机械结构设计基础知识大全11篇

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《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。

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中图分类号：G642.41 文献标识码：A DOI：10.3969/j.issn.1672-8181.2013.17.117

1 概述

金属结构类课程是长春工程学院材料成型及控制工程专业结构方向的一类非常重要的专业课，它是一个系统工程，包括设计、加工制造和安装三个过程。本类课程包括《金属结构设计基础》、《轻型钢结构设计》、《建筑钢结构设计》、《水工金属结构设计》、《金属结构制造及安装》、《金属结构涂装技术》、《金属结构质量检测技术》及《钢结构工程施工机械》等一系列课程及相关的课程设计。

通过本类课程的教学，使学生获得钢结构基本构件的工作原理和设计方法的基本知识及典型金属结构的设计、制造及安装方面的知识；具备正确运用设计标准、设计规范、设计手册设计常用钢结构的基本能力。该类课程范围广，涉及到机械、材料、土木、化工、水利等多个领域，而且实践性较强，然而在教学过程中各课程之间与实践环节的衔接性不够，实践教学多为理论课程服务；对学生工程应用能力获取和工程素质形成缺乏认识；实践教学的时间保证也存在问题。

本文借助CDIO教学理念，坚持以宽口径、强应用为出发点，积极引导学生个性发展，柔性化培养，采用“理论教学、实践教学、自主研学”的三元化教学模式，对金属结构类课程的教学模式进行了探讨。

2 基于CDIO的金属结构类课程教学模式改革

CDIO工程教育模式是近年来国际工程教育改革的最新成果。CDIO代表构思（Conceive）、设计（Design）、实现（Implement）和运作（Operate），它产品研发到运行的生命周期为载体，让学生以主动的、实践的、课程之间有机联系的方式学习工程的理论、技术和经验。其培养的能力应该具有工程基础知识、个人能力、人际团队能力和工程系统能力四个层面。基于CDIO思想对金属结构类课程教学模式进行了改革。

2.1 课程结构

金属结构类课程内容多、范围广、实践性强。在基础教学中，以工程实践入门，探讨激发学生兴趣的新的课程结构体系。首先以工程实践为导向，向学生阐明该学科的基础知识；其次在课程学习中，将个人的产品交流能力以及产品、过程和系统构建能力的培养看作是这个课程计划不可分割的一部分。比如在讲受弯构件梁的时候，先以锻炼身体的单杠作为对象，提问单杠的组成，从而引入梁构件。接着提问单杠在使用过程中受到那些力的作用，设计过程中需要考虑那些因素，让学生发表自己的看法，从而实现学生的产品设计交流能力的培养。

2.2 教学内容及方法改革

以CDIO教育理念为思想，根据课程结构体系完善课程教学内容，并探讨基于主动经验学习方法的有效的教与学。

2.2.1 以工程应用能力培养为教学目标

结合工程应用型人才能力素质要求，明确了“金属结构设计基础”以培养学生基本构件的设计能力，“轻型钢结构设计、建筑钢结构设计、水工金属结构设计”以培养学生设计典型金属结构的能力；“金属结构制造及安装、金属结构涂装技术、金属结构质量检测技术、钢结构工程施工机械”以培养学生的制造及安装应用能力为教学目标。

2.2.2 以典型工程案例为教学载体

各教学环节精选具有典型的工程案例作为具体的教学内容，这些工程案例均来自具体工程单位并且是真实的工程任务。如讲授轻型钢结构设计的时候，课前教师提出与轻钢结构有关的一个典型工程案例（校工程训练中心厂房），学生查找相关资料；课上教师讲授，并让学生分组讨论或辩论；课后学生自己选择一定的实例来设计完成此节知识点的学习。最后才是学生做课后作业。该过程是一个主动学习的过程，让学生致力于对问题的思考和解决。

2.2.3 以问题驱动为教学方法

在教学方法上采用了问题驱动方式进行，即通过具体任务问题，驱动学生参与全部教学过程。

2.2.4 以小组合作为教学组织形式

学生在教学环节中，以小组合作的形式来完成具体的教学任务。例如，在实施“金属结构制造综合训练”教学时，要求学生根据个人的基础和能力，以小组为单位选做不同难度的金属结构，充分体现了“因材施教”思想；要求小组合作者在专业两个方向的学生之间交叉选择，并且担任与其专业方向相左的任务，通过学生间相互学习、相互协作，共同完成产品制造。其目的在于全面培养学生工程应用能力，更加重视团结协作和顽强拼搏的工程素质训练。

2.3 学习评价系统

CDIO教育理念强调知识讲解的同时重视个人能力的培养，因此需要有效的评价过程来衡量能力的高低。建立与CDIO相关能力的评价系统。该评价系统将过程考核和成果考核有机结合，不但考核学生最终的成果质量，同时注重考核学生在整个实训中所表现出来的工程应用能力和工程素质，使该教学环节真正发挥对学生工程应用能力培养的实效。

3 结语

本文针对当前金属结构类课程教学中存在的一些问题，在CDIO教育理念指导下，从课程结构、教学内容及方法改革、学习评价系统等方面进行了改革，探讨了以典型工程案例为教学载体、以问题驱动为教学方法以及以小组合作为教学组织形式等教学模式在金属结构类课程中的应用。

参考文献：

[1]徐学东，郭淑兰.突出应用及实践能力的《金属结构制造及安装》课程教学改革研究[J].时代教育，2010，（4）：99-100.

[2]冯建芳.金属结构课教学改革的一些尝试[J].高等建筑教育，1988，（1）.

[3]查建中.CDIO：颠覆性的工科教育模式改革[J].中国远程教育，2009，（3）.

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机械类机械制造基础系列课程包括机械制造技术基础、机械制造实习和实验。其历史悠久，在1980-2000年期间，机械制造技术基础课程学时数最高达到120学时，机械制造实习（原金工实习）和实验最长达到8周，一般由金工教研室教师负责教学组织和安排，通过教师设计和参与指导实习和实验将理论课与实践课紧密结合。但2000年后，由于课程改革，很多学校的机械制造技术基础课程被分解为材料成形技术基础和机械制造技术基础两门课，而且两门课被分散到材料和机械两个学院，原金工实习拓展为工程训练课程独立归属到工程训练中心，导致理论与实践严重脱节[1]。单方面强调理论的重要性，或者单方面强调实践的重要性都不利于工程知识的构建。制造工程科学是建立在工程实践和工程理论基础上，理论可以指导实践，实践反过来又能丰富理论的内涵。因此，理论课教师应积极设计相关教学环节，将理论与实践紧密结合，实践课教师应该积极配合理论课教师实现教学设计。从而拉近理论与实践的距离，而不是将两者脱节和分离[2]。国内高校中近年来对理-实一体化课程的研究逐步增多[3-5]，但其方法有将课堂放到车间的边讲边练，学用结合；有制定模块，讲练交替的；还有给予职业发展取向，强化技能应用的。总的来看还是停留在用实践来理解工艺原理，进一步提高工艺技能。职业化教育的倾向比较明显。国外一些知名大学，通过综合性实践课程和项目来实现理论与实践的有机结合[6]，例如，加拿大滑铁卢大学所开设的机械工程实践入门1和2，机械工程设计项目1和2；将有关机械制造工艺、机械设计通过项目和实践紧密联系在一起，更加强调理论与实践的有机结合。通过借鉴国内外在理论与实践课程方面的改革经验，通过对课程中一个特定章节的案例分析，为构建机械制造技术基础综合课程的理实一体化课程体系和教学内容打下实践的基础。本文作者在学校教学质量工程研究项目和湖北省教学研究项目的支持下，通过文献研究和调研，提出了构建“机械制造技术基础综合课程”的研究项目，并做了大量的研究工作，形成了旨在提高学生分析问题解决问题的能力的课程体系和教学内容及方法。

