)行磨邊、拋光等[3]，并在課間和課后現(xiàn)場指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行試加工，增強(qiáng)學(xué)生對機(jī)加工工藝的感性認(rèn)識。
課后除布置思考題和作業(yè)，安排習(xí)題課及作業(yè)講評，鞏固課堂所學(xué)知識外，充分運用網(wǎng)絡(luò)課程教學(xué)平臺開辟第二課堂，實現(xiàn)師生網(wǎng)上交流與互動，引導(dǎo)學(xué)生挖掘和利用網(wǎng)絡(luò)中與教學(xué)內(nèi)容相關(guān)的信息資源，在牢固掌握課程知識的基礎(chǔ)上，培養(yǎng)學(xué)生信息收集、辨別及合理利用的意識，不斷提升學(xué)生的綜合能力。課程設(shè)計以選擇企業(yè)案例中的典型零件為對象，增強(qiáng)了課程設(shè)計的真實性[4]。設(shè)計任務(wù)包括繪制零件圖、毛坯圖，編制零件機(jī)械加工工藝卡、工序卡，繪制夾具裝配圖和撰寫設(shè)計說明書等，進(jìn)行綜合訓(xùn)練。設(shè)計手段由二維設(shè)計逐漸向三維設(shè)計、裝配過渡，以培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新設(shè)計和工程實踐能力。為保證課程設(shè)計質(zhì)量，指導(dǎo)教師組成答辯小組，對每個學(xué)生進(jìn)行答辯，從圖紙、說明書、對知識的掌握程度等方面嚴(yán)格把關(guān)。生產(chǎn)實習(xí)環(huán)節(jié)集中在中國一拖集團(tuán)有限公司等企業(yè)進(jìn)行，學(xué)校與企業(yè)結(jié)合共同培養(yǎng)機(jī)械類應(yīng)用型人才。為保證實習(xí)效果，實施“企業(yè)導(dǎo)師講解+校內(nèi)導(dǎo)師講解+分組討論+教師總結(jié)+撰寫實習(xí)報告”的實習(xí)模式。企業(yè)導(dǎo)師講解之后，校內(nèi)導(dǎo)師必須將重點問題逐個講解，各分廠實習(xí)結(jié)束后在非生產(chǎn)區(qū)分組討論，補(bǔ)充完善實習(xí)日記及實習(xí)報告。
二、將課程知識與實踐創(chuàng)新相融合
對機(jī)械類應(yīng)用型人才不僅要強(qiáng)化工程實踐能力的培養(yǎng)，更要注重對學(xué)生科技創(chuàng)新意識的培養(yǎng)[5]。課題組教師積極指導(dǎo)學(xué)生參與科研課題、課外科技活動等創(chuàng)新活動，組織學(xué)生參加國家、省市等各大賽事，以培養(yǎng)和提高學(xué)生的實踐創(chuàng)新能力。對于本課程教學(xué)中的難點和學(xué)生不易理解的知識點，如刀具的幾何角度部分，教師將其問題提煉出來以項目的形式帶領(lǐng)學(xué)生進(jìn)行研究，設(shè)計了基于單片機(jī)集語音、動作、視頻為一體的多功能動態(tài)刀具幾何角度演示裝置，獲得了全國大學(xué)生機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計大賽二等獎，獲江蘇省大學(xué)生機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計大賽一等獎，并授權(quán)發(fā)明專利。這既解決了教學(xué)難題，又鍛煉了學(xué)生的創(chuàng)新設(shè)計能力。針對課程中刀具切削溫度的知識點，教師指導(dǎo)學(xué)生開發(fā)了基于紅外測溫技術(shù)的刀具溫度測量裝置等，既鍛煉了學(xué)生的創(chuàng)新能力，也具有很好的應(yīng)用效果。課題組教師鼓勵學(xué)生積極申報各類大學(xué)生實踐創(chuàng)新訓(xùn)練計劃項目，指導(dǎo)學(xué)生將課程和生活中的有關(guān)技術(shù)問題進(jìn)行提煉，并通過創(chuàng)新項目加以解決。