摘要：机械设计基础课程设计是重要的实践性教学环节，通过课程设计，使学生综合运用所学的机械设计的理论知识和方法，掌握设计的一般规律，培养解决机械工程中实际问题的能力。鉴于目前课程设计中普遍存在学生对设计任务重视不够、缺乏团队意识以及计算和画图能力不足等问题，有必要从课程设计的选题、过程跟踪、考核以及课程的教学方面加以改革，提出了理论授课与课程设计相结合、设计题目的多样化、引入创新方法和计算机技术以及考核方法的改进等建议，从而调动学生的积极性，提高课程设计的质量。
关键词：机械设计基础 课程设计 创新 改革
中图分类号：G420 文献标识码：A 文章编号1672-3791（2015）07（c）-0000-00
Exploration of teaching method on mechanical design basic practicum
HUANG Yongyu， LI Jiyuan
（School of mechanical engineering， Qinghai University， Xining 810016， China）
Abstract： Practicum of mechanical design basic is an important practical teaching link， through the practicum， it can enable students to use the theory and method of mechanical design more fully， to grasp the general rules， cultivate the ability to solve practical problems in mechanical engineering. There are some problems in practicum such as lacking awareness of the team， having no enough attention to the task， shortage of calculation and drawing power. In view of the problems in practicum， it’s necessary to carry out the reform from design topic， process tracking， assessment and curriculum teaching. Then the suggestions about synergy between teaching and practicum， topic diversification， innovation method， application of computer technology， improving evaluation method and so on were be recommended， in order to mobilize the enthusiasm of the students， improve the quality of practicum.
Key words： mechanical design basic ； practicum ；innovation； reform
机械设计基础课程是高等院校机械类、近机类专业必修的专业基础课程，通常机械类专业开设一学年，近机类专业开设一学期。课程是以研究常用机构与各种机械传动装置及通用机器的零部件结构和工作原理、特点及其设计计算方法为主要内容的技术基础课程。学习该课程之前必须先修工程制图、互换性与技术测量、金属工艺学和工程力学等课程。通常在修完课程之后要进行2～3周的课程设计。通过课程设计，使学生综合运用所学的机械设计的理论知识和方法，掌握设
计的一般规律，培养解决机械工程中实际问题的能力；学会从机器的功能要求出发，合理选择系统或零件的类型，制定设计方案，正确计算零件的工作能力，确定其尺寸、形状、结构、材料，并考虑制造工艺、使用、维护、经济、安全等问题，训练设计能力。同时，通过查阅、分析、计算、绘图等过程，学习正确运用标准、规范、手册、图册等技术资料，训练设计的基本技能[1]。因此课程设计环节对于培养学生的工程素养和创新能力是一个很好的锻炼机会，并且对后续专业课程的学习以及毕业设计乃至今后的工作都有及其重要的意义。
1 机械设计基础课程设计现状及存在的问题
