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域的橋梁，我們?yōu)槟x了8篇的機械創(chuàng)新設計論文樣本，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)達國家來說，我國機械工程設計還停留在常規(guī)設計的層面，仍未完全擺脫原有的理論和技術體系，機械工程設計的創(chuàng)新思維方法還處在研究之中，需要不但探索。機械創(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識對象作為開放對象來考究，多角度認識對象，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)陋習挑戰(zhàn)，從新角度思考機械設計。第三，多向性，這指的是機械工程設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)代機械以現(xiàn)代智能為依托，人工智能部分替代人類機械勞動，給思維解放和獨立創(chuàng)造了前提，科學思維在遵循真理發(fā)展的基礎上可以自由思考和自由探索，調(diào)動人類的主觀能動性，獲得機械工程設計創(chuàng)新成果。
2創(chuàng)新思維在機械工程設計中的運用
2.1在機械產(chǎn)品運動方案設計中的運用
機械產(chǎn)品運動方案設計是機械工程設計的重要內(nèi)容，創(chuàng)新思維在產(chǎn)品運動方案設計中運用指的是設計人員對客戶提出的產(chǎn)品各方面需求而提出的初步構思，這是要解決機械工程可能出現(xiàn)的問題和明確機械工程的工作原理。無論是機械產(chǎn)品的原動機、傳動結構還是機械的整個系統(tǒng)運轉方法，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)品的結構、工藝、成本、性能和使用維護等多方面存在直接關系，這也是影響機械產(chǎn)品質量和性能的關鍵環(huán)節(jié)。機械產(chǎn)品運動方案在機械工程設計中處于基礎階段，對于同一功能產(chǎn)品可以采用不同的工作原理和機構來完成。該階段是機械工程設計的重中之重，設計人員必須充分運用創(chuàng)新思維不斷構架和搜尋設計運動方案，首先產(chǎn)品的最優(yōu)性能。
2.2在機械產(chǎn)品結構設計中應用
機械產(chǎn)品結構設計也是機械工程設計的重要內(nèi)容，其包括產(chǎn)品的外形、各部分的配置及其總體結構?？蛻魧C械產(chǎn)品的功能需求不同決定了產(chǎn)品結構設計的差異。機械產(chǎn)品結構設計的基本要求是保證產(chǎn)品結構形態(tài)多樣化，運用創(chuàng)造性思維進行產(chǎn)品結構設計，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)實需求要求設計人員在機械產(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、復印機、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、復印和掃描功能集于一體，這其中該公司設計部門采用了“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在機械產(chǎn)品外觀造型設計中應用
機械產(chǎn)品外觀造型設計中的創(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)代美學基本原理來構造機械產(chǎn)品的美感和適用性。機械產(chǎn)品外觀造型設計采用創(chuàng)新思維將美學觀點融入進去，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在機械產(chǎn)品動力能源設計中應用
隨著機械工程設計的材料加工技術和能源獲取技術不斷被發(fā)現(xiàn)，機械工程設計人員在產(chǎn)品動力系統(tǒng)設計上的選擇也不斷增加，設計人員可以充分發(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械產(chǎn)品的動力能源運用到機械產(chǎn)品設計中?，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)濟效益。
3結語
關鍵詞：創(chuàng)新型人才 機械原理 教學改革
中圖分類號：G64 文獻標識碼：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
《機械原理》作為機械類及近機械類專業(yè)的一門主干專業(yè)基礎課，承擔著培養(yǎng)學生機械系統(tǒng)整體運動方案設計的重要任務，在培養(yǎng)大學生工程實踐及創(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)容缺乏關聯(lián)性、系統(tǒng)性，學生無法從整體上順利完成系統(tǒng)的運動方案設計，也無法從機械產(chǎn)品綜合設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生整體素質的下滑，使得學生普遍反映該課程內(nèi)容枯燥難懂，機構運動費解難明，于是產(chǎn)生了嚴重的厭學、畏難情緒，期末考試不及格率大，學生的創(chuàng)新意識、創(chuàng)新能力培養(yǎng)更無從談起。
多年來，研究人員結合機械原理課程理論教學和實踐教學兩大模塊，通過合理整合教學內(nèi)容，優(yōu)化理論教學；改進教學方式、方法；改進作業(yè)方式；構建分段實踐教學模式；鼓勵、支持學生參加科研活動及各種科技競賽；強化創(chuàng)新型教師培養(yǎng)等方面的改革，以期激發(fā)學生學習興趣，提高學生自主學習能力。近年來初見成效，學生學習主動性提高，不及格率明顯降低，學生在各級各類有關機械創(chuàng)新的大賽中也獲得了較好成績。
1 重組教學內(nèi)容，優(yōu)化理論教學
為培養(yǎng)學生的分析能力、綜合能力及創(chuàng)新設計能力，研究人員將《機械原理》課程按照“機構分析”“機構設計”和“綜合設計”的模塊進行劃分，如圖1所示[1]。機構分析模塊主要內(nèi)容包括：機構的結構分析、平面機構的運動分析、平面機構的力分析、機械的效率與自鎖、機械的平衡、機械的運轉及其速度波動的調(diào)節(jié)等，通過該模塊的學習提高學生分析問題的能力。機構設計模塊主要內(nèi)容包括：平面連桿機構及其設計、凸輪機構及其設計、齒輪機構及其設計、齒輪系及其設計、其他常用機構、工業(yè)機器人機構及其設計等。綜合設計模塊主要內(nèi)容為機械系統(tǒng)的方案設計[2]。學生通過對機構設計及綜合設計模塊的學習，在結合自身實踐經(jīng)驗與理論知識的基礎上，實現(xiàn)機械系統(tǒng)的設計，從而培養(yǎng)了學生的創(chuàng)新思維及綜合設計能力。
2 改革教學方式、方法，優(yōu)化教學手段
近年來，由于專業(yè)基礎課學時受到不同程度的核酰所以在有限的課堂教學時間內(nèi)，教師基本需“滿堂灌”才能完成教學計劃，學生完全是被動地接受。這種單一的灌輸式填鴨式教學方式，嚴重束縛了學生的創(chuàng)新意識。為改進這種現(xiàn)狀，機械原理課堂教學過程中加強啟發(fā)式、討論式及案例式等先進教學方式的應用[3]，并借助現(xiàn)代信息技術，采用“多媒體課件+黑板+教具”三位一體的教學手段，強化大學生進行自主學習和自我教育的能力，培養(yǎng)學生的創(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”三位一體的教學手段，充分發(fā)揮各自優(yōu)勢，提高教學質量。首先，采用多媒體教學不僅能節(jié)省板書時間，而且可根據(jù)教材內(nèi)容，將文字、圖片、聲音、動畫等結合起來，使教學更形象、生動，激活課堂氣氛，提高學習效果。特別是機構的運動等一些難以用語言來描述的教學內(nèi)容，采用多媒體教學具有突出的優(yōu)勢。其次，將一些機構的實物模型和教學用具帶入課程輔助教學，使原本枯燥、抽象的教學難點變得形象生動。比如在講授齒輪時，將齒輪模型帶入課堂，針對實物進行講解，學生更容易接受[4]。最后，教學過程中，授課教師也要注意板書教學的合理運用。講解課程習題的具體運算過程時，使用板書教學效果更好。比如用矢量方程圖解法求解機構的速度和加速度時，采用板書教學，雖然耗時，但教學效果好。