二、理实一体化课程体系及教学内容设计

“机械制造技术基础综合课程”课程体系：以现代制造技术为基础、以典型案例实践与分析为先导、以计算机辅助工艺设计为核心、了解传统工艺方法的特点、培养综合工程能力和创新精神[7]。根据课程体系要求，按照教学内容，将每一知识点的教学按照先到实习车间进行实践教学，获得工程实践的感性认识和动手能力。然后在课堂上进行归纳，总结。同时提出问题和项目任务，学生通过自学、设计、制作获得产品功能；最后，再到课堂对存在的问题进行研讨、获得解决问题的方案和创新报告。根据上述课程体系要求和分析，确定“机械制造技术基础综合课程”的教学内容为：体念传统制造工艺方法，掌握先进制造工艺装备操作，讲授与讨论制造工艺基本知识，进行典型零件工艺分析与制作实践，项目设计与工艺设计研讨，项目实施与制作、运行考核、报告与答辩。主要针对机械类专业原来金工实习和机械制造技术基础两门课合计学时为200，经过整合实际学时为176，其中实践内容所占比例不能与理论教学完全分开，只能根据教学需要，有时可能要进行分析、讨论，有时需要实验、制作。按照课程章节内容同时安排认识实践、讲课、动手操作、工艺分析讲课、项目任务实施与答辩。其中铸造工艺理实结合课程教学内容设计如表1所示。

三、铸造工艺章节案例实施方案

1.教学目标。根据机械类专业对毕业生能力要求，本章节可以贡献给专业论证中毕业生能力指标中的第3、6、7，具有初步铸件结构设计能力、铸造工艺设计能力；掌握砂型铸造的操作技能；了解其他铸造方法特点及应用、铸造合金的特点及应用，能够用3D打印技术实现工艺设计，并实施工艺过程。

2.实施步骤与教学方法。①铸造工艺认识实践。以班为单位到铸造实训室，优先由实习指导教师演示砂型铸造过程，然后学生亲自动手铸造十二生肖工艺品。学生参观实训室，记录相关设备、工模具。由教师组织看录像片，了解其他特种铸造工艺过程。②铸造工艺基础知识讲座。由教师讲授金属及合金的流动性、收缩性、偏析与吸气，铸造性能与力学性能间的关系，讨论铸造合金的选择。认识零件图与铸造工艺图，分析铸造工艺参数与铸造工艺图设计。③砂型铸造工艺实践。由实习指导老师安排学生铸造两通铸件，从零件图分析、铸造工?图设计、到选择模样、芯盒、造型、制芯、合箱、浇注、清理和质量分析[8]。其他造型方法（整模、活块、三箱）的演示性示范讲解。④铸件结构设计原理讲座。由教师讲授砂型铸造的铸件结构设计，包括外形、内腔、壁厚、壁间连接的设计原则、减小铸造应力的设计；其他特种铸造方法的铸件结构设计。⑤铸造工艺综合设计与制作项目。教师下达项目任务书（如图1所示），组织学生分析典型铸件的结构设计与铸造工艺间的关系。结构设计与铸造工艺的多样性，分组设计不同铸件结构和工艺方案。

四、教学效果分析

2016年3―7月，在材控1404-06，工程1401-02班中进行改革试点，学生经过有关铸造工艺知识的学习和操作实践，初步学会采用铸件的结构工艺性设计原理和铸造工艺设计方法完成槽轮铸件的结构工艺性设计，铸造工艺设计；并用FDM3D打印制作模样和芯盒，然后用砂型铸造工艺实现了铸造工艺设计。取得了良好的教学效果。

1.学生结构设计和工艺设计结果。通过结构设计获得如下两个结构的铸件，由于结构设计中，中心轮毂高于轮缘，为了实现大批量机器造型，应采用分模两箱造型，芯盒也采用两半分开式芯盒。

2.FDM3D打印制作的模?雍托竞小Mü?工艺设计，将三维图转换为3D打印文件，控制3D打印机打印获得了模样和芯盒。见图2中所示。

3.砂型铸造的槽轮铸件。用模样和芯盒砂型造型后获得的铸型以及浇注的铸件见图2。学生通过实践―理论学习―实践―设计―再实践，获得了本质上的飞跃。从过去金工实习完了就只知道造型、学了机械制造技术基础课后也不知道如何指导实践，到现在可以理解相关知识，不仅能动手造型、还能利用课程相关理论设计工艺、用3D打印制作模样和芯盒、通过铸造实施分析设计方案的合理性。

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模具是一种技术密集、资金密集型产品，在我国国民经济巾的地位也非常重要。模具工业已被我国正式确定为基础产业，并在“十五”中列为重点扶持产业。由于新技术、新材料、新工艺的不断发展，促使模具技术不断进步，对人才的知识、能力、素质的要求也在不断提高。

根据社会发展对模具专业学生的新要求以教学生的实际情况，探圳大学工程技术学院对99级模具设计方向学生的毕业设计的进行了较大的改节，并取得了较好的效果。

2模具专业学生培养目标

深圳大学模具设计专业隶属于深圳大学工程技术学院机械制造及其自动化专业，主要是从事注射模的设计与制造。为了明确本方向的培养目标，我们对珠江三角洲，特别是深圳周边地区模具企业进行了比较广泛的社会调查，调查结果表明，用人单位要求毕业生有较高的思想品质和道德修养，爱岗敬业和较好的与人协调共事能力，要求毕业生基础理论扎实，着重基本技能的掌握和再学习能力，要求毕业生熟练掌握外语，有一定的计算机软件应用和开发能力。

根据调查结果分析，我们把模具专业人才培养的规格定位于：面向各类型企业，培养爱岗敬业，具备机械及各类模具设计与制造基础知识，具有较强的再学习能力和创造能力，能在模具生产第一线从事模具设计制造、技术开发、应用研究和经营销售的应用型工程技术和管理人才。据此把拓宽专业口径，课程体系合理，教学内容优化、实验研究能力强，社会适应面宽，作为本方向教学的基本指导思想，将模具设计理论、实践与及计算机应用融合为一体。

3计算机技术在注射模中的应用领域

塑料产品从设计到成型生产是一个十分复杂的过程，它包括塑料制品设计、模具结构设计、模具加工制造和塑件生产等几个工要方面。它需要产品设计师．模具设计师、模具加工工艺师及熟练操作工人协同努力来完成，它是一个设计、修改、再设计的反复迭代、不断优化的过程。传统的手工设计已越来越难以满足市场激烈竞争的需要。计算机技术的运用，正在各方面取代传统的手工设计方式，并取得了显著的经济效益。计算机技术在注射模中的应用主要表现在以下几个方面：

(1)塑料制品的设计：基于特征的三维造型软件为设计者提供了方便的设计平台，而且制品的质量、体积等各种物理参数为后续的模具设计和分析打下了良妤的基础。

(2)结构分析：利用有限元分析软件可以对制品的强度、应力等进行分析，改善制品的结构设计。

(3)模具结构设计：根据塑料制品的形状、精度、大小、工艺要求和生产批量，模具设计软件会提供相应的设计步骤、参数选择．计算公式以及标准模架等，最后给出全套模几结构设计图。

(4)模具开合模运动仿真：运用CAD技术可对模具开模、合模以及制品被推出的全过程进行仿真，从而检查出模具结构设计的不合理处，并及时更正，以减少修模时间。

(5)注射过程数值分析：采用CAE方法可以模拟塑料熔体在模腔中的流动与保压过程，其结果对改进模具浇注系统及调整注塑工艺参数有着重要的指导意义，同时还可检验模具的刚度和强度、制品的翘曲性、模壁的冷却过程等。

(6)数控加工：利用数控编程软件可模拟刀具在三维曲面上的实时加工过程并显示有关曲面的形状数据，同时还可自动生成数控线切割指令、曲面的三轴，五轴数控铣削刀具轨迹等。

目前，国际上占主流地位的注射模CAD软件有Pro/E、I-DEAS、UGⅡ、SolidWorks等；结构分析软件有MSC、Analysis等；注射过程数值分析软件有MoldFlow等；数控加工软件有MasterCAM、Cimatron等。

4模具专业毕业设计模式

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【中图分类号】G640 【文献标识码】A 【文章编号】1009-9646(2008)08-0185-02

