工程机械理论与设计范例(12篇)
工程机械理论与设计范文篇1
1.前言
当今社会，科学技术飞速发展，人们不仅对多功能产品有强烈的需求，也需要多功能产品可以实现其应具备的功能。产品的可靠性优化设计是以产品功能的可靠性使用为目的而应运而生的产物，从产生开始到现在，已经得到了迅速的发展与广泛地使用[1]。在进行机械工程的产品设计时，将可靠性理论与技术应用于其中，并根据需要与可能，将产品的可靠性使用作为优先考虑的设计准则；在满足时间、费用及性能的基础上，让设计出的机械工程产品符合可靠性的要求。可靠性的设计问题在涉及传统的设计技术的同时，也与价值工程、系统工程、环境工程及质量控制工程等有着密切的关系。因此，可靠性设计是多学科与多技术相互交叉融合的一种新兴技术。
2.机械工程产品的可靠性优化设计现状分析
由于我国的特殊历史原因，机械工程制造业与西方发达国家机械制造业相比，显得相对落后，尤其是在可靠性设计的研究方面更是显得滞后。直到二十世纪八十年代，我国在机械工程的可靠性研究才取得了一些初步的成效，在某些个别的行业还成立了专门从事可靠性优化设计研究的组织与团体，并为社会培养了大批的可靠性优化设计研究的技术人才，制定出了整套可靠性优化设计的规范标准[2]。从总体上来看，过去的可靠性优化设计研究比较偏重于理论，但在生产实践中，对于理论的应用则是比较少，就这一点而言，与制造业相对较为发达的国家相比较，存在着许多不足之处。
3.可靠性优化设计在机械工程中的应用
机械工程产品的可靠性优化设计在产品的生产与使用周期的各环节都起着重要作用。这些环节主要有产品的设计、制造、使用及售后维修等。以下就机械工程产品的设计、制造及使用三个环节展开讨论可靠性优化设计问题。
3.1机械工程产品设计环节可靠性优化设计
机械工程产品的设计主要包括装配整体设计与零件组装设计。对机械产品进行可靠性优化设计时，可以将其当作一个整体，设计的方法主要有两种，第一种方法为：先大致了解机械的完整系统，并分析组成整体的零部件具有多大程度的可靠性，据此推断出整体具有多大程度的可靠性；这种方法即为预测整体设计可靠性的手段，预测的结果必须与设计指标相符合[3]。第二种方法为：将整体机械工程可靠性优化设计所要求的指标分配到其零部件的设计上，要求零部件必须满足各自的可靠性指标要求；常用的可靠性的分配方法有：再分配、等分配、比例分配及综合评分的分配方法。设计单个零件时，尽量采用符合国家规定且已经在生产中大量投入使用的常规零件，并用不同设计方法对重要程度不相同的零件进行优化设计，设计关键部件之前，要先行可靠性的试验。除此之外，要反复验证及修改机械工程产品设计的可靠性，直到其能够满足于可靠性优化设计所要求的标准为止。设计机械工程的人机系统也很重要，这方面的设计包括适应性及操作的舒适性设计。
3.2机械工程产品制造中的可靠性优化设计
要保证一个产品的质量，在制造环节的质量控制是最关键的部分，因此，机械产品在制造的过程中进行可靠性优化设计是非常重要的。加工的设备可靠性要得到保证，在选择加工工艺与工艺流程时，要注意其技术水平，保证制造水平尽量达到最优化。产品制造工艺流程是一个完整的系统，其中的各个方案与工序是工艺流程系统中的子系统，对每个子系统进行可靠性优化设计时，都要综合考虑各方面的因素，如工艺装备、加工设备、加工材料与工作人员素质等；只有这样才能为各个子系统设计出可靠性与合理的指标；最后，整合分析各个子系统的指标，并通过合理的方法将总系统的可靠性及优化指标整理出来。
3.3机械工程产品的使用与维修的可靠性优化设计
对机械产品进行维修，能有效延长其使用寿命；良好的售后服务水平是一个公司获得发展的必备条件。因此，生产机械设备的厂家要认真对待售后服务与维修的问题，运用先进的逻辑分析法，制定出科学的维修内容与维修方式，对机械产品的合理使用寿命作出规划。机械工程产品具有可维修性及可靠性，两者在很大程度上是相似的，可维修性是可靠性的具体指标之一[4]。对机械工程产品进行设计时就应当首先考虑到可靠性指标，以便能使设计出的机械产品在发生故障的情况下，易于检查与维修。进行机械产品维修的可靠性优化设计时，要充分考虑维修费用的问题，负责设计工作的人员在进行机械工程可靠性优化设计时，要以最少的费用获得最高程度可靠性作为设计的原则，以便能够尽量减少发现故障的时间。因此，以可靠性优化设计理论作为维修设计的基础，是非常合理的，也是非常重要的；制定经济合理的维修设计在现代化与科学化的进程中意义重大。使用符合标准的维修设备进行维修，提高维修工作人员的技能水平，使机械产品的维修工作能够朝现代化与科学化的方向发展。
4.结语
工程机械理论与设计范文1篇2
【关键词】实践教学体系；高素质技术技能型；创新；工作过程；实施保障
【Abstract】ItisoneoftheimportanttasksforChina'shighervocationalcollegestocultivatetheinnovativetalentswithhighqualityandinnovation，andpracticeteachingplaysanimportantroleinthecultivationoftalents.Inrecentyears，ChongqingenergyCareerAcademyinthepracticeofteachingreformeffortstoincrease，ThepracticalteachingsystemofmechanicaldesignandmanufacturingspecialtyinHigherVocationalCollegeisdesigned，Andthroughthepracticeoftheteachingplan，theimplementationofprogramsandmeasurestoensuretheimplementationof，Tocultivatealargenumberofmechanicaltypeofhighqualitytechnicalandtechnicalpersonneltolaythefoundation.
【Keywords】Practiceteachingsystem；Highqualitytechnicalskilltype；Innovation；workingprocess；Implementationguarantee
0引言
根据高等职业教育的人才培养目标，高职机械设计与制造专业教学应该突出学生动手和分析能力、解决问题能力的培养，同时培养自主创新型人才，建设创新型国家是我国长期的建设发展目标，在如何培养创新人才的研究过程中，专家们一致认为，实践是创新的先导和基石，重庆能源职业学院积极探索具备创新型的高素质技术技能型人才的培养模式，切实深入开展实践教学改革，经过多年探索和实践，初步建立了适合高职高专的机械设计与制造专业的实践教学体系。
1指导思想
1）根据社会需求，面向西南地区培养高素质的技术技能型人才；
2）根据学院发展的要求，为办成本科专业做条件准备；
3）加强内涵建设，以教学为中心，更进一步提高教学质量。
2发展思路、拟打造的专业特色
2.1发展思路
（1）课程建设（一强化、一增设）：强化现有的“机械设计”课程群、“机械制造”课程群、“机械自动化”课程群；增设“现代制造技术”课程群、“机械创新性设计”课程群。
（2）实训基地建设（一完善、一增设）：以课程建设为宗旨，完善已有实训室的功能；增设“电梯零配件CAD/CAM实训室”、“机械创新设计实训室”。
2.2拟打造的特色
（1）面向“电梯零配件、通用机械零配件”的CAD/CAM；
（2）强化“工程实践”能力，培养“机械创新设计”能力。
3机械设计与制造专业职业岗位群与培养目标
根据高职教育的特点，通过对电梯、通用机械等机械行业与企业调研、分析，参照电梯、通用机械等机械产品的生产工作过程，结合重庆的地域情况和学院实际，确立了本院机械设计与制造专业的主要职业岗位群。
3.1主要职业岗位群
（1）初始就业主要岗位：机械工程技术人员、机械冷加工人员、生产一线管理人员。
（2）初始就业相近岗位：机械设备修理人员、机械设备安装（机械、电气）人员、安全工程技术人员。
3.2培养目标
本R抵饕培养具有良好的职业道德，掌握机械设计与制造专业所需基础理论及专业知识，具有较强的实践能力，面向机械工程技术（机械产品设计、机械产品制造等）、机械冷加工、生产一线管理、机电维修工、设备安装员等一线岗位从事机械产品设计制造及机电产品、生产线、专门工艺装备及专用设备、车间设备的运行维护、管理、技术改造、售后服务等工作的高素质技术技能型人才。
4基于工作过程的机械设计与制造专业实践教学体系的设计
根据机械设计与制造专业的职业岗位群、专业培养目标，以满足企业岗位要求对专业人才能力需求为原则，以企业职业岗位群为主线，以企业职业岗位群需求知识为主要教学内容，突出学生动手能力、分析解决问题能力培养，加大实践课程课程学时比例（实践学时达50%），实施理论与实训一体化教学模式，把体能训练、5S管理融入整个实践教学体系，同时纳入考核成绩，设计了高职高专机械设计与制造专业基于工作过程的实践教学体系，该实践教学体系构架如图1所示。
图1高职高专机械设计与制造专业基于工作过程的实践教学体系架构
5实践教学计划制定与实施
5.1实践教学计划的制定
为了保证机械设计与制造专业基于工作过程的实践教学体系架构落到实处，经过调研、分析、论证，在该专业的人才培养方案制订了高职高专本专业实践教学计划表，下面以本专业的核心课和两门拓展课（三维建模、包含机械创新设计内容的综合实训）为例加以说明，本专业的核心课和两门拓展课的实践教学计划如表1所示。
5.2实践教学计划的实施及保障
为了保证表1中的实训项目落到实处，并报纸保量完成，特制订了如下的实施及保障体系（见图2），经过实践验证，取得了较好的效果。
【参考文献】
[1]刘晓婷.新课改背景下“有效教学”的实践诉求[J].渤海大学学报，2009（02）：140-143.
[2]于云程.基于工作过程的《冲压模具与制造》课程教学设计[J].常州信息职业技术学院学报，2010.03：25-27.
[3]张世义.基于新质量观的机械基础实验教学改革[J].重庆工学院学报，2007.21（7）：161-163.