3 構建分段實踐教學模式
構建以培養(yǎng)學生的工程實踐和創(chuàng)新能力為目標的分段實踐教學體系[5]，主要包括實驗教學、課程設計和科技創(chuàng)新三部分[6]，如圖2所示。實驗教學除包括“機構運動簡圖測繪”“齒輪參數(shù)測定”等一些驗證性實驗外，增設開放性實驗室，學生可利用課余時間在實驗室進行機械創(chuàng)新設計；課程設計中鼓勵學生采用計算機進行輔助設計及三維建模、分析、優(yōu)化，并動手制作實物樣機模型，以提高他們的綜合分析能力及實踐能力；以機械創(chuàng)新大賽和工程訓練綜合能力競賽為契機，積極鼓勵學生參加各級各類競賽，激發(fā)他們的學習積極性、主動性和創(chuàng)造性。
（1）增設開放式實驗，構筑學生創(chuàng)新實踐平臺。
把示范性、驗證性的實驗，變?yōu)樵O計型、綜合型的實驗，并實行開放式教學，為學生進行科技制作提供必要的工作條件[7]。在W院現(xiàn)有大學生科創(chuàng)中心的示范作用下，爭取創(chuàng)建機械創(chuàng)新設計實驗室，組建機械創(chuàng)新小組、機械設計小組等。
（2）改革課程設計，鼓勵學生創(chuàng)新。
對“機械原理”課程設計的題目、內(nèi)容及考核方法進行改革，探索基于項目形式的課程設計教學模式[8]。課程設計過程中，以學生為主，教師只做適當?shù)囊龑?；課程設計成果也不再局限于設計說明書和圖紙，鼓勵學生采用計算機軟件（比如Pro/E、3Dmax、UG等三維設計軟件）設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行模擬仿真。
（3）以機械創(chuàng)新大賽為契機，強化學生創(chuàng)新能力。
積極鼓勵并組織學生參與各種機械創(chuàng)新大賽，如國家機械創(chuàng)新大賽、省機械創(chuàng)新大賽、校機械創(chuàng)新大賽，使學生在競賽中鍛煉交流，有意識地更新和夯實基礎知識，培養(yǎng)學生的自主意識和創(chuàng)新能力。同時，學院也制定了相關政策，鼓勵學生參與到教師的科研項目中，學習教師在科學研究過程中的經(jīng)驗與成果，以強化學生的工程意識和工程素質，并通過幫助教師解決實際問題，鍛煉學生的工程能力和創(chuàng)新能力。實踐證明，讓學生參與各項科技創(chuàng)新競賽是培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力的最有效途徑。機電學院的學生在近幾年的國家級、省級機械創(chuàng)新設計大賽中均獲得較好的成績：第四屆“機械創(chuàng)新”比賽全國總決賽二等獎；第五屆“機械創(chuàng)新”比賽廣東省賽二等獎3項；第六屆“機械創(chuàng)新”比賽廣東省賽二等獎3項。
4 加強基礎作業(yè)，增加課程小論文
機械原理教學過程中除完成常規(guī)習題作業(yè)外，適當布置幾篇小論文。例如：在講授機械原理緒論部分涉及到機械發(fā)展的歷史，雖然這不是機械原理課程的核心內(nèi)容，但了解機械發(fā)展的歷史對學生進一步學習相關課程是有幫助的，故該部分內(nèi)容可布置相應的課程論文。讓學生完成課程小論文，一方面可培養(yǎng)學生撰寫科技論文的能力，另一方面又能夠使學生從被動學習轉化為主動學習，學生在進行相關資料檢索、整理、分析的過程中，既加深了對機械原理課程的了解，又能從中體會到機械原理課程的奧妙與樂趣，從而激發(fā)學生學習的興趣。
5 加強創(chuàng)新型師資建設，促進創(chuàng)新型人才培養(yǎng)
俗話說“嚴師出高徒”，所以，創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)關鍵在教師，只有建立一支創(chuàng)新型指導教師隊伍，才能培養(yǎng)出合格的創(chuàng)新人才。本著“請進來，走出去”的原則，建立專任教師和兼職教師相結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)驗的工程技術人員出任兼職教師，開設專題講座，講授專業(yè)概論、學科前沿，指導學生實踐實習、課程設計和畢業(yè)設計等教學環(huán)節(jié)。另一方面，更為重要的是制定相關激勵政策，鼓勵教師主持參與教研和科學項目研究，組織教師到企事業(yè)單位或科研院所學習、培訓、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生，進而激發(fā)起學生們的創(chuàng)新精神和創(chuàng)新欲望。只有教師的教學能力和創(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，促進創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)。
6 結語
《機械原理》課程在培養(yǎng)學生機械綜合設計能力、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”三位一體的教學手段，保證教學效果。以機電學院大學生科技創(chuàng)新中心為紐帶，鼓勵學生參加各級各類大學生科技創(chuàng)新競賽；鼓勵學生參與教師的教學和科研項目，以多元化的實踐模式促進學生工程實踐能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。以校外大學生實踐教學基地為依托，加強創(chuàng)新型師資建設，開展創(chuàng)新性教育，提高學生運用現(xiàn)代科學技術解決工程實際問題的能力和實踐動手能力，促進創(chuàng)新型人才培養(yǎng)。
參考文獻
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根據(jù)國家機械設計制造及其自動化專業(yè)畢業(yè)培養(yǎng)標準中對畢業(yè)能力要求之4“具有設計機械系統(tǒng)、部件的能力”要求，整合現(xiàn)有教學內(nèi)容，形成了基礎知識遞增和設計能力遞進的機械設計類課程教學環(huán)節(jié)結構。其中先修課程包括數(shù)學類、工程力學、機械制圖、公差與技術測量等基礎課和專業(yè)基礎課。為達到“具有設計機械系統(tǒng)、部件的能力”的畢業(yè)要求，設計了課程教學及課內(nèi)實驗、基礎設計能力培養(yǎng)、創(chuàng)新設計能力培養(yǎng)三個能力遞進培養(yǎng)環(huán)節(jié)。
2機械設計類課程教學及課內(nèi)實驗
課程教學及課內(nèi)實驗教學環(huán)節(jié)分為機械原理和機械設計兩個部分，每部分。含課內(nèi)實驗，課程內(nèi)容及培養(yǎng)目標如下：機械原理課程是一門培養(yǎng)學生機械機構運動設計與分析的技術基礎課，主要研究機構的結構分析、運動分析和動力分析，常用機構設計的基本理論和方法，機械系統(tǒng)傳動方案的規(guī)劃與設計，其主要任務是培養(yǎng)學生：第一，理論聯(lián)系實際的學風，設計實踐能力和創(chuàng)新精神。第二，掌握機構運動方案設計的能力。第三，具有機械系統(tǒng)運動簡圖的繪制，計算機輔助機構分析和設計的能力。機械原理實驗教學是機械原理課程教學中的實踐環(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，使學生進一步加深對課堂教學內(nèi)容的理解。通過增設一些綜合性、設計性實驗，培養(yǎng)學生基本知識、基礎理論與實際項目需求的理論知識應用能力，同時培養(yǎng)學生創(chuàng)新意識和能力。通過設立較多的選修實驗，促進學生的個性發(fā)展。機械設計課程是一門培養(yǎng)學生機械設計能力的技術基礎課，在教學內(nèi)容方面著重掌握機械設計的基本知識、基本理論、基本方法和創(chuàng)新思維，通過對本課程的學習，使學生掌握常用機構和機器中各種通用零件的基本理論和基本知識，初步具有機械結構方面的分析、設計能力，同時注意培養(yǎng)學生正確的設計思想和嚴謹?shù)墓ぷ髯黠L。機械設計實驗教學通過設立部分驗證性實驗，使學生進一步加深理解課堂教學的內(nèi)容；通過設立一些綜合性、設計性實驗，培養(yǎng)學生理論聯(lián)系實際的能力及機械結構設計的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力；通過強調(diào)學生參與實驗的全過程，培養(yǎng)學生的動手操作能力；通過設立較多的選做實驗，滿足學生的求知欲，促進學生的個性發(fā)展。
