機械設計基礎論文
摘要：通過(guò)對工業(yè)設計專(zhuān)業(yè)《機械設計基礎》課程教學(xué)的開(kāi)展和實(shí)踐, 分析了目前教學(xué)過(guò)程中存在的問(wèn)題。針對這些問(wèn)題, 結合工業(yè)設計專(zhuān)業(yè)的學(xué)科特點(diǎn), 從教學(xué)內容、教學(xué)模式、教學(xué)方法, 實(shí)踐教學(xué)和課程考核等方面詳細介紹了課程教學(xué)改革的一些探索, 以此來(lái)豐富和完善該課程的教學(xué), 使得《機械設計基礎》課程教學(xué)教有所成學(xué)有所用。
關(guān)鍵詞：工業(yè)設計; 機械設計基礎; 教學(xué)改革;
工業(yè)設計專(zhuān)業(yè)的知識體系包括了工學(xué)知識體系、設計學(xué)知識體系和人文藝術(shù)知識體系, 《機械設計基礎》是工業(yè)設計專(zhuān)業(yè)重要的一門(mén)工學(xué)基礎課程。工業(yè)設計師如果沒(méi)有掌握機械設計等方面的工程知識, 就很難深入理解產(chǎn)品工作的基本原理, 無(wú)法和產(chǎn)品工程師很好地溝通。通過(guò)該課程的學(xué)習, 掌握常用機構的性能、特點(diǎn), 掌握典型通用機械零部件的功能特點(diǎn)、選用原則、常用材料選取, 初步具有設計常用機構的能力, 解決產(chǎn)品設計中的結構問(wèn)題, 為產(chǎn)品設計服務(wù)[1]。在目前的機械設計基礎教學(xué)中, 教學(xué)觀(guān)念、教學(xué)內容、教學(xué)方法、教學(xué)手段和課程考核等沒(méi)有充分考慮到工業(yè)設計專(zhuān)業(yè)的學(xué)科特點(diǎn)。因此, 本文通過(guò)在機械設計基礎教學(xué)中的經(jīng)驗方法, 探討機械設計基礎課程的教學(xué)改革, 使其適應工業(yè)設計專(zhuān)業(yè)特點(diǎn), 培養學(xué)生的創(chuàng )新意識和工程設計能力。
1 機械設計基礎課程改革研究現狀
國內已有部分高校對《機械設計基礎》課程進(jìn)行改革和建設[2]。以機械設計基礎課程為研究對象, 基于U nity 3D游戲技術(shù)引擎, 利用三維建模融合網(wǎng)絡(luò )技術(shù)設計了基于Web的三維虛擬實(shí)驗平臺[3]。建立了一套與應用技術(shù)型教育相適應的機械設計基礎課程考核評價(jià)指標體系[4]。運用Solid Works教學(xué)方法對機械設計基礎課程進(jìn)行改革[5]。以網(wǎng)絡(luò )資源共享為基礎, 通過(guò)模塊化建設機械設計基礎課程的資源共享[6]。機械設計基礎課程教學(xué)中, 以項目為載體, 采用項目化教學(xué)為主導的多元化教學(xué)法[7]。通過(guò)應用多媒體技術(shù)、三維仿真軟件, 開(kāi)發(fā)創(chuàng )新性實(shí)驗等措施對機械設計基礎教學(xué)進(jìn)行改革探索[8]。通過(guò)加強與工程實(shí)際的聯(lián)系、及時(shí)更新教學(xué)內容、改進(jìn)教學(xué)方法等措施改革機械設計基礎課程。
上述《機械設計基礎》課程改革主要針對機械類(lèi)專(zhuān)業(yè), 而工業(yè)設計專(zhuān)業(yè)學(xué)生畢業(yè)后主要從事工業(yè)產(chǎn)品造型設計, 結構設計和人機交互設計。對于該課程, 學(xué)生只需掌握常用機構和通用零件, 產(chǎn)品設計過(guò)程中產(chǎn)品的結構形式、構件之間的連接、受力特點(diǎn)、機構原理等知識, 不必掌握背后復雜的公式計算和推導。因此, 工業(yè)設計專(zhuān)業(yè)學(xué)生需要掌握的機械知識與機械類(lèi)專(zhuān)業(yè)學(xué)生不同, 上述《機械設計基礎》課程改革對工業(yè)設計專(zhuān)業(yè)學(xué)生并不適用。
2 目前教學(xué)中存在的問(wèn)題
2.1 學(xué)生缺乏學(xué)習興趣與動(dòng)力
《機械設計基礎》課程內容理論性較強, 很多知識點(diǎn)需要通過(guò)抽象思維理解。工業(yè)設計專(zhuān)業(yè)學(xué)生抽象思維較弱, 形象思維較強;工程意識薄弱, 對機構及零部件認識不足, 缺乏機械工程領(lǐng)域的基礎知識。使得工業(yè)設計專(zhuān)業(yè)學(xué)生覺(jué)得課程枯燥乏味, 提不起學(xué)習興趣和動(dòng)力。
