基于SolidWorks的《机械设计基础》课程教学改革探讨

周 琦

(江阴职业技术学院，江苏 江阴 214405)

基于SolidWorks的《机械设计基础》课程教学改革探讨

周 琦

(江阴职业技术学院，江苏 江阴 214405)

针对SolidWorks软件的特点，提出了《机械设计基础》课程教学改革的思路。整合课程教学体系，注重对学生专业技能的训练，构建以典型产品设计为载体、基于全新三维技术的课程教学体系，将SolidWorks软件中三维造型与装配、机构运动仿真、结构分析等理念融入《机械设计基础》课程教学过程，提高学生的学习积极性和整体教学效果。

SolidWorks；机械设计基础；教学改革

引言

现阶段《机械设计基础》课程教学往往偏重于常用机构运动的分析论证，通用零部件的选用和强度校核计算，教学手段以多媒体教学为主，教学模式主要强调基本概念和基本理论的科学性推导验证。实践内容以减速器传动机构的设计为任务，主要进行选型、结构设计及强度校核[1]，并利用AutoCAD软件进行二维图纸的绘制。这种教学内容组织及教学方式对于如今的高职学生来讲，内容枯燥乏味，很难激发学生的学习兴趣，教学效果欠佳。

在《机械设计基础》课程教学改革中，将SolidWorks软件的三维造型、机构运动和结构分析的功能与方法，融入《机械设计基础》的课程教学与实践过程，构建全新的基于三维CAD技术的机电类课程教学体系，此类改革是今后教学改革的重要课题。[2][3]

一、基于SolidWorks的课程教学

SolidWorks软件是一款高效的计算机辅助设计软件。该软件简单易学，绘图功能强大、操作简单，且与Windows系统操作风格相同。[4]可对机械设计方案进行动态仿真分析以及对关键零部件进行结构强度分析，结果以曲线和动画方式显现，使课程教学中遇到的运动学、动力学等复杂问题变得简单、直观和精确。

因此，将SolidWorks融入传统的课程教学中，将极大丰富教师的课堂教学手段，弥补学生实践经验的不足，激发学生学习兴趣，使学生完全浸入到机械工程设计状态中，提高教学效果。具体基于SolidWorks软件进行机械传动方案和零部件设计的课程教学过程如图1所示。

图1 基于SolidWorks的机械设计基础课程教学

二、课程教学改革思路

本课程的设计理念是以实际真实的产品为载体设计教学环节；教学过程中以完成典型产品设计为要求进行训练；整个过程以学生为主体，采用多种教学方法，注重过程评价。具体设计思路是选取典型产品的设计作为课程的教学项目——冲床执行机构和传动系统的设计，来进行课程理论与实践的教学。具体过程如下：

首先，教师布置设计题目、给出设计数据并进行功能分析。然后，进行合理的分组和分工，要求学生使用SolidWorks软件进行传动系统总体方案的设计，并最终提出至少两种以上的设计方案；通过使用SolidWorks Motion功能进行机构运动仿真，验证方案的可行性并选择最佳方案。进行各级传动机构的设计计算，运用SolidWorks Simulation功能对主要零部件包括齿轮、轴等进行结构力学分析，运用SolidWorks工程图模块自动生成减速器的装配图和齿轮、轴的零件图并编写设计说明书。

在此要说明的是，教学项目的实施过程分两个学期完成，教师依据“必须、够用”的原则按阶段完成知识点的讲解，任务的布置；学生利用课堂或课余的时间进行产品的设计与仿真练习，将机械设计基础的知识点融入产品设计的过程中，营造独立创新、自由探索的良好环境，提高学生学习的主动性。

三、课程教学内容改革

(一)机械原理模块

通过选择典型产品冲床执行机构的设计，按照冲床冲压机构的方案设计过程整合教学内容，所有的任务构筑了本课程的知识基础平台，在此平台上通过SolidWorks软件将各阶段性目标贯穿起来，进行机构的三维造型与运动仿真，将原来枯燥的原理设计转化为动画的制作，激发学生学习兴趣。[5][6]基于SolidWorks的机械原理教学模式框架如图2所示。

图2 基于SolidWorks的机械原理教学

将目前64个学时的课堂教学压缩至32学时，余下的32个学时进行基于SolidWorks的课程技能训练，二者交替进行，课堂教学本着“必需、够用”原则，重点机械原理的基本概念和机构设计方法的学习，技能训练重在利用该软件进行冲床冲压机构的设计与运动仿真，使学生获得解决工程设计的思维方法和能力。具体学时安排如表1所示。