3基礎設計能力培養(yǎng)
機械設計課程設計是機械設計基礎類課程的重要實踐性環(huán)節(jié)，通過對機械傳動裝置和簡單機械的設計，使學生綜合運用機械設計課程和其他先修課程的理論和實際知識，熟悉機械設計的一般規(guī)律，掌握機械通用零部件及簡單機械的設計理論及設計方法。培養(yǎng)學生理論聯(lián)系實際的正確設計思想，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)設計和以后從事工程設計工作打下良好的基礎。課程的教學目的：第一，學習機械設計的一般方法、步驟，掌握機械設計的一般規(guī)律。第二，學會從機器的功能要求出發(fā)，合理選擇傳動機構的類型，制定傳動設計方案，正確計算零件的工作能力，確定它的結構、形狀、尺寸及材料，并考慮制造工藝、使用、維護、經(jīng)濟和安全等問題，培養(yǎng)機械設計能力。第三，進行機械設計基本技能訓練，例如計算、繪圖，運用標準、規(guī)范、手冊、圖冊和設計資料，以及使用經(jīng)驗數(shù)據(jù)和處理數(shù)據(jù)等。第四，通過編寫設計說明書，提高學生文字表達能力，掌握撰寫技術文件的有關要求；培養(yǎng)學生運用計算機撰寫論文的能力。第五，訓練學生用CAD繪圖的能力。機械綜合課程設計是形成機械裝備設計能力的重要實踐性教學環(huán)節(jié)。內(nèi)容以車床或銑床的主傳動系統(tǒng)設計為主線，以所學過的機械制造裝備的基礎知識為支撐，完成主傳動系統(tǒng)設計、操縱裝置布置、工程分析計算等環(huán)節(jié)的訓練。其目的是在相關先修課程學習后，進行機械結構設計綜合訓練，使學生掌握機械系統(tǒng)分析和設計的基本步驟和方法，培養(yǎng)和鍛煉學生綜合運用所學知識解決實際工程問題的能力。
4創(chuàng)新設計能力培養(yǎng)
學生創(chuàng)新設計能力培養(yǎng)包括機械產(chǎn)品創(chuàng)新設計與仿真和機械創(chuàng)新設計與制作兩個環(huán)節(jié)：機械產(chǎn)品創(chuàng)新設計與仿真是學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，在學院的統(tǒng)一命題下完成一項任務。提高學生自主學習、問題求解、團隊協(xié)作、項目管理、綜合創(chuàng)新等方面的能力和素質。機械創(chuàng)新設計與制作是結合學生已有的知識儲備，充分發(fā)揮學生的創(chuàng)新設計思維，通過機構綜合模擬現(xiàn)實自然界生物的動作行為，并輔以相應的控制系統(tǒng)達到機構的協(xié)調(diào)運動。在教師的啟發(fā)和指導下，學生以組為單位自主地進行相關內(nèi)容科技文獻檢索、方案設計、虛擬仿真、繪制加工圖紙、撰寫設計說明書并進行答辯，通過工程實踐培養(yǎng)學生靈活運用所學機械設計知識的能力。
5結論
關鍵詞 工程訓練；教學體系；訓練模塊；工程能力
中圖分類號 G420 文獻標識碼 A 文章編號 1008-3219（2013）20-0032-03
工程訓練是高校理工科學生工程實踐能力與創(chuàng)新素質培養(yǎng)不可或缺的重要環(huán)節(jié)，許多高校不僅設置了工程訓練課程，而且為了確保教學質量，建設高質量工程訓練中心，開展工程訓練模式研究。浙江工商大學十分重視理工科學生工程能力的培養(yǎng)，從2007級開始，食品科學與工程、生物工程等專業(yè)在已有《金工實習》課程的基礎上，增設1學分《工程訓練》課程（必修）。工程訓練是以培養(yǎng)學生工程實踐能力和工程創(chuàng)新素質為目標、以適應現(xiàn)代社會工程技術發(fā)展需求而安排的實踐教學環(huán)節(jié)。構建工程訓練課程教學體系，既無成熟經(jīng)驗可借鑒，也缺少系統(tǒng)的理論指導，只能在實踐中摸索創(chuàng)新。
一、工程訓練課程教學體系的構建原則
（一）適應專業(yè)特點與培養(yǎng)目標要求
每個專業(yè)都有培養(yǎng)計劃，不同專業(yè)培養(yǎng)目標存在差異。因此，必須區(qū)分理工科專業(yè)類型，構建與此相適應的工程訓練體系。
按專業(yè)特點，理工科專業(yè)類型可以劃分為機械類、電氣類和非機非電應用型工程類。其中，機械類專業(yè)畢業(yè)生主要從事各種機械設備的設計制造工作，其工程訓練課程是以數(shù)控加工訓練為主體[1]；電氣類專業(yè)畢業(yè)生主要從事各種電氣設備的設計制造工作，其工程訓練課程主要內(nèi)容是電工電氣實訓[2]，安排電子、電工、過程控制、機電一體化等實訓項目。目前一些高校的工程訓練體系還不盡合理，偏向性明顯，導致機械類專業(yè)學生沒有電氣、自動化方面的應用技能，電氣類專業(yè)學生不懂得機械設備方面知識。這會造成學生部分能力缺失，限制學生今后發(fā)展。
非機非電應用型工程類專業(yè)較多，如食品科學與工程等專業(yè)，畢業(yè)生雖然不在機電設備設計和制造崗位就業(yè)，但他們也需要具備一定的機電、自動化方面的基礎知識和基本技能，如機電基礎知識和儀器設備的使用維護技能，以勝任技術開發(fā)、應用研究、測試分析等工作。因此，該類專業(yè)的工程訓練，應安排機電、自動化等方面的技能訓練。目前部分高校走折中路線，按機械、電氣等模塊[3][4] 構建課程體系。
（二）滿足學生各階段能力培養(yǎng)需求
學生從入學到畢業(yè)，工程實踐能力與素質的培養(yǎng)應貫穿始終，根據(jù)不同學習階段安排相應的訓練內(nèi)容，使其獲得不同層次的工程能力。工程訓練可以分為工程基礎訓練與工程專業(yè)訓練兩個階段。低年級階段適合安排工程基礎訓練，盡管他們不熟悉或不具備專業(yè)知識與技能，但通過公共基礎或專業(yè)基礎課程的學習，可獲得一些工程基本知識，如果再安排相應的基本技能訓練，既能鞏固所學知識，深化工程觀念，又可以為高年級階段的學習儲備工程知識和技能，有利于專業(yè)課程學習和專業(yè)能力的培養(yǎng)，所以應單獨設課進行全方位訓練。高年級階段可以安排工程專業(yè)訓練，通過專業(yè)課程、專業(yè)實驗、畢業(yè)實習、畢業(yè)設計（論文）、社會實踐、科技活動等環(huán)節(jié)使學生獲得綜合鍛煉，一般不需要單獨開設實訓課程，部分訓練內(nèi)容可安排課余時間、節(jié)假日進行。
（三）突出工程實踐動手能力的培養(yǎng)
在構建工程訓練體系時，訓練項目的選擇首先應考慮其能多大程度上提高學生實踐能力，盡量安排一些能明顯提高學生工程實踐動手能力的訓練項目；在訓練項目實施上，應精心制定訓練項目教學大綱和具體實施計劃，探索如何改進項目以增加能力培養(yǎng)的機會，最大限度發(fā)揮訓練項目的作用。
（四）貫穿工程創(chuàng)新理念
工科大學生普遍缺乏創(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?shù)姆绞椒椒?，其?chuàng)新能力就可以大幅度提高。工程訓練課程應成為激發(fā)學生創(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練體系中，在設計訓練項目時，有意識地讓學生參與一些創(chuàng)意性、設計性、綜合性訓練。
二、工程訓練課程教學體系的主要內(nèi)容
為全面培養(yǎng)學生能力，機械類專業(yè)的工程訓練體系應以先進機械加工訓練為主體，適當增加一些電氣、自動化方面的工程訓練；電氣類專業(yè)的工程訓練體系，除電氣類訓練外，增加機械加工方面的訓練。