工程机械理论与设计范文篇3
关键词：工程机械设计；教学；方法；实践；创新
中图分类号：G642.0文献标志码：A文章编号：1674-9324（2016）18-0089-02
随着我国铁路、公路等重大建设项目的不断展开，大型工程专用机械的市场需求急剧增加，亟须大量专业的设计人才。“工程机械设计”课程作为我校工程机械专业的核心课程之一，目的通过对工程机械系统的深入学习和研究，让学生理解并初步掌握常见工程机械的设计思路和方法，培养学生的设计能力。它的课程教学成功与否，从个体层次来讲涉及到学生个人设计能力和工程素质的培养，从社会层次来讲可能会影响工程机械设计人才后备力量。但是由于本课程复杂广泛的课程内容与有限的课时之间存在的矛盾，限制了学生掌握深层次的有关工程机械设计知识，再者传统的教学模式单一，缺乏必备的实践经验，因此对于这门理论性和实践性兼顾的课程，学生普遍认为学习这门课程感觉吃力，从而影响了学习效果和工程素质的培养质量。
本文针对“工程机械设计”教学中遇到的问题，并结合多年的“工程机械设计”课程教学经验，从教学内容、教学方法等方面进行了深入探讨与研究，以期培养具有工程意识、设计能力及创新精神的合格人才。
一、教学内容注重系统性、实践性、拓展性、创新性
在教学内容的选择上，突出表现在系统性、实践性、拓展性、创新性等几个方面，不仅内容选择合理，难度程度适中，重点突出基本理论和分析设计方法，密切联系实际应用，还注重对教学内容的取舍和更新，根据最新科研成果，补充一些教材中未包括的新技术。[1]
1.系统性。“工程机械设计”课程内容多而杂，各个章节相对独立，相互联系疏松，重点不突出。各个部件的知识和设计方法缺乏共性介绍和系统阐述，缺少工程应用实例和应用背景。为了解决这一问题，在组织教学活动中逐步归纳总结，在授课之初强调系统性，不仅是对课程内容进行优化组合，还要促使学生具备系统性思维以理解掌握工程机械设计知识。首先简要但系统地介绍其总体设计和计算原理，让学生仅需在头脑中建立一个工程机械设计的相对完整概念。可以这么认为，学生在这个阶段学习可“不求甚解”，但是肯定会促使学生产生“知识空白”，自然会激发学生将后期学到的各个章节的知识自动“填空”。这种改变，彻底颠覆了以往教学中首先介绍相关概念，然后讲述主要零部件的设计方法，最后才进行整机设计的教学内容，避免了在学生在听课过程中将学到的知识视为“无的之矢”，逐步就失去了继续学习的兴趣和愿望。近年来的教学实践表明，这种“本末倒置”的教学内容确实激发了学生的学习兴趣，促进了学生工程机械设计能力的提高。
2.实践性。实践教学是高等教育人才培养系统工程中不可缺少的组成部分，是非常重要的教学环节之一，是实现高等工程院校培养人才目标的重要途径和手段。由于课程的教学环节实践性较强，在教学内容安排上，要求在实践教学基础上完成理论教学，并以实践来验证理论。因为学生此前对于工程机械的作业特点、工作原理、施工工艺技术等并不十分了解，必须适当补充一些必要的背景知识。授课前组织学生通过对校内实训基地的铲土机、挖掘机等常规工程机械进行课前实习，使学生真实地了解工程机械的用途、结构组成、工作原理等，这样可保证学生在对各章节的设计理论学习中，能够将所学知识“对号入座”，便于知识的消化和吸收。并且在授课期间，该实训基地及其他相关实训室全程开放，学生可动手进行发动机、变速箱、离合器、泵、阀等主要部件的拆装，以此锻炼学生实践能力与创造能力，提高分析问题与解决实际工程问题能力，促进学生知识、能力、素质的协调发展。
3.拓展性。笔者在课程设计和毕业设计中发现，很多学生对于工程机械的整机和部件设计中有关强度和刚度的理解并不是很深入。为了弥补该缺陷，在授课意加入部分“钢结构”设计知识，尽管这部分知识没有纳入工程机械设计专业的教学计划，但是从学生整体把握和设计工程机械的角度来说显然是必要的。并且引导学生应用三维设计软件进行相关绘图和仿真计算，例如，学生们前期课程学过SolidWorks软件，在工程机械设计的相关课程设计和毕业设计中，鼓励学生应用该软件进行产品“样品设计”和“虚拟设计”，进行模拟装配和运动仿真，这将大大减少设计错误。并且应用专业软件对零件的三维模型进行有限元分析。此外，还向学生们讲授了MIDAS软件进行简单的钢结构计算。经多次课程设计和毕业设计实践表明，学生们对于此类扩展性的知识很感兴趣，收到很好的教学和应用效果。
4.创新性。从工程机械发展趋势来看，全球工程机械将向着环保、智能、大型化方向发展，谁掌握核心技术，谁就掌握工程机械的生命线。在“工程机械设计”授课中，引领学生坚持从实际出发，从生产需要出发，尊重前人的知识和经验，不“闭门造车”，创造性地学、创造性地用，在理论研究和创新取得良好成果的基础上争取技术研发和创新。课上以徐工集团设计制造的“钢铁蜘蛛侠”ET110步履式挖掘机为例，讲解其步履、轮式驱动结合的符合式结构，能全轮驱动、全轮转向、轮腿复合，以实现跋山涉水如履平地，灵活机动操控自如的目的，并强调自主创新是工程机械设计的生命力。
二、教学方法突出范例教学、实例讲解、案例实践
为了保障在“工程机械设计”课程的教学过程中，将教学内容的系统性、实践性、实用性、拓展性、创新性一一体现出来，并且能够让学生们轻松接受，需采用突破常规的教学方法，突出范例教学、实例讲解、案例实践这三种授课方法，它们并非相互独立，而是环环相扣构成一个完整的教学方法体系。
1.剔除冗杂臃肿，讲求范例教学。由于“工程机械设计”课程课时有限，而内容繁多冗杂，教学内容中着重提出了系统性的概念。采用范例教学的方法，对轮式工程机械和履带式工程机械各个系统设计的共性介绍和阐述，例如：对轮式工程机械的传动系计算传动比时，包括总传动比的计算，传动比的分配，以及变速箱档位数和中间传动比的确定，这些是经过精选的基本性的基础性的知识，以起到示范窗口作用，从这个窗口可以看到全室。通过范例教学，首先达到“个”的认识，进而达到“类”的认识，再者达到规律性的认识，最后还要达到通过自己的体验，提高对各个系统及整体结构的完整认识。
2.现场理论教学，实现实例讲解。“工程机械设计”这门课程本身内容具有很强的实践性特征，因此，很有必要带领学生到学校实验室、训练中心，或距离学校较近的工程施工现场，进行部分课时的现场理论教学，对典型工程机械的种类、特点、工作原理及运用进行集中合理的直观教学。例如，对铲土机、挖掘机等工程机械的类别、组成构造、现场布置、运用等内容，可以按照课程大纲要求，结合教学进度，合理安排施工现场理论教学，让学生更直观地学习工程机械的有关内容，能够对课堂教学中学生理解困难或吃力的内容起到弥补的作用。
此外，还提出引入科研成果以提高学生的学习兴趣。近十多年来，我校在大吨位架桥机、造桥机、全断面隧道硬岩掘进机、大断面隧道盾构机等设备的研制与施工领域承担了一批重大科研项目，取得了多项国际先进和国内领先的科研成果。我们通过筛选、整理，将这些最新的研究成果引入到教学中，不但丰富了课堂教学内容，使枯燥知识变得生动具体，而且同学们感到学习“工程机械设计”课程的实用性，增加了学习兴趣，调动了学习积极性。
3.改革实践环节，倡导案例实践。本课程理论性较强，实践性也较强，本科生学习的目的是：将所学的工程机械设计方法和理论应用到实际问题中去。在授课结束后安排为期一周的“工程机械课程设计”，使用案例法进行实践教学，突出“学生为主，教师为辅”的教学指导思想，以达到以下目的[2-3]：（1）通过设置工程需求，将学生置身于真实复杂的工作环境中；（2）让学生练习使用在课堂所学及其拓展的知识和技能来进行设计决策；（3）帮助学生获得解决工程机械领域内实际问题的能力，并培养学生创新意识。
根据我校专业特点，近几年开设的工程机械设计范畴的课程设计题目主要有：有轨平板运输车设计、起重机主结构设计、挖掘机工作装置设计等，课程设计内容既与课堂教学内容衔接，又有所扩充。
三、改革的效果
在“工程机械设计”课程的改革和实践中，为实现从“知识传授”转向“能力培养”的教育目的，对课程教学内容、教学方法进行一系列改革，深入探索提高学生学习积极性、培养学生创新能力的新型教学模式。
多年的教学实践表明，本次改革不仅有助于学生深入理解课堂所学的基本理论和方法，掌握工程机械设计中的关键技术，而且激发了学生的学习热情和积极性，明显提高了教学质量，是培养知识面宽、动手能力强、能很快适应社会需求的高素质学生的有效途径，近几届学生的专业知识及能力都有显著的提高，深受用人单位的欢迎。
参考文献：
[1]靳玉乐.理解教学[M].四川教育出版社，2006.