指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行科技論文寫作和專利申報，培養(yǎng)其科學(xué)素養(yǎng)。實踐表明，對學(xué)生科學(xué)素質(zhì)的培養(yǎng)，能有效地促進(jìn)學(xué)生創(chuàng)新能力的提升。兩年來，充分利用我校的國家級工程實踐教育中心的優(yōu)勢條件，指導(dǎo)學(xué)生完成了國家級、省級實踐創(chuàng)新訓(xùn)練項目3項，指導(dǎo)學(xué)生發(fā)表學(xué)術(shù)論文2篇，獲批發(fā)明專利和實用新型專利3項。指導(dǎo)學(xué)生獲得第四屆、第五屆“浩辰杯”華東區(qū)大學(xué)生CAD應(yīng)用技能競賽中獲一等獎2項、二等獎6項。指導(dǎo)學(xué)生獲省級優(yōu)秀畢業(yè)設(shè)計三等獎1項、校級優(yōu)秀畢業(yè)設(shè)計獎2項。
三、將教學(xué)改革與資源建設(shè)相結(jié)合
圍繞機(jī)械類應(yīng)用型人才的教學(xué)目標(biāo)要求深入開展課程教學(xué)改革，促進(jìn)了課程資源的建設(shè)。課題組根據(jù)機(jī)械類應(yīng)用型人才的培養(yǎng)目標(biāo)要求，結(jié)合工程實際合理安排課程內(nèi)容體系，強(qiáng)化案例教學(xué)，主編出版了機(jī)械類創(chuàng)新應(yīng)用型人才培養(yǎng)規(guī)劃教材《機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)》，已在省內(nèi)外多所院校中推廣使用，受到了大家的好評。應(yīng)用型人才的培養(yǎng)更加注重學(xué)生工程實踐能力的提高。我校不但增加了實踐類課程的學(xué)分比重，也調(diào)整了實踐教學(xué)內(nèi)容，以更多的綜合實驗取代傳統(tǒng)的驗證性實驗，以更多的生產(chǎn)一線實景教學(xué)取代傳統(tǒng)的實驗室模擬教學(xué)。教師積極主持、參與實踐實驗教學(xué)設(shè)計，指導(dǎo)學(xué)生參與實驗室建設(shè)等實踐活動，收到了顯著成效。如指導(dǎo)“夾具拆裝與調(diào)整”實驗時，選拔一些學(xué)生參加機(jī)床夾具的設(shè)計制作項目，充實實驗室資源建設(shè)。學(xué)生利用課外時間完成夾具設(shè)計、工藝制訂、加工裝配等，制作完成機(jī)床夾具實驗裝置2套。在整個項目過程中將設(shè)計（3D建模、裝配、仿真，標(biāo)準(zhǔn)查詢，標(biāo)準(zhǔn)件選型，材料選擇）、繪制工程圖、工藝制訂、機(jī)械加工（車削、銑削、鉆孔、攻絲等）、電火花線切割加工、裝配（含配作加工）全部貫穿起來，有利于本專業(yè)知識的融會貫通，使學(xué)生實際工程能力得到明顯提升。
摘要：在機(jī)械設(shè)計中引入CAD技術(shù),可以解決機(jī)械企業(yè)中重復(fù)性設(shè)計多、信息資源利用率低的難題,縮短產(chǎn)品開發(fā)周期,具有巨大的經(jīng)濟(jì)效益和應(yīng)用前景。
關(guān)鍵詞：機(jī)械設(shè)計；CAD技術(shù)
1CAD技術(shù)的發(fā)展