非機非電應用型工程類專業(yè)可以構建以機械、電氣、自動化訓練為主體、多個訓練模塊集成的工程訓練體系，包括傳統(tǒng)機械加工訓練、先進機械加工訓練、手工制作拆裝訓練、電氣與自動化訓練、工程仿真模擬訓練、工程創(chuàng)新設計訓練、工程創(chuàng)新綜合訓練和工程專業(yè)訓練等，學?？筛鶕?jù)實際情況進行訓練模塊的增刪調(diào)整。
傳統(tǒng)機械加工訓練模塊。教學要求：了解傳統(tǒng)機械加工手段，完成規(guī)定零件加工?？稍诮鸸嵙曊n程中完成。教學內(nèi)容：現(xiàn)場訓練（鉗工訓練、車工訓練、刨工訓練、焊接訓練）、觀摩訓練（銑磨訓練、鑄鍛訓練）。
先進機械加工訓練模塊。教學要求：了解先進加工理念，熟悉數(shù)控加工編程指令，掌握數(shù)控加工的基本操作。教學內(nèi)容：數(shù)控車削加工訓練、數(shù)控銑削加工訓練、其他先進加工訓練。
手工制作拆裝訓練模塊。教學要求：熟悉手工制作、手工拆裝過程，掌握工具、設備的使用，進一步提高實踐動手能力。教學內(nèi)容：利用簡單設備與工具進行制作、拆裝模型、認識結構等訓練。
電氣與自動化訓練模塊。教學要求：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。教學內(nèi)容：安排電路安裝、連接、焊接訓練、自動控制、光機電一體化訓練。
工程仿真模擬訓練模塊。教學要求：掌握仿真軟件的使用。教學內(nèi)容：通過電腦仿真軟件進行工程實驗、設計與制造。
工程創(chuàng)新設計訓練模塊。教學要求：了解工程創(chuàng)新設計方法，熟悉食品工廠、化工廠的工程設計過程。教學內(nèi)容：安排創(chuàng)新設計類訓練項目。
工程創(chuàng)新綜合訓練模塊。教學要求：通過訓練培養(yǎng)創(chuàng)新能力和綜合能力。教學內(nèi)容：安排創(chuàng)意性、創(chuàng)新性、綜合性訓練項目。
工程專業(yè)訓練。教學要求： 通過訓練培養(yǎng)工程專業(yè)能力與素質。安排在高年級進行。教學內(nèi)容：安排專業(yè)實驗、專業(yè)訓練、專業(yè)實習、畢業(yè)設計（論文）、社會實踐、科研鍛煉等教學環(huán)節(jié)。
三、工程訓練課程教學體系的實施
（一）積極開發(fā)工程訓練項目
優(yōu)質訓練項目的開發(fā)是工程訓練課程教學的基礎。根據(jù)訓練模塊集成的要求，開發(fā)數(shù)控車削加工操作、數(shù)控銑加工操作、飛機模型制作、空竹制作、工業(yè)管道設備拆裝、電工基本技能綜合、電子基本技能綜合、光機電一體化生產(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)新設計、機械運動創(chuàng)新設計與機構拼裝、創(chuàng)意性手工小制作、換熱器模擬創(chuàng)新等訓練項目。
在訓練項目的具體設計上，除了讓學生得到較多的實踐機會外，還強調(diào)創(chuàng)新性和綜合性，將工程創(chuàng)新理念灌輸給學生，在訓練中要求學生有所創(chuàng)新。比如，數(shù)控銑加工操作訓練，要求學生除完成教師指定零件加工外，還要自行設計一個創(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。再如機械運動創(chuàng)新設計與機構拼裝訓練，學生除要完成給定機構的拼裝外，還要根據(jù)機構組成原理，自行創(chuàng)新設計傳動機構，完成機構拼裝，實現(xiàn)預期的機構運動。
（二）精心編制工程訓練教學文件
規(guī)范完善的教學文件是進行工程訓練課程教學的依據(jù)。在多方調(diào)研的基礎上，先后編制工程訓練課程教學大綱、各訓練模塊教學大綱、各工程訓練項目訓練指導書和詳細授課計劃，建設工程訓練選課與管理的網(wǎng)站。
（三）改善工程訓練教學條件
完備的工程訓練硬件設施是進行工程訓練課程教學的保證。為保證教學質量，學校多渠道爭取建設資金，購置訓練設備。
參考文獻：
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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）
關鍵詞：機械制造裝備設計；多元化；課程教學；創(chuàng)新能力
一、機械制造裝備設計傳統(tǒng)課程教學現(xiàn)狀及存在的主要問題
機械制造裝備設計是一門知識面廣、綜合性、實踐性很強的專業(yè)主干課，它將機床設計、夾具設計、工業(yè)自動化、工業(yè)機器人等內(nèi)容合為一門課程，構成新的課程體系[1]。隨著裝備制造業(yè)的迅猛發(fā)展，機械制造裝備設計傳統(tǒng)課程教學越來越不能滿足創(chuàng)新人才培養(yǎng)的需要，存在的主要問題如下：
1.傳統(tǒng)的課程教學內(nèi)容泛而不精，不能緊跟時代步伐，缺少新裝備、新技術和新材料方面的知識，不利于學生創(chuàng)新研究能力的培養(yǎng)。
2.傳統(tǒng)的教學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，學生被動接受。由于一部分教師自身實踐能力較弱，理論教學的效果很差，學生學習興趣不高。
3.傳統(tǒng)的課程教學中對實踐環(huán)節(jié)的重視不夠，學生缺少親自動手實踐的訓練，導致學生缺乏實踐經(jīng)驗和動手能力弱。這又反過來影響了學生對課程內(nèi)容的理解和掌握。
4.傳統(tǒng)的課程教學考核方法相對簡單，一般將平時考勤、作業(yè)和期末考試成績作為評價學生學習效果的標準。這種考核方法不能有效地激勵學生努力提高機械制造裝備設計的能力，學生只會在考前突擊背概念，無助于學生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。
基于上述問題，我院機械教研室全體老師總結多年的任教經(jīng)驗，貫徹以人為本的教育理念，將各種日益涌現(xiàn)的教學方法進行優(yōu)化組合，形成了一套機械制造裝備設計多元化課程教學模式，以彌補傳統(tǒng)課程教學模式的不足，從多角度多方位激發(fā)學生學習興趣和潛能[2]。
二、機械制造裝備設計多元化課程教學模式
以培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力為目標，通過增加專業(yè)特色內(nèi)容和學科前沿知識，優(yōu)化課程教學的內(nèi)容；通過應用多種現(xiàn)代化教學方法和增加綜合實踐環(huán)節(jié)，優(yōu)化課程教學方法；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)課程教學模式為多元化課程教學模式，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內(nèi)容
1.重視理論基礎知識
理論基礎知識不會因新裝備、新技術的產(chǎn)生而過時，堅實的理論基礎是我們一切工業(yè)生產(chǎn)活動的最根本的條件，因而是我們學習的重點。例如在講授機床設計時，金屬切削機床設計的基本理論，如機床的工作原理、幾何表面的形成原理和機床的成形運動等，是我們學習的重點。在講授夾具設計時，機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，建立了機器人創(chuàng)意實驗室。根據(jù)我院的實際情況，在工業(yè)機器人設計模塊，增加了慧魚模型教具內(nèi)容的學習，主要講述如何利用慧魚模型進行機器人的制作和控制?；埕~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”的基礎上發(fā)明的[3]?；埕~模型采用模塊化設計，可無限擴充，可反復拆裝，可逼真表現(xiàn)機械系統(tǒng)的構成和控制的過程及其控制的原理，便于對機器人原理、組成、控制的全面認識。
3.加強學科前沿知識
機械制造裝備的知識日新月異，學生畢業(yè)以后會碰到非常先進的機械制造裝備，為了緊跟時代步伐，加強學科前沿知識變得非常重要。通過請工廠一線的工程技術人員開設講座和組建學習小組，與我院老師一起申報學生科研立項等方式，了解最新的機械制造裝備動態(tài)，主動參與學科科研研究，激發(fā)學生學習的興趣和主動性，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力。