工程机械理论与设计范文篇4
本文根据当下我国在机械设计实验教学中存在的问题，针对性地提出了相应的解决这些问题的方案，并实际举例这些方案该如何运用与机械设计，在此基础上真正实现学生个人技术能力的提高，希望本文能给机械设计基础实验教学改革提供一些帮助。
关键词：
机械设计；教学；改革
机械设计课程在工科类大学中是一门必修的专业基础类课程，该课程强调了培养学生的个人操作能力，并对学生在今后的工作作用极大。因此机械设计课是工科学生的一门极为重要的课程，学生的个人实践能力和创造精神均可以在该课程中得以提高。但是，在当今我国的机械课程教学当中，仍存在有不少的问题，针对性的解决这些问题，是让机械设计课程更上一层楼的关键。
1实验项目在机械设计课程中暴露的问题
1.1实验过于偏重验证性我国机械设计课程的教材中虽设计有多项实验，例如带传送实验、机械运动的图像绘画、机械的参数测量等。但是这些实验绝大部分都是作为验证性试验出现在课本之上，且具有很强的理论性。学生认为课本上的这些设计实验往往对自己今后的工作并没有什么太大的用处，因此，当前高校的机械设计教材中的实验部分很难引起学生的学习热情，学生也很难将这些知识与自己今后的工作相结合。
1.2实验内容缺乏综合性高校中的机械设计课程设计实验，往往在单个的实验中缺乏对机械设计理论知识的综合运用，每个实验设计均是围绕了单一的理论知识点，没有进行综合性的理论知识运用。单纯注重实验对理论基础知识的验证，无法有效增强学生的创新能力，只会让学生在实验当中枯燥地证实教材中的相关理论。
1.3实验类项目在机械设计课程的评定之中分数比例较低在对学生进行机械设计课程能力的综合评定时，各大高校往往都较为重视学生理论知识的掌握，但往往忽略了最为重要的学生的实践操作能力的培养。实验课程在学生成绩的评定之中，往往得分只占其中的三成左右，绝大多数得分均在于理论知识的书面表达。这样偏重记忆的教学方式，背离了机械实验课程重视实验的初衷，无法真正做到培养学生的自主创新意识，也不能起到增强学生职业技能的作用。并且受到这种“重视理论，轻视操作”的思想的影响，很多学生在实验课上往往不愿意亲自动手做实验，更加无法增强机械设计课程中学生的个人技能的使用能力。
2机械设计课程中对于实验教学的改革对策
2.1实验课程中教学方式的改革改变现有的以老师作为机械设计实验中核心的教学方法，使用开放式的机械设计实验教学，让学生作为课堂的主导。老师利用学生已经掌握的机械设计的相关理论知识，提出相应的实验设计要求，让学生自行查阅相关档案，并独立设计实验模型。老师根据学生的完成进度，进行发问，并提出相关的修改意见和评价。这样既可以杜绝学生之间验证性机械设计实验的实验报告抄袭的现象发生，同时也可以有效增强学生自主动手能力和实践能力。例如，实验课上，老师公布实验课题为“水平结构的运动数据的综合测试试验”，要求学生利用当前所学的机械设计相关理论知识，自行设计一套传动系统，如曲柄的滑块结构。在设计好这个结构之后，故意改变该结构中的一个参数，查看该参数的变化对整个实验数据会产生怎样的影响。例如改变曲柄的长短的影响，连杆长短的影响。并让学生记录于自己的实验报告之中，并浅谈在该实验中如何选择最佳的参数，并通过相关的理论验证自己的观点。这样的实验设计，既锻炼了学生的动手操作能力，又可以让学生的技能水平有所提升，增强了学生对于机械设计实验的重视程度和学习热情。
2.2考核办法的改革当下我国的机械设计课程的考核办法依旧是“重视理论而轻视实践”，造成了机械设计课程就好像高中的物理一样。只要学生会相应的计算方法，就可以取得好成绩，这往往与机械设计课程的教学初衷背道而驰。所以，需要改进当下机械设计课程的考核办法，让机械课程的教学目的回归正轨。例如，在考核标准中，应让学生在规定时间内，按照老师提供的要求，独立完成一套机械设计项目，如连杆机构等。根据老师提供的相关要求作出相应的实验实物和实验报告，并根据该实验提出相关课题，让学生通过理论知识进行有关的阐述，这个考核占学生总成绩的60%。另外，平时的课堂表现占学生总成绩的20%，期末成绩占学生总成绩的20%。这样设计的好处在于学生在掌握理论知识的同时，也要注重个人的动手操作，让机械设计课程的教学初衷得以实现。真正让学生做到重视实验的目的，也为学生今后的职业技能打下了良好的基础。
2.3补充机械实验课程在进行相关的改革之后，伴随着而来的是对教学工作者的要求提高。相关教师要对改革后的机械设计课程有更高的重视，领会新教材的创新内涵，将自己的教学重心从理论教学逐步偏向实验指导。
3结束语
当前我国的机械设计课程在教学过程当中，依旧过于保守，并且不利于学生在进入社会工作后的发展。学生无法在该课程之中培养自己的个人技能素养，针对这一些问题，有关教育工作者必须要严肃重视起来。实验的课程改革，相关的考核办法，都需要进行更详细的打磨。这一切的目的，都是为了将学生的能力培养做到最好，完成这一目的，需要所有教育工作者不懈的努力。
参考文献
[1]刘元林.大工程背景下机械设计基础实验教学改革的研究与探索[J].实验技术与管理,2010,01:14-16.
[2]陆凤仪,徐格宁,孔祥莹.机械设计基础实验教学示范中心建设与教学改革[J].实验技术与管理,2010,02:81-83+89.
工程机械理论与设计范文篇5
1.1课程教学体系现状
《机械设计基础》课程开设在大学农牧学院的能源与动力工程专业，共有三个模块，分别为理论教学模块60学时、实验教学模块4学时以及课程设计1周。
1.2教学体系中存在的问题
课堂教学模式陈旧，重讲轻练。课堂教学中，教师常过分强调知识的全面性，造成课堂教授内容过多，与学生互动较少，同时没有给学生留下足够“学”的时间。例如在讲平面四杆机构设计时，课堂时间大部分在讲授其设计基本思路与方法，很少讲习题，更没有时间让学生练习，严重阻碍知识体系的掌握。实验教学条件和内容不完善，学生缺乏参与感。受实验教学条件的限制，现有实验教学内容仅包括机械原理认识实验与机械零件认识实验，均为参观性实验。学生在实验过程中只能对常用机械零件产生感性认识，而没有实际动手操作，致使参与感严重缺失。课程设计时间短，题目单一，且与实际脱节。课程设计的时间为一周，只能做一个题目，即二级变速器的设计。在这一周的时间内，需对设计的各环节进行分析、计算、选型和作图等，时间非常仓促，学生非常吃力。加之设计题目与实际脱节，学生对设计内容不感兴趣，阻碍了学生设计能力的提高。课程考核方式单一，偏重于理论知识的考核，实验等实践内容几乎不在考核之列，造成学生对实验课程和课程设计不重视，专心于理论知识的学习，不利于学生机械设计综合设计能力的提高。
2教学体系改革措施
课堂教学、课程设计、实验教学是机械设计课程整个教学体系中不可忽略的三个重要环节，本课程的教学改革也应从这三个环节入手。课堂教学应提高教学效率，课程设计应提高学生的工程设计能力，实验教学应以培养学生的动手能力和创新能力为目的。同时理顺课堂教学、课程设计与实验教学之间的关系，建立多元化的教学体系。
2.1改革课堂教学方法，整合教学内容，提高教学效率
针对教学模式陈旧、重讲轻练的现状，课堂教学应遵循精讲多练的原则。在理论授课时精讲基本概念、基本理论和基本方法，使知识易于理解、掌握和记忆。同时给学生留出一定的思维空间，避免满堂灌和填压式的教学方法。同时课堂教学应多采用现代教学手段，例如对于一些较为复杂的空间模型和机械运动规律的讲授，应采用幻灯片、动画或录像等方式，更有利于对常用机械零件的结构和特点的认识和掌握。在课程教学体系改革的大背景下，课程教学内容需要整合，应以机械零件设计为主线，以基础理论侧重实用为原则。机械原理和机械零件设计都是以机构运动简图为研究模型建立机械运动简图，因此应把结构分析，机构运动简图的定义、性质和常用运动副的代号，机构运动简图的建立作为重点讲授内容。对于机构原理部分的内容，过去主要是采用讲授图解法。随着计算机辅助机械设计的应用与推广，其教学内容应该以讲授解析法为主，并增加计算机辅助机械设计的内容，向学生简单介绍AutoCAD的操作知识以进行机械设计，课后要求学生利用计算机完成简单机构的设计任务。对于机械传动和零件设计，应尽量减少理论计算公式的推导，增加零件细部结构的设计介绍和常用设计参数的选取原则的介绍，并加强对机械组合的介绍，比如多种传动方式的组合、原理、特点以及工程实际中的应用、维护等。多向学生介绍机械方面的新发展、新思路，以开阔学生的眼界。此外，参考教材的选用应着眼应用性和先进性。将版本较老、内容较难的教材改为内容较为简单、学生感兴趣、应用型强的教材。
2.2完善实验条件，注重实验教学，重点培养学生的动手和创新能力