CAD(ComputerAidedDesign)是計算機(jī)輔助設(shè)計的英文縮寫，是利用計算機(jī)強(qiáng)大的圖形處理能力和數(shù)值計算能力，輔助工程技術(shù)人員進(jìn)行工程或產(chǎn)品的設(shè)計與分析，達(dá)到理想的目的，并取得創(chuàng)新成果的一種技術(shù)。自1950年計算機(jī)輔助設(shè)計（CAD）技術(shù)誕生以來，已廣泛地應(yīng)用于機(jī)械、電子、建筑、化工、航空航天以及能源交通等領(lǐng)域，產(chǎn)品的設(shè)計效率飛速地提高。現(xiàn)已將計算機(jī)輔助制造技術(shù)（Com-puterAidedManufacturing，CAM）和產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理技術(shù)（ProductDataManagement，PDM）及計算機(jī)集成制造系統(tǒng)（ComputerItegratedmanufacturingsystem，CIMS）集于一體。
產(chǎn)品設(shè)計是決定產(chǎn)品命運的研究，也是最重要的環(huán)節(jié)，產(chǎn)品的設(shè)計工作決定著產(chǎn)品75%的成本。目前，CAD系統(tǒng)已由最初的僅具數(shù)值計算和圖形處理功能的CAD系統(tǒng)發(fā)展成為結(jié)合人工智能技術(shù)的智能CAD系統(tǒng)（ICAD）(IntelligentCAD)。21世紀(jì)，ICAD技術(shù)將具備新的特征和發(fā)展方向，以提高新時代制造業(yè)對市場變化和小批量、多品種要求的迅速響應(yīng)能力。
以智能CAD（ICAD）為代表的現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)、智能活動是由設(shè)計專家系統(tǒng)完成。這種系統(tǒng)能夠模擬某一領(lǐng)域內(nèi)專家設(shè)計的過程，采用單一知識領(lǐng)域的符號推理技術(shù)，解決單一領(lǐng)域內(nèi)的特定問題。該系統(tǒng)把人工智能技術(shù)和優(yōu)化、有限元、計算機(jī)繪圖等技術(shù)結(jié)合起來，盡可能多地使計算機(jī)參與方案決策、性能分析等常規(guī)設(shè)計過程，借助計算機(jī)的支持，設(shè)計效率有了大大地提高。
2三維CAD技術(shù)在機(jī)械設(shè)計中的優(yōu)點
通過實際應(yīng)用三維CAD系統(tǒng)軟件,筆者體會到三維CAD系統(tǒng)軟件比二維CAD在機(jī)械設(shè)計過程中具有更大的優(yōu)勢,具體表現(xiàn)在以下幾點:
2.1零件設(shè)計更加方便
使用三維CAD系統(tǒng),可以裝配環(huán)境中設(shè)計新零件,也可以利用相鄰零件的位置及形狀來設(shè)計新零件,既方便又快捷,避免了單獨設(shè)計零件導(dǎo)致裝配的失敗。資源查找器中的零件回放還可以把零件造型的過程通過動畫演示出來,使人一目了然。
2.2裝配零件更加直觀
在裝配過程中,資源查找器中的裝配路徑查找器記錄了零件之間的裝配關(guān)系,若裝配不正確即予以顯示,另外,零件還可以隱藏,在隱藏了外部零件的時候,可清楚地看到內(nèi)部的裝配結(jié)構(gòu)。整個機(jī)器裝配模型完成后還能進(jìn)行運動演示,對于有一定運動行程要求的,可檢驗行程是否達(dá)到要求,及時對設(shè)計進(jìn)行更改,避免了產(chǎn)品生產(chǎn)后才發(fā)現(xiàn)需要修改甚至報廢。
2.3縮短了機(jī)械設(shè)計周期
采用三維CAD技術(shù),機(jī)械設(shè)計時間縮短了近1/3,大幅度地提高了設(shè)計和生產(chǎn)效率。在用三維CAD系統(tǒng)進(jìn)行新機(jī)械的開發(fā)設(shè)計時,只需對其中部分零部件進(jìn)行重新設(shè)計和制造,而大部分零部件的設(shè)計都將繼承以往的信息,使機(jī)械設(shè)計的效率提高了3~5倍。同時,三維CAD系統(tǒng)具有高度變型設(shè)計能力,能夠通過快速重構(gòu),得到一種全新的機(jī)械產(chǎn)品。
2.4提高機(jī)械產(chǎn)品的技術(shù)含量和質(zhì)量