（二）開展多元化的課程教學模式
課程教學由理論教學環(huán)節(jié)和實踐教學環(huán)節(jié)組成。傳統(tǒng)的機械制造裝備設計課程教學，在理論教學環(huán)節(jié)上，以教師的“填鴨式”教學為主，而且授課內(nèi)容重點不突出；在實踐教學環(huán)節(jié)上，認識上輕視實踐教學環(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模式有：
1.啟發(fā)式理論教學模式
機械制造裝備設計的教學內(nèi)容非常多，如果照本宣科地講，不僅老師和學生很累，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，引導學生獨立思考，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，提高學生自主學習的能力，有利用創(chuàng)造性思維的培養(yǎng)。例如在機床夾具設計模塊，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？學生互相討論的結果，可能認為八仙桌用四條腿比較穩(wěn)。這時可以進一步問這是一種什么定位方式？過定位！通過啟發(fā)式教學，同學們對于過定位的優(yōu)點有了很直觀的認識：過定位可以提高穩(wěn)定性。
2.課程網(wǎng)站式理論教學模式
機械制造裝備設計的教學內(nèi)容非常豐富，為了調(diào)動學生課外學習的積極性，我們在學校校園網(wǎng)的天空教室處，建立了機械制造裝備設計的課程網(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，還有大量擴充的資料，比如典型機床傳動系統(tǒng)與結構動態(tài)演示flas、加工中心刀庫及換刀動作等視頻資料、組合機床夾具方案圖庫、慧魚模型作品展示，學生科技作品圖片及PPT等。課程網(wǎng)站還進行網(wǎng)上作業(yè)布置與批改，遠程作業(yè)輔導與討論，并設有習題庫，方便學生自我學習與提高。課程網(wǎng)站式理論教學模式有效緩解了目前教學內(nèi)容多，而課時相對不足的矛盾，促進了學生對機械制造裝備課程內(nèi)容廣度和深度的拓展。
3.雙語教學式理論教學模式
雙語教學既可以讓學生掌握扎實的專業(yè)知識，又較好地提高專業(yè)英文閱讀和寫作能力[4]。目前我們學校與英國南威爾士大學合作辦學，辦有機械設計制造及其自動化專業(yè)3+1國際班，前3年在我校學校，最后1年在南威爾士大學學習。為了適應新的發(fā)展需要，開展雙語教學變得非常迫切。目前，對國際班學生，我們制作了雙語教學的多媒體課件進行理論教學；請南威爾士大學的教授和我院英文水平高的教授做學科前沿的專題英文報告；要求學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模塊內(nèi)容相關的題目，并要求學生針對自己的論一個PPT，在課堂進行陳述。雙語教學開拓了學生的視野，提高了學生的英文閱讀寫作能力和口語表達能力，為學生以后的發(fā)展奠定了很好的基礎。
4.綜合創(chuàng)新型實踐教學模式
我院結合工業(yè)機器人設計教學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，為學生提供廣闊的思維空間，提高動手能力，激發(fā)學生學習興趣、提高學生學習積極性，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力?；埕~模型綜合創(chuàng)新實踐平臺包括機械構件、電氣構件、氣動構件、傳感器、電腦控制器和配套計算機應用軟件。以全國大學生機械創(chuàng)新設計大賽主題為創(chuàng)新設計的選題方向，學生自己利用慧魚模型綜合創(chuàng)新平臺，搭建自己的機器人來完成創(chuàng)新設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，學生不僅更好地理解和掌握了課堂知識，而且應用所學知識解決實際問題的能力大大增強，提高了學生的綜合創(chuàng)新思維能力，也提升了機械制造裝備設計實踐教學的質量。
5.基于項目驅動的科研創(chuàng)新型實踐教學模式
項目驅動教學法來源于構建主義學習理論，是實施探究式教學模式的一種教學方法[5]。基于項目驅動的科研創(chuàng)新型實踐教學模式是以科研項目為載體，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新實踐能力。這一教學模式尤其適合對科研有興趣的同學。在實踐教學過程中，按照自愿和優(yōu)勢互補的原則，將有科研興趣的同學每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，教師負責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，報學校的學生科技立項。有了一定的經(jīng)費支持，以項目為載體，在指導老師的幫助下，充分激發(fā)學生的學習熱情和興趣，充分培養(yǎng)了學生的創(chuàng)造力、獨立分析和解決問題的能力以及小組組員間的團隊合作能力。
（三）多元化的課程教學考核手段
多元化的機械制造裝備設計課程教學考核手段，有利于調(diào)動學生學習的興趣和積極性，有利于提高學生自我學習的意識和能力，有利于學生個性的培養(yǎng)和發(fā)展，從而提高了學生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力，結合我院課程教學情況，對課程教學考核分為五大類：
1.日常課堂教學考核
日常課堂教學考核從上課出勤、課堂問題回答，課堂討論，課后作業(yè)等方面進行綜合評定，按百分制給出分數(shù)。日常課堂教學考核，重點考查學生上課的紀律性、討論的積極性和創(chuàng)造性、學習的認真程度等。
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、課堂陳述等方面進行綜合評定，按百分制給出分數(shù)。英文論文大作業(yè)考核，重點考查學生英文檢索的能力，英文寫作的能力和英語的口語表達能力等。
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、實踐報告等方面進行綜合評定，按百分制給出分數(shù)。綜合創(chuàng)新型實踐考核，重點考查學生的創(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，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)新性和先進性、實踐裝置、方法的合理性、實踐結果的實用性，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，可推薦參加各類競賽，在學校獎學金評定中得到加分，甚至直接參與教師的科研項目。
5.期末考試考核
機械制造裝備設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知識題、綜合實踐分析題和考查學生創(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，提高學生對實踐環(huán)節(jié)的重視程度，提高理論知識應用于實踐的能力。
三、結語
機械制造裝備設計多元化課程教學模式是一種新的課程教學模式。這種模式通過利用課堂啟發(fā)式教學、課程網(wǎng)站教學，雙語教學、綜合創(chuàng)新型實踐教學和基于項目驅動的科研創(chuàng)新型實踐教學，整合了多種教學要素，解決了傳統(tǒng)課程教學模式中存在的問題。這種模式通過建立多元化的課程教學考核手段，大大激發(fā)了學生學習的積極性和主動性，提高了學生分析問題和解決問題的能力，促進了學生創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力的發(fā)展。通過教學與科研的結合，重視學生科研素質的培養(yǎng)，提高了學生的綜合能力。