针对学生对本课程的学习积极性很高，但学习很吃力的现状，分析其原因，主要是因为学生对理论推导的课程内容有所排斥。但学生对事物的感性认识能力较强，且比较爱动手操作。应对实验条件和实验教学内容做出调整。例如建设机械设计综合实验室，购买机械设计课程相关教学仪器设备，用于满足教学实验条件，并在维持总学时（64学时）不变的情况下，大幅加大实验学时所占的比例。其中，理论学时由60学时压缩至36学时，实验学时由4学时增加至28学时。为增加学生对机械机构的操作能力和创新能力，实验教学在课程教学中所占的比例大幅增加，实验教学内容也有了相应的调整，包括认识实验、操作实验和创新实验。其中，认识实验主要是参观机构工作原理，4个实验共8学时；操作实验主要是常用机械模型的制作，3个实验共14学时；创新实验主要是根据学生的兴趣进行机械模型创新设计，1个实验共6学时。
2.3健全课程设计内容，全面提高学生机械设计能力
机械设计课程设计是提高学生机械零件设计能力的一个重要环节。课程设计给定的时间短，涉及知识面广，完成的内容多，计算量大，绘图工作繁重，有时一个普通的传动方案就需要几个小时甚至几天的时间。鉴于该现状，应使课程设计的题目多样化，并给出设计功能要求，让学生根据自己的兴趣选题并拟定结构方案，指导教师给出合理建议，并尽量借助于现代设计手段、设计方法指导学生完成课程设计任务。在课程设计过程中，要求学生在手工计算的基础上，完成装配草图设计，并运用CAD软件完成装配工作图和零件工作图的绘制。这样不仅能使学生在学习期间接触和掌握计算机辅助绘图技巧，又可以加深学生对行业标准和设计规范的理解掌握，全面提高学生的机械设计能力，为其今后从事设计工作打下良好基础。
2.4考核形式多样化，全面考察学生的学习成果
传统的机械设计课程的课堂教学多，考核多以闭卷考试为主，因而导致学生对实验、设计不感兴趣，偏重于书本知识的掌握，形成了“高分低能”的不良现象。而社会的发展要求学生具有理论联系实际、分析问题和解决问题的能力，因此，课程的考核形式应多样化，以全面考察学生的学习成果为目的，不能单纯以书面考试为主。按照这一思路，课程的考核形式也应作出相应的调整。例如新制定的考试方案中，闭卷（或开卷）考试占30%，实验完成情况占30%，课程小论文占20%，平时表现占20%。其中，闭卷（或开卷）考试内容为课堂教学的重点及难点；实验成绩包括实验模型制作水平、实验积极性及实验团队合作情况；学生可自行拟定课程小论文题目及内容，但论文中必须能反应学生对本课程结构体系的认识及学习感受（需对课程教学提出合理建议或意见）或对课程某一典型章节（典型机械结构）的深入理解；平时表现包括课堂教学及实验教学出勤率、学习积极性及作业完成情况。
3结论
3.1《机械设计基础》课程教学体系的改革应从课堂教学、课程设计和实验教学三个环节着手，应理顺课堂教学、课程设计和实验教学之间的关系，建立多元化且结构合理的教学体系。
工程机械理论与设计范文篇6
关键词创新能力培养机械制造技术基础理论教学
中图分类号：G424文献标识码：A
1概述
在知识经济与经济全球化的今天，培养具有创新精神和创新能力的高素质人才是社会对高校的要求和期望。①机械工业作为制造业的基础行业，为国民经济建设提供技术装备，它的发展更是需要大量全面发展、综合素质优秀的专业人才，机械工程教育模式必须与快速发展的机械工程技术相适应。从事机械工程高等教育必须创新教育理念和运行机制，跟上时代前进的步伐，大力推行以发展学生创新能力为核心的创造教育。
机械制造技术基础是机械设计制造及其自动化专业非常重要的一门专业技术基础课，该课程内容覆盖面广、信息量大，包含金属切削原理与刀具设计、金属切削机床概论与设计、机械制造工艺学、机床夹具设计原理等多门学科的内容。②③同时机械制造技术基础也是一门重在实践的课程，教材中的很多知识需要在实践中学习和掌握，仅凭根据教材进行理论讲解和习题练习远远达不到教学效果，学生不能真正地感受到所学知识的用途，更谈不上如何应用。
为了适应现代社会对机械专业人才创新能力提出的新要求，培养学生既有动手能力、创新能力又要具备一定的理论深度，本文针对机械制造技术基础课程进行了一系列的教学改革，构建了实践教学体系，将理论教学与金工实习、课程实验、专业课程设计、生产实习等实践环节有效结合，提高学生在接受知识信息、综合分析问题及工程实践等方面的能力。
2改革内容与举措
针对机械制造技术基础课程的上述特点，为达到创新能力培养的预期目标，本文从以下几方面进行了课程教学的改革。
2.1加强金工实习教学
金工实习是机械类专业学生学习机械制造技术基础及工程材料等课程必不可少的实践基础课，是机类与非机类有关专业教学计划中重要的实践教学环节。④机械金工实习包括车工，铣工，特殊加工（线切割，激光加工），钳工，砂型铸造等实践环节，它对于培养学生的动手能力有很大的意义，同时可以使学生了解传统的机械制造工艺和现代机械制造技术。
按照本校本专业学生的教学计划，金工实习在前，机械制造技术基础理论教学在后，由于没有针对性地建立两者的有机联系，导致学生们的学习是孤立、片面的进行，无法真正达到金工实习的教学效果。本文将机械制造课程的教学任务提前，在进行金工实习时，安排专业教师详细讲述金工实习与机械制造技术基础课程的内在联系，并向学生介绍课程的主要内容，在金工实习的整个过程中，指定专业教师对学生进行理论讲解、辅导和答疑，深化实习内涵，使学生清楚地认识到金工实习并不是孤立的，提高实习的积极性和主动性，从而为将来的理论课程学习打下良好的基础。
2.2优化改革课堂教学体系
为实现学生创新能力的提高，首先要让学生深入、扎实地掌握理论知识，考虑到该课程知识面广、信息量大、理论性强的特点，本文运用先进的计算机技术，建立机械制造技术基础课程的电子教案、多媒体课件等教学素材，在保持原有核心教学内容的基础上，辅助以大量的图片、三维动画与实际加工影像等，丰富形象教学内容，增强学生学习的积极性；同时进行创新性教学模式的探讨，变单一教学模式为多样化教学模式，提高学生学习的主动性，达到较好的课堂教学效果。
2.3构建实验教学新模式
目前本课程的实验内容包括：刀具几何角度测量、工艺系统静刚度测定、机床主轴箱拆装实验等，多半是传统的验证性实验。⑤通常是由专门的实验员教师进行题目的下达、内容的指导和成绩的评定，实验员教师无法了解课堂教学的进度和深度，专业课教师不能真正掌握学生实验操作情况，同时验证性实验的目的是使学生掌握课程基本原理，通过亲自动手操作验证并加深学生对理论的认识，但没有设计性实验相辅助，就会欠缺了对学生研究创新能力的培养。
针对本课程的实验教学进行以下改革：（1）对传统的验证性实验（如刀具角度测量等）进行方法和手段的改进，让专业课教师参与到学生的实验过程中，结合课堂的讲解情况与实验员教师进行内容的协调与安排，由实验员教师提前下达任务，学生在动手操作验证后讲解自己的实验过程和结果，并给出必要的理论支持，变被动学习为主动学习，大大提高了实验教学的效果。（2）增设创新性实验环节，根据课堂所学知识和实验室现有设备设计实验，由学生自主搭建实验平台，在实验中发现问题和寻找解决问题的方法等等，激发学生的创造性思维，提高学生的创新能力。
2.4改革生产实习和课程设计
机械制造技术基础生产实习和课程设计是对该课程进行实践教学的两个重要环节，⑥通过这两个实践环节，将学生们的课堂理论在实践中加深理解和进一步验证，可更好培养学生实践创新能力。在生产实习过程中，学生可以进一步接触到真正的企业生产，将对零件、刀具、夹具、机床等装备的认识实现从理论到实物的转换，借助课程设计中进行的机械制造技术基础课程的总结与应用，实现对学生理论知识的考查、巩固和加深。
本文针对机械制造技术基础课程设计进行题目选编、时间进度改革、典型零件和夹具的建模与仿真等多项内容改革，⑦并将课程设计融合到机械制造技术基础理论课程的教学和生产实习中，提前下达设计题目，让学生在课程学习和生产实习的过程中熟悉设计任务，引导其积极、主动地学习相关知识。
3总结
学生创新能力的培养是各高校面临的一项重要任务，不仅涉及到教师的创新素质、学校的创新环境，还和学生自身的创新思维有关，目前在这方面的工作仍处于起步和探索阶段。为配合创新能力培养的教学改革，检验改革成效，以笔者指导的机械设计制造及其自动化专业2010-2011级本科生十个班级为试点班级，从理论教学和实践环节等多个方面对机械制造技术基础课程的教学改革进行了初步尝试，并取得了一定的效果。
基金项目：本文系“山东科技大学群星计划项目”（项目编号：QX2013224）的研究成果；本文系“2013年山东省特色名校工程建设―机械制造技术基础课程资源库”的研究成果
注释
①刘秀莲.培养机械专业大学生创新能力的方法探索[J].中国电力教学，2013（16）：30-31.
②王素玉.机械制造技术基础[M].北京：清华大学出版社，2012.
③张树森.机械制造工程学[M].沈阳：东北大学出版社，2001.
④傅水根.创建有中国特色的工程实践教学体系[J].中国大学教学，2004（7）：24-26.
⑤朱从容.机械制造技术基础课程实践教学改革探讨[J].黑龙江教育（高教研究与评估），2012（3）：6-7.