由于機(jī)械產(chǎn)品與信息技術(shù)相融合,同時采用CADCIMS組織生產(chǎn),機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計有了新發(fā)展。三維CAD技術(shù)采用先進(jìn)的設(shè)計方法,如優(yōu)化、有限元受力分析、產(chǎn)品的虛擬設(shè)計、運動方針和優(yōu)化設(shè)計等,保證了產(chǎn)品的設(shè)計質(zhì)量。同時,大型企業(yè)數(shù)控加工手段完善,再采用CAD/CAPP/CAM進(jìn)行機(jī)械零件加工,一致性很好,保證了產(chǎn)品的質(zhì)量。
3CAD技術(shù)在機(jī)械設(shè)計中的應(yīng)用
3.1零件與裝配圖的實體生成
3.1.1零件的實體建模。CAD的三維建模方法有三種,即線框模型、表面模型和實體模型。在許多具有實體建模功能的CAD軟件中,都有一些基本體系。如在AutoCAD的三維實體造型模塊中,系統(tǒng)提供了六種基本體系,即立方體、球體、圓柱體、圓錐體、環(huán)狀體和楔形體。對簡單的零件,可通過對其進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析,將其分解成若干基本體,對基本體進(jìn)行三維實體造型,之后再對其進(jìn)行交、并、差等布爾運算,便可得出零件的三維實體模型。
對于有些復(fù)雜的零件,往往難以分解成若干個基本體,使組合或分解后產(chǎn)生的基本體過多,導(dǎo)致成型困難。所以,僅有基本體系還不能完全滿足機(jī)器零件三維實體造型的要求。為此,可在二維幾何元素構(gòu)造中先定義零件的截面輪廓,然后在三維實體造型中通過拉伸或旋轉(zhuǎn)得到新的“基本體”,進(jìn)而通過交、并、差等得到所需要零件的三維實體造型。
3.1.2實體裝配圖的生成。在零件實體構(gòu)造完成后,利用機(jī)器運動分析過程中的資料,在運動的某一位置,按各零件所在的坐標(biāo)進(jìn)行“裝配”,這一過程可用CAD軟件的三維編輯功能實現(xiàn)。
3.2模具CAD/CAM的集成制造
隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展,制造行業(yè)的生產(chǎn)技術(shù)不斷提高,從普通機(jī)床到數(shù)控機(jī)床和加工中心,從人工設(shè)計和制圖到CAD/CAM/CAE,制造業(yè)正向數(shù)字化和計算機(jī)化方向發(fā)展。同時,模具CAD/CAM技術(shù)、模具激光快速成型技術(shù)(RPM)等,幾乎覆蓋了整個現(xiàn)代制造技術(shù)。
一個完整的CAD/CAM軟件系統(tǒng)是由多個功能模塊組成的。如三維繪圖、圖形編輯、曲面造型、仿真模擬、數(shù)控加工、有限元分析、動態(tài)顯示等。這些模塊應(yīng)以工程數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ),進(jìn)行統(tǒng)一管理,而實體造型是工程數(shù)據(jù)的主要來源之一。
3.3機(jī)械CAE軟件的應(yīng)用
機(jī)械CAE系統(tǒng)的主要功能是:工程數(shù)值分析、結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計、強(qiáng)度設(shè)計評價與壽命預(yù)估、動力學(xué)/運動學(xué)仿真等。CAD技術(shù)在解決造型問題后,才能由CAE解決設(shè)計的合理性、強(qiáng)度、剛度、壽命、材料、結(jié)構(gòu)合理性、運動特性、干涉、碰撞問題和動態(tài)特性等。
4CAD前沿技術(shù)與發(fā)展趨勢
4.1圖形交互技術(shù)