表1 冲床执行机构主要教学安排

具体每个教学任务(冲压机构、送料机构的设计)实施时，教师重点把握好以下三个环节：一是提出问题和课前准备。教师首先通过课程资源的APP平台，布置关于冲床执行机构的工作原理、机构组成及机构各构件运动方式等方面的任务，学生利用课余时间通过课程网站已有资源和查阅资料，对冲床执行机构有较全面的认识，并将自己找到的相关资料上传至课程平台。二是课堂知识点讲解与分析。在学生前期准备的基础上，教师进行必要知识点的归纳总结；并运用SolidWorks构建冲床执行机构的三维模型，对机构进行运动仿真分析，通过仿真结果展示回答学生之前讨论中的问题。三是课后实践与总结。要求学生亲自实践每个教学任务从零件建模、装配设计以及运动仿真分析的全过程；针对SolidWorks Motion的运动分析结果，与教材上图解法的分析结果进行对比，判断两者是否存在区别。

(二)机械设计模块

该模块除了进行机械常用零部件的设计选型，还将所涉及的知识点融入到基于SolidWorks的二级圆柱齿轮减速器设计中，其教学模式框架如图3所示。通过以冲床传动机构中的减速器为主线进行教学与设计，使学生摆脱传统机械设计思想的束缚，培养学生的现代工程设计理念。

图3 基于SolidWorks的减速器设计

机械设计模块教学为96学时，主要讲解常用机械零部件的设计选型，再次安排其中的36个学时进行基于SolidWorks的二级减速器设计教学。教学的重点在于利用SolidWorks丰富的标准件库和三维造型功能，使学生快速掌握常用零部件的结构特点、设计选型。在此基础上，引导学生运用SolidWorks Simulation对重要零部件进行结构有限元分析，判断零部件设计的合理性。具体学时安排如表2所示。

该模块的教学共有9个教学任务，每个教学任务都是围绕二级圆柱齿轮减速器的设计，教师按照机械设计的顺序依次进行教学，为增强学生的感性认识，在教学过程中增加齿轮的测绘、减速器的拆装等实验环节。同时，在教学任务实施的每个环节，教师指导学生完成运用SolidWorks零部件的三维造型，利用SolidWorks Simulation对齿轮、轴等零件进行有限元分析，并最终建立其三维装配体模型，通过干涉检查找出装配设计中的问题，通过制作动画模拟观察各零部件之间的运动效果。根据高职学生的特点，将基于SolidWorks的二级圆柱减速器设计过程依照教学任务，分成若干段演示视频作为课程资源，供学生课余时间观看、模仿。最后，教师针对正确装配方案再运用SolidWorks的爆炸图功能，虚拟演示减速器的拆装过程，强化学生对减速器结构特点的掌握。

表2 冲床传动系统主要教学安排

结 语

依托典型产品的高职机械设计基础课程的教学改革与建设，构建新的教学模式和方法，有效地实现了高职教学内容“必需、够用，注重实践技能”的要求，符合高职教育的职业属性。教师通过SolidWorks软件指导学生对典型产品依次进行设计计算、造型装配、结构分析，实现了对学生的分层递进教学理念，保证理论知识与实践技能的有效衔接，使教学内容的组织符合学生认知规律，在教学中突出学生的主体作用，提高了学生的学习积极性。

[1]隋明阳.机械设计基础[M].北京:机械工业出版社,2008.

[2]邓春晓,胡德平.SolidWorks对工科学校机械专业教学的重大影响——有感于SolidWorks 2001 Plus的教学[J].机械,2004(11):32-37.

[3]张毅杰,孔令琼,施杰，等.SolidWorks在机械设计基础课程体系中的应用研究[J].云南农业大学学报,2014(8):67-71.

[4]王立存,张国进,徐元，等.机械基础课程教学内容与课程体系综合设计研究与应用[J].重庆工商大学学报(自然科学版),2013(6):79-82.

[5]金清肃,李文忠,赵小明，等.应用型工科院校机械类专业基础课实践教学的研究[J].实验室研究与探索,2011(1):132-133.

[6]黎少辉,唐昌松.高职机械设计课程体系教学内容一体化设计探索与实践[J].职教通讯,2014(20):25-31.

(责任编辑：孙建华)

The Teaching Reform of Basic of Mechanica Designing Course Based on SolidWorks

ZHOU Qi

(Jiangyin Polytechnic College, Jiangyin, Jiangsu214405, China)

According to the characteristics of SolidWorks software, this paper put forward the thought of teaching reform about the basic courses of mechanical design. After integrated the teaching system of this course，pay more attention to the training of students' professional skills. We had constructed the course teaching system which was based on the typical product design and new three-dimensional technology. Then put the concepts of SolidWorks software such as three-dimensional modeling and assembly, mechanism motion simulation, structural analysis etc into the teaching process of the basic mechanical design course. This action improved the students' learning enthusiasm and the overall teaching effect.

SolidWorks；Basic of Mechanical Designing；teaching reform

2016-11-01

周琦(1981- )，男，江苏江阴人，机电工程系讲师，硕士，研究方向为职业教育、虚拟设计与制造。

G712

A

1671-4385(2017)01-0045-03