工程机械理论与设计范文1篇7
关键词：机械设计；创新；具体措施
现代社会的不断发展离不开计算机所起的重要作用，由于计算机技术的迅猛发展，使我国的机械设计有了新的发展机遇，为我国机械设计创新奠定了坚实的基础。至今为止，我国社会的迅速发展与计算机以及软件的应用普及是分不开的，所以我们必须要对现代机械设计特点和创新研究做进一步加强，从而满足技术更新的需要与社会经济发展的需求，并且使现代机械设计能够进一步适应时展的潮流。很久以前机械设计就早已存在，由于社会发展迅速，并且传统的机械设计存在大量弊端，所以传统的机械设计已经无法在当今社会继续发展，所以被现代机械设计所取代。因此为了能够对我国的机械制造业作出巨大的贡献，促进我国社会主义现代化建设事业的发展，我们必须不断加强现代机械设计的创新力度。
1.特点比较
1.1.传统机械设计特点
经历了几百年的时间，机械设计进行了不断变化与完善，直至今日我国的机械设计已形成了一个健全的设计体系，其广泛应用在社会各领域。以往我国的机械设计由于受社会发展速度与生产力水平等诸多方面的影响，使得其发展速度只能靠长期以来的经验来支持，所以致使其发展速度非常缓慢。人们为了避免这些错误的产生，常常依赖于从业人员的设计经验，所以人们往往按部就班，从而忽略了创新意识的重要性并且阻碍了机械设计创新的步伐。传统的机械设计存在很多的问题，所以在实际投产后收到了很少的回报。并且传统的机械设计严重降低了工程的施工效率，其操作过程非常繁琐，耗时、耗力，给工作人员带来了诸多的困难。
1.2.分析现代机械以及现代机械设计的特点
1.2.1.现代机械的特点介绍
高性能，结构简单。传统机械若想在功能上做出改变，采取的办法比较单一，只能将装置与设备进行改变才能实现。对比传统机械发现，现代机械在革新方法这一方面则显得非常灵活，可以综合使用结合后的技术，也可以从其它的方面入手，从而使结构满足科学化的特点。
效率高，降低了成本。现代机械的工作时间与传统机械相比较要节省许多，工作成果能够被直观看出，产品质量也得到了充分的保证。
现代机械功能多，柔性高。现代机械发展前景十分广阔，涉及对象也较为广泛，且机械方式也较为多元，例如在进行机械操作的过程中，合理应用电子通讯技术就可以有效弥补传统操作过程中所表现出来的不足。
1.2.2.现代机械设计的特点介绍
对比以往的机械设计而言，现代机械设计的思路与理念都较为新颖独特，由于现代机械设计具有多元化的特点，其本身所涉及到的学科也非常多，并且关系到许多的行业，涵盖了很多领域的研究成果，如思维科学、智能科学、哲学以及心理学等，不只局限于机械专业的技术和理论知识。现代物理学与应用数学等基础科学的重要理论都包含于现代机械设计之中，另外机械电子学与检测技术等相关技术在自动化领域的研究成果中也发挥了至关重要的作用，为现代机械设计提供了有利依据。而对于现代机械设计创新而言，更加富有特色，这是传统机械设计所无法相比的。
2.机械设计创新思维的特点介绍
“新”是创新思维最能体现出主体的一个字，其含义是要求人们富有创造力并保持活跃的思想。社会生产的各个环节都离不开创新思维，它被人们广泛的接受并且得到了人们的广泛推崇。创新思维亦是思维的创新，其特点在于其本身具有一定的推理性以及创造性等特性，将传统的陈旧模式改变，使其自身具有创造性的价值。可是在创新过程中有一点必须注意，创新不是光靠想象力就可以完成的，它要求设计人员必须掌握许多的知识以及工作经验，在进行实际操作时，机械设计人员必须利用已有的工作经验以及设计理论，对现有的资源进行合理地调整，最后应用到创新中去，并且在创新的过程中，要求工作人员应该多角度全方位的来进行思考，最终构造出合理的机械设计理念，设计出全面的设计方案。
3.以创新思维完成机械设计的意义
在进行机械设计的过程中，创新思维有多种工作的手段。如果将这些手段与方法合理应用在现实的生产当中，则会收到巨大的回报。对于机械的创新设计而言，能够有效地提高设计人员的设计水平，最终能够快速确定自己的设计目标，向着自己的目标前进。此外，在进行机械设计的过程中，不断地进行创新与探索，能够有效拓展设计人员的创新思维，提高其设计的能力，树立正确的技术创新理念，提高自己的创新意识。
4.完成现代化机械设计的措施
4.1.对数据库进行认真管理
当前，管理数据库的软件种类非常多，并且做好数据库管理的工作对机械设计来说具有重要的意义。针对眼前的设计形式，需要一个能够储存大量数据并且管理方便的数据库管理系统，所以对数据库的管理进行不断创新显得极其重要，在建立数据库的过程中，应该按照机械设计的实际需求来进行设计，最终创建出理想的数据库管理系统。
4.2.合理运用CAD软件
在进行机械设计的过程中，合理应用计算机技术是当前的首要任务。因为
在设计的过程中，其中多数步骤都需要由计算机的制图软件来完成。CAD软件具有很多种功能，它能够较为快捷的完成计算、设计以及画图等方面的内容。在使用软件的过程中，合理的应用CAD软件会有效提高机械设计的精准度与设计的效率，最终设计出理想的作品。
总结：
随着新时期的到来，在这种新形势下加强现代机械设计的创新与特点研究显得至关重要，不仅影响着企业的自身发展，还关系到社会的发展，在很大程度上决定着社会经济的繁荣。对于创新而言，它是现代化机械中不可替代的重要组成部分，合理的创新能够有效地提高机械性能。所以我们必须着眼于现在与未来的发展，找到当前机械设计的不足，加以创新与完善，拓展工作人员的思维，最终提高了机械设计的发展速度，促进了我国社会经济的快速发展。
参考文献：
[1]魏玉新.现代机械设计的创新方法研究[J].装备制造，2009，5（01）.
工程机械理论与设计范文篇8
【关键词】德州学院;机械设计;工程实践能力;创新能力;教学改革
一、引言
目前应用型高校培养的学生直接面向企业的生产一线，因此培养学生的工程实践能力极为重要。机械设计是机械设计制造及其自动化专业的一门重要的基础课程，在整个人才培养体系中占有重要的地位。在此之前学生学习的机械制图、理论力学等课程，与工程实际还是有一定的距离，而机械设计课程则是紧密结合工程实际的课程。学生除了学习机械中通用零件和通用装置的设计计算的相关专业理论知识外，更重要的是学会如何用机械设计的理论知识来解决具体的工程实际问题。同时为了尽快适应本科机械类应用型人才培养的需要，教学过程中关注的重点正经历着从理论知识的培养向提高学生的工程素质及工程实践能力培养的转变。如何在教学课程中通过合理设置课程体系、实践教学环节成为了机械设计教学改革中探索的重点。传统的机械设计教学内容、方式过于偏重理论，而弱化了学生的工程实践能力的培养。为适应应用技术型高校转型，在机械设计的教学过程中需要进行基于工程实践能力培养的教学改革。
二、合理设置课程教学体系，强化实践教学
机械设计课程内容是掌握通用机械零件的设计计算、结构设计、简单机械传动系统装置的设计。随着新的机械设计方法的快速发展，仅通过书本内的知识已不能适应实际工程中的要求。因此在设置课程教学体系时，要注意机械零部件的分析计算与结构设计的结合;理论教学与实践教学相结合;理论知识同工程实际相结合。经典教学内容与现代教学内容互为依托，各教学环节有机衔接，实现整体优化。
1、在理论教学内容方面
在理论教学内容的组织方面，注意教学知识的更新，增大课堂教学的信息量，注意将学生的工程实践能力培养和专业素质教育结合起来。特别是在教学内容的组织、课堂内容的讲授等方面将启发式等教学方法结合起来，使它们成为一个有机的整体。在课堂教学中注意学生的学习掌握情况，激发学生的学习积极性。
（1）在课程教授时，以工程实践应用为基础，以掌握通用零部件设计计算能力和创新能力培养为主线，从整体和系统的角度，将课程知识体系整合为机械设计总论、连接、机械传动、轴系零部件四大模块，体现学生设计和实践能力培养的循序渐进性。
（2）在教授机械设计传统设计方法的前提下，结合齿轮传动、蜗杆传动及轴的设计等章节理论内容介绍现代机械设计的方法。如在讲解齿轮的强度校核计算时，传统的设计计算公式多、计算量大。在教授这部分知识时，可介绍计算机辅助设计的方法：如用UGNX软件进行齿轮的三维实体造型，并进行齿轮的强度校核，提高了计算精度，节省了时间。同时开阔了学生的视野，提高学习兴趣。
（3）对通用零件的设计计算部分的公式推导讲解时简化推导过程，注重设计参数的选择和公式的具体工程实际应用。
2、在实践教学方面
（1）实验项目侧重学生工程实践能力培养。在实验课一开始就开设“机械零件认知”实验，增加学生的感性认识，让学生对通用机械零件和通用装置有一定的认识和了解;后开设螺栓联接综合实验、带传动实验、轴系结构组合设计、减速器拆装实验、机械传动性能综合测试实验。其中轴系结构组合设计、机械传动性能综合测试实验为设计型实验，其余三个实验为综合型实验。设置的六个实验项目培养了学生的工程实践意识、创新意识和动手能力。同时增加开放性实验，开放机械设计实验室，鼓励学生自主设计机械传动装置并进行分析，增强学生的实际动手能力和分析能力;培养学生的工程实践能力。
（2）改革机械设计课程设计内容。传统的课程设计题目主要是二级减速器的设计，设计内容单一、雷同，达不到工程实践能力的培养。因此在2013级机械本班课程设计中提倡综合性设计;引导学生自主设计，增加了跑步机的设计、切面机的设计等设计题目。学生先设计出多个机械传动方案，通过对不同方案进行分析确定出最优设计方案，提高学生的学习主动性及工程实践能力。然后要求学生将UGNX软件应用于机械设计课程设计的设计计算和实体建模中。在软件中完成所有零部件建模，进行整体装配，若出现结构问题及时进行修改计算，最后完成整个装置的实体造型，没有问题后最终生成二维工程图。最后安排了课程设计答辩环节，通过设计答辩的方式对课程设计进行评价。这样既能增强学生使用三维软件的能力，同时提高了学生的课程设计的质量。
三、基于工程实践能力培养的教学方法改革
1、启发式的教学法
授课教师讲解理论知识时不能只是枯燥的讲解理论，要提出一些和知识点相关的工程实际问题，引导学生利用自己所学知识进行思考和分析，能够全面的解决老师所提的问题。如讲授链传动的特点时，给学生提出“为什么同步带的自行车不能代替链传动的自行车”让学生进行分析回答，有的学生就会回答“同步带是弹性的，如果冲击力大容易断，有灰尘就会容易卡住”，还有的同学会回答“同步带对工作环境要求高于链传动，对张紧装置的要求高，使用寿命没有链传动长”等。学生通过积极回答问题把链传动的特点和应用全面掌握，同时还复习了同步带传动的知识。通过启发式提问，既能活跃课堂授课气氛，又能提高学生的学习的积极性，锻炼了学生的表达能力。同时培养学生利用所学理论知识解决一些工程实际问题，提高了学生的学习效率。
2、案例教学法贯穿各个章节的授课中
引入与教学内容密切相关的典型生活实例和工程案例。每一章节内容都有工程实例进行分析，增强了理论知识的系统性。理论和工程实际相结合的授课方式，非常能调动学生学习的热情。同时教学中引入工程实例，以及适当地增加了和毕业设计相关的实例讲解，有利于难点知识的讲解，使学生能够及时了解所学理论知识的工程实际应用，激发学生的学习兴趣，缩短教学内容与实际工程应用的距离。如讲解螺纹连接的章节时，首先先给学生展示了《一颗螺丝钉引发的血案》、《华航飞机爆炸事故》，《由“螺栓松脱”造成的扶梯事故》，通过这些案例让学生了解的小小螺纹连接的重要性及设计中注意的放松、受力等问题。在讲解螺栓组的设计时，通过工程案例如起重吊钩的螺栓组、联轴器的螺栓组等依次讲解各种受力情况下的螺栓组的设计，使学生很快能够掌握和理解螺栓组的设计。
四、结束语
在教学过程中，我们课程组老师非常重视教学信息的反馈，努力提高教学质量。鼓励和指导机械专业学生参加各类科技创新大赛，提高学生的实践动手能力。近几年来，机械专业学生在全国大学生节能减排与社会实践科技竞赛等竞赛中获多种奖项，工程实践动手能力有了很大的提高。
【参考文献】
[1]王波，林其斌.应用型本科机械原理课程教学改革研究与实践[J].滁州学院学报，2013（02）111-113.
[2]郭维城，王琳，刘小琨等.以学生工程实践能力为导向的机械设计基础课程改革与实施[J].科教导刊，2015（01）91-92.
[3]米丽萍.三维ProE在机械设计课程设计中的应用[J].课程教学研究，2013（19）191-192.