1 引言

人类的一切文明都是设计的产物。工程产品设计就是利用科学研究得到的原理,发明现实世界里还没有的人造装置,以满足人类在生活和生产中的各种各样的需求,从而创造出更美好的新世界。文学家雨果曾说过“想象是伟大的潜水者。”[1,2]创作新的作品需要想象,同样科学技术研究也需要创新性的想象与想象力培养。中国的大学教育传统上以文学和政论为主,强调修身、齐家、治国平天下[3]。近代以来,西方的以分析精神为代表的现代科学教育进入中国,并且已成为理工农医科学教育的核心[4]。根据中国教育的长期教育历史和目前建设创新型国家的要求,当前有必要强调创新教育。前文从产品设计、想象与想象力和想象力培养三个方面着重讨论了想象力在产品创新设计中作用[5]。表1列出的是发明家所需具备的主要素质[6],由数据可见,想象力和坚持性是迈向成功的两个主要素质,因此,在科技人才的培养方面应注重这两方面能力的锻炼。只有不断地在学习和工作中,主动地学习想象的方法,积极想象新的功能、原理和结构,才能更好地设计新产品。

机械产品、机电产品的设计也需要培养设计者的想象力,可以说,没有想象,就没有创造,只会是骥尾之蝇,亦步亦趋的步人后尘。我国政府倡导建设创新型国家,在一些领域要与国际先进水平并驾齐驱,这需要科技工作者与技术工人的共同努力。在新产品的创造过程中,需要设计者创新性的构思新产品、技术工程师设计新产品和制造工艺以及技术工人加工新产品。工人从事产品制造加工,技术人员从事产品设计和加工工艺编制,科学技术工作者从事产品创新思路研究与产品原型研制。想象力与坚韧不拔是创新工作者应注重培养和训练的优秀素质。本文拟讨论从事机电产品创新所需要注意的几个问题。

2 功能设计的想象

产品是指生产出来的物品,对人类具有一定的功能。“顾客购买的不是产品本身,而是产品所具有的功能。”社会上流通的产品对其生产厂商是获得经济效益的产品,而对使用者来说,他人提供的产品就是自己的工具。西方的阿里士多德和培根曾对工具论作了阐述,与机械工业化革命相对应,工具论对机械工业革命、电气化工业革命、信息化工业革命和生物技术革命都产生了显著的作用。笛卡儿提出数学描述的方法论,后来牛顿、达尔文和哥白尼等分别提出了自然科学不同学科的基本原理。机械产品设计依据机械原理,1970年德国科学界提出的功能原理的产品设计,特别注重功能原理解。功能是产品购买者购买商品的原因,因此产品的设计就是实现某些产品功能。

在人类社会的前期发展过程中,工程科学一直沿用师傅带徒弟的方式传承手工技艺,有的的技艺还是家族传递下来,由于战争等灾难因素,其中有的技术已经失传。近代科学以伽利略为其开端的代表人物,将数学原理用于物理知识的表达和分析,开启了近代工程科学。另一方面,知识的传播也由学校完成,高等教育蓬勃发展,形成机械、电气、土木、化工、计算机、信息和生物组成的现代工程科学体系。机械工程的历史悠久,而且其原理知识渗透到各个工程技术领域,并没有随新型工程技术的发展而消亡,而是成为工程产品设计的基础。例:现代的航天工业、生命技术和核能工业都离不开机械工程知识的支持。机械产品与信息科学、生命科学的结合,出现了数控加工机床、机器人和靶向药物等一系列技术产品,人类的制造能力大幅度提高。近年来,随着数字化设计和协同设计技术的发展,人们设计新产品的能力也将得到显著提高,计算分析软件包的开发与使用,必将对产品设计的方式和方法产生巨大影响,新产品的设计周期将大大缩短。

要设计出新的产品,就是设计出新的功能或功能组合。要实现产品的创新设计就是要在设计初始阶段想象出新的功能或功能组合,向用户提供新的功能。一般常用的想象方式是通过市场调研或用户反馈的意见,提出产品功能的改进,新的产品功能很多是根据使用者需要而想象出来的。革命性的系列化产品都是依据新的科学原理,或变换原理或变换结构所想象出来的。例,从双卡收录机到卡式随身听,再到电子技术的MP4,前者使用相同的磁记录原理,但变换了结构与功能组合,获得了便携的功能。后者采用新的磁记录原理,利用巨磁阻效应设计出新的技术手段,实现播放声音和图像媒体的功能。

功能设计有分解和综合方法,原理设计有集成、转用和逆向等方法。产品的功能创新设计不一定是设计出前所未有的产品,随着各个领域知识的融合和技术革命,很多产品的设计采用新的知识原理来更换以前产品所采用的原理,获得更低的成本、更方便的制造或使用。

功能设计的创新过程中需要形象,例如人类想象出了飞机、电视机和收音机等,在设计这些产品前,人们就已经幻想象鸟一样飞行,千里眼和顺风耳,在古代的小说中就有这样的文学想象,后来的技术革命用技术手段实现了人们以前的想象。要实现对新功能产品的想象,就必须解决其依托的核心功能原理,例如流体力学原理、无线信号传递等原理。物理原理、化学原理和生物原理是设计新型产品的基础知识,近200年来,人们主动采用各种基本原理设计出许多种新产品,而且这一趋势仍将继续下去。

3 原理设计的想象

设计产品需要依据一定的功能原理,功能原理的创新就非常重要,机械原理知识仅仅是机械产品原理设计的基础。有时很复杂的机械产品,如果用电子控制技术来实现,其结构就非常简单。例上面所述的随身听。机械科学的原理并不多,常用的有杠杆、滑轮、啮合传动、摩擦传动、滚动支承、滑动支承、电磁支承、凸轮、连杆、螺旋等十几种。常用的电子原理有加、减、乘、除、微分、积分、反馈等。现在基本的机械元件和电子元件都已有基本的单元销售,已有专业化生产厂家生产这些标准化的元器件。复杂机电产品的设计并不是将机电单元简单的堆砌在一起,而是有机的组合、有目的的组合基本单元,来实现其使用功能。

产品的制造工艺原理也十分重要,它们决定了产品设计是否可以物化、是否可行。常用的机械产品的加工工艺有车、铣、磨、刨、镗、铸造、焊接、热处理,新的加工工艺有电子束焊接、激光表面处理、离子注入、化学气相沉积、物理气相沉积、腐蚀、键合等等,这些加工工艺都已在机械产品加工中得到广泛应用。利用新的物理、化学或生物原理来发明新的机械产品或电子产品的加工工艺,这是目前和今后发展的方向之一。在知识教学中,更应培养学生的触类旁通、获取知识的能力。

现代的机电产品,在构思整体设计时就要分析其功能原理形态矩阵,比较优化得到最优的技术原理方案,并且择善而从地详细分析最佳方案。设计原理的选择,不仅要考虑技术的先进性,还要分析其成本、环境的友好性和可持续发展的前景。对产品功能原理的优化软件在近20年时间内得到了很大发展,例:TRIZ等。但,产品的成本分析和环境友好性分析仍无相应的设计软件,这也是今后的发展方向之一。

随着数字化设计、虚拟加工和虚拟装配技术的发展,例:Unigraphics软件包,机械产品的设计和制造过程也发生了很大变化,运用虚拟软件设计来设计和制造产品的成本比试样产品的制造,成本大大降低。数字设计、数字制造和数字管理技术的发展,依托于信息技术,对机械工业已经产生了变革性的影响。协同设计、协同制造和协同管理技术在最近几年仍然会得到快速的发展。机电产品的原理设计有集成、转用和逆向等方法。例如汽车内燃机集成了连杆传动、轴承支承、凸轮传动等。冲压机和汽车发动机就是曲柄滑块机构的转用。鞋底防滑花纹的设计是摩擦学中理论应用的反问题。