2.2 教材案例與工業(yè)設計專(zhuān)業(yè)結合不夠緊密
《機械設計基礎》教材中的單缸內燃機、鄂式破碎機、牛頭刨床、鶴式起重機等案例與工業(yè)設計的研究方向結合不緊密, 造成了工業(yè)設計專(zhuān)業(yè)學(xué)生在認知和理解上的困惑。
2.3 教學(xué)方法單一, 理論與實(shí)踐結合度差
《機械設計基礎》課程具有很強的工學(xué)和理學(xué)的綜合性。因此, 課堂教學(xué)以教師為主的理論講授, 上課氣氛呆板, 讓工業(yè)設計專(zhuān)業(yè)的學(xué)生不適應, 失去學(xué)習興趣;直接讓學(xué)生進(jìn)行設計實(shí)踐, 學(xué)生又無(wú)從下手。
2.4 和專(zhuān)業(yè)課的銜接問(wèn)題
目前《機械設計基礎》課程教學(xué)注重系統性地講授課程內容, 而忽略了與工業(yè)設計專(zhuān)業(yè)課的結合, 由于課程間缺乏銜接, 學(xué)生很難運用所學(xué)知識解決產(chǎn)品設計中的實(shí)際問(wèn)題。
2.5 考核形式單一
目前課程考核以考試為主, 過(guò)多地關(guān)注考試結果, 而忽略了學(xué)習的完整性, 導致部分學(xué)生放松平時(shí)的學(xué)習, 臨時(shí)突擊復習, 死記硬背、抄襲, 缺乏深入的思考。
為解決上述問(wèn)題, 結合工業(yè)設計專(zhuān)業(yè)的學(xué)科特點(diǎn), 對《機械設計基礎》課程進(jìn)行有針對性的創(chuàng )新調整。
3 改革內容
工業(yè)設計專(zhuān)業(yè)《機械設計基礎》課程改革, 以培養學(xué)生創(chuàng )新設計能力, 產(chǎn)品結構分析能力和解決實(shí)際工程問(wèn)題的能力為目標, 降低理論計算要求, 以工業(yè)設計常見(jiàn)設計產(chǎn)品為對象, 堅持實(shí)用為主、夠用為度, 發(fā)揮學(xué)生的主體地位和教師的主導地位, 將理論教學(xué)和技能訓練有機結合, 培養學(xué)生的綜合應用能力。
3.1 教學(xué)內容改革
構建知識理論與實(shí)踐一體化課程結構與內容。新的課程體系, 以能力為本位, 以工業(yè)設計常見(jiàn)機械結構設計為主線(xiàn), 以“必需、夠用”為原則, 遵循學(xué)生認知規律, 從對簡(jiǎn)單機械結構認識入手, 由淺入深, 循序漸進(jìn), 逐步掌握機械結構設計的基本理論和基本方法, 突出知識的實(shí)用性與針對性。設計師學(xué)習工科技術(shù)需要的是邏輯, 而不是數學(xué)。刪除不必要的公式推導和涉及復雜計算的內容, 對于需掌握的公式, 只要求學(xué)生理解公式中每個(gè)參數的意義, 會(huì )應用公式分析計算。工業(yè)設計能用到的機構運動(dòng)的原理性?xún)热?00多年前既已停止發(fā)展, 指定一本機構圖冊讓學(xué)生反復學(xué)習, 熟悉機構運動(dòng)的各種變形與組合應用實(shí)例, 從而掌握機構運動(dòng)的原理。增加適合工業(yè)設計專(zhuān)業(yè)方向的教學(xué)案例, 如交通工具類(lèi)、家用工具類(lèi)、玩具類(lèi)、健身器械類(lèi)等靈巧機械產(chǎn)品, 用生動(dòng)、直觀(guān)的產(chǎn)品實(shí)例闡述機械工程與工業(yè)設計之間的緊密關(guān)系。跟蹤學(xué)科發(fā)展動(dòng)態(tài), 豐富教學(xué)內容, 在授課過(guò)程中適時(shí)地傳達新的理論和研究方法, 如機器人技術(shù)、微型機械、撓性機械、納米機械等最新研究成果, 培養專(zhuān)業(yè)興趣, 增加學(xué)生的知識面, 拓展學(xué)生的視野, 提高學(xué)習熱情。
3.2 教學(xué)模式改革
以機械認識——機械設計——機械研究——機械創(chuàng )新為主線(xiàn), 堅持“實(shí)在” (有豐富多樣的具休內涵) 、“實(shí)用” (密切結合產(chǎn)品設計中的實(shí)用技術(shù)) 的基本原則, 從簡(jiǎn)單到復雜, 從一般到先進(jìn), 從局部到整體, 從單一到綜合, 在教學(xué)過(guò)程中采用課堂討論式教學(xué)、啟發(fā)式教學(xué)、案例教學(xué)、情境教學(xué)、項目教學(xué)、匯報點(diǎn)評等教學(xué)模式, 注重基礎應用性, 從理論的傳授過(guò)渡到方法的學(xué)習。允許學(xué)生展開(kāi)想象, 自由發(fā)揮, 激勵學(xué)生主動(dòng)思考、合理思考, 鼓勵學(xué)生多向思維, 調動(dòng)學(xué)生的積極性。感受機械設計成果的美感, 并以此增強學(xué)生的審美情趣。鼓勵學(xué)生結合生活和產(chǎn)品設計實(shí)踐中的各種案例, 提出問(wèn)題或假設, 通過(guò)分析、歸納、總結, 增強對基礎理論的理解。
