机械设计综合实践课教学改革探索与实践

方案的能力。

在教学内容的编排上，适当增加执行机构的设计与分析内容，相应减少结构设计内容。考虑到减速器具有十分典型的机械特征，值得初学者学习，因此予以保留，但是将以往的二级减速器结构设计更改为单级减速器结构设计。这既保留了原有内容的精华，又减少了重复性劳动，更为新内容的引入节省出大量的时间。

（三）全面融合计算机辅助分析设计手段的教学实践

在设计、分析、计算、校核、绘图等教学环节中，全面引入ADAMS、ProE、SolidWorks、AutoCAD等多种计算机辅助分析设计工具，探索将现代设计方法与计算机辅助分析设计手段相融合来实现创新设计的教学模式，综合提升学生的机械设计技能。其中，可以利用ADAMS软件进行机构的创新设计、运动学与动力学分析、强度设计与校核、优化设计；利用SolidWorks、ProE等软件进行减速器的三维结构设计；利用SolidWorks、ProE等软件的二维投射功能或者AutoCAD软件，绘制减速器的二维装配图和二维零件图。由于我校学生前期学习过ADAMS、SolidWorks等软件，因此取得了良好的实践效果。

（四）建立以学生为核心的互动教学模式

一方面，改变“教师为主、学生为辅”的教学模式，以实训项目为牵引，强化学生的自主学习和自主攻关，锻炼学生独立解决实际问题的能力。在此基础上，充分发挥教师的引导作用，为学生厘清机械设计的正确思路以及现代机械设计方法与流程。注重告诉学生“做什么”和“为什么做”，放手让学生通过查询资料去“如何做”。另一方面，聘任研究生作为助教，在计算机辅助分析设计工具的使用方面给予本科生辅导，降低本科学生实施CAD/CAE分析的难度。

（五）建立知识、技能、创新能力的三层评价体系

原有的评价体系侧重于检查学生对基础知识的掌握，无法全面评价学生。现改为在专业基础知识、计算机辅助分析设计技能、机构创新设计能力三个层面综合评价学生。每个评价层面按照时间维度，由多项评价指标组成，从而建立起比较全面的评价体系，并由主讲教师和助教共同评分。其中，“知识”占总成绩的50%，“技能”占总成绩的30%，“创新能力”占总成绩的20%。

三、教学实践

教改后的机械设计综合实践课的主要教学过程如图1所示。

1.分配实训项目。为学生指定实训项目；讲解实训项目中涉及的重要概念，引导学生理解实训项目。

2.明确任务与约束，培养学生从实训项目中提炼各种设计约束（如尺寸约束、运动约束、动力约束等）的能力；建立以“约束”作为设计起点与归宿的重要设计理念。

3.执行机构设计。（1）执行机构的创新设计。根据各种设计约束，开展调研，提出自己的执行机构设计方案；对多种设计方案进行可行性论证。通过构型综合，确定最终的执行机构构型方案。（2）执行机构的运动学分析。利用虚拟样机仿真分析工具（如ADAMS软件等）分析执行机构的运动性能；检验能否满足任务规定的尺寸约束、运动约束；完善并确定执行机构的最终构型及其特性尺寸。（3）执行机构的动力学分析。利用虚拟样机仿真分析工具（如ADAMS软件等）分析执行机构的动力学性能。重点分析驱动力（矩）、运动副阻力（矩）、工作载荷与速度/加速度之间的定量关系等，检验能否满足任务规定的动力约束。（4）关键构件的强度设计与校核。针对执行机构的关键构件，根据虚拟样机仿真分析工具得出的运动副受力情况，对关键构件进行强度设计，得出满足强度要求的构件材料参数和特性尺寸参数。（5）动力学与强度的迭代设计。将满足强度要求的构件模型重新利用ADAMS软件进行动力学分析；根据得出的受力关系，检验构件强度设计结果的可行性；确定执行机构工作时的实时功率与最大功率。