4 结构设计的想象

要将设计原理实体化,获取设计者设计的产品功能,就必须进行产品的结构设计。常用的结构设计方法有放大、缩小、转用和变结构等。在机械系统的结构设计方面,俄罗斯的学者非常重视,而德国和日本的学者重视原理的设计和设计方法。我国的机械产品设计在1978年以前学习俄罗斯的结构设计,在80年代学习德国的功能设计理念、日本的二次设计方法。结构设计中常用的零件结构已经标准化。

从1960年来人们研究的仿生设计思路,为结构设计者提供了一条途径。基于流体力学的飞机结构设计,基于固体力学的齿轮和滚动轴承设计,基于动量守恒原理的喷气机设计,基于光学的鹰眼、蛙眼设计,基于红外原理的制导设计等等。在固体材料结构方面有仿生陶瓷、仿生的复合材料,多层涂层设计模仿竹、海螺壳等结构,今后在有机材料的设计方面人们更加依赖于对自然材料的仿生。

结构的标准化、新材料的开发与应用将对机械结构的设计产生重大影响。前人的石器时代、青铜时代、铁器时代和半导体时代以及今后的生物材料时代,都已经对产品的设计原理、设计方法产生了巨大影响,而且产品的结构也发生了很大变化。例:古代利用细绳作为锯子,今天利用合金材料和电力驱动的电锯,今后的激光切割等。新的原理、新的方法和新材料决定了那个时代的产品的技术含量和经济效益。

现代机电系统向复杂化和微纳化两个方向发展。复杂机电产品集成了机械原理、电路原理和控制原理等。例如,盾构机械和大飞机等,复杂机电产品的结构比简单机械要复杂100～10000倍,因此其设计制造是一个国家的机电产品设计制造能力的集中体现。复杂机电产品的设计过程中一般都采用数字化协同设计的组织方式,充分发挥各个设计单位的优势,团队的协作有助于缩短设计周期、提高设计效率和优化产品的性能。我国的机械工程教学中过分强调单元课程的学习,可喜的是近来组织机械设计大奖赛的竞赛,这有助于培养设计复杂机电产品的能力。

微纳机电产品,以微纳微型、微纳传感器和芯片等技术为代表,在近10年内取得了一系列突破。化学原理和生物原理也逐渐应用到这类微纳机械产品的设计,例如生物传感器和生物芯片等。未来的机械应该是生物机械,传统的机械原理、机械设计和机械制造技术都日臻成熟,21世纪的机械是生物机械,这一点上大多数人已有共识。我们现在大学里培养的人才,今后的21世纪的机电产品创新必定依靠现在的青年人,因此有必要开设系统论、生物原理等课程,这一点仍有欠缺,也未达成共识,作者认为应从未来机械发展的高度,布局现在的机电产品设计人才的知识结构,以利于他们今后更有创造性、更好地创造出新的产品。

关于微纳机电产品的设计,目前有两种技术路线。其一,是将以前的机构、机械结构和电子元器件缩小,在微米级加工微型齿轮、连杆和轴承等。另一种思路是抛弃传统的机械原理和机械零件设计,依据生物物理和生物化学的基本原理来构造微纳系统,例如仿葵花的转动机械等。作者认为第二种思路是更好的,因为机械原理和零件的设计应该随时俱进,不应保守的依据毫米级的机械原理和零件,而应该结合生物科学的发展,将生物物理和生物化学与机械科学结合起来,创造出更多更好的微纳机械系统。

5 结语

(1)功能、原理和结构的思路是德国科学家提出的别具一格的产品设计整体框架,本文从功能、原理和结构三方面再次讨论产品创新设计中“想象力”的作用。

(2)未来机电产品的发展向复杂化和微纳化两个方向发展,今天我们在本科教育阶段应该缩减单元知识的教学,增加系统论和生物原理的知识传授。

(3)对于研究生的创新能力培养,学生的课题研究不应竭泽而渔,而应结合研究生的论文主题,在讨论课上各抒己见,培养同学的提出问题、分析问题、解决问题和总结问题的能力。

参考文献

[1] 吴国盛.科学的历程[M](上册,下册).长沙:湖南科学技术出版社,1995.

[2] 维娜 艾莉著,刘民慧等译.知识的进化[M].珠海:珠海出版社,1998.

[3] 曲士培.中国大学教育发展史[M].北京:北京大学出版社,2006.

[4] 戴本博,张法琨.外国教育史[M].(上册,中册,下册).北京:人民教育出版社,1989.

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中图分类号：G712 文献标识码：A 文章编号：1672-5727（2012）10-0092-03

在高职院校人才培养水平评估过程中，教师的课程说课是一项必不可少的重要内容。说课是教师口头阐述一门课程在专业课程体系中的定位、教学目标、课时分配、课程设计思路、教材内容取舍与序化、教学条件、课程教学方法的选择、课程考核等一系列教学元素的确立及其理论依据的一种教学研究活动。通过说课可以考查教师教育教学理念和课程开发、设计与实施的能力。笔者拟结合《塑料成型工艺及模具设计》的教学经验，探讨这门课程的说课设计。

课程定位与目标

（一）课程的定位

《塑料成型工艺及模具设计》是模具设计与制造专业核心课程之一，它的作用是培养学生从事冲压工艺设计、冲压模具设计、冲压模具装配调试与维护的知识与技能。课程内容承前启后，先修课程有《机械制图》、《机械设计》、《机械制造基础》等，后续课程有《模具CAD/CAM》、《三维设计》等。

（二）课程的目标

技能目标 简而言之，本课程的教学目标是培养学生一能分析、二会计算、三懂设计、四强操作。例如，能正确分析塑料制件的成型工艺性，会正确进行模具设计时的工艺计算，懂得如何完成中等复杂程度的模具设计任务，能够完成冲压模具的安装、调试与制件的生产操作，从而达到本专业对应职业岗位的相关工作要求。

情感目标 培养学生学习的主动性和自主学习能力，以及创新能力、沟通能力和团队协作精神，同时，养成严谨细致的工作态度和爱岗敬业的工作作风。

课程教学资源

本课程建立了多元化的教学资源，包括理论教材、实践教材、网络资源、校内实训室和校外实训基地。这些资源相互补充，能够满足本课程理论教学与实践教学的需要。

（一）教材选用

课程教材选用由高等教育出版社出版，齐卫东主编的普通高等教育“十一五”国家级规划教材《塑料模具设计与制造》。该教材在内容上兼顾了理论基础和生产实践两个方面，内容全面，实用性强。书后所附助学课件包含了大量动画，辅助教学内容，使成型工艺的讲解更加生动、直观，有利于激发学生的学习兴趣。

（二）校内实训基地

目前，本专业已建成与模具设计相关的多个实训室和实训中心，如表1所示。完善的校内实训基地确保了实践教学的顺利开展，为培养学生的专业技能提供了保障。

（三）校外实训基地

根据《塑料成型工艺及模具设计》课程教学需要，本专业加强了与周边高校、企业的合作，如与江苏常发集团、南京汽车集团有限公司等多家企业建立了长期合作机制，为本课程的教学建设了产学研平台。学生在校外实习基地可完成课程实训、职业素质培养、生产实习、毕业顶岗实习等。比较稳定的校外实践基地网的形成是课堂教学的有效延伸。

教法与学法分析

（一）教学方法与手段

本课程在教学过程中应针对不同的知识模块采用适当的教学方法。例如，对塑料基础知识“成型工艺”主要采用课堂讲授和启发式教学，对几种典型成型工艺的教学主要是现场教学。模具拆装实训是在学完模具基本结构的基础上由教师现场演示、学生分组练习。模具设计部分主要是采用案例分析、对比推理的教学方法。最后阶段的课程设计采用任务驱动法，教师下达设计任务，学生小组讨论、协作完成设计。在教学过程中，这些教学方法的灵活运用，形成了“教学做”合一的教学模式。

在教学手段上，强调多媒体、网络资源与传统教学手段的恰当运用。一些抽象枯燥的成型工艺，学生没有直接接触过，如果在课堂上直接讲授，学生将很难理解。而借助多媒体课件和丰富的网络资源，不仅能使抽象的教学过程变得形象、直观、生动，而且借助网络平台能增加课堂的信息量，拓宽学生的视野，大大提高课堂的效率和质量。

