機械設計基礎課程設計教學改革研究

1、55課程教材改革總第255期DOI編碼：10.3969j.issn.10070079.2012.32.029機械設計基礎主要面向中國石油大學機類和近機類本科學生，是石油工程、過程裝備與控制、油氣儲運工程等專業(yè)的重要專業(yè)基礎課，在教學體系中具有承上啟下的作用。近年來，為了培養(yǎng)學生的動手能力與工程意識的養(yǎng)成，工科院校越來越重視實踐教學。機械設計基礎課程設計是機械課程教學中重要的實踐教學環(huán)節(jié)，它涵蓋了工程制圖、機械CAD、機械設計基礎、理論力

2、學、材料力學、工程材料與機械加工基礎等課程的知識。通過該課程的學習，以培養(yǎng)學生學會運用所學知識解決實際工程問題，逐步提升其動手能力、綜合設計能力與創(chuàng)新能力。[1]但目前機械設計基礎課程設計題目單一的問題比較突出，不利于學生工程意識的養(yǎng)成和激發(fā)大學生開展科學探索的興趣。因此，探究柔性化的課程設計題目以提升課程設計的教學質量對于學生綜合知識運用能力與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)具有重要意義。[2]一、目前課程設計分析目前高等工科院校常用的機械基礎課程設計

3、題目是單級圓柱齒輪減速器和展開式二級圓柱齒輪減速器。減速器是工業(yè)中常用的典型傳動裝置，在油田抽油機、帶式運輸機、起重機和卷板機等有著廣泛的應用。減速器設計過程需要查閱相關標準、規(guī)范、手冊等技術資料，涵蓋了機械設計基礎中齒輪傳動、帶傳動、軸承、軸、螺栓等主要通用零件的設計與計算，[3]包含了多門理論課程的內容，體現(xiàn)了一般機械系統(tǒng)的常用設計方法，具有很強的綜合性。減速器設計的主要任務包括：進行傳動方案的制訂；電動機的選擇、傳動裝置的運動和動

4、力參數的計算；帶傳動與齒輪傳動的設計計算；軸的結構設計以及低速軸的彎、扭組合強度校核；軸承的組合設計與壽命計算；鍵的選擇及強度校核；聯(lián)軸器的選擇；減速器的潤滑與密封選擇等。[4]減速器設計的一般過程是：首先，指導老師布置任務；然后，學生完成減速器裝配草圖一張、減速器總裝圖一張、軸與齒輪等零件圖以及6000～8000字設計計算說明書一份；最后進行課程設計答辯，按照圖紙、設計說明書與答辯情況評定成績。減速器設計題目主要存在以下問題：題目單一

5、，只是設計參數略有不同，學生可借鑒的資料很多，課程設計雷同現(xiàn)象比較嚴重，甚至出現(xiàn)一些抄襲現(xiàn)象；課程設計時間一般為2周，學生設計期間非常緊張，大多學生需要晚上加班才能完成。學生忙于應付完成課程設計，很少有學生主動去圖書館查閱相關的資料；老師一般需要指導2個班，工作量很大，老師很難保證照顧到每一位同學；課程設計的設計內容與傳動方案長期不變，學生可以根據設計指導書按部就班地進行，無法調動學生的積極性與激發(fā)學生的創(chuàng)造性思維，不能滿足現(xiàn)代工程教育

6、創(chuàng)新訓練的要求；每一個同學單獨完成一個題目，同學之間的交流與討論較少，團隊協(xié)作精神難以培養(yǎng)。二、課程設計題目探索針對目前課程設計中存在的問題探索通過柔性化的課程設計題目調動學生的積極性，以激發(fā)學生的創(chuàng)造性。通過非固定的設計題目逐步鍛煉學生的設計構思能力，使學生克服思維定勢的影響，針對新的問題能夠正確運用形象思維與抽象思維，找到問題的最佳解決途徑。作為機械設計基礎課程的實踐性環(huán)節(jié)，為了使課程設計與機械設計基礎課程緊密結合，非固定設計題目也

7、要求包含機械設計基礎理論課程的主要內容，要確保課程設計結束后使學生對機械系統(tǒng)的設計有一個清晰的思路，掌握機械系統(tǒng)的一般設計方法。因此，在課程設計過程中，盡管設計題目不同，但都要求包含傳動方案制訂、動力參數計算、傳動的設計計算、總體設計、結構設計、關鍵零部件校核等環(huán)節(jié)。對于所有的設計題目，要滿足統(tǒng)一的設計要求，如表1所示。表1機械設計基礎課程設計要求序號知識點設計要求培養(yǎng)目標備注1裝置總體設計包含傳動方案確定，選擇電機馬達，傳動比分配與運