CAD軟件是產(chǎn)品創(chuàng)新的工具,務(wù)求易學(xué)好用,得心應(yīng)手。一個友好的、智能化的工作環(huán)境可以開拓設(shè)計師的思路，解放大腦，讓他把精力集中到創(chuàng)造性的工作中。因此,智能化圖標(biāo)菜單、“拖放式”造型、動態(tài)導(dǎo)航器等一系列人性化的功能，為設(shè)計師提供了方便。此外，筆輸入法草圖識別、語言識別和特征手勢建模等新技術(shù)也正在研究之中。
4.2智能CAD技術(shù)
CAD/CAM系統(tǒng)應(yīng)用逐步深入,逐漸提出智能化需求.設(shè)計是一個含有高度智能的人類創(chuàng)造性活動。智能CAD/CAM是發(fā)展的必然方向。智能設(shè)計在運用知識化、信息化的基礎(chǔ)上，建立基于知識的設(shè)計倉庫,及時準(zhǔn)確地向設(shè)計師提品開發(fā)所需的知識和幫助,智能地支持設(shè)計人員，同時捕獲和理解設(shè)計人員意圖、自動檢測失誤，回答問題、提出建議方案等。并具有推理功能,使設(shè)計新手也能做出好的設(shè)計來,現(xiàn)代設(shè)計的核心是創(chuàng)新設(shè)計,人們正試圖把創(chuàng)新技法和人工智能技術(shù)相結(jié)合應(yīng)用到CAD技術(shù)中,用智能設(shè)計、智能制造系統(tǒng)去創(chuàng)造性指導(dǎo)解決新產(chǎn)品、新工程和新系統(tǒng)的設(shè)計制造,這樣才能使我們的產(chǎn)品、工程和系統(tǒng)有創(chuàng)造性。
4.3虛擬現(xiàn)實技術(shù)
虛擬現(xiàn)實技術(shù)在CAD中已開始應(yīng)用,設(shè)計人員在虛擬世界中創(chuàng)造新產(chǎn)品,可以從人機(jī)工程學(xué)角度檢查設(shè)計效果,可直接操作模擬對象,檢驗操作是否舒適、方便,及早發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)空間布局中的干涉和運動機(jī)構(gòu)的碰撞等問題,及早看到新產(chǎn)品的外形,從多方面評價所設(shè)計的產(chǎn)品.虛擬產(chǎn)品建模就是指建立產(chǎn)品虛擬原理或虛擬樣機(jī)的過程.虛擬制造用虛擬原型取代物理原型進(jìn)行加工、測試、仿真和分析,以評價其性能,可制造性、可裝配性、可維護(hù)性和成本、外觀等,基于虛擬樣機(jī)的試驗仿真分析,可以在真實產(chǎn)品制造之前發(fā)現(xiàn)并解決問題,從而降低產(chǎn)品成本.虛擬制造、虛擬工廠、動態(tài)企業(yè)聯(lián)盟將成為CAD技術(shù)在電子商務(wù)時代繼續(xù)發(fā)展的一個重要方向.另外,隨著協(xié)同技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、概念設(shè)計面向產(chǎn)品的整個生命周期設(shè)計理論和技術(shù)的成熟和發(fā)展,利用基于網(wǎng)絡(luò)的CAD/CAPP/CAM/PDM/ERP集成技術(shù),實現(xiàn)真正的全數(shù)字化設(shè)計和制造,已成為機(jī)械設(shè)計制造業(yè)的發(fā)展趨勢。
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關(guān)鍵詞：綜合課程設(shè)計；創(chuàng)新能力；機(jī)構(gòu)創(chuàng)意拼接
為適應(yīng)社會對創(chuàng)新型和復(fù)合型人才的需求，機(jī)械專業(yè)的課程體系和培養(yǎng)模式不斷改進(jìn)。電子科技大學(xué)在機(jī)械設(shè)計制造及自動化專業(yè)開設(shè)了綜合課程設(shè)計課程，是一門以培養(yǎng)機(jī)械專業(yè)學(xué)生的創(chuàng)新思維和提高學(xué)生的創(chuàng)新設(shè)計能力為目的實踐類課程，該門課程體現(xiàn)了專業(yè)基礎(chǔ)知識和現(xiàn)代設(shè)計方法、三維建模軟件和工程分析軟件的結(jié)合。