（二）学习方法指导

学情分析 本课程的教学对象是模具设计与制造专业二年级学生，他们已学习了《机械制图》、《机械设计》、《机械制造基础》等先修课程，有一定的看图、读图、绘图能力和动手操作能力。但学生的基础参差不齐、自学能力不强、对枯燥的专业知识不太感兴趣，因而在学习过程中存在着这样三对矛盾：结构图量大——学生读图能力弱；成型工艺复杂——学生不熟悉工艺；参数计算繁多——学生机械记忆公式。

采取措施 （1）多媒体教学，利用实物模型；（2）现场教学，动画演示；（3）优化课程设计，进行案例分析。

学习方法 （1）从做中学，提高读图能力；（2）从实践中发现规律，培养自主学习能力；（3）小组讨论激发兴趣，达到举一反三。

教学组织与实施

（一）课程整体设计

本课程打破了传统的课程设计模式，树立了新的设计理念和思路，从工作岗位中提取工作任务，再转换成学习任务，最后设计成整合的工作任务作为教学内容。教学内容安排按照认知规律由易到难，分为四个阶段，共90个学时。第一阶段是塑料基础知识及成型工艺，12学时；第二阶段是模具拆装实训，14学时；第三阶段是模具结构设计，40学时；第四阶段是塑料模具课程设计，24学时。

本课程的重点、难点是注射模具结构设计，将其分为八项具体任务，前两项是模具整体结构的认识和工艺分析，其他六项是模具各零部件的结构设计。

（二）课程考核

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1.引言

随着现代教学手段的普及与推广,网络课程教学越来越受到重视,并且各学校都建设了一批网络课程用于教学实践。网络课程是通过网络表现的某门学科的教学内容及实施的教学活动的总和,它包括按一定的教学目标、教学策略组织起来的教学内容和网络教学支撑环境两个组成部分。深刻理解教学目标和采用适合网络教学特点的教学策略对教学内容的设计尤其重要。教师在设计网络课程教学时,要特别把握网络教学中教与学分离特点,通过对教学内容的合理设计,充分利用多媒体的交互作用,实现在多媒体交互下的教与学的有机结合。教学活动中信息接受的层次性也是认识论所提出的认识反复性和认识的无限性的实践过程。所以教师在网络课程结构设计中要注重层次性设计。

2.《数控加工技术》网络课程的总体建设思路

《数控加工技术》是工科机械类专业中机械设计制造及自动化、模具设计与制造、机电一体化、数控等专业的一门主要专业课程之一,是一门实践性很强的、面向生产现场的应用型专业课程。根据实践中相关网络课程的建设应用情况发现,在这类应用型专业课程网络课程建设中,相对于一些理论性或基础性课程的网络课程建设,多媒体素材准备较为困难(如一些设备结构展示、现场操作视频等),往往造成建设的网络课程与书本内容相差不大,知识容量有限,进而在应用中学生感到乏味,不能够达到促使学生主动性和探究性学习的目的。根据这些经验和该课程的性质,我们制定了《数控加工技术》网络课程的总体建设思路:在课程教学大纲的规定教学目标指导下,充分发挥网络课程媒体承载丰富的特点,在教学内容、学生自主学习策略、学习环境等方面充分考虑层次性设计。

3.层次性设计的思路与实现

网络课程的教学是通过以多媒体素材的教学内容网页展示和作为教学对象的学生主动学习的过程来实现的。所以在该课程中教师应充分考虑教学对象和教学内容的层次性,从而达到较好的教学效果。

3.1教学对象的层次性

从传播学的角度来看,网络课程教学就是通过网络进行信息传播的过程。在该过程中,为了保证信息传播效果,教师必须对信息接受者进行分析,了解其对信息的初步认识、基础知识、学习准备等,为网络课程设计中进行教学内容选择和组织、教学策略设计与教学评价的设计提供参考依据。教学对象不同,其学习态度、起始能力和个性特征也不同,这些能力和特征影响着教学效果。

数控加工技术课程教学对象包括多个专业方向多个层次类型的学生,比如已经初步学习过部分专业知识的专升本学生和普通本科类学生等,这些学生在前期课程设置、基础知识掌握程度等方面都存在一定的差别。即使是同一个专业方向的学生也存在基础知识掌握、独立主动学习能力等各方面的层次性差异,所以在网络课程设计中教师要充分围绕适应各个层次的教学对象进行考虑,达到网络课程的内容具有面向各专业教学对象的适用性,使不同层次的学生在课程中能够充分发挥学习的主动性,对本专业需要掌握的课程知识内容进行学习。

3.2教学内容的层次性

结合教学对象的层次性,合理制定和设计教学内容是保证教学效果的前提。在网络课程中,教学内容主要通过多媒体介质的信息传递来实现,不具有课堂教学中由老师进行灵活调整教学内容的优点。所以在网络课程设计中教师必须在充分分析学生通过网络学习的心理基础上更加细致地对教学内容进行设计。

数控加工技术是一门建立在传统机械加工基础上的现代制造技术形式,所以掌握好该门技术要具备较为广泛的知识储备,比如工程材料基础、机械制造技术基础、金属加工工艺学、公差与配合等个方面的基础知识。除此之外还要具有计算机应用、机械工程检测技术等方面的专业知识。所以在对该网络课程教学内容进行设计时,教师应根据教学对象的层次性要求,对教学内容进行分析整理,充分体现各个层次教学对象的知识需求,相应设置各个教学内容模块,使不同的学生在通过网络课程的学习过程中都能够得到适合自己需要的知识。

3.3网络课程中层次性设计实现

在建设《数控加工技术》网络课程的过程中,根据教学对象和教学内容的特点要求,教师应充分利用网络教学的特点,利用不同的模块设置和模块内的知识延伸网络链接设计,使学生在学习过程中能够根据自己的需要和兴趣找到自己要学的内容,并且能够通过网络链接方便地从网络上得到需要补充的基础知识和希望了解的延伸知识。在这个思想指导下,教师应设计具有知识难度和知识广度的层次性网络课程的结构组成,主要包括:自主学习功能模块、辅导答疑功能模块、作业功能模块、讨论学习功能模块、自测与练习功能模块、虚拟仿真操作模块等。通过这些模块,学生能从基础知识准备、基本知识点掌握、理论应用与实践等方面进行学习。其中自主学习模块是“数控加工技术”网络课程的核心部分。自主学习模块体现了教学对象在网络课程中的自主学习的思想。在这方面我们通过以下子模块实现:①网络课程知识体系的导航。②学习指南。③相关资源子模块。如图1所示为课程学习首页。

4.结语

充分考虑课程中的层次性结构设计,我们所建设的《数控加工技术》网络课程,经过省教育厅组织的验收,结论为:通过,良好(豫教高2005618号)。并经过多年的应用与改进,受到了学生的欢迎,作为本门课程主要的辅助教学手段,对提高教学效果起到了重要的促进作用。

参考文献:

[1]现代远程教育资源建设技术规范.教育部现代远程教育资源建设委员会,2000.5.

[2]伍新春编.高等教育心理学[M].北京:高等教育出版社,1998.8.

[3]李力.教学活动中信息接受的层次性与体态信息反馈的功能性[J].长春大学学报,2000.6,VOL10,(3).