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應用型本科教育是以培養(yǎng)知識、能力和素質全面協(xié)調(diào)發(fā)展，具有較強的實踐能力和創(chuàng)新精神，面向生產(chǎn)、建設、管理等一線的高級應用型人才為目標定位的高等教育[1]。發(fā)展應用型本科教育，既是我國經(jīng)濟社會發(fā)展的要求，也對高等教育大眾化進程起到了積極的促進作用。我校依據(jù)應用型的辦學定位和區(qū)域經(jīng)濟的發(fā)展需求，以“大應用觀、大工程觀”為引領確立了應用型專業(yè)人才培養(yǎng)目標，構建了新的人才培養(yǎng)方案?！稒C械制造技術基礎》課程是機械類各專業(yè)一門重要的專業(yè)基礎課程，課題組根據(jù)學校教學改革精神及機械類專業(yè)應用型人才的培養(yǎng)目標要求，對課程在理論教學與生產(chǎn)實際相結合、課程知識與實踐創(chuàng)新相融合、教學改革與資源建設相結合等方面進行了研究與實踐探索，取得了顯著的效果。
一、將理論教學與生產(chǎn)實際相結合
應用型本科教育的課程體系具有其特點，它不是建立在學科體系上而是以技術體系為依據(jù)的課程內(nèi)容體系[2]。在“厚基礎、重實踐、能創(chuàng)新、高素質”目標指導下，強調(diào)理論的應用性與技術的先進性。該課程的教學內(nèi)容與制造企業(yè)的生產(chǎn)實際密切相關，它主要介紹機械產(chǎn)品的生產(chǎn)過程及生產(chǎn)活動的組織、機械加工方法、機械加工過程及其系統(tǒng)。為了滿足機械類應用型人才的培養(yǎng)目標要求，教學內(nèi)容體系以實際工程為背景，以機械制造工藝過程為主線，從機床、刀具到夾具設計、工藝制訂、加工裝配，均要符合企業(yè)技術體系和實際流程。教學內(nèi)容強調(diào)基本理論、基礎知識與工程應用的有機結合，根據(jù)徐州的地緣優(yōu)勢，引入了工程機械零件如油缸、殼體等零件的加工工藝，并注重經(jīng)典知識與新技術相結合，保證了教學內(nèi)容的先進性。
面向應用型工程人才的培養(yǎng)，專業(yè)理論以“夠用”為度，強化案例教學，突出實用性。對課堂活動應精心設計和組織，課程各章節(jié)以案例導入、問題導向，充分激發(fā)學生的學習興趣。講授中采用置疑討論、交流互動等啟發(fā)式教學方法，引導學生積極思考、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，有助于課堂教學質量的提高。對于卓越班采用小班授課，更易于師生交流互動、翻轉課堂，強化了對學生分析解決問題能力的培養(yǎng)。
教學中靈活運用多媒體課件、實物教具等輔助教學手段，可顯著提高課堂教學效果。對多媒體課件要精心設計，合理選用動態(tài)仿真、現(xiàn)場視頻、3D模型等，創(chuàng)設教學情境，豐富信息量，使學生學習的積極性更高。如講解機床結構和傳動系統(tǒng)時，若采用機床剖切圖或錄像進行教學的話，學生難以看清楚機床內(nèi)部結構，教學效果不理想。為此課題組基于Pro/E軟件建立了CA6140機床的3D模型并進行了運動仿真，課堂教學中可演示機床每個部件的構成、空間位置關系、傳動系統(tǒng)特點等，非常直觀形象，使學生能深入理解并掌握知識要點，增強了課程學習的趣味性。充分利用多種教具和現(xiàn)場教學，形象直觀，可促使理論與實踐有機結合。如講解車刀和鉆、擴、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、磨平機等帶進課堂，對照實物講解刀具幾何角度、現(xiàn)場在鋁板上進行鉆孔、攻絲、對板件進行磨邊、拋光等[3]，并在課間和課后現(xiàn)場指導學生進行試加工，增強學生對機加工工藝的感性認識。
課后除布置思考題和作業(yè)，安排習題課及作業(yè)講評，鞏固課堂所學知識外，充分運用網(wǎng)絡課程教學平臺開辟第二課堂，實現(xiàn)師生網(wǎng)上交流與互動，引導學生挖掘和利用網(wǎng)絡中與教學內(nèi)容相關的信息資源，在牢固掌握課程知識的基礎上，培養(yǎng)學生信息收集、辨別及合理利用的意識，不斷提升學生的綜合能力。課程設計以選擇企業(yè)案例中的典型零件為對象，增強了課程設計的真實性[4]。設計任務包括繪制零件圖、毛坯圖，編制零件機械加工工藝卡、工序卡，繪制夾具裝配圖和撰寫設計說明書等，進行綜合訓練。設計手段由二維設計逐漸向三維設計、裝配過渡，以培養(yǎng)學生創(chuàng)新設計和工程實踐能力。為保證課程設計質量，指導教師組成答辯小組，對每個學生進行答辯，從圖紙、說明書、對知識的掌握程度等方面嚴格把關。生產(chǎn)實習環(huán)節(jié)集中在中國一拖集團有限公司等企業(yè)進行，學校與企業(yè)結合共同培養(yǎng)機械類應用型人才。為保證實習效果，實施“企業(yè)導師講解+校內(nèi)導師講解+分組討論+教師總結+撰寫實習報告”的實習模式。企業(yè)導師講解之后，校內(nèi)導師必須將重點問題逐個講解，各分廠實習結束后在非生產(chǎn)區(qū)分組討論，補充完善實習日記及實習報告。
二、將課程知識與實踐創(chuàng)新相融合
對機械類應用型人才不僅要強化工程實踐能力的培養(yǎng)，更要注重對學生科技創(chuàng)新意識的培養(yǎng)[5]。課題組教師積極指導學生參與科研課題、課外科技活動等創(chuàng)新活動，組織學生參加國家、省市等各大賽事，以培養(yǎng)和提高學生的實踐創(chuàng)新能力。對于本課程教學中的難點和學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學生進行研究，設計了基于單片機集語音、動作、視頻為一體的多功能動態(tài)刀具幾何角度演示裝置，獲得了全國大學生機械創(chuàng)新設計大賽二等獎，獲江蘇省大學生機械創(chuàng)新設計大賽一等獎，并授權發(fā)明專利。這既解決了教學難題，又鍛煉了學生的創(chuàng)新設計能力。針對課程中刀具切削溫度的知識點，教師指導學生開發(fā)了基于紅外測溫技術的刀具溫度測量裝置等，既鍛煉了學生的創(chuàng)新能力，也具有很好的應用效果。課題組教師鼓勵學生積極申報各類大學生實踐創(chuàng)新訓練計劃項目，指導學生將課程和生活中的有關技術問題進行提煉，并通過創(chuàng)新項目加以解決。指導學生進行科技論文寫作和專利申報，培養(yǎng)其科學素養(yǎng)。實踐表明，對學生科學素質的培養(yǎng)，能有效地促進學生創(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，指導學生完成了國家級、省級實踐創(chuàng)新訓練項目3項，指導學生發(fā)表學術論文2篇，獲批發(fā)明專利和實用新型專利3項。指導學生獲得第四屆、第五屆“浩辰杯”華東區(qū)大學生CAD應用技能競賽中獲一等獎2項、二等獎6項。指導學生獲省級優(yōu)秀畢業(yè)設計三等獎1項、校級優(yōu)秀畢業(yè)設計獎2項。
三、將教學改革與資源建設相結合
圍繞機械類應用型人才的教學目標要求深入開展課程教學改革，促進了課程資源的建設。課題組根據(jù)機械類應用型人才的培養(yǎng)目標要求，結合工程實際合理安排課程內(nèi)容體系，強化案例教學，主編出版了機械類創(chuàng)新應用型人才培養(yǎng)規(guī)劃教材《機械制造技術基礎》，已在省內(nèi)外多所院校中推廣使用，受到了大家的好評。應用型人才的培養(yǎng)更加注重學生工程實踐能力的提高。我校不但增加了實踐類課程的學分比重，也調(diào)整了實踐教學內(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)一線實景教學取代傳統(tǒng)的實驗室模擬教學。教師積極主持、參與實踐實驗教學設計，指導學生參與實驗室建設等實踐活動，收到了顯著成效。如指導“夾具拆裝與調(diào)整”實驗時，選拔一些學生參加機床夾具的設計制作項目，充實實驗室資源建設。學生利用課外時間完成夾具設計、工藝制訂、加工裝配等，制作完成機床夾具實驗裝置2套。在整個項目過程中將設計（3D建模、裝配、仿真，標準查詢，標準件選型，材料選擇）、繪制工程圖、工藝制訂、機械加工（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，使學生實際工程能力得到明顯提升。