機(jī)構(gòu)創(chuàng)意拼接實驗為學(xué)生提供將設(shè)計理念轉(zhuǎn)變成簡易機(jī)構(gòu)的平臺，學(xué)生在平臺上體驗從搭接、驗證、調(diào)試、改進(jìn)到確定設(shè)計方案的過程，改變了傳統(tǒng)教學(xué)中學(xué)生對平面機(jī)構(gòu)的學(xué)習(xí)和設(shè)計只停留在理論設(shè)計的狀況。
將機(jī)構(gòu)創(chuàng)意拼接實驗與綜合課程設(shè)計相結(jié)合，鼓勵學(xué)生將機(jī)構(gòu)創(chuàng)意拼接實驗中的作品進(jìn)行的詳細(xì)設(shè)計，為拼接實驗中的簡單形狀構(gòu)件選擇材料、設(shè)計尺寸、進(jìn)行結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析，并繪制零件圖和系統(tǒng)裝配圖。這種有機(jī)結(jié)合使學(xué)生模擬經(jīng)歷產(chǎn)品開發(fā)的完整流程，有助于學(xué)生形成完整的工程意識和系統(tǒng)觀念。
一、綜合課程設(shè)計課程分析
1. 開設(shè)綜合課程設(shè)計的意義和可行性
傳統(tǒng)的機(jī)械原理和機(jī)械設(shè)計兩門課程都設(shè)置了課程設(shè)計環(huán)節(jié)，兩門課程的課程設(shè)計都是在期末進(jìn)行的，相互之間沒有關(guān)聯(lián)。多年來一直沿用的課程設(shè)計題目較少，相似或相同課題的學(xué)生較多，在網(wǎng)站上也能夠找到許多參考資料，抄襲情況屢見不鮮，不利于學(xué)生的獨立思考，造成課程設(shè)計無法達(dá)到預(yù)期目的。
隨著計算機(jī)技術(shù)和信息技術(shù)的發(fā)展，機(jī)械專業(yè)的基礎(chǔ)課程除了傳授機(jī)械設(shè)計制造的基礎(chǔ)知識以外，還應(yīng)融入現(xiàn)代設(shè)計理論和工程計算軟件知識。電子科技大學(xué)在機(jī)械設(shè)計制造及自動化專業(yè)培養(yǎng)方案中增加了一門獨立的實踐課―綜合課程設(shè)計，在第六學(xué)期開設(shè)，取代了原有的相對獨立的機(jī)械原理課程設(shè)計和機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計。綜合課程設(shè)計是培養(yǎng)學(xué)生機(jī)械綜合設(shè)計能力和創(chuàng)新能力的實踐性環(huán)節(jié)，設(shè)置該課程的目的以培養(yǎng)卓越工程技術(shù)人才為目標(biāo)，注重培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新設(shè)計能力和應(yīng)用現(xiàn)代先進(jìn)分析技術(shù)和設(shè)計手段解決工程實際問題的能力。
在大三上學(xué)期，學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)了機(jī)械制圖、理論力學(xué)、材料力學(xué)和機(jī)械原理、工程控制等專業(yè)基礎(chǔ)課程，具備了進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計部分的基礎(chǔ)知識。在大三下學(xué)期，開始學(xué)習(xí)機(jī)械設(shè)計、產(chǎn)品造型設(shè)計、CAD/CAE/CAM、產(chǎn)品優(yōu)化設(shè)計和制造技術(shù)等課程，對產(chǎn)品進(jìn)行強(qiáng)度校核、造型設(shè)計、工程分析、公差設(shè)計需要這些課程的知識。