8、動參數計算能夠利用所學知識，綜合分析問題與解決實際工程問題的能力2機構部分1)平面連桿機構2)凸輪機構3)齒輪機構4)帶傳動5)鏈傳動6)渦輪蝸桿機構每一種機構的具體形式不限定，但要求至少包含2種機構，且必須包括齒輪傳動熟悉常用的機構，具有傳動方案分析能力，具備機構的分析、設計與選擇能力3軸至少要求包括2個軸掌握軸的結構設計、參數選取與受力分析能力4軸承5箱體與機架要求必須包括掌握箱體與機架結構設計、加工制造、安裝與拆卸等方面的相關知識

9、6附件不作具體要求正確認識附件的作用、設計與安裝方法根據具體裝置設計，需要的附件必須包含7聯(lián)接要求包含螺紋連接與鍵螺紋連接分析能力，鍵的選擇與強度校核8潤滑要求至少包含一種潤滑形式掌握潤滑方式的選擇與選擇依據9密封要求必須包括掌握不同情況下的密封要求，能夠正確選擇合適的密封形式機械設計基礎課程設計教學改革研究石永軍摘要：隨著社會的不斷進步，創(chuàng)新型人才的需求量越來越大，工科高等教育在教學內容與教學方法需要進行改革。針對目前機械設計基礎課程

10、設計題目單一的問題，提出團隊協(xié)作的課程設計方法，重點探究柔性化的課程設計題目，確定課程設計題目具體要求。在課程設計中，學生可以充分發(fā)揮其想象力與創(chuàng)造力，由小組論證確定詳細的方案，完成結構設計，以不斷培養(yǎng)學生的工程實踐能力、創(chuàng)新能力和工程意識。關鍵詞：機械設計基礎；課程設計；題目探索作者簡介：石永軍（1973），男，山東東營人，中國石油大學（華東）機電工程學院，副教授。（山東青島266580）基金項目：本文系中國石油大學（華東）教學改革項

11、目（項目編號：JYB201011）的研究成果。中圖分類號：G642.0文獻標識碼：A文章編號：10070079（2012）32005502562012年第32期課程設計學生分兩部分開展，一部分學生設計題目由老師確定的題目庫中選取，另一部分學生可以根據老師的設計要求，結合實際工程需要或機電產品競賽提出新想法自己擬訂設計題目。老師確定的題目庫主要來源于科研題目、歷年的本科畢業(yè)設計與各類機械創(chuàng)新設計比賽。目前共收集了56個題目，每年根據實際情

12、況適當增加。比如設計題目1“新型抽油機設計”，要求設計的抽油機效率高且受力均衡，已完成的設計：對電機換向抽油機的結構作了改進，配重箱由整體式改為分體式，導向輪設計為固定軸和浮動式雙輪組成的自動平衡式，電動機通過電控系統(tǒng)控制實現(xiàn)正反轉動，實現(xiàn)抽油桿上下往復運動，包含減速器、帶傳動與連桿機構。設計題目2“發(fā)電廠可俯仰式懸臂堆料機設計”，要求能夠解決煤場的死角殘煤問題，提高煤料的有效使用率與煤料堆取裝置的工作效率，已完成的設計：堆料機的主要結

13、構包括懸臂架、堆料膠帶輸送機、變幅機構、回轉機構、驅動裝置、配重、頭部卸料滾筒等，堆料機俯仰動作通過液壓驅動的油缸伸縮來實現(xiàn)。設計題目3“智能果汁機的設計”要求具有榨汁和攪拌功能并且易于清洗，已完成的設計：采用了低速雙齒輪嚙合和雙螺旋擠壓榨汁的方案，在此基礎上進行了榨汁機的結構設計。設計題目4“風能汽車伸縮裝置設計”，設計要求能夠實現(xiàn)汽車風力發(fā)電設備的自動伸縮，已完成的設計：通過齒輪齒條轉動實現(xiàn)滑蓋的打開和風力發(fā)電機的舉升，通過錐齒輪和

14、渦輪蝸桿機構實現(xiàn)葉片的張開與收回葉片。為了避免影響學生的創(chuàng)新思維，上述已完成的設計不提供給學生，只給學生設計要求，讓學生自己論證方案進行課程設計工作。作為一個新的設計題目，需要進行方案的反復論證、設計計算、裝配圖與零件圖的繪制等工作，工作量很大。此外，盡管學生在實驗室或實習現(xiàn)場接觸過機械產品，但缺乏機械產品設計方面相關的設計訓練，單靠一個同學很難在2周內完成。為了順利完成課程設計要求的內容，課程設計通過組隊的方式進行，根據題目的難易程度