摘要：在機械設計中引入CAD技術,可以解決機械企業(yè)中重復性設計多、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)濟效益和應用前景。
關鍵詞：機械設計；CAD技術
1CAD技術的發(fā)展
CAD(ComputerAidedDesign)是計算機輔助設計的英文縮寫，是利用計算機強大的圖形處理能力和數(shù)值計算能力，輔助工程技術人員進行工程或產(chǎn)品的設計與分析，達到理想的目的，并取得創(chuàng)新成果的一種技術。自1950年計算機輔助設計（CAD）技術誕生以來，已廣泛地應用于機械、電子、建筑、化工、航空航天以及能源交通等領域，產(chǎn)品的設計效率飛速地提高?，F(xiàn)已將計算機輔助制造技術（Com-puterAidedManufacturing，CAM）和產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理技術（ProductDataManagement，PDM）及計算機集成制造系統(tǒng)（ComputerItegratedmanufacturingsystem，CIMS）集于一體。
產(chǎn)品設計是決定產(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)展成為結合人工智能技術的智能CAD系統(tǒng)（ICAD）(IntelligentCAD)。21世紀，ICAD技術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能力。
以智能CAD（ICAD）為代表的現(xiàn)代設計技術、智能活動是由設計專家系統(tǒng)完成。這種系統(tǒng)能夠模擬某一領域內(nèi)專家設計的過程，采用單一知識領域的符號推理技術，解決單一領域內(nèi)的特定問題。該系統(tǒng)把人工智能技術和優(yōu)化、有限元、計算機繪圖等技術結合起來，盡可能多地使計算機參與方案決策、性能分析等常規(guī)設計過程，借助計算機的支持，設計效率有了大大地提高。
2三維CAD技術在機械設計中的優(yōu)點
通過實際應用三維CAD系統(tǒng)軟件,筆者體會到三維CAD系統(tǒng)軟件比二維CAD在機械設計過程中具有更大的優(yōu)勢,具體表現(xiàn)在以下幾點:
2.1零件設計更加方便
使用三維CAD系統(tǒng),可以裝配環(huán)境中設計新零件,也可以利用相鄰零件的位置及形狀來設計新零件,既方便又快捷,避免了單獨設計零件導致裝配的失敗。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)部的裝配結構。整個機器裝配模型完成后還能進行運動演示,對于有一定運動行程要求的,可檢驗行程是否達到要求,及時對設計進行更改,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縮短了機械設計周期
采用三維CAD技術,機械設計時間縮短了近1/3,大幅度地提高了設計和生產(chǎn)效率。在用三維CAD系統(tǒng)進行新機械的開發(fā)設計時,只需對其中部分零部件進行重新設計和制造,而大部分零部件的設計都將繼承以往的信息,使機械設計的效率提高了3~5倍。同時,三維CAD系統(tǒng)具有高度變型設計能力,能夠通過快速重構,得到一種全新的機械產(chǎn)品。
2.4提高機械產(chǎn)品的技術含量和質量
由于機械產(chǎn)品與信息技術相融合,同時采用CADCIMS組織生產(chǎn),機械產(chǎn)品設計有了新發(fā)展。三維CAD技術采用先進的設計方法,如優(yōu)化、有限元受力分析、產(chǎn)品的虛擬設計、運動方針和優(yōu)化設計等,保證了產(chǎn)品的設計質量。同時,大型企業(yè)數(shù)控加工手段完善,再采用CAD/CAPP/CAM進行機械零件加工,一致性很好,保證了產(chǎn)品的質量。
3CAD技術在機械設計中的應用
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,可通過對其進行結構分析,將其分解成若干基本體,對基本體進行三維實體造型,之后再對其進行交、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,導致成型困難。所以,僅有基本體系還不能完全滿足機器零件三維實體造型的要求。為此,可在二維幾何元素構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得到新的“基本體”,進而通過交、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。在零件實體構造完成后,利用機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進行“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
隨著科學技術的不斷發(fā)展,制造行業(yè)的生產(chǎn)技術不斷提高,從普通機床到數(shù)控機床和加工中心,從人工設計和制圖到CAD/CAM/CAE,制造業(yè)正向數(shù)字化和計算機化方向發(fā)展。同時,模具CAD/CAM技術、模具激光快速成型技術(RPM)等,幾乎覆蓋了整個現(xiàn)代制造技術。
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。這些模塊應以工程數(shù)據(jù)庫為基礎,進行統(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機械CAE軟件的應用
機械CAE系統(tǒng)的主要功能是:工程數(shù)值分析、結構優(yōu)化設計、強度設計評價與壽命預估、動力學/運動學仿真等。CAD技術在解決造型問題后,才能由CAE解決設計的合理性、強度、剛度、壽命、材料、結構合理性、運動特性、干涉、碰撞問題和動態(tài)特性等。
4CAD前沿技術與發(fā)展趨勢
4.1圖形交互技術
CAD軟件是產(chǎn)品創(chuàng)新的工具,務求易學好用,得心應手。一個友好的、智能化的工作環(huán)境可以開拓設計師的思路，解放大腦，讓他把精力集中到創(chuàng)造性的工作中。因此,智能化圖標菜單、“拖放式”造型、動態(tài)導航器等一系列人性化的功能，為設計師提供了方便。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也正在研究之中。
4.2智能CAD技術
CAD/CAM系統(tǒng)應用逐步深入,逐漸提出智能化需求.設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。智能設計在運用知識化、信息化的基礎上，建立基于知識的設計倉庫,及時準確地向設計師提品開發(fā)所需的知識和幫助,智能地支持設計人員，同時捕獲和理解設計人員意圖、自動檢測失誤，回答問題、提出建議方案等。并具有推理功能,使設計新手也能做出好的設計來,現(xiàn)代設計的核心是創(chuàng)新設計,人們正試圖把創(chuàng)新技法和人工智能技術相結合應用到CAD技術中,用智能設計、智能制造系統(tǒng)去創(chuàng)造性指導解決新產(chǎn)品、新工程和新系統(tǒng)的設計制造,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
虛擬現(xiàn)實技術在CAD中已開始應用,設計人員在虛擬世界中創(chuàng)造新產(chǎn)品,可以從人機工程學角度檢查設計效果,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)品結構空間布局中的干涉和運動機構的碰撞等問題,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的過程.虛擬制造用虛擬原型取代物理原型進行加工、測試、仿真和分析,以評價其性能,可制造性、可裝配性、可維護性和成本、外觀等,基于虛擬樣機的試驗仿真分析,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技術在電子商務時代繼續(xù)發(fā)展的一個重要方向.另外,隨著協(xié)同技術、網(wǎng)絡技術、概念設計面向產(chǎn)品的整個生命周期設計理論和技術的成熟和發(fā)展,利用基于網(wǎng)絡的CAD/CAPP/CAM/PDM/ERP集成技術,實現(xiàn)真正的全數(shù)字化設計和制造,已成為機械設計制造業(yè)的發(fā)展趨勢。