因此，在學(xué)期開始時布置設(shè)計任務(wù)，學(xué)生可以先進(jìn)行方案設(shè)計，隨著相關(guān)課程學(xué)習(xí)的逐步深入，有針對性、有目的地拓展產(chǎn)品設(shè)計所需的知識，到期末提交設(shè)計作業(yè)，對于進(jìn)展較慢的學(xué)生，可以延至下一學(xué)期開學(xué)時提交作業(yè)。在整個過程中，學(xué)生將綜合運用各門學(xué)科基礎(chǔ)課和專業(yè)課程的知識，完成自己的作品，既體驗了機(jī)械設(shè)計過程，又能夠體會到機(jī)械工程學(xué)科體系中各門課程之間的聯(lián)系。
2. 綜合課程設(shè)計的教學(xué)過程設(shè)計
綜合課程設(shè)計為學(xué)生提供一個實踐訓(xùn)練的平臺，要求學(xué)生按照機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計的流程，綜合應(yīng)用機(jī)械類各門課程的知識，設(shè)計一種具有工程應(yīng)用價值的機(jī)構(gòu)。主要工作包括選擇構(gòu)件類型，進(jìn)行構(gòu)件的強(qiáng)度剛度計算并確定其主要尺寸，在計算機(jī)上進(jìn)行有限元分析和裝配仿真，接下來確定尺寸公差和形位公差，繪制主要零件圖和裝配圖。鼓勵學(xué)有余力的學(xué)生進(jìn)行產(chǎn)品主要尺寸的優(yōu)化設(shè)計以及工藝過程的設(shè)計。
綜合課程設(shè)計采用講授和輔導(dǎo)答疑相結(jié)合的方式進(jìn)行。在教學(xué)過程中，講授機(jī)械設(shè)計的流程，詳細(xì)講解各環(huán)節(jié)的主要工作，使學(xué)生了解每一環(huán)節(jié)所需知識，以及所需知識來自哪一門課程，從而指導(dǎo)學(xué)生有目的地學(xué)習(xí)各門相關(guān)課程，對提高學(xué)生的學(xué)習(xí)相關(guān)課程的熱情有積極的作用。
為鍛煉學(xué)生的團(tuán)隊協(xié)作精神，學(xué)生可以自由組成二人小組，每組提交一份在設(shè)計說明書和設(shè)計圖紙，在封面上按照貢獻(xiàn)大小排序署名，在說明書中詳細(xì)說明兩人各自完成的工作。題目由學(xué)生自行擬定，創(chuàng)意設(shè)計一種有應(yīng)用價值的機(jī)構(gòu)。設(shè)計說明書包括功能原理設(shè)計、機(jī)構(gòu)選型設(shè)計、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度設(shè)計、公差與配合設(shè)計等內(nèi)容。課程的考核成績根據(jù)初期檢查、中期檢查、答辯和設(shè)計報告質(zhì)量來綜合評定。
二、結(jié)合機(jī)構(gòu)創(chuàng)意拼接實驗，強(qiáng)化學(xué)生綜合設(shè)計能力
機(jī)構(gòu)創(chuàng)意拼接實驗是一門獨立的實驗課程，學(xué)生在搭接實驗臺上任意選擇平面機(jī)構(gòu)類型，組裝調(diào)整機(jī)構(gòu)尺寸，能夠比較直觀、方便的搭接、驗證、調(diào)試、改進(jìn)和確定設(shè)計方案，較好地改善了在校學(xué)生對平面機(jī)構(gòu)的學(xué)習(xí)和設(shè)計只停留在理論設(shè)計的狀況。開設(shè)機(jī)構(gòu)創(chuàng)意拼接實驗的目的是加深學(xué)生對平面機(jī)構(gòu)的組成原理及其運動特性的理解和感性認(rèn)識，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識及綜合設(shè)計的能力，訓(xùn)練學(xué)生的工程實踐動手能力。
