首页 -> 2007年第8期
关于机械设计课程实验改革的探讨
作者：黄瑷昶
关键词：机械设计；实验；设计性实验；计算机辅助实验；发明实验室
随着市场竞争的日趋激烈，社会对机电类专业人才的素质和能力提出了很高的要求。市场的竞争实际上已经是人才的竞争，只有具有创新设计能力的人才，才能不断设计出更新的能满足市场日新月异需求的优质产品，从而在市场竞争中立于不败之地。从这个意义上讲，市场经济既对人才的素质和能力提出了挑战，又对人才培养的模式也提出了更高的要求。
近几年来，我国高职高专院校的发展非常迅速，都非常重视学生创新设计能力的培养，把培养并提高学生的创新设计能力提到了重要的议事日程。很多大学（学院）就提出了把以培养学生创新设计能力和工程实际能力为主要目标的教学研究和实践贯穿于教材、讲课、设计、实验等各个环节，培养出既有扎实的理论基础，又有较强动手能力的复合型人才。如西安航空技术高等专科学校通过精品课的建设，改变过去以往的课程设计内容，让学生独立自主地设计各种新的机构，使学生的创新设计能力和动手能力得到了进一步的加强。
在高职高专机电类专业中均开设有《机械设计基础》，该课程的教学对增强学生从事机械技术工作的适应能力和开发创造能力具有至关重要的作用，最能体现出学生的创新意识和创新能力的开发。因此，我们不仅要研究培养学生创新能力的一般规律，更需要在机械设计课程的实验教学中付诸实践。目前各院校在机械设计课程实验教学中已进行了许多尝试，培养学生素质能力的实验已经设计出来并投入使用。比如动平衡试验中利用微型计算机对数据进行采集和处理，齿轮范成和凸轮轮廓曲线检测等计算机辅助实验。实践证明，这些实验能够激发学生的创新思维，增强学生的创新能力。但是，我们认为仅此还显得不够，还需通过进一步对实验进行改革，才能充分地增强学生的创新设计能力。基于这一目的，本文对高职高专机械设计课程试验改革的设想进行初步探讨。
机械设计实验的现状及实验改革应考虑的因素
机械设计课程是机电类各专业中研究机械共性问题的主干课程，属专业基础课。它的任务是使学生掌握常用机构的工作原理、基本理论、并初步具有分析和设计机械零件的能力。它在培养和增强学生对机械技术工作的适应能力方面具有举足轻重的作用。
机械设计课程实验课是机械设计课中重要的实践环节。以前的机械设计课程实验大多是验证性的试验，只偏重于一些几何参数、运动参数、动力参数的测定和分析。如机械运动简图测绘与分析、齿轮范成及几何参数的测定、回转件的平衡、机械运动参数测定和分析、机械效率的测定等。这些实验对学生掌握课堂中所学的基本概念，加深理解一些基本原理具有显著的效果，但这些实验作为课程教学的一部分，在培养学生初步具有拟定机械运动方案，分析和设计新机构的能力方面还远远不够。因此，提高学生理论学习融会贯通的能力，分析问题和解决问题的能力以及综合运用基本理论、基本原理的能力是课程教学的最终目标。下面从两个方面对机械设计课程创新试验改革时应考虑因素进行分析：
机械设计课程实验应有别于其他课程《机械设计基础》是一门综合性课程，需要《机械制图》、《金属工艺与材料》、《工程力学》及《公差与配合》等知识，学生必须具有扎实的基础理论和综合运用这些知识的能力，而这些课程的实验都有其独立性，实验的方法和操作要求也各不一样，这些实验既不能互相代替又不能重复。实验的内容应根据课程的重点和难点而定。根据高职高专的课程特点，具体试验的内容见下表：
机械设计课程的实验应能激发学生的创新意识机械设计课程的实验应成为开发学生创新能力的平台。实验室应成为学生创新能力培养的重要场所。不能为实验而试验，而应通过试验激发学生的求知欲和创造欲。