篇（8）

《机械设计基础》是高职高专机械类、近机械类专业的一门重要的技术基础课，具有内容杂、知识点多、综合性、实践性强的特点。近几年来，由于生源质量下降，学生基础知识比较薄弱，在学习中他们普遍感到吃力。本人针对学生的特点，结合教学实践，对该课程的教学作了一些有益的探索，取得了一定的效果。

一、注重概念教学

概念多，是本课程的一个特点。难理解、难记、难区分是学生对概念的共识。怎样能把握概念？首先应给概念进行分类，一般可按识记、理解、应用三个层次列出所有概念，这样做，能使概念一目了然、主次分明，便于学生学习。其次，避免错误理解概念。由于新知识学习时对概念理解不透，或者由于知识间的相互联系，使学生对某些概念产生模糊、错误的认识，教学中必须澄清。如：构件与零件、机器与机构、螺距与导程、压力角与啮合角及分度圆与节圆等概念，教学中不能作简单处理。第三，注重概念的导入艺术。考虑学生认识的渐进性，有些概念不宜直截了当地介绍给学生。如：讲“ 死点”时，可由缝纫机为什么有时踩不动而引出，其效果迥然不同。如果再进一步引出死点在夹具及折叠桌椅上的应用，更加深了学生对死点这个概念的认识。第四，力求从本质上把握概念。如在凸轮机构、螺纹、蜗杆与蜗轮传动等都讲到“自锁”；连杆机构、凸轮机构及齿轮机构中都讲到“压力角”，从本质上看，这些概念都是一致的。从本质上把握概念，能提高学生的认识效率。

二、串接知识点

串接知识点就是以某一条主线将分布于不同章节的知识点联系起来。学生一接触《机械设计基础》就会产生“没有系统性”、“逻辑性差”等错觉，这是由于学生习惯了基础课的系统性所造成的。本课程中，虽然不同的研究对象所涉及的理论基础不同，且相互之间没有多大关系，但最终的研究目的只有一个，即设计出能应用的机构、零件等。本课程的各部分内容都是按照工作原理、结构、强度计算、设计、使用维护的顺序介绍的，有其自身的系统性。另外，串接知识点也要注意递进过程，遵循学生认知的习惯。如讨论轮系传动比计算时，应先讨论由圆柱齿轮组成的平面齿轮系，再讨论包含锥齿轮和蜗杆蜗轮传动的空间齿轮系。学习齿轮传动时，同样首先介绍直齿圆柱齿轮传动，再讲斜齿圆柱齿轮传动，最后讲锥齿轮传动及蜗杆蜗轮传动。

三、注重讲评环节

讲评是纠正学生错误认识，形成能力的一个重要教学环节。适时讲评有利于学生掌握解题策略、补缺知识的遗漏点、理清思路、建立严密的逻辑思维方式。讲评内容一般以综合性和实践性较强的题目为主（如：带传动的设计、齿轮传动的设计或轴的结构设计等）。讲评时，要鼓励学生大胆发表自己的观点，可调动学生的积极性、培养发散思维的能力，避免传统的“一言堂”授课方式，同时要实施因材施教、分层次指导。对成绩好的学生要给予独立思考、大胆创新、分散思维的空间，对成绩差的学生要给予反馈、补偿的机会。

四、采用直观教学手段

直观教学，是理论教学的极有效的辅助手段。在教学中，为了有助于学生学习，提高学生的理解力，尽量采用直观教学手段。在授课时，除了最大限度地利用现有教具外，还可以用简单材料做一些简单的“教具”。如：把硬纸板剪成条状，用铁丝做铰链，做成了“四杆机构”，借此启发学生分析铰链四杆机构曲柄存在的条件、铰链四杆机构类型的判断及其演化等内容，并要求学生课下亲手做四杆机构的模型，学生通过动手，使抽象内容具体化，不仅调动了学生学习的积极性，而且加深了对四杆机构的理解。在讲凸轮机构的工作情况时，我除了让学生观看凸轮模型外，还可用厚纸板剪出一个盘形凸轮模型，并用它画出凸轮在不同转角时从动件的运动情况，另外，也使学生较快地掌握了运用“反转法”设计凸轮轮廓曲线的方法，收到了较满意的教学效果。在讲螺纹时，用两张A4白纸，把一张沿长边卷成一个圆柱形纸筒，另一张沿对角线折成一个直角三角形，然后将直角三角形长的直角边与圆筒的底面对齐绕到圆筒的表面，直角三角形的斜边在圆筒表面形成的即为螺旋线，将直角三角形反一下面就改变了螺旋线旋向。这些方法非常简单，但是很适用，对学生了解基本概念和原理很有帮助。

五、加强与实践结合环节

《机械设计基础》是一门实践性很强的课程。为了使学生掌握好本课程所学的内容，提高学生分析问题和解决问题的能力，课后适时安排一些大作业和实验教学，以加强实践环节。讲了平面机构运动简图和机构的自由度后，安排学生做平面机构运动简图的绘制与分析实验，使学生初步掌握正确绘制一般平面机构运动简图的方法和步骤，并应用机构自由度的方法分析平面机构运动的确定性。讲了齿轮加工后，安排学生做渐开线齿廓的范成实验，使学生了解范成法加工渐开线齿轮齿廓的原理、齿廓产生根切现象的原因及刀具径向变位对齿轮齿形和几何尺寸的影响。做渐开线直齿圆柱齿轮参数的测定实验，学生可掌握用简单量具测定渐开线直齿圆柱齿轮基本参数的方法，并加深理解渐开线的性质及齿轮各参数之间相互关系的知识。学习了轴和轴承后，做减速器的拆装实验，通过拆装减速器，使学生熟悉减速器的结构，了解减速器的用途、特点及装拆的基本要求；可观察减速器中各零件的结构形状和功用，并分析其结构工艺性；了解减速器中零件的装配关系及安装调整过程；了解和密封的方法；学习减速器基本参数的测量方法；熟悉和掌握轴的结构及其设计；学习轴上零件常用的定位和固定方法；熟悉并掌握轴系结构设计的要求与常用的轴系结构；提高学生对轴的设计能力和轴承组合的设计能力。

学习了齿轮传动、带传动及轴后，分别布置设计齿轮传动、带传动和轴的大作业。全部课程学完后，安排一周时间进行课程设计，设计题目是：带式输送机传动装置中的一级圆柱齿轮减速器。学生通过这些实验、做大作业及课程设计，既能把相关各章所学知识通过大作业中的不同环节进行应用和技能训练，又通过大作业把各章内容相互联系起来。克服了过去学生会做作业而不会设计的毛病。通过带式输送机的结构设计和运动计算，学生对带式输送机如何由高速旋转的电动机带动，经带传动和齿轮减速器两次减速，最后要求的输送带的速度就一目了然了。又因轴的结构设计必须考虑轴上零件的安装和固定要求，所以，带轮、齿轮、轴承、联轴器应放在轴的什么部位，如何与轴固定都很清楚，轴的结构设计也变的好解决了。由于带传动设计时计算出对轴的压力，齿轮传动设计计算了齿轮的受力，以上各力如何作用在轴上，各力的方向如何，学生都很和清楚，弄清楚了问题的来龙去脉，所以取轴为分离体，求轴承的支反力，这个教学难点也就解决的比较好。

六、运用多媒体课件，提高空间思维能力

运用多媒体技术进行《机械设计基础》课的辅助教学，是目前机械设计教学中有效的现代化教学手段。多媒体技术具有声文并茂、二维动画和三维动画的特点，能祥尽形象地表示难点和重点及机构的运动过程，可以形象逼真地展示机构的运动过程及其结构特点。尤其是分析机构的运动情况时，利用多媒体课件教学，直观、形象并且一目了然，将抽象问题形象化。如果机构的某处结构不清楚时，可采用：“定格”和“特写”的方法，将活动的机构停下来并放大，详细观察和分析机构。运用多媒体课件，还可以随时讲解理论知识，演示机构运动过程，高效而省时。

参考文献：

[1]钟丽萍：《〈机械基础〉实验实训指导书》，北京大学出版社，2006.12。

篇（9）

本专业学生主要学习的课程内容包含专业基础课、专业课、专业选修课、专业实践教学课程等四方面的课程，具体内容如下：

专业基础课：机械原理、机械设计、机械制造技术基础、工程图学、材料力学、理论力学、电子电工技术、工程材料、互换性与测量技术、机械工程控制基础等课程。

专业课程：电力拖运自动控制系统、机电一体化系统设计基础、数字信号处理、测量系统设计、液压与气动系统。

专业选修课程：人机工程学、计算机控制技术、微机电系统、精密机械结构设计、智能仪器、计算机仿真技术、无损检测技术、虚拟仪器技术、光电检测技术、DSP原理及应用、精密测试技术、工程光学、微细制造技术、精密加工工艺等。