机械设计基础课程传统的课程设计题目一般都是齿轮减速器，要求学生完成传动装置的总体设计方案、电动机的选型、计算传动装置的运动和动力参数、传动零件、轴的设计计算以及轴承、联接件、润滑密封和联轴器的选择及校验计算；同时要进行机体结构及其附件的设计，绘制装配图及零件工作图并编写计算说明书[2]。通过多年的教学，笔者发现在进行课程设计时存在下面一些问题：
（1）学生对课程设计的重要性认识不够，对相关知识的了解欠缺，部分学生态度不端正，应付差事，对参考资料不加仔细分析，盲目模仿甚至照抄。尤其是在绘制装配图时在结构上完全模仿课程设计参考书中的图例，并未考虑自己的设计任务书中的要求，创新当然更是无从谈起；
（2）在进行轴的强度计算时将简化的力学模型图画错，或未进行正确的受力分析，导致扭矩图、弯矩图错误，从而直接影响到后续危险截面的确定、结构设计以及计算结果的准确性；
（3）画图应当是和计算交叉进行的，根据草图建立力学模型，经计算后要进行必要的修改，反复校验，不断完善。而部分学生却将画图和计算孤立起来，甚至出现计算出的尺寸和图纸中的尺寸是两个结果的现象，失去了工程计算的意义，导致设计结果流于形式；
（4）对图样的表达方法以及工程制图中的相关标注理解不够，如在进行表面粗糙度、尺寸公差和形位公差等的标注时不针对自己的设计任务的工况要求，完全照抄样图中的标注，并非查阅设计手册之后确定的。在轴的结构设计时往往出现零件的装拆、定位等结构方面的问题。这就说明表明学生普遍缺乏对工程实际问题的认识深度，在运用设计资料手册和标准的查阅方面的能力较为欠缺，尚未树立技术法规意识。
（5）学生缺乏团队意识。小组成员之间不积极进行交流和探讨，没有发挥学生的协作能力，更谈不上团队合作精神，甚至有个别小组的课程设计成了组长及部分组员的任务，其他人并未真正融入进去，照抄组员的设计结果，坐享其成。
因此，针对上述存在的问题，有必要对课程设计的选题、过程跟踪、考核以及课程的教学方面加以改革，从而保证课程设计的质量。
2 课程设计教学改革的建议
2.1 理论授课与课程设计相结合
鉴于课程设计与理论授课的脱节问题，可以在机械设计基础课程开始之初就将后续的课程设计任务给学生布置，这样可以使学生对设计任务和课堂教学内容产生足够的关注，并且实现了设计与教学的同步。让学生带着任务听课，不仅有利于学生对课堂内容的理解，而且有利于理论联系实践的能力的培养[3]。并且在教学过程中充分发挥多媒体教学的优点，多采用一些工程实例和动画、视频等，使学生对课程产生浓厚的学习兴趣和强烈的求知欲望，从而增强了学习效果，为后续进行机构的设计和计算奠定良好的理论基础。学生在课余时间可以和教师就课程设计的相关问题进行交流和沟通，使其能够对所学知识的融会贯通，有助于培养学生发现问题和解决问题的能力。这样，课程设计中的相当一部分问题已经在课程学习的过程中得到了解决，在后续的设计中就节省出了大量时间，克服了课程设计时间紧和任务量大的矛盾。利用这些节省的时间，学生可以在方案的优化和创新等方面多做工作，使设计结果更加经济合理。也保证了教师有足够的时间和精力与学生进行探讨交流，解答疑难问题。同时在结构设计和图纸绘制阶段可以有较多的时间对学生进行指导，有助于减少结构错误的出现，图面质量也可得以大幅度提高。
2.2 设计题目多样化
目前课程采用的设计题目大多是齿轮减速器，基本上能够符合对该教学环节的要求，使学生得到一定的设计训练。然而，设计题目并未考虑到各专业的特点，实际上，不同的专业学生接触到的工程设备不同，各行业对于机械设备的使用也各有偏重[4]。因此在课程设计选题方面不再拘泥于减速器，提倡设计题目的多样化、实用性、趣味性和挑战性。无论学习还是工作，兴趣是第一性的，而挑战又是良好的催化剂。如果选题充分结合所学专业，更加贴近实际和注重应用，势必将有效地调动学习的积极性和主动性。如对机械设计制造及其自动化专业的学生可选用各类机床的传动装置、卷扬机、捆钞机等进行设计。此外，题目的趣味性和实用性对调动学生的积极性的作用也是非常显著的。如食品机械、包装机械、收获机械等，这些都非常贴近日常生活，如果选用这些机械进行设计，必将有助于激发学生的学习兴趣和设计欲望，而且这些机械的设计内容通常也都包含了齿轮传动、挠性传动以及轴系零件和箱体类零件的设计。如此既保证了对先修课程知识的综合应用，也发挥了学生的主观能动性，变要我设计为我要设计，从而使课程设计的质量能够得到进一步提高。
2.3 引入创新方法