实验改革的具体构思
基于以上考虑，对机械设计课程的实验改革有以下几点构想：
将部分原有的实验改造为设计性实验机构运动简图和机构运动示意图是机械工程中一种常用的图形，它是用符号和线条清晰简明地表达机器或机构的运动情况，是机构运动分析、动力分析以及设计新机构一种基本工具，在机械设计课程教学中贯穿始终。机构运动简图测绘实验原是让学生对照机构实物画简图后，再计算自由度检验机构运动简图或机构运动示意图的正确性。这样进行实验与学生的习题作业并没有实质性区别，只是培养学生依照实际机构绘制机构运动简图的能力，熟悉常用机构及运动副的代表符号，加深对自由度计算方法的印象，而不能让学生发挥自己的想象力，感觉它在设计新机构中的用途。对这个实验，可以通过增加构思设计机构这一环节来弥补上述的不足。在实践中可以为学生提供一些常用的不同种类的构件和运动副，让学生自己组装出各种各样的机构。然后依照自行设计组装的机构绘制其机构运动简图或示意图，最后通过计算自由度检验运动链的运动是否确定。这样能够激发学生的创新思维，培养学生的创新能力。
加强计算机辅助实验计算机辅助试验是近几年来发展比较快的实验手段，在减少实验成本的同时，既能较快地开发学生的智力，又能提高学生计算机的应用水平。在这方面，很多院校已经进行了成功的尝试，例如“平面低副机构实验法综合”的计算机辅助实验。在实验中，首先让学生从图谱库中逐一调看11类近200种连杆点曲线的动态形成过程。然后让学生自定义一个曲柄连杆机构，通过输入不同的连杆点坐标，即可观察到同一机构上不同的连杆点所能形成的各类不同的连杆点曲线的影响，不同的连杆点所形成的连杆点曲线的差异及其变化规律，最后一步是综合设计，要求学生根据预定轨迹设计出该机构的几何尺寸。他们可以根据计算机的图谱库中同类形状的图谱与之对照，找出连杆点曲线形状与预定轨迹最为接近的机构尺寸进行适当的改变后，在计算机上动态地演示出连杆点曲线，直到所形成的连杆点曲线与预定轨迹形状基本吻合为止。这样就能设计出能实现给定连杆点曲线轨迹的几何尺寸了。实践证明计算机辅助实验提高了学生对课程学习的兴趣，可引导学生进行创新思维，加深对所学知识的直观认识和理解，拓宽知识面，培养学生的创新意识和综合设计能力，是一种较好且有效的现代化实验方法。
建立机械设计与制造实验室一直以来，由于理论课教师在课堂教学中注意引导启发学生的创新思维，在课程设计中，有一些学生表现出很好的设计创意，但由于没有条件把学生的创意变为现实。学生的设计只能停留在纸上谈兵的低级阶段，难以使学生的创造热情持续并向更高的层次发展。如果能为学生建立一个具有小型车床、刨床、铣床、钻床等设备的机械设计与制造实验室，让学生有机会自己动手将自己的设计构思加工成为可动的实验模型，使学生的创意付诸实践，将进一步激发学生创新的热情。这样的实验室能让学生进行工艺编程、加工制作等成套作业，从而形成良好的创新发明气氛，使实验室真正成为学生创新能力的培养基地，成为学生创新设计的乐园。
机械创新设计是一个具有创造性活动的过程，它可以及早地在学生中树立工程设计的理念，激发创新精神，培养主动学习能力，独立工作能力和创造能力。当前，对学生进行创造性教育，培养学生创新设计能力将成为高等职业教育的一个永恒主题，需要教师和学生共同努力，为社会培养创新型人才。
参考文献：
[1]陈立德.机械设计基础[M].北京：高等教育出版社，2004.
[3]丁洪生.机械设计基础[M].北京：机械工业出版社，2000.
作者简介：
黄瑷昶（1952—），男，副教授，研究方向为机械设计与现代制造技术。