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试论《机械设计基础》课程的学科指导思想
作者：王健民 陈慰萍
关键词：《机械设计基础》课程；教学过程；学科指导思想
《机械设计基础》课程是工科类院校相关专业的一门重要的专业基础课，课程阐述了常用机构和通用零件的设计理论。通过长期的教学实践，我们总结出一套进行该课程教学的学科指导思想，具体内容是：在实施《机械设计基础》课程的教学过程中，要始终围绕培养学生设计能力这一中心，夯实学生设计计算和结构设计两个基础，搞好课程设计这一综合训练环节，做好理论授课、现场教学、动画演示、实验教学与制作“五位一体”的教学模式。课程组的教师在教学过程中，认真贯彻其学科指导思想，收到了满意的结果。现将本课程的学科指导思想阐述如下。
围绕一个中心：培养学生的设计能力
在开设本课之前，学生只学过制图、公差、金属材料及热处理、工程力学等课程。本课程的目的就是向学生讲授如何进行机械设计，教师要指导学生如何将前述课程的知识用于机械设计中，为后续专业课的学习奠定基础。设计过程是一个创新的过程，即设计是为了达到预期目的改进旧机械，创造新机械的过程。机械工程上涉及的零件、构件错综复杂。所以《机械设计基础》包含门类繁多的构件、机构、零件。如果没有一条清晰的主线，极容易使学生听得无头绪，造成理解上的混乱。所以在讲授该课程时，要紧紧围绕培养学生设计能力这条主线。不管是什么类型的零件，都遵循着相同的基本设计程序，即按工况选择零件类型，对零件进行受力分析，选择材料，确定是否热处理，分析失效形式，计算关键尺寸，直到进行结构设计。如果教师按这条主线讲授，学生按着这条
主线学习，就可以在繁多的理论中理出一条鲜明的脉络，使教师讲授有章可循，学生学习也带有明确的条理性。
夯实两个基础：设计计算与结构设计
《机械设计基础》课程有两大基础知识需要夯实：其中一个基础知识是设计计算的基础知识，其核心是针对设计对象的主要设计形式，确定设计准则，再通过相关的理论，或对未知的设计对象进行设计性计算，或对已知的设计对象进行校核性计算。无论是设计性计算还是校核性计算，都是围绕着设计对象的关键尺寸展开的。比如轴的危险剖面直径、带传动中带的根数、链传动传递的功率、齿轮齿面接触疲劳强度计算中的主动轮分度圆直径、齿轮齿根弯曲疲劳强度计算中的模数等。另一个基础知识是设计对象的结构设计，其核心是针对设计对象的定位、装拆、加工、改善工作条件等大量的工艺以及其他诸方面的知识。在学习时，学生往往只注意（或过分注意）机械零件的设计计算，忽略（或轻视）机械零件结构方面的设计，造成的结果是零件的关键尺寸或参数计算能力强，而零件结构设计能力弱，错误频出。比如普通螺栓联接的过孔问题，轴上零件与轴的定位问题，轴承和轴系的定位问题，主从动带（链）轮的相互位置问题，轴开卸荷槽以及减少零件的应力集中的问题等，在学生的毕业设计中全暴露了出来。以上问题，虽显得细小繁杂，但对机械设计至关重要。
把握一个综合训练环节：课程设计
《机械设计基础》课程是由基础课向专业课过渡的桥梁课，多门课均交汇于该课程上。故讲完本课程后，应对学生进行一次综合性训练，这个环节就是课程设计。通过课程设计，可以使学生将机械设计基础和相关课程的知识融会在一起，利用手册、查阅资料，使用标准、规范自行设计简单机械。教师通过讲座，将设计任务下达给学生，指导学生按机械设计步骤进行计算，画草图、装配图、零件图，编制说明书最后完成答辩。这个过程还是围绕培养学生设计能力这个中心开展的，也是为将来学生的毕业设计以及参加工作后的实际设计进行的首次演练。通过编写说明书锻炼学生的设计计算能力，通过绘制装配图和零件图锻炼学生的结构设计能力，并且要把对学生这两种能力的锻炼有机地结合，用以提高学生的综合设计能力。所以课程设计是继《机械设计基础》课程之后对学生设计能力的再提高。我们在指导学生课程设计中做到单题单做、手绘和机绘结合、教师指导与学生自行设计结合、参考资料与创新设计结合，取得了较好的效果。