[4]刘扬，银金光.“机械设计”课程中应用案例教学的探讨[J].中国电力教育，2010（27）64-65.
工程机械理论与设计范文篇9
【关键词】机械工程;可靠性;优化设计
1.前言
当今社会，科学技术飞速发展，人们不仅对多功能产品有强烈的需求，也需要多功能产品可以实现其应具备的功能。产品的可靠性优化设计是以产品功能的可靠性使用为目的而应运而生的产物，从产生开始到现在，已经得到了迅速的发展与广泛地使用[1]。在进行机械工程的产品设计时，将可靠性理论与技术应用于其中，并根据需要与可能，将产品的可靠性使用作为优先考虑的设计准则；在满足时间、费用及性能的基础上，让设计出的机械工程产品符合可靠性的要求。可靠性的设计问题在涉及传统的设计技术的同时，也与价值工程、系统工程、环境工程及质量控制工程等有着密切的关系。因此，可靠性设计是多学科与多技术相互交叉融合的一种新兴技术。
2.机械工程产品的可靠性优化设计现状分析
由于我国的特殊历史原因，机械工程制造业与西方发达国家机械制造业相比，显得相对落后，尤其是在可靠性设计的研究方面更是显得滞后。直到二十世纪八十年代，我国在机械工程的可靠性研究才取得了一些初步的成效，在某些个别的行业还成立了专门从事可靠性优化设计研究的组织与团体，并为社会培养了大批的可靠性优化设计研究的技术人才，制定出了整套可靠性优化设计的规范标准[2]。从总体上来看，过去的可靠性优化设计研究比较偏重于理论，但在生产实践中，对于理论的应用则是比较少，就这一点而言，与制造业相对较为发达的国家相比较，存在着许多不足之处。
3.可靠性优化设计在机械工程中的应用
机械工程产品的可靠性优化设计在产品的生产与使用周期的各环节都起着重要作用。这些环节主要有产品的设计、制造、使用及售后维修等。以下就机械工程产品的设计、制造及使用三个环节展开讨论可靠性优化设计问题。
3.1机械工程产品设计环节可靠性优化设计
机械工程产品的设计主要包括装配整体设计与零件组装设计。对机械产品进行可靠性优化设计时，可以将其当作一个整体，设计的方法主要有两种，第一种方法为：先大致了解机械的完整系统，并分析组成整体的零部件具有多大程度的可靠性，据此推断出整体具有多大程度的可靠性；这种方法即为预测整体设计可靠性的手段，预测的结果必须与设计指标相符合[3]。第二种方法为：将整体机械工程可靠性优化设计所要求的指标分配到其零部件的设计上，要求零部件必须满足各自的可靠性指标要求；常用的可靠性的分配方法有：再分配、等分配、比例分配及综合评分的分配方法。设计单个零件时，尽量采用符合国家规定且已经在生产中大量投入使用的常规零件，并用不同设计方法对重要程度不相同的零件进行优化设计，设计关键部件之前，要先行可靠性的试验。除此之外，要反复验证及修改机械工程产品设计的可靠性，直到其能够满足于可靠性优化设计所要求的标准为止。设计机械工程的人机系统也很重要，这方面的设计包括适应性及操作的舒适性设计。
3.2机械工程产品制造中的可靠性优化设计
要保证一个产品的质量，在制造环节的质量控制是最关键的部分，因此，机械产品在制造的过程中进行可靠性优化设计是非常重要的。加工的设备可靠性要得到保证，在选择加工工艺与工艺流程时，要注意其技术水平，保证制造水平尽量达到最优化。产品制造工艺流程是一个完整的系统，其中的各个方案与工序是工艺流程系统中的子系统，对每个子系统进行可靠性优化设计时，都要综合考虑各方面的因素，如工艺装备、加工设备、加工材料与工作人员素质等；只有这样才能为各个子系统设计出可靠性与合理的指标；最后，整合分析各个子系统的指标，并通过合理的方法将总系统的可靠性及优化指标整理出来。
3.3机械工程产品的使用与维修的可靠性优化设计
对机械产品进行维修，能有效延长其使用寿命；良好的售后服务水平是一个公司获得发展的必备条件。因此，生产机械设备的厂家要认真对待售后服务与维修的问题，运用先进的逻辑分析法，制定出科学的维修内容与维修方式，对机械产品的合理使用寿命作出规划。机械工程产品具有可维修性及可靠性，两者在很大程度上是相似的，可维修性是可靠性的具体指标之一[4]。对机械工程产品进行设计时就应当首先考虑到可靠性指标，以便能使设计出的机械产品在发生故障的情况下，易于检查与维修。进行机械产品维修的可靠性优化设计时，要充分考虑维修费用的问题，负责设计工作的人员在进行机械工程可靠性优化设计时，要以最少的费用获得最高程度可靠性作为设计的原则，以便能够尽量减少发现故障的时间。因此，以可靠性优化设计理论作为维修设计的基础，是非常合理的，也是非常重要的；制定经济合理的维修设计在现代化与科学化的进程中意义重大。使用符合标准的维修设备进行维修，提高维修工作人员的技能水平，使机械产品的维修工作能够朝现代化与科学化的方向发展。
4.结语
在以往机械工程的优化设计的过程中，很少将可靠性方面的指标考虑进去，因此不能够将机械工程产品的可靠性真实地反映出来；在可靠性的设计方法当中一般不会考虑机械产品的重量、体积及成本等方面的指标[5]。而在很多机械工程的设计方案中，只考虑进行可靠性方面的设计或只考虑优化方面的设计，就很难达到理想设计的效果。因此，只有在机械工程的设计中综合考虑可靠性与优化设计，并将两者的优势有机结合在一起，方能取得理想的设计效果。随着现代经济建设的步伐不断加快，机械工程制造业的发展也在日趋繁荣，且正朝着更具深度、更为复杂的方向迈进。当前人们对机械工程产品的可靠性优化设计的要求变得更高；目前，机械工程产品正日趋大型化与复杂化，因此，机械工程产品的可靠性优化设计的方法的应用也将会变得更广泛。对产品的使用也会变得更广泛，现代企业的发展也要以此作为发展的指标。
参考文献
[1]万耀青.机电工程现代设计方法[M].北京理工大学出版社,2009(03):183-184
[2]何社全.工程机械产品的满意性设计[J].建筑机械化,2010(02):419-420
[3]张立博.探讨机械工程的可靠性优化设计[M].工程技术与产业经济,2012(03):63-64
工程机械理论与设计范文
【关键词】机械设计；CDIO；课程设计
引言
机械设计课程是高等工科院校机械类专业的一门重要技术基础课，对学生实践创造能力的培养，具有十分重要的地位。近年来，很多学校都对机械设计课程进行了的教学改革与研究，本文结合了CDIO工程教育对机械设计课程教学进行了改革研究尝试，让学生以主动的、实践的、课程之间有机联系的方式学习课程，取得了一定的教学效果。
CDIO工程教育模式是近年来国际工程教育改革的最新成果。从2000年起，麻省理工学院和瑞典皇家工学院等四所大学组成的跨国研究获得KnutandAliceWallenberg基金会近2000万美元巨额资助，经过四年的探索研究，创立了CDIO工程教育理念；CDIO代表构思（Conceive）、设计（Design）、实现（Implement）和运作（Operate），它以产品研发到产品运行的生命周期为载体，进行工程教育实践。
一、理论教学与课程设计相互融合同步进行的教学模式
传统的机械教学方式通常是课堂理论教学辅之一些实验，然后进行课程设计综合训练，如图1所示，这是一种串联式的教学方式，这种方式是把机械系统设计所需要的知识抽象分割开，经过整理按照机械设计总论，联接零件，传动零件，轴系零件依次学习机械设计的理论基础，课程学习完之后进行课程设计，按照这种方式组织教学，学生只是在机械的、被动接受知识，既不利于激发学生的学习兴趣也不利于培养学生对理论知识的灵活应用，更不符合设计规律，而如图2所示的并行式的教学方式是按照机械设计的实际设计过程如方案设计、动力设计，传动系统设计、轴系结构设计，联接设计同时同步进行课程设计，再学习设计内容之初引导学生带着设计问题，边学边实践，让学生带着目的任务进行学习，这样可充分调动学生的积极性，主动学习，在学习过程中科学地培养学生的设计意识及系统思考问题的能力，也有利于学生对基础理论的理解和掌握。
二、多案例丰富教学内容
目前在机械设计的理论教学中，依然着重于抽象的理论知识讲解，虽然增加了很多实际实例，但是大都限于举例说明如何将工程实际问题归结为设计命题是目前学生解决实际问题时普遍感到的一个难点，如果用新颖生动的真实事例融入到教学之中――由案例组成教学内容，构建教学体系，把真实的典型问题、设计要求展现在学生面前，让他们在真实的设计条建中，设身处地地去思考、去分析、去讨论，这样，在教学过程中，学生不是被动的、消极的接受者，而是主动的、积极的知识探究者，这样会充分激发学生的学习兴趣，调动学生学习的主动性和积极性，对培养学生创造能力及分析、解决实际问题的能力将极有益处。
三、结束语
将CDIO理念引入机械设计基础课程教学，构建多层次的教学体系，使理论教学与项目训练相互融合，让学生始终带着问题边学习边实践，以突破学生在实际问题转化为工程问题时的难点，这不仅激发了学生主动学习的热情，也有利于学生设计和实践能力的培养，提高学生的技术应用能力。
参考文献：
[1]周海，黄传锦.基于卓越计划与CDIO模式的机械设计课程教学改革与实践[J].现代制造技术与装备，2014.
[2]郑金文，杨强.融合研究性学习与CDIO的机械设计实践教学[J].中国机械，2013.