機(jī)構(gòu)創(chuàng)意拼接實驗與綜合課程設(shè)計在同一學(xué)期開課，學(xué)生在實驗平臺上經(jīng)過反復(fù)嘗試與修改，已經(jīng)設(shè)計出了具有某種功能的機(jī)構(gòu)，構(gòu)件的基本尺寸已經(jīng)確定，如能將設(shè)計成果直接代入后續(xù)的綜合課程設(shè)計課程，可以節(jié)省大量的時間。針對已初步完成的機(jī)構(gòu)，接下來需要進(jìn)行運動分析和動力分析，計算作用在各構(gòu)件上的載荷，進(jìn)行零部件工作能力計算、總體設(shè)計和結(jié)構(gòu)設(shè)計。
將兩門課程相結(jié)合，使學(xué)生能延續(xù)由一個機(jī)構(gòu)運動簡圖向機(jī)器過渡的設(shè)計過程。學(xué)生在機(jī)構(gòu)創(chuàng)意拼接實驗中完成了機(jī)械設(shè)計流程中功能設(shè)計和方案設(shè)計工作，完成了機(jī)構(gòu)運動簡圖的繪制和機(jī)構(gòu)自由度的計算。在綜合課程設(shè)計中，直接進(jìn)入總體設(shè)計和結(jié)構(gòu)詳細(xì)設(shè)計階段。繪制裝配草圖，進(jìn)行機(jī)架、構(gòu)件與機(jī)架連接、軸承座、軸與軸上零件定位和固定方式的設(shè)計，對主要構(gòu)件的強(qiáng)度和剛度計算。綜合考慮材料、加工工藝、裝配、、耐磨性以及性價比問題，確定重要尺寸和公差配合、形位公差及表面粗糙
度等，最終確定各構(gòu)件的形狀、尺寸和材料，并繪制零件圖和裝配圖。
在設(shè)計過程中，可以根據(jù)學(xué)生能力的實際情況，在上述工作的基礎(chǔ)上，利用三維建模軟件進(jìn)行運動和裝配仿真，利用有限元方法來進(jìn)行載荷和應(yīng)力分析，利用優(yōu)化設(shè)計來優(yōu)選零件尺寸。
主體工作完成后，要求學(xué)生將設(shè)計構(gòu)思和設(shè)計方案整理成設(shè)計說明書。說明書需要按照規(guī)定的格式撰寫，培養(yǎng)學(xué)生的規(guī)范意識。
經(jīng)過了三年的教學(xué)實踐和不斷改進(jìn)，已經(jīng)取得了一定的成果。在一個學(xué)期之內(nèi)，大部分學(xué)生能夠協(xié)調(diào)合作，完成概念設(shè)計到圖紙的基本設(shè)計流程，建立了系統(tǒng)性的設(shè)計理念，在規(guī)范整理文檔方面也得到了鍛煉。部分優(yōu)秀的學(xué)生能夠利用相關(guān)課程所學(xué)知識，運用三維建模軟件、有限元分析軟件和數(shù)學(xué)計算軟件進(jìn)行機(jī)構(gòu)的建模、優(yōu)化設(shè)計和工程分析，綜合能力明顯提高。
綜合課程設(shè)計課程有助于學(xué)生形成完整的工程意識和系統(tǒng)觀念，對提高學(xué)生的創(chuàng)新能力起著重要作用。將機(jī)構(gòu)拼接實驗與綜合課程設(shè)計相結(jié)合，相當(dāng)于延長了課程設(shè)計時間，學(xué)生在拼接試驗臺上完成了機(jī)構(gòu)的功能設(shè)計和方案設(shè)計工作，詳細(xì)的設(shè)計工作在綜合課程設(shè)計中完成，實現(xiàn)兩門課程的無縫連接。學(xué)生在兩門課中的作品經(jīng)過進(jìn)一步細(xì)化和優(yōu)化，可以參加機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計大賽，也可以做為本科畢業(yè)設(shè)計。
兩門課程的結(jié)合極大地提高了學(xué)生的設(shè)計興趣、效率和質(zhì)量，同時培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新實踐能力，獲得了較好的教學(xué)效果。
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