专业实践课程：机械制造技术课程设计、机械原理课程设计、机械设计课程设计、金工实习、工程图学课程设计、电工电子实习、计算机操作实习、生产实习、毕业设计等课程。

机械电子工程专业就业方向

本专业学生毕业后可从事机电设备系统及元件的研究、设计、开发，机电设备的运行管理与营销等工作。

从事行业：

毕业后主要在电子技术、新能源、机械等行业工作，大致如下：

1、电子技术/半导体/集成电路;

2、新能源;

3、机械/设备/重工;

4、仪器仪表/工业自动化;

5、汽车及零配件;

6、计算机软件;

7、专业服务(咨询、人力资源、财会);

8、互联网/电子商务。

从事岗位：

毕业后主要从事机械工程师、销售工程师、结构工程师等工作，大致如下：

1、机械工程师;

2、销售工程师;

3、结构工程师;

4、设备工程师;

5、售后工程师;

6、电子工程师;

7、质量工程师;

8、工艺工程师。

本专业以培养能适应社会需求的计算机测控与仪器领域的高级工程技术人才为目标。毕业生具备仪器设计制造以及测量与控制方面的基础知识与应用能力，能在测控技术、电子信息技术、自动化仪表、智能设备、计算机应用等方面从事设计制造、科技开发、应用研究、运行管理等方面的工作。亦可担任高等院校、研究机构的教学和研究工作。

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中图分类号：G642.3 文献标识码：B

文章编号：1671-489X（2014）06-0057-02

Creation and Construction National Quality Curriculum to Achieve Combination of Theory and Practice//XU Gening

Abstract The purpose of the curriculum construction is to improve the quality of teaching quality by providing students with the high quality teaching resources. Exploration and practice are carried out from curriculum， teaching theory， practice teaching， teaching team construction and textbook building to other aspects combining with “metal structure” curriculum construction， and a landmark achievement is made.

Key words metal structure； curriculum construction； theory teaching； practice teaching

太原科技大学是以工科为主的多科性大学，以机械类和近机械类专业为主导，自1965年成立起重运输机械、工程机械、矿山机械专业以来，将金属结构课程定为机械类专业方向必修的主干专业基础课（起重机械、工程机械、矿山机械、物流工程、安全工程）。在校、院和系领导的高度重视和课程教学团队的共同努力下，本门课程已经成为学校水平高、影响大、覆盖宽、教师和学生高度重视、教学质量稳定、教学效果好的课程之一。金属结构课程建设以培养高等工程技术应用型人才为目标，坚持“注重理论研究，强调工程概念，加强实践环节，激发创新意识，重视能力培养”教改思路；经过多年探索和建设，发挥该校机械设计制造与自动化专业创建、发展过程中的优势，突出课程体系、教学内容、教学手段和教材建设等几方面改革实践，已形成一套科学、系统、有效的教学新模式，具有鲜明的特色。2009年金属结构课程被评为省级精品课程，2010年金属结构课程被评为国家级精品课程，2013年扩展为山西省精品资源共享课。

1 金属结构课程体系改革

理论教学体系改革 建立以现代机械结构有关的理论及方法为基础，侧重学生工程素质、综合应用和创新设计能力培养的课程体系。根据这一新体系，注重加强与拓宽基础、加强工程背景、有利于学生自主学习的原则，进行教学内容的整合、协调和优化。

实践教学体系改革 通过“基本实验能力的形成——分析（设计）与综合能力的训练——创新精神的培养”构建实践教学体系。课程新体系注重理论教学与实践教学并重、各教学环节有机衔接和整体优化，形成了课堂教学、实验教学、课程设计一体化的教学体系。

2 理论教学改革与实践

改革以教师、课堂、书本为中心的知识灌输传授方法，采用以教师为主导、学生为主体的多种形式，注意教学互动与交流，促进学生积极思考，激发学生的创造性思维 具体做法：加强课程联动环节——将专业基础课中的基本模型、基本理论、基本方法、基本规律与专业课中的典型机型的典型构件、典型工况的典型载荷、典型模型的典型分析及典型步骤联动对应，打通课程的内在联系，承上启下地解决课程的重点、难点问题；加强课堂互动环节——提问、回答、讨论、报告——解决课程的重点、难点问题；加强课程内外结合环节——问题、例题、习题、解题——解决课程的重点、难点问题。

坚持课堂教学和案例教学相结合 以工程问题为背景，将行业标准、规范、案例分析融入相关教学内容中进行讲授，培养学生工程能力，拓宽学生知识面。

坚持课程教学与专业、科研有机结合 金属结构课程覆盖的专业和方向宽泛。教学过程中，在严格按照教学大纲进行授课的基础上，针对不同专业和方向，调整教学内容。将本课程的基本概念、基本理论和相关专业方向后续专业课程有效衔接并有机联合。对于起重机械、工程机械专业方向的学生，强化机械系统中的动力学部分以及零部件疲劳强度计算等内容，使学生认识到如何运用所学知识来解决系统中动力学及零部件疲劳强度问题，从而提高系统的安全性和可靠性。对于特种设备安全工程、物流工程等专业的学生，除了讲解金属结构的基础知识以外，注重讲解一些现代设计理论、零部件维修性能等，使学生能够将现代设计理论和本专业知识有机结合，如将通过可靠性设计以确定设备寿命和维修周期，保证设备安全性等有关知识溶入教学中。通过上述方式，实现了该课程和后续专业课的有机结合，充分发挥了该课程的作用，让学生看得见、摸得着、用得上，将课堂知识真正落到实处，为后续专业课程提供了坚实的基础。

3 实践教学改革与实践

实践教学环境建设 与金属结构课程相关实验室属机械实验教学中心。机械实验教学中心是国家实验教学示范中心、山西省虚拟仿真实验教学示范中心。金属结构课程相关实验室建设紧密跟踪行业和制造业的发展，适时将科研成果转化为教学资源，如自主设计具有工程背景的实验系统（设备）：机械传动、力学行为、调度管理试验系统及大型结构疲劳综合实验台等。实验系统（设备）集结构、光电、机械、控制、仿真、调度、管理于一体，体现多学科知识融合的系统集成；可开设虚实结合的设计创新性实验项目，实现工程教育回归工程的目标。

实验教学改革与实践 以国家示范实验教学中心，构建以综合、设计、创新能力培养为中心的“分层次+开放式”的实验教学新模式。“分层次”是将实验分为三个层次（基础型、分析与综合型、创新与设计型），不同层次实验采用不同的教学方法和手段。“开放式”是将实验项目、内容、时间面向学生全面开放，为学生个性化培养提供自由发展的平台和空间，真正体现以学生为主体、教师为主导，实现了由验证性实验向设计实验、单一性实验向综合实验及具有工程背景实验的转变。

合理设置相关的实验项目，引导学生在实践中掌握课程的重点和难点。在教学中紧密联系工程实际，逐步形成独有的实验和实践教学特色，将教学、工程和科研紧密结合，以科研支撑教学，以教学促进科研。如将国家重大技术装备科技攻关项目——“桥式起重机主梁疲劳设计与实验研究”的成果列入本科生的“金属结构疲劳实验”内容。

课程设计改革与实践 在课程设计中着重解决如何提高学生的综合设计能力、创新能力和工程实践能力，开展创新设计活动，调动学生设计思维。充分利用创新实验室的仪器、设备及虚拟仿真示范实验教学中心中面向工程实际的实用软件，使学生能将现代设计理论及方法应用于设计中，实现了课程设计与工程实际有机结合。鼓励学生直接参加教师的科研课题，并作为本课程的课程设计题目，将所学的基本知识直接应用于工程实际中。

4 课程教学团队建设

高水平的师资队伍建设是精品课程建设的根本保证。课程负责人为全国优秀教师、省级教学名师，在国内本领域具有较高的知名度。课程教学团队由7位教师和1位专职实验师构成，其中，博士生导师1人，硕士生导师3人，教授3人，副教授2人，讲师2人，高级实验师1人；7位教师中，博士研究生学历3人，在读博士研究生2人。为提高青年教师的教学水平，实行培养导师制、听课制度和学位提升制，保证持续稳定提高教学团队的整体教学和学术水平。