工程机械理论与设计范文
关键词：卓越教育；机械原理；机械设计；精品课程；课程改革
作者简介：张洪双（1976-），男，吉林梅河口人，河海大学机电工程学院，讲师；楼力律（1973-），男，浙江湖州人，河海大学机电工程学院，副教授。（江苏常州213022）
基金项目：本文系2013年江苏省高等教育教改研究立项课题（课题编号：2013JSJG121）、面向“卓越计划“的机械设计课程教学改革研究和实践（项目编号：XZX/13A001-25）的研究成果。
中图分类号：G642.0文献标识码：A文章编号：1007-0079（2014）05-0067-03
我国提出的“卓越工程师教育培养计划”（简称“卓越计划”）旨在培养造就一大批创新能力强、适应经济社会发展需要的高质量各类型工程技术人才。河海大学是首批卓越计划的试点高校，同批的高校包括清华、北航、浙大、南大等重点高校，目前国内各高校在机械原理和设计课程上主要从课程的教学体系、课程内容、教学方法、课程的配套教材、课程的师资队伍建设、教学管理等方面进行努力和尝试，提高学生的创新意识和能力，提高学生的工程实践能力。[1]国外和国内“卓越计划”相近的工程教育模式为CDIO：[2]构思（Conceive）、设计（Design）、实现（Implement）、运作（Operate）。该工程教育模式由麻省理工学院和瑞典皇家工学院等四所大学自2000年起，经过四年的探索研究后提出的，是近年来国际工程教育改革的最新成果。
机械原理及机械设计是以高等数学、机械制图、理论力学、普通物理、材料力学和工程材料等先修课程为基础的，并为学习有关机械类专业课程奠定必要基础的一门课程。通过课程的学习，学生需要掌握机构学和机械动力学的基本理论、基本知识和基本技能；初步具有拟定机械系统方案、分析和设计机构的能力；掌握通用机械零、部件的设计原理、方法和机械设计的一般规律，具有设计通用机械零件和简单的机械装置的能力；具有运用标准、规范、手册、图册和查阅有关技术资料的能力等。因此本课程具有从理论性课程过渡到结合工程实际的设计性课程，从基础课程过渡到专业课程的承先启后的桥梁作用。机械原理及设计课程理论性较强和实践结合紧密，且各章节相对较独立，内容多，因此在其教学过程中应注重贯彻少而精原则，不强调面面俱到，知识点要突出，适当增加宽广度，注重机械发展的新概念和新方向。
国家提倡的精品课程建设是以一流教师队伍、一流教学内容、一流教学方法、一流教材、一流教学管理等为特点的示范性课程。面向卓越工程师的机械原理及设计精品课程建设的目的是针对卓越教育的特点，从教学队伍建设、教学内容和课程体系改革、先进的教学方法和手段、教材建设、理论与实践结合、课程建设全面规划等方面进行努力和发展，使卓越教育的机械原理课程教育教学在各方面符合国家示范性课程的要求。[3]
一、课程建设方法
根据精品课程建设的要求，并结合河海大学（以下简称“我校”）自身的发展和基础条件，从以下几个角度进行了相关工作：
1.面向工程应用的课程设置
机械原理及设计是机械类专业的一门重要的专业基础课，在整个专业培养和课程体系中具有十分突出的地位，是从基础课过渡到专业课、从理论性分析为主过渡到工程实践为主的一门课程。该课程是学生接触工程化的第一个实践环节，因此如何深化工程化的概念对于机械原理的教学十分重要。
随着各高校的扩招，年轻教师的数量越来越多，而且具有博、硕士学位的比例越来越高。目前各校新引入的年轻教师主要是从学校到学校，缺少工程经验；企业导师具有丰富的工程实践经验，但在理论高度和课程教育上又有所欠缺，所以工程化教育的师资队伍建设成为时展的需求。结合部级“河海大学—宝菱重工卓越工程实践中心”的建设，为增加年轻教师的工程实践经历，在学生进驻企业的同时，各专业指导教师需要全程陪同，参与到企业的实践项目建设中。建立企业内实践的各学习模块，为各模块配备校内教师和企业导师，采用双导师制，企业导师负责实践教育，校内教师负责理论教育，相互学习，既提高了校内教师的实践能力，也为企业带来了较新的理论分析方法。而为了提高课堂教学时课程中工程应用的比例，进一步借鉴了蚌埠学院的相关做法：[4]优先引进同时具有高学历和工程实践背景的师资人才，聘请企业内高级技术人员做校外兼职导师；集合学院乃至校区的力量，积极参与常州市及周边地区的建设，增强校企联合；鼓励专利、产学研结合和技术服务，而不仅仅是理论研究和科技论文。
2.课程实施条件
在课程建设的具体实施过程中，主要从教师队伍建设、教材规划、教学条件保障等方面入手。
（1）主讲教师：从机械原理及设计的教学人员构成来看，任课教师中有1名教授、1名副教授、3名讲师，学历均在硕士以上，年龄从35岁到50岁，结构合理、年富力强，形成了一个教师梯队。课程的主讲教师在本科教育教学、教改研究等方面具有十分丰富的经验。为了提高教育教学效果，全体任课教师定期召开教学例会、集中备课、针对教学过程中出现的问题及时处理和分析，不断总结经验。
（2）教材规划：理论课教学选用了由东南大学出版、吴克坚编著的《机械设计》教材。该书是教育部“高等教育面向21世纪教学内容和课程体系改革计划”的研究成果，是面向21世纪课程和普通高等教育“十五”部级规划教材。该教材以机械系统设计为主线，将机械原理和机械设计内容进行有效的整合。精品课程建设中，教材规划参考天水师范学院的立体化教材建设方法。[5]立体化教材包括主教材、教师参考书、学习指导书、电子教案、CAI课件、网络课程、试题库等。该教材的建设与机械原理和机械设计的课程内容、改革体系相结合，电子教案和课件能够及时反映教学改革的要求，网络课程建设促进教学改革的尝试，逐步提高机械原理及机械设计的教学水平。
（3）教学保障：卓越机械原理及机械设计的教育依托于本科教学平台，能够充分保障课程教学的教学要求。20多年来，学校不断加大投资力度，完善建设，学院的教学设备先进、设施齐全。学院设有本科教学的机械基础省级实验教学示范中心、河海大学常州校区工程训练中心、机械基础省级实验教学示范中心，其中省级实验教学中心在2007年立项建设，2010年顺利通过江苏省验收；专用与通用仪器和设备价值达2000余万元；学院实验室占地4000余平方米，拥有实验设备仪器1200余台套。目前实验室开设的实验课程主要包括：机构运动简图测绘、齿轮参数测量和范成、机构运动参数、螺栓连接、轴系零件组合、减速器拆装和自行车拆装等基础实验，以及机构运动拼接和机构组合实验等多个创新型实验环节。通过基础实验环节，学生能够加深对课程内容的理解和把握；通过创新型实验环节可以进一步提供学生的创新实践能力。除了校内的实验环节，还依托“河海大学—宝菱重工卓越工程实践中心”，对企业内部的设备、设计、工艺和检验等环节进行跟踪学习，让学生深入到车间生产一线，切身体会和了解企业内生产流程，为更好地适应企业环境打下良好的基础。
（4）网络化教学：为了提供一个自主的学习平台，提高教师对学生的教学管理能力，增强学生全方位的素质，完善了网络化教学模式。[6]我校机械原理及机械设计的精品课程网站内容（图1）主要包括课程简介、教学管理、教师队伍介绍、教学资源等。其中教学资源主要包括助学式课件、思考题、练习题、习题答案、课程重点及难点解析等。网站中设有留言信箱，方便同学对于课程的疑问和问题能够及时与老师沟通、联系。
3.课程评价体系
课程评价围绕课程培养目标，不仅要评价学生掌握的知识与技能，而且还要评价学生课堂的表现、出勤率和学习过程。评价时以课程考试为主要的评价方式，并辅助以课堂表现和出勤率等，力求评价方式的多样化。[6]单纯的期末考试不能完全反映学生对课程的掌握程度，目前各高校大多都采用多种方式，如课后作业、报告、实验、小测验、考试等进行考核，表1所示为根据我校卓越教育的特点采用的评分标准和比例。多样化的考核方式使学生必须注重平时的学习积累，不能通过突击的方式完成课程考试，学生有了积极学习的压力和动力，更能均衡地反映学生学习的实际水平和学习效果，符合正态分布。
表1多样化的考核方法
考核项目
作业实验随堂测验企业实践期末测试
20%15%20%15%30%
4.课程改革与创新
机械原理及设计课程具有较强的实践性和可动性的特点。即课程研究的所有问题都来源于生产和生活中实际的机构与机器。因此学习方法要注意课程的特点，在学习过程中尤其应注意理论知识与实践应用的相结合、机构运动简图与具体实物的结合、机构的静态分析与动态分析相结合、形象思维与逻辑思维相结合，将理论分析内容和工程软件的应用相结合。
机械原理及设计的课堂教学、教学方法与手段等方面力求创新改革，探索适合卓越计划学生学习的课程体系和教学方式，培养学生的学习兴趣、创新思维和独立分析问题、解决问题的能力。
（1）教学内容的创新：针对卓越计划教育中学生的理论学习时间压缩而需要提高实际应用能力的学习特点和需求，在机械原理及机械设计课堂教学中的主要内容为：机械运动方案选型设计、机构运动分析与尺寸综合、机械动力学分析和设计、常用零部件的选择、常用机构选择及设计、机械系统设计等。此外还要重视介绍学科发展的新动态、新方向、新内容，注重激励学生的学习欲望，调动学生的积极性，让学生了解更多更新的理论、技术与方法。实践教学方面主要包括小项目和专题、实验教学、课程设计、课外创新等。[7]近年来国家以及江苏省组织了大学生创新训练计划、机械创新大赛等，在创新竞赛的过程中提高了学生的创新意识，使学生得到了实践锻炼的机会，开阔了眼界。
（2）教学方法的创新：机械原理及设计教学方法配合教学内容的改革，加强与学生的互动，将以教师为主的‘灌输式’教学向以启发式、问题式、讨论式教学为主的新的教学方法转变，让学生从被动学习转变为主动学习，真正成为教学活动的主体。