3.3 教學(xué)方法改革
遵循以學(xué)生為主體, 以教師為主導的教育理念, 改進(jìn)教學(xué)手段和教學(xué)方法。充分利用實(shí)物、模型、計算機多媒體技術(shù)和網(wǎng)絡(luò )技術(shù)進(jìn)行立體化教學(xué)。用Authorware、Power Point等軟件制作課件, 運用Solidworks、3Dmax、ADAMS等軟件將常見(jiàn)的機構制作成三維動(dòng)畫(huà), 增強學(xué)生對機構運動(dòng)的感性認識, 使課堂教學(xué)更加生動(dòng), 激發(fā)學(xué)生的學(xué)習興趣, 提高教學(xué)效果。如在進(jìn)行機構運功簡(jiǎn)圖繪制和機構自由度計算教學(xué)中, 通過(guò)動(dòng)畫(huà)演示展現機構運功簡(jiǎn)圖繪制的步驟和機構實(shí)際的運動(dòng)情況。在進(jìn)行平面連桿機構的教學(xué)中, 通過(guò)圖片、動(dòng)畫(huà)或錄像演示風(fēng)扇搖頭機構, 抓片 (膠片) 機構, 門(mén)窗啟閉機構, 汽車(chē)前輪轉向架等實(shí)例闡述曲柄搖桿機構, 雙曲柄機構和雙搖桿機構的區別。與解析法相比, 圖解法具有方法直觀(guān)、原理簡(jiǎn)單、作圖便捷等優(yōu)點(diǎn), 比較符合工業(yè)設計專(zhuān)業(yè)學(xué)生形象思維強、抽象思維相對較弱的特點(diǎn)。在進(jìn)行機構分析和設計的教學(xué)中, 舍棄解析法, 改用更加直觀(guān)和易于理解的圖解法。
3.4 實(shí)踐教學(xué)改革
加強實(shí)踐教學(xué), 注重理論與實(shí)踐的結合, 形成“理論一實(shí)踐一再理論一再實(shí)踐”螺旋式推進(jìn)的實(shí)踐教學(xué)。在教學(xué)中讓學(xué)生動(dòng)起來(lái), 實(shí)現“做中學(xué)、學(xué)中做”學(xué)做合一。讓學(xué)生根據自己的興趣和特長(cháng), 制作機械創(chuàng )新設計作品, 鼓勵并指導學(xué)生積極參加各類(lèi)工業(yè)設計大賽, 機械創(chuàng )新大賽和大學(xué)生科研訓練計劃 (SRT) 項目, 挖掘學(xué)生創(chuàng )新潛能, 培養學(xué)生工程實(shí)踐能力, 團隊協(xié)作能力, 開(kāi)拓創(chuàng )新能力和綜合設計能力。
3.5 課程考核改革
從“如何運用基本理論和方法, 發(fā)現問(wèn)題、分析問(wèn)題、解決實(shí)際問(wèn)題”的角度, 對學(xué)生的學(xué)習情況進(jìn)行客觀(guān)合理的考核。建立能激勵學(xué)生學(xué)習興趣的過(guò)程性考核和終結性考核相結合, 定性與定量相結合的綜合考核體系。過(guò)程性考核主要包括個(gè)人作業(yè)、團隊作業(yè)、分析報告、課堂討論、[資料閱讀、設計實(shí)踐等要素, 過(guò)程性考核注重考查學(xué)生對知識的理解和掌握情況, 引導學(xué)生重視平時(shí)學(xué)習, 培養學(xué)生的學(xué)習能力;終結性考核注重考查學(xué)生的知識應用能力。
4 結語(yǔ)
本文對工業(yè)設計專(zhuān)業(yè)《機械設計基礎》課程教學(xué)改革做了分析介紹, 課程改革針對工業(yè)設計專(zhuān)業(yè)學(xué)科特點(diǎn), 突出以學(xué)生為主體, 強調理論與實(shí)踐, 采用富有實(shí)效、靈活多樣的教學(xué)內容、教學(xué)模式、教學(xué)方法調動(dòng)學(xué)生的學(xué)習興趣和積極性, 提高學(xué)生的創(chuàng )新意識和解決實(shí)際問(wèn)題的能力, 為社會(huì )培養出更多優(yōu)秀的工業(yè)設計專(zhuān)業(yè)人才。
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