实施“五位一体”的施教模式：理论讲授、
现场教学、动画演示、实验教学及制作
通过长期的探索改革，我们走出了一块黑板一只粉笔式的单一课堂讲课的圈子，归纳出一套“五位一体”的施教模式，提高了教学质量。
理论授课这是《机械设计基础》课程的基本讲授方式。由教师利用合适的教学方法（如比较法、归纳法、空白艺术等）在课堂上讲授课程的基本概念、重点、难点。
现场教学刚刚接触机械设计课的学生对课程中所涉及的各种机构和零件缺乏感性认识。若在理论授课的同时，安排必要的现场教学，则会起到事半功倍的效果。比如让学生现场观察牛头刨床的工作过程，同时介绍曲柄摇杆机构、棘轮机构及螺旋传动机构组成的牛头刨床工作台横向进给机构的工作原理，由摆动导杆机构组成的牛头刨床滑枕移动机构的工作原理，然后再讲授这些机构相应的理论知识。如不能去现场，尽量将实物摆在学生面前进行讲授。这样的教学可使学生接受迅速、理解透彻、掌握牢固。
动画演示现代教学已非常广泛地融入了多媒体课件技术。在《机械设计基础》课程的教学中，应将某些重点、难点制成Flash课件，用动画的形式演示给学生。比如槽轮机构的工作原理、带传动的弹性滑动、链传动的多边形效应、齿轮啮合过程的相对滑动等等。这些内容若只靠课堂讲授，则显得空乏费解，利用Flash技术，将其转换成动画演示，由此将空洞的静态教学变为形象的动态教学，让学生听得自然贴切，其思路会立刻融入到教师所讲授的知识中。
实验教学机械设计基础本身就是一门实践性很强的课程。教师一定不要仅局限于课堂教学，还应该重视课堂外的实践教学环节。除前面已陈述的现场教学外，实验教学亦是一种重要的实践教学方式。通过实验教学，一方面使学生印证课堂上所讲的理论知识，比如减速器装拆及性能实验、弹簧的示性线测试实验等。另一方面也是更重要的是教会学生掌握一套完整的机械设计的实验方法，即掌握一套机械设计领域的基本的科学研究的手段，比如通过摩擦、磨损性能实验，由学生自行设计实验程序，制作试件，调整实验设备，采集相关参数的数据。像这种综合性、设计性实验将为学生的今后提供可持续发展的动力。
创新制作为了巩固学生所学的知识，提高其设计能力，使他们既能动脑又能动手，而不是纸上谈兵，我们把课上的教学和课外的制作结合起来，充分利用学生的课余时间，成立创新制作小组。小组由教师指导，让学生自行设计简单机械并且制作。课题来源可由教师提供，也可由学生自拟，题目内容围绕着教学所讲授的知识和本专业的方向。我们指导学生成功制作了机器人、多功能水果剪刀、自动保护攻丝装置等，其中所做的机器人参加2004年CCTV杯全国第三届大学生机器人大赛荣获第三名，多功能水果剪刀在2005年也获得天津市大学生“创新杯”竞赛的一等奖。在课外制作中，学生的意志品质、团队精神、设计能力、技能技巧等都得到了提高。
在《机械设计基础》教学中我们始终坚持贯彻学科指导思想，收到较好的教学效果，学生的满意率达90%以上。我们所教的《机械设计基础》课程也被天津市教委评为2005年天津市级精品课程。在今后的教学实践中，我们将进一步完善课程的学科指导思想，提高教学质量，为培养高素质的全面发展的合格人才开展更深入的教学改革探索。□