4.原动机选型。根据执行机构所需的最大功率确定原动机的输出功率与额定功率；根据执行机构输入端的运动要求，确定原动机的额定转速以及减速器的传动比；确定原动机的型号。

5.一级闭式减速器设计。根据传动比，选择合理的传动方式，如齿轮传动、蜗轮蜗杆传动；利用SolidWorks、ProE等软件进行减速器的三维结构设计；利用SolidWorks、ProE等软件的二维投射功能或者AutoCAD软件，绘制减速器的二维装配图以及二维零件图。

6.答辩。教师针对学生的各设计环节进行提问，学生予以回答，以此检验学生的学习和实践效果。

四、教改特色

机械设计综合实践课的探索工作具有以下特点。

1.拓展视野。实训项目来源于真实科研课题与工程实际，难度适中，具有一定的挑战性，有利于拓展学生的视野，锻炼学生的自主学习、自主攻关的能力与创新精神。

2.扩充知识。以机构创新为核心，引入构型综合、运动学与动力学分析、强度设计与校核、优化设计等机构学核心知识，完善学生的知识结构。

3.强化设计。引导学生将现代设计方法及流程与先进的计算机辅助分析设计手段相融合，提升学生的综合设计能力。

4.自主攻关。改变“教师为主、学生为辅”的教学模式，强化学生的自主学习和自主攻关，锻炼学生独立解决实际问题的能力。同时，聘任相关专业的研究生作为助教，在计算机辅助分析设计工具的使用方面给予辅导，降低本科学生实施CAD/CAE分析的难度。

5.综合评价。摆脱以往仅从结构设计角度评价学生的弊端，建立起面向知识、技能、创新能力的三层评价体系，从专业基础知识、计算机辅助分析设计技能、机构创新设计能力三个层面综合评价学生。

6.浓缩精华。将原来的二级减速器结构设计缩减为一级减速器结构设计，这既保留了原有内容的精华，又避免了重复性劳动，更为新内容的引入节省出大量的时间。

五、结语

机械设计综合实践课是机械设计系列课中一门重要的实践环节课，是学生从理论基础走向工程实际的桥梁，更是学生拓展视野、培养技能的重要平台。我们通过在教学内容、教学模式、教学方法和教学手段上的一系列改革，提升了课程的挑战性，完善了学生的知识结构，激发了学生的学习热情，提高了教学质量，使学生既能锻炼素质和能力，又能体验成功的喜悦。

[ 参 考 文 献 ]

[1] 高峰.机构学研究现状与发展趋势的思考[J].机械工程学报，2005（8）：3-17.

[2] 余跃庆，李哲.现代机械动力学[M].北京：北京工业大学出版社，1998.

[3] 杨廷力，刘安心，罗玉峰.机构学理论进展的哲学思考与认识[C].第十八届中国机构与机器科学国际学术会议论文集，2013：34-39.

[4] 王之栎，王大康.机械设计综合课程设计（第2版）[M].北京：机械工业出版社，2009.

[5] 张友湖，李芯.CAD/CAE在机械设计课程设计中的应用[J].机械工程师，2014（6）：166-167.

[6] 朱玉.CDIO工程教育模式下机械设计课程设计教改的探讨[J].中国电力教育，2010（19）：98-99.

[7] 高路，陈民弟.机械设计基础课程设计的改革与实践[J].吉林化工学院学报，2011（2）：38-39.

[8] 李淼林.应用型本科“机械设计课程设计”教学改革初探[J].科技信息，2010（9）：561-562.

[9] 李天箭，丁晓红.创新创业教育在机械设计课程设计环节中的探索實践[J].实验技术与管理，2016（4）：22-24.

[10] 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（3）：51-54.

[11] 李良军，龙振宇.创新教育在机械设计课程设计教学中的运用[J].高等建筑教育，2003（9）：102-104.

[12] 安琦，王小芳.创新机械设计能力的课程后延续培育模式[J].化工高等教育，2007（4）：79-81.

[13] 米洁，高宏.递进式实践教学模式的探索与实践[J].实验技术与管理，2012（2）：138-140.

[责任编辑：陈 明]