“机械原理课程设计”的探索与实践

高志　殷勇辉　章兰珠

摘要：本文介绍了华东理工大学在精品课程建设中，针对“机械原理课程设计”这一实践性教学环节，以培养创新精神、提高综合素质为目标的教学探索与实践。为课程设计提供了一套行之有效的教学方法。

关键词：机械原理；课程设计；探索与实践

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2015）02-0127-02

一、机械原理课程设计在机械类专业教学中的地位

《机械原理》课程是机械类本科专业的主要技术基础课程，研究各种机构和机器所具有的一般共性问题。在专业课程体系中具有承上启下的作用。

机械原理的研究对象是经过简化上升到理论的机构与机器，因此，它一方面较物理、理论力学等理论课程更加结合工程实际，另一方面又不同于专业课。它从种类繁多的机器中抽象出常用的几种典型机构。并分别对组成机器的各部分常用机构从基本知识到运动学、动力学方面进行了详细的分析，如：平面连杆机构、凸轮机构、齿轮机构等，学生通过课程学习，可以从理论上掌握各种机构的特点并对其进行分析。

但在教学过程中，由于受到课程内容安排及章节相互独立的限制，学生很难把所学的各种机构的知识与一台整体机器的工作原理结合起来。另外，在课程设计中，实现一台某种功能的机器的方案是多种多样的，如何对这些方案进行评价与优选，仅靠课堂上讲授的内容是远远不够的。

《机械原理课程设计》是《机械原理》课程教学中的重要实践环节，其目的是提高学生“机械原理”知识的综合运用能力及机构的创新能力，也是实现现代机械原理教学中以“机械运动方案设计”为目标的重要组成部分。通过课程设计，使学生融合《机械原理》课程中所学的各种机构的相关知识，较全面、系统地掌握和运用机械原理课程中的基本原理和方法，并得到“根据设计任务、确定机械运动方案、分析和设计机械的能力”及“创新设计能力”的基本训练。

由于各种原因，课程设计从形式、内容到方法各方面一直在不断改革和补充完善之中，华东理工大学经过多年的教学探索和实践，在机械原理课程设计中形成了一套相对完整的教学方法，在培养学生的实践动手能力和创新设计能力中取得了良好的效果。

二、机械原理课程设计的选题

课程设计的选题应体现以人为本，以学生为主的理念，既要改变以往设计题目千篇一律的传统，又要针对学生的实际情况，选择合理的题目。总的说来，课程设计题目应满足以下基本要求：

1.综合性强、难度适中。要求能运用到机构原理课程中每章所讲授的内容，通过课程设计将课程中所学的知识有机地融合到一起。

2.注重选题的广泛性，从日常生活、工程实际、文献资料和老师的科研工作中广泛收集合适的课程设计题目，不断扩大题目的数量和类型，形成机械原理课程设计的基本题库，如表1所示。

3.注重选题的创新性，鼓励学生根据自己的兴趣进行选题，同时老师参照各届机械创新设计大赛的内容鼓励学生自主选题，由教师确定所选题目是否合适课程设计的要求。这样不仅提高了学生的学习兴趣，也丰富了课程设计的题目。

三、课程设计的前期工作安排

根据教学大纲，课程设计安排在机械原理课程教学同一学期（通常为第四学期）的第20周，但对二年级的本科生而言，在一周内完成是非常困难的。我们从学生的实际情况出发，进行了相关的探索。

1.在机械原理前期教学中，突出“机构运动简图”的重要性，通过“机构运动简图”及“机构的组合”两个课程实验，加强学生针对实验机构绘制机构运动简图的能力。其目的在于，机械原理教学是以“机械运动方案设计”为总体目标，而机构运动方案设计是以机构运动简图的形式体现的，因此，培养学生“机构运动简图”的绘制能力是为实现这一目标奠定基础。

2.尽早告知学生机械原理课程设计的内容、任务和要求，向学生公示机械原理课程设计的基本题库。这一工作通常在期中后进行，只需通知学生从网络下载相关资料即可。掌握这些信息，有利于学生进行前期资料查找和准备，有利于学生开展自主选题和大学生创新活动。

3.在课程教学的最后一次课（通常在16周），讲授针对机械原理课程设计的相关课程教学“机械的运动方案及机构的创新设计”，这样不仅使课程教学中的各部分知识能够联系起来，而且也为课程设计做好知识准备。

4.在课程设计中，考虑到课程设计的时间和难度，以3名学生为一组，通过集体讨论，开发思路提出各种设计方案，培养同学们的团队精神和协作能力。学生的组队工作，均在16周前完成。

通过上述安排，学生在开展课程设计前，对机械原理整体教学要求形成具体的认识，有足够时间进行课程设计相关的准备工作，为提高课程设计质量奠定了基础。

四、课程设计的流程

由于机械原理课程设计是大学生的第一次课程设计，学生针对自己的设计题目，往往不知如何着手，因此，需要一套明确的流程来引导学生顺利开展设计工作，如图1所示。

五、对编写设计说明书的要求及指导意见

机械原理课程设计的质量最终以设计说明书的形式体现出来，而如何编写一份高质量的设计说明书也是学生面临的主要问题之一，因此，在课程设计指导书中，对设计说明书的编写提出了详细的要求和指导意见，主要包括以下内容：

1.封面：包括设计题目、设计者、指导教师和设计时间。

2.设计任务的分析：设计任务书、设计条件和设计要求。

3.原动件的选择与比较。

4.传动机构的方案分析与设计。

5.执行机构的方案分析与设计。

6.机械系统运动方案的拟定和比较：要求拟定三种运动方案。并对三种方案进行优化分析，确定最终的机构运动方案。

7.对设计中的所用方法及其原理进行简要说明，列出必要的计算公式和计算结果，画出相关的机械系统运动方案布置图、机构运动简图、制定机械系统的运动循环图。

8.对所选机构运动方案的运动、动力分析与设计。

9.设计小结：总结设计中的创新之处与心得体会，说明在设计过程中三人具体分工安排情况。

10.列出主要参考资料。

六、结束语

机械原理课程设计的主要目的是融合课程知识，激发学生的动手能力与创新精神，作为机械类本科学生的第一次课程设计，在选题、任务安排、设计内容与指导方法上形成一套行之有效的方法显然是非常重要的。

经过对机械原理课程设计的探索和实践，使得学生在获取信息能力、创新能力、协作能力和学习热情上都得到了不同程度的提高。同时我们感到，如何将机械原理课程设计中对学生的阶段培养与大学阶段整体的创新教育、创新精神与实践能力的培养结合起来，是需要进一步探索和研究的方向。

参考文献：

[1]高志.机械原理[M].上海：华东理工大学出版社，2010.

[2]邹慧君.机械原理课程设计手册[M].北京：高等教育出版社，1998.

[3]张晓玲.机械原理课程设计指导[M].北京：北京航空航天大学出版社，2008.

[4]张晋西.Solidworks Motion机械运动仿真实例教程[M].北京：清华大学出版社，2012.