鼓励学生应用成熟的工程软件进行相关课程内容的学习中。例如在原理部分章节中涉及到的图形法采用AutoCAD软件来分析和设计，既可以得到比手工绘图精确得多的解，又可以锻炼利用AutoCAD软件绘图的能力。在解析法中可以结合matlab软件教学，既可以直接利用matlab编程的方法，具有丰富的库函数、编程简单、可视化功能强，又可以采用simulink和simMechanics进行机构的运动学和动力学分析。[8]如图2所示，某曲柄摇杆机构中，各杆件长度分别为l1=120mm，l2=40mm，l3=70mm，l4=100mm，在曲柄运动角速度250rad/s，利用simulink分析得到杆件BC和CD的角速度曲线。零件的强度分析是机械设计中的一个重要内容，应用有限元软件可以得到非常直观的应力及位移图形。[9]如图3所示为应用ANSYS13.0对某齿轮进行强度分析的应力和位移图，其中齿轮模数mn为2mm，齿数z为24，螺旋角β为10°，材料45钢，在轮齿上受到20Mpa的力。对于这类专业软件有时学习起来比较困难，耗时间，可以采用一些其他三维造型软件自带的一些插件进行近似的分析，如SolidworksSimulation等，虽然结果上有一定的差异，但对于受力的整体变形趋势的分析仍然有很大的参考价值。
（3）教学手段的创新：在教学手段上，着重培养学生对机械系统的整体认识，突出课程重点，有效分析课程难点，课堂教学过程能够吸引学生的注意力，注重学生的参与，启发学生的思考和联想，加深学生对课程基础理论的理解。培养学生主动应用课程所学内容，锻炼其独立解决工程实际问题的能力。教学方法得当，充分利用多媒体教学，激发学生学习兴趣，提高教学效果。[10]多媒体课件中除了课程的文字性内容外，还要包括自制的动画课件和机械相关的视频信息，如企业内各种设备、工具和零部件及加工录像等。此外，在机械原理及设计课程中有关结构分析、运动分析、常用零部件选型、强度分析和计算等方面的教学还应该注意多媒体和板书的综合利用。
二、总结归纳
机械原理及设计课程在“卓越计划”教育的课程体系中处于承上启下的地位，因此加强卓越班级机械原理及设计的精品课程建设具有非常重要的意义和作用。在课程建设过程中，从面向工程化、保证课程实施、课程评价体系以及课程改革和创新等方面采取不同的措施和方法，可进一步提高卓越计划的教育教学质量，提高学生的学习兴趣和自主性，提高学生的实践能力和创新能力，使学生能够牢固掌握机械原理及设计中的相关基础知识和内容，为机械类后续课程的学习打下良好基础。
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工程机械理论与设计范文篇12
【关键词】机械设计;高职教育;教学资源;教学法
【中图分类号】G40-057【文献标识码】B【论文编号】1009―8097(2010)10―0076―03
引言
高等职业教育是高等教育的重要组成部分,是以培养具有一定理论知识和较强实践能力,面向基层、生产、服务和管理第一线岗位的实用型、技能型人才为目的的教育[1]。机械设计基础是高职教育机械系列课程中的一门主干课程,对于培养学生机械设计和解决工程实际问题的能力发挥着重要的作用[2]。同时,它也是一门综合性很强的课程,涉及到力学、机械原理和机械设计等多门课程的知识,是这些基础知识的综合体现和运用。目前,机械设计教学方法的研究已经得到了广泛的关注,见参考文献[3-9]。传统的教学方法是将工程力学、机械原理和机械设计等课程分开来讲,忽视了彼此之间的联系,学生学完后难以将所学知识融合起来应用于机械设计。高职机械设计基础课程的特点是重视应用性教学,强调知识的运用,降低理论的深度,对于公式、公理等推导、证明的理解、认知不重要。教学内容以“必须够用”为原则,在不影响知识理解连贯性的前提下可以减略,以便学生集中精力掌握实用的结论,以解决实际设计问题[10]。针对传统教学存在的问题,结合高职教育的特点,提出了基于知识融合的机械设计教学法。以应用为目的,本着优化、适用、适度的原则,将工程力学、常用机构、通用机械等教学内容有机的融合,并开发了相应的教学资源,运用后取得了良好的效果。
一教学目标
从高等职业教育培养应用型、技术型人才的总目标出发,遵循“以应用为目的”,“以必需、够用为度”,“以掌握概念、强化应用、培养技能为教学重点”的原则,提出了基于知识融合的机械设计教学法。传统的教学目标只是针对某一课程基础知识的掌握,忽视了课程之间的交叉与联系。不同的老师担任不同的课程,学生可能在学习某一门课程时掌握得很好,但是在机械设计真正的应用时,会感觉很迷茫,不知从哪里入手,所学的知识不能得以应用。原因在于学生没有从整体上把握机械设计的过程,所学的知识没有融合在一块,各自是孤立的。
机械产品的设计一般要经过产品的规划、方案设计、技术设计、施工设计等环节。通过学习,学生不仅应掌握一般机械产品设计所需的基本理论知识,还应对机械系统有一个整体的认识,并应掌握机械产品设计的基本过程。基于知识融合的机械设计教学法打破传统的工程力学、机械原理和机械设计基础等课程的界限。将理论力学、材料力学、常用机构和通用机械的知识相互融合,使力学的内容渗透到常用机构和通用机械以及与之相关的内容中,理论与实践紧密结合。不但使学生掌握机械设计所必需的基础知识,包括常用机构的结构、运动特性和工程力学方面的基本理论。更为重要的是使学生将所学的知识融汇贯通,对机械设计形成一个整体的认识。超越各门课程之间界限,随时能够灵活熟练地运用所学的知识进行机械产品的设计,具备一般通用机械的设计能力。培养学生建立初步的工程概念,对机械产品具有整体的概念和正确的设计思想,为解决实际问题打好基础。
二基于知识融合的机械设计教学法
在有限的学时内,合理取舍课堂教学内容,是关系到能否真正实现课程目标的关键。高职院校的机械设计课程应遵循以下的原则:精选重点和难点的内容进行详解与指点,避免烦琐公式的推导和易于自学的内容占用过多的学时;拓宽学生的知识面,注重工程应用,启发学生举一反三;注重机械学科发展,将机械学科的科研成果融入教学,让学生了解机械学科的新技术、新方法[3]。
以机械系统分析和综合设计能力的培养为主线,突出工程意识和创新精神的培养,并将这一思想贯穿课程始终。从整体设计思想出发,精简烦琐的公式推导及过时的工程方法,删减各门课程重复交叉的内容,实现教学内容的整体优化。多年来机械原理和机械设计两门课程的教学内容基本变化不大,课程内容自成体系,相互之间缺少衔接,存在内容交叉和重复的问题。如齿轮传动设计,历来是机械原理和机械设计课程的重点内容,由两门课程分别讲授,不但部分内容重复,且从设计的思维过程来看,有些内容本来是紧密联系的,却被两门课程所分割。基于知识融合的机械设计教学法打破传统的工程力学、机械原理和机械设计基础等课程的界限,将这些课程有机地融为一体,如图1所示。
常用机构及其传动设计一般包括工作原理、运动设计、承载能力设计和结构设计四个方面的内容,将这些内容所涉及的基本理论进行融合。首先学习工程实际中常用机构和机械的有关力学方面的必要知识。包括力学模型的概念,对力学模型的受力分析方法,力、力矩、力偶的概念及其基本性质,平面一般力系平衡问题的解法。四种基本变形的内力和应力分析、强度计算,减速器轴的弯扭组合变形分析及强度计算等。在讲授力学方面的知识时,将一些机械设计中的常用的机构融汇进来,对后面的机构学习可以起到抛砖引玉的作用。同时,也让学生学会了如何将力学知识应用到机械设计中。再接着学习机械中常用机构及通用零部件的类型、特点、工作原理、运动特性、工作能力设计、结构设计、组合设计以及标准零部件的选用等。在讲授具体机构及零部件设计计算时,针对具体机械的工况与技术要求,进行力学性能的强度校核。又可以回顾以前所学的力学知识,真正做到知识的前后呼应,融会贯通。与目前的基于项目的教学法有异曲同工之妙。而原来的工程力学、机械原理和机械设计的课程是分开的,工程力学以受力分析为主,机械原理是以机构的分析为主,机械设计是以零件的强度分析和绘制图纸为主。各自独立的课程配置使学生学习起来难以真正体会它们之间的联系,相互之间的应用就更无从谈起。而机械产品的设计正是融合了多学科的知识,相互之间应用起来更是融为一体,难以分割。
三教学资源的开发
根据基于知识融合的机械设计教学法,编写了机械设计基础教材,制作了相应的教学资源,如图2所示。教材包括物体受力分析基础、常用机构、联接、传动件及传动装置、支承零部件五部分。物体受力分析基础对物体所受力进行了分析,介绍了平面力系和空间力系;常用机构介绍了机构运动简图和自由度、平面连杆机构、凸轮机构和其他常见机构;联接主要介绍了联接件的变形、螺纹连接、轴毂联接、轴间连接和弹性联接;传动件及传动装置对齿轮传动、蜗杆传动、轮系、带传动和链传动等传动装置的结构、特点、应用范围及设计计算进行阐述;支承零部件介绍了常用的支承零部件轴和轴承。
多媒体教学因其具有直观性、动态性、可重复性、针对性、图文并茂等优点,为课堂教学打开了一幅别开生面的画卷,日益受到广大教师和学生的青睐。机械设计基础课程要求学生对机械传动有较强的感官认识,懂得各种机构运动的原理和动作的顺序,而这些单凭黑板上讲解是掌握不了的,必须通过实物演示或实验操作才能获得。以螺栓联接的结构和受力分析为例。如图3所示为螺栓联接的结构和受力分析,包含了预紧前、预紧和受载三个状态。上面有正常加载、超常加载、加载和卸载四个按钮,当点击其中的任一按钮时,在右边力的坐标系中可以显示力的变化情况,同时受载状态结构图中也可模拟结构实际的变化情况。如图4所示,即为点击超常加载按钮的模拟情况,不但在力的坐标系中显示了此时力的大小,而且可以在螺栓联接的结构中呈现出结构的实际变化情况。其图文声像并茂等优势能将教学中抽象、陌生的知识直观化、形象化,创建出生动的表象,增大课堂信息量,活跃气氛,有效激发学生学习的兴趣,调动其学习的积极性,获得较好的教学效果。
四结论
机械设计课程有着其他课程不能替代的作用,这是由课程的性质、任务、地位和内容决定的。针对传统教学存在的问题,结合高等职业技术教育的特点,提出了基于知识融合的机械设计教学法,以应用为目的,本着优化、适用、适度的原则,将多科目基础课程内容融合。完善整个机械设计过程所必要的基本知识和基本理论,增加基本设计方法和实践性内容。着力体现了高等职业教育的特色,有利于提高学生认识问题和解决问题的能力。编写了机械设计基础教材,制作了相应的多媒体教学资源,在教学中进行了实际应用,取得了良好的效果,具有重要的实际应用和广阔的推广价值。
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