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關鍵詞：綜合課程設計；創(chuàng)新能力；機構創(chuàng)意拼接
為適應社會對創(chuàng)新型和復合型人才的需求，機械專業(yè)的課程體系和培養(yǎng)模式不斷改進。電子科技大學在機械設計制造及自動化專業(yè)開設了綜合課程設計課程，是一門以培養(yǎng)機械專業(yè)學生的創(chuàng)新思維和提高學生的創(chuàng)新設計能力為目的實踐類課程，該門課程體現(xiàn)了專業(yè)基礎知識和現(xiàn)代設計方法、三維建模軟件和工程分析軟件的結合。
機構創(chuàng)意拼接實驗為學生提供將設計理念轉變成簡易機構的平臺，學生在平臺上體驗從搭接、驗證、調(diào)試、改進到確定設計方案的過程，改變了傳統(tǒng)教學中學生對平面機構的學習和設計只停留在理論設計的狀況。
將機構創(chuàng)意拼接實驗與綜合課程設計相結合，鼓勵學生將機構創(chuàng)意拼接實驗中的作品進行的詳細設計，為拼接實驗中的簡單形狀構件選擇材料、設計尺寸、進行結構強度分析，并繪制零件圖和系統(tǒng)裝配圖。這種有機結合使學生模擬經(jīng)歷產(chǎn)品開發(fā)的完整流程，有助于學生形成完整的工程意識和系統(tǒng)觀念。
一、綜合課程設計課程分析
1. 開設綜合課程設計的意義和可行性
傳統(tǒng)的機械原理和機械設計兩門課程都設置了課程設計環(huán)節(jié)，兩門課程的課程設計都是在期末進行的，相互之間沒有關聯(lián)。多年來一直沿用的課程設計題目較少，相似或相同課題的學生較多，在網(wǎng)站上也能夠找到許多參考資料，抄襲情況屢見不鮮，不利于學生的獨立思考，造成課程設計無法達到預期目的。
隨著計算機技術和信息技術的發(fā)展，機械專業(yè)的基礎課程除了傳授機械設計制造的基礎知識以外，還應融入現(xiàn)代設計理論和工程計算軟件知識。電子科技大學在機械設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―綜合課程設計，在第六學期開設，取代了原有的相對獨立的機械原理課程設計和機械設計課程設計。綜合課程設計是培養(yǎng)學生機械綜合設計能力和創(chuàng)新能力的實踐性環(huán)節(jié)，設置該課程的目的以培養(yǎng)卓越工程技術人才為目標，注重培養(yǎng)學生的創(chuàng)新設計能力和應用現(xiàn)代先進分析技術和設計手段解決工程實際問題的能力。
在大三上學期，學生已經(jīng)學習了機械制圖、理論力學、材料力學和機械原理、工程控制等專業(yè)基礎課程，具備了進行產(chǎn)品設計部分的基礎知識。在大三下學期，開始學習機械設計、產(chǎn)品造型設計、CAD/CAE/CAM、產(chǎn)品優(yōu)化設計和制造技術等課程，對產(chǎn)品進行強度校核、造型設計、工程分析、公差設計需要這些課程的知識。因此，在學期開始時布置設計任務，學生可以先進行方案設計，隨著相關課程學習的逐步深入，有針對性、有目的地拓展產(chǎn)品設計所需的知識，到期末提交設計作業(yè)，對于進展較慢的學生，可以延至下一學期開學時提交作業(yè)。在整個過程中，學生將綜合運用各門學科基礎課和專業(yè)課程的知識，完成自己的作品，既體驗了機械設計過程，又能夠體會到機械工程學科體系中各門課程之間的聯(lián)系。
2. 綜合課程設計的教學過程設計
綜合課程設計為學生提供一個實踐訓練的平臺，要求學生按照機械產(chǎn)品設計的流程，綜合應用機械類各門課程的知識，設計一種具有工程應用價值的機構。主要工作包括選擇構件類型，進行構件的強度剛度計算并確定其主要尺寸，在計算機上進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。鼓勵學有余力的學生進行產(chǎn)品主要尺寸的優(yōu)化設計以及工藝過程的設計。
綜合課程設計采用講授和輔導答疑相結合的方式進行。在教學過程中，講授機械設計的流程，詳細講解各環(huán)節(jié)的主要工作，使學生了解每一環(huán)節(jié)所需知識，以及所需知識來自哪一門課程，從而指導學生有目的地學習各門相關課程，對提高學生的學習相關課程的熱情有積極的作用。
為鍛煉學生的團隊協(xié)作精神，學生可以自由組成二人小組，每組提交一份在設計說明書和設計圖紙，在封面上按照貢獻大小排序署名，在說明書中詳細說明兩人各自完成的工作。題目由學生自行擬定，創(chuàng)意設計一種有應用價值的機構。設計說明書包括功能原理設計、機構選型設計、結構強度設計、公差與配合設計等內(nèi)容。課程的考核成績根據(jù)初期檢查、中期檢查、答辯和設計報告質量來綜合評定。
二、結合機構創(chuàng)意拼接實驗，強化學生綜合設計能力
機構創(chuàng)意拼接實驗是一門獨立的實驗課程，學生在搭接實驗臺上任意選擇平面機構類型，組裝調(diào)整機構尺寸，能夠比較直觀、方便的搭接、驗證、調(diào)試、改進和確定設計方案，較好地改善了在校學生對平面機構的學習和設計只停留在理論設計的狀況。開設機構創(chuàng)意拼接實驗的目的是加深學生對平面機構的組成原理及其運動特性的理解和感性認識，培養(yǎng)學生創(chuàng)新意識及綜合設計的能力，訓練學生的工程實踐動手能力。
機構創(chuàng)意拼接實驗與綜合課程設計在同一學期開課，學生在實驗平臺上經(jīng)過反復嘗試與修改，已經(jīng)設計出了具有某種功能的機構，構件的基本尺寸已經(jīng)確定，如能將設計成果直接代入后續(xù)的綜合課程設計課程，可以節(jié)省大量的時間。針對已初步完成的機構，接下來需要進行運動分析和動力分析，計算作用在各構件上的載荷，進行零部件工作能力計算、總體設計和結構設計。
將兩門課程相結合，使學生能延續(xù)由一個機構運動簡圖向機器過渡的設計過程。學生在機構創(chuàng)意拼接實驗中完成了機械設計流程中功能設計和方案設計工作，完成了機構運動簡圖的繪制和機構自由度的計算。在綜合課程設計中，直接進入總體設計和結構詳細設計階段。繪制裝配草圖，進行機架、構件與機架連接、軸承座、軸與軸上零件定位和固定方式的設計，對主要構件的強度和剛度計算。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，最終確定各構件的形狀、尺寸和材料，并繪制零件圖和裝配圖。
在設計過程中，可以根據(jù)學生能力的實際情況，在上述工作的基礎上，利用三維建模軟件進行運動和裝配仿真，利用有限元方法來進行載荷和應力分析，利用優(yōu)化設計來優(yōu)選零件尺寸。
主體工作完成后，要求學生將設計構思和設計方案整理成設計說明書。說明書需要按照規(guī)定的格式撰寫，培養(yǎng)學生的規(guī)范意識。
經(jīng)過了三年的教學實踐和不斷改進，已經(jīng)取得了一定的成果。在一個學期之內(nèi)，大部分學生能夠協(xié)調(diào)合作，完成概念設計到圖紙的基本設計流程，建立了系統(tǒng)性的設計理念，在規(guī)范整理文檔方面也得到了鍛煉。部分優(yōu)秀的學生能夠利用相關課程所學知識，運用三維建模軟件、有限元分析軟件和數(shù)學計算軟件進行機構的建模、優(yōu)化設計和工程分析，綜合能力明顯提高。
綜合課程設計課程有助于學生形成完整的工程意識和系統(tǒng)觀念，對提高學生的創(chuàng)新能力起著重要作用。將機構拼接實驗與綜合課程設計相結合，相當于延長了課程設計時間，學生在拼接試驗臺上完成了機構的功能設計和方案設計工作，詳細的設計工作在綜合課程設計中完成，實現(xiàn)兩門課程的無縫連接。學生在兩門課中的作品經(jīng)過進一步細化和優(yōu)化，可以參加機械創(chuàng)新設計大賽，也可以做為本科畢業(yè)設計。
兩門課程的結合極大地提高了學生的設計興趣、效率和質量，同時培養(yǎng)了學生的創(chuàng)新實踐能力，獲得了較好的教學效果。
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