15、確定3～5名同學為一組。學生以小組討論的方式對設計方案進行論證，分工開展設計，指導老師進行指導，完成相關設計計算和詳細的結構設計。在實際的企業(yè)產品研發(fā)中都是通過研發(fā)團隊來完成，課程設計通過組隊可以逐步培養(yǎng)學生的團隊協(xié)作精神，有利于在以后的工作中快速融入到研發(fā)團隊中。答辯是課程設計的最后一個重要環(huán)節(jié)。答辯由各組組長負責總體介紹，主要介紹設計思路、計算與結構設計過程，各小組成員分別介紹其主要的工作，最后由答辯小組給出答辯成績。答辯小組由3名

16、指導老師組成。通過答辯可以明確小組成員的主要工作量，使學生發(fā)現(xiàn)設計與計算中的問題，有助于提高其解決設計工程問題的能力，同時也可以避免出現(xiàn)個別學生偷懶的現(xiàn)象發(fā)生。三、課程設計成績評定課程設計的成績涉及評價體系的公平性，也直接影響到學生的學習積極性，因此，必須要對課程設計的各個環(huán)節(jié)進行質量監(jiān)控，建立一套行之有效的質量評價標準和評估指標。評價體系主要依據計算說明書、設計圖紙與答辯情況確定。根據每一組同學的問題分析能力、設計能力、計算能力與創(chuàng)新

17、能力進行評價。課程設計成績主要包括兩部分，指導老師評定成績占80%，學生自評成績占20%。指導老師評定成績。評價指標主要包括：方案分析占20%，觀測點是方案分析的合理性與創(chuàng)新性；設計計算占15%，觀測點是裝置運動與動力參數計算、主要傳動計算、材料選擇、關鍵零部件校核是否正確；裝置結構設計占35%，觀測點是結構設計的合理性、完整性以及圖紙的規(guī)范性；個人在團隊中的作用占10%，觀測點是個人設計中的積極性和工作量。學生自評成績主要由所有小組成

18、員根據每個成員在課程設計中的貢獻討論確定。四、結束語培養(yǎng)具有創(chuàng)新意識的工程技術人才是一項復雜的系統(tǒng)工程。本文改變以往統(tǒng)一用減速器題目的傳統(tǒng)模式，采用非固定題目的方式進行機械設計基礎課程設計，對課程設計教學體系進行了有益的探索。學生在課程設計過程中遇到許多新問題，需要自己動手查資料，小組成員共同討論解決，逐步培養(yǎng)學生解決新問題的思路和方法。由于許多設計題目是實際的工程技術問題，除了機械設計基礎理論課程知識外，還涉及各專業(yè)的知識以及液控、電

19、子等方面，對于學生利用所學知識解決實際問題能力的培養(yǎng)具有重要意義。參考文獻：[1]管榮根顧玲.《機械設計》課程的創(chuàng)新教學實踐[J].高等教育研究200420(1):8587.[2]徐淑珍.機械類專業(yè)學生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的研究與實踐[J].石油教育2008(4):4446.[3]安琦鄭麗華劉偉等.機械設計課程設計教改探索[J].高等工程教育研究1999(1):9596.[4]徐艷敏鄭國芬歐陽秀蘭.機械設計基礎課程改革的探索與思考[J].廣州航

20、海高等專科學校學報201018(4):4648.（責任編輯：王祝萍）國際班教學沒有一個統(tǒng)一的教學模式，需要循序漸進，在實踐中不斷完善國際班高等數學教學，為學生將來在國外的專業(yè)課程學習提供保障，培養(yǎng)出真正具有國際競爭力的人才。參考文獻：[1]周繼泉魏軍強.中外合作辦學條件下高等數學實施雙語教學的研究[J].華北電力大學學報(社會科學版)20108(4):137140.[2]馬新生.高等數學雙語教學的研究和實踐[J].高等數學研究20058

21、(2):6164.[3]薛歡慶孫鳳芝趙冬霞.高等數學雙語教學分層遞進式模式的實施策略[J].牡丹江師范學院學報(自然科學版)2011(2):7173.[4]李春.高等數學雙語教學的必要性與可行性[J].科技資訊2007(21):241.（責任編輯：王祝萍）（上接第46頁）也是比較接受與認可的。但是，關于小組式學習，學生并不是太積極，其主要原因是學生已經習慣了灌輸式教育，所以盡管學生們不太積極，教育者們還是應該繼續(xù)倡導能夠培養(yǎng)學生自主能力