众所周知，创新是人类文明发展中的永恒主题，任何现代技术系统都是经过许多发明之后才确立的。创新方法决定了创新效率，传统的设计方法通常表现为“少慢差费”，要实现“多快好省”，则离不开创新。笔者所在学校将《创新思维与方法》作为专业课程纳入了机械工程学院专业培养方案进行常态化普及推广，通过创新方法的普及，解决了省内相关企业的很多技术难题，申报并获批了多项专利，大大激发了大学生和工程技术人员的创新兴趣，提高了创新思维能力和解决实际工程问题的能力。此外，机械工程学院部分毕业设计也结合了发明问题理论，取得了良好的效果。通过创新方法的基本知识的介绍以及实例分析，有助于引导学生打破思维惯性，跳出固有的思维模式和圈子，以全新的思维和视角来看待、分析和解决问题。大学生的课程设计与毕业设计是专业知识与理论的综合训练，是应用创新理论培养学生创新能力的重要载体。因此具体地对课程设计而言，可以灵活地指定题目，最好能结合工程实际案例，以激发学生的学习兴趣，进而得到最佳的设计方案。
2.4 应用计算机技术
近年来，CAD技术已经广泛应用于机械、建筑等需要设计和绘图的领域。应用CAD软件进行产品的设计已是相关专业大学生必备的技术了。AutoCAD是功能强大的交互式绘图软件，是目前应用最广泛的工程绘图软件。功能强大的大型参数化CAD软件有pro/Engineer、CATIA、UG、Solidworks等。这些软件以其先进的参数化设计理念和基于特征的实体造型而深受广大工程设计人员的欢迎。其操作简洁清晰，符合工程技术人员的设计思想与习惯，操作方便。具有零件造型、装配、生成二维工程图及仿真分析等功能，成为了三维机械设计领域中广泛使用的软件。在进行课程教学当中，可以让学生学习和熟悉其中的一个软件，为后面利用软件进行产品设计做准备，这对激发学生的学习兴趣和培养其设计能力以及提高设计效果是一个很好的尝试。采用这些CAD软件设计将无论在设计质量还是速度上大大优于传统的设计方法。通过三维CAD软件的应用，在绘图过程中会对设计对象的结构有更加深入的了解，还可发现更多的问题，从而提出改进措施，确定更加优化的方案，同时也避免了图纸上常见的错误。并且学生对这种设计手段更乐于接受，因此可以很好地调动学习的积极性。
此外，对减速器而言，除箱体之外，其它零件的计算均有成熟的公式，可以在已知它们的数学模型的基础上进行设计计算，因而变手工计算为计算机辅助计算是完全可行的。在进行传动件的计算时可以采用优化设计的理念，即以体积最小等作为目标函数进行零件的优化设计，确定最佳参数。经过计算确定齿轮的各个参数，再完成轴的设计计算及轴承的计算和选型等。
2.5 完善考核体系，改进考核方法
课程设计的考核是一项比较困难的工作，制定科学和统一的考核标准对学生的学习积极性的提高有着重要的作用。目前，多数高校的机械设计基础课程设计考核时要求学生提交减速器的装配图、轴和齿轮的零件图以及课程设计说明书，之后对这些文档进行评阅打分，再结合学生的答辩成绩给予综合评定。但实际设计过程中由于时间有限，教师不能对设计进行全程监控和指导，其中也不乏依赖别人，坐享其成者，导致评定的成绩缺乏公平和公正，这在一定程度上打击了学生的积极性。因此，应当制定一套相对公平、客观的考核体系，探索建立教学质量的长效评价和监管体系。指导教师可随时到现场进行提问和指导，尽力营造让学生发挥主观能动性和创造性的学习环境，激发学生的想象力和创新精神，对每个问题都应进行仔细分析和比较，并提出自己的见解，反对盲从，杜绝照搬照抄，从源头上摒弃依赖组员的思想，使学生发扬合作精神，树立团队意识。在设计过程中要求学生必须做到：（1）正确利用现有设计资料，勤于思考，敢于创新；（2）正确使用标准和规范；（3）设计是边计算、边画图、边修改的交叉过程，要养成有错必改，精益求精的科学态度；（4）按照预定的计划完成设计任务。
3 结语
机械设计基础课程设计是课程的一个重要的实践性教学环节，也是学生第一次较为全面的设计活动。对设计过程中各个环节的训练，旨在使学生全面了解机械设计的流程，掌握和熟练应用课程的知识。通过课程设计的实施，使学生能够利用已有的设计资料，认真分析现有方案的特点，吸取合理部分，开拓设计思路，以充实和完善自己的设计方案。针对课程设计中存在的一些问题，可以采取相应的措施，如选题的多样化、创新理论的应用以及计算机技术的应用等，以提高学生的学习积极性，培养的创新意识和能力，教育学生树立团队意识。同时改进考核方法，建立科学、公正的考核体系，这样必定能够调动学生的学习热情，激发设计的欲望，提高课程设计的质量，也有助于培养具有创新精神的高素质的人才，切实增强学生解决工程问题的能力。
参考文献
[1]龚溎义.机械设计课程设计指导书（第三版）[M]. 北京： 高等教育出版社，2002.
[2]陆玉.机械设计课程设计[M]. 北京： 机械工业出版社，2006.
[3]郝秀红，邱雪松，王琼，等. 机械设计课程设计教学改革初探[J]. 教学研究，2011，34 （3）：51-54.
[4]吴茵，龙春光，华熳煜. 机械设计课程设计的改革探索[J]. 长沙大学学报，2006，20 （2）：98-99.