近年来，承担国家、省部级教改项目7项，获山西省教学成果奖3项，承担国家、省部级科研项目7项，获省部科技进步奖3项，在本领域具有较高的教学水平、学术水平和行业知名度。

5 《金属结构》教材建设

教材建设特色优势显著，起步最早，历史悠久，注重传承，不断创新。国内第一部教材是学校老专家徐克晋教授主编的《起重运输机金属结构》1962版，奠定了我国金属结构课程的基础。之后陆续主编再版《金属结构》1982版、1993版，1987年获机械工业部全国高等学校优秀教材一等奖，1988年获全国高等学校优秀教材奖。1997年由徐格宁教授主编《起重运输机金属结构设计》，精练了前续教材内容，突出了实用性，在全国本领域高校、研究所、生产企业使用了12年，有上百家企业和部分国家重点工程（如三峡工程的1200吨桥式起重机、西气东输工程的DG70吊管机、SD8高驱动架推土机研制）以及本学科领域的学者、论文、教材所引用。2006年，《起重运输机金属结构设计》的第2版更名为《机械装备金属结构设计》。2009年，徐格宁教授主编出版国家“十一五”规划教材《机械装备金属结构设计》，既传承老教材的精华，又吸纳多年科研成果及主持修订的最新国家标准（2008年出版）的内容，实现了教学内容、科研成果和实际工程的有机结合。

6 结束语

通过课程建设，全面提高了教师的自身素质和教学质量。但课程建设是一项长期的工作，还需在实践中不断地探索和完善。

参考文献

[1]徐格宁，陆凤仪，孙大刚，等.创建地方高校国家级机械实验教学示范中心的探索实践[J].实验技术与管理，

2010（2）：1-3.

[2]徐格宁.构建地方高校实验教学大平台的探索与实践[J].实验室研究与探索，2010（5）：1-3.

篇（11）

“大工程观”是上世纪末在美国工程教育改革中产生的，具有现代工程观念的一种教育思想，它所强调的综合性、实践性、创造性，经过实践证明是卓有成效的，所以“大工程观”教育也逐渐发展成为现代工程教育的一个方向。在“大工程观”下展开了服装CAD课程的教学改革活动，通过教学改革不仅要进一步提升服装CAD课程的教学质量，而且要突破教学的知识局限，争取把学生培养成服装行业所需的、具备综合素质的高质量人才。以下是教学改革活动具体的实施方法。

一、注重教学内容的综合性

我国大学在专业课程设置上普遍偏重于各门学科内容的相对系统性和完整性，但是较缺乏综合性、针对性和实用性，各门课程之间缺乏必要的衔接和串联，学生的综合能力得不到培养和锻炼。因此，服装CAD课程的教学就不能仅仅满足于教会学生使用工具、掌握CAD的技能，还应该充分利用它的特点，把它作为综合运用学科知识的一个平台，在安排服装CAD课程的教学内容时，注重与服装专业其他课程之间的联系、渗透和融合，使学生有机会把分门别类的专业知识进行综合运用，综合能力得到有效的锻炼和提高。

服装CAD课程教学内容共分两大模块，第一模块是基础知识，第二模块是综合应用技能知识。在基础知识教学中，注重服装CAD课程与服装其他专业课程间的知识衔接，在综合应用技能知识教学中，注重服装专业各门课程间的知识串联。

1.注重课程间的知识衔接

（1）注重与服装结构设计课程间的知识衔接

随着人民生活水平的提高，服装越来越追求个性化，款式复杂多变。所以，复杂款式的服装结构设计内容是教学重点。但是，用传统的教学手段讲解，费工费时，课堂内不可能举很多例子，用手工进行演示，教学效果也不佳。所以，这部分内容又是教学难点。这道难题随着科技的发展、CAD技术的应用迎刃而解了。利用服装CAD软件超强的图形处理功能，再配合机房优越的教学条件，通过每个学生面前的个人计算机屏幕显示，学生能够清晰地看到结构设计的整个变化过程，明白结构设计的方法。整个教学过程演示形象生动，图形的变化方便快捷、简单明了。

（2）注重与服装工业样板及推板课程间知识的衔接

切开线放码是一种新兴的放码方法，具有方便快捷的特点，非常实用，很有发展前途，但通过服装工业样板及推板课程的教学，学生只能学到它的基本原理，因为手工操作演示很难进行，所以对具体的操作方法不得要领。通过服装CAD课程的讲解演示，学生比较容易就掌握了这种放码方法，与此同时，学生还学会了切开线放码工具的使用方法，一举两得，大大提高了学习效率。

2.注重各门课程知识的串联

在综合技能知识教学中，应通过大综合练习，把服装专业多门课程的知识有机地融合在一起。比如，要求利用服装CAD软件设计一款女装，设计内容包括服装款式、结构、纸样、放码、排料等，通过大综合练习，学生的专业技能和综合能力得到有效的提高。

二、注重学生实践能力的培养

1.采用实例式教学模式

我国大学普遍采用讲授式教学模式，由于教学内容确定、教学方法机械，容易造成理论脱离实际。采用实例式教学模式，由于教学内容理论联系实际，有利于培养学生的实践能力。实例的选择要注意科学、连贯，由简到繁、由易到难，要和服装生产体系保持一致，既要方便学生的学习，又要包含本课程所有的知识点。

2.精讲多练加强辅导

服装CAD是一门实践性很强的课程，仅通过老师的讲解，学生并不能够完全掌握CAD技能。因此，采取精讲多练的方法，加强实践训练，才能达到深入理解、牢固掌握、熟练操作的学习要求。

另外，服装专业其他技能的熟练掌握，也都需要大量的练习，但是大量的练习需要大量的时间和精力。所以，练习太多，学生负担太重，不利于学生的身心健康成长，这个问题可以通过应用服装CAD软件而很好地得到解决，不但可以大大提高效率，而且能真正实现多、快、好、省。在练习的过程中，学生肯定会碰到各种各样的问题，老师在此时的辅导，由于针对性强，效果最好。通过多练习，学生既掌握和巩固了专业知识，又锻炼了CAD的实际操作能力，并把各种技能融为一体，为将来很好地适应实际工作需要做好了准备。

三、注重培养学生的创新能力

创新能力是指能够综合运用已有知识、信息、技能和方法提出新问题、新观点的思维能力和进行发明创造的能力。21世纪是创新的世纪，教育工作者最大的创新就是创新着创新主体。其实，创新是人的本能，人人都可以创新，但是不恰当的教育会抑制创新本能的有效发挥，甚至是扼杀创新本能。所以，教师的责任重大，要加强学习，不断提高思想水平、改进工作方法，才能更好地创新着创新主体。

要培养学生的创新能力，首先就必须要唤醒学生的创新主体意识，“授受”式的教学模式必须变革，教学过程不能只是教师机械地教、学生被动地学，否则只会使学生越学越懒，怎么可能创新呢？教学过程应该是教师指导下的学生自主学习、自主探索与研究过程。教师的指导主要是教给学生学习的方法，使学生形成学习的能力，为终身学习与毕生发展打好基础，实现可持续发展的培养目标。学生通过自主的学习和探索研究，自身的潜质得到发挥、发展，思考能力、分析能力和解决问题能力都得到提高，而且从中可以体验到学习的快乐，成功的喜悦，内心充满自信，创新的欲望油然而生。

以上是我在“大工程观”教育理念的指导下，对服装CAD课程教学改革的一些探索实践，通过改革，不但提高了教学质量，而且培养了学生的综合素质，收到了良好的社会效益，同时，也再次验证了“大工程观”教育理念的正确性。

四、结语

高速发展和变革的现代社会需要的是既具有多学科融合的视野、广博的知识基础、较强的专业能力，又具有创新精神的综合型人才，要实现这样高质量的人才培养目标，并不是一件容易的事情。我们应共同努力，争取早日实现这个目标，不负社会交给我们的使命。