石油类高校机械设计基础课程设计教学探索

    张杰 韩传军 莫丽

    

    摘? 要 对传统的课程设计中存在的问题进行分析，在此基础上，从课程设计的课前准备、具体实施、最终考核三个大方面提出探索方法，并阐述课程设计的延伸与扩展，旨在提升石油类高校机械设计基础课程设计的教学质量以及学生的专业能力。

    关键词 石油类高校;机械设计基础;课程设计;翻转课堂

    中图分类号：G642.3? ? 文献标识码：B

    文章编号：1671-489X（2019）10-0064-03

    Abstract The problems existing in the traditional curriculum design are analyzed. The exploration method from pre-class preparation， specific implementation and final assessment of course design is put forward. And the extension and expansion of the course design are elaborated. This exploration can enhance the teaching quality of the Mechanical Design Foundation course design and the professional competence of students in petroleum universities.Key words petroleum universities; machinery design foundation; course design; flipped classroom

    1 前言

    機械设计基础是一门研究机械装置和机械系统设计的基础性学科，是工程类专业学生的一门必修课。课程设计是机械类学生的一个必需环节，也是高等学校实践教学环节重要组成部分，是强化学生实践能力重要课程[1]。该课程要求学生能够综合运用机械制图、机械原理、材料力学等基础课程知识，对动手能力和创新能力进行一次全面训练与检测[2]。通过本课程实施，可充分巩固学生所学知识及运用能力，锻炼查阅资料、使用软件及动手能力，培养创新思维，最终能够解决工程实际问题，达到学以致用。但传统课程设计在实施过程中存在多种问题，严重影响了学生综合能力的培养和锻炼。特别是对于石油类高校来说，课程设计的特色性对于培养行业类科研人才和工程技术人才至关重要。

    2 机械设计基础课程设计存在的问题

    一般机械类专业应安排机械设计基础课程设计单独授课，学时1～3周。教师可利用两学时简单复习相关知识，分发题目，分配任务，之后选择让学生单独或几人组队的形式来完成设计任务。这种传统的授课与设计模式存在问题。

    题目单一，重复率过高? 现有机械类课程设计都是围绕减速器结构设计，包括一级、二级减速器等。无论设计题目参数如何改变，整个传动系统方案只有几种，这样设计出来的结构均较为类似，仅存在细微尺寸差别，严重制约学生创新能力，没有发挥他们的主观能动性。

    设计手段落后? 现有设计方法主要是查阅图册、手册，依据常规齿轮传动、传动轴的相关公式进行设计校核，然后手工绘制装配图和零件图，编制说明书。整个设计过程中未涉及现代化工具和教辅手段，效率较低。

    师生互动不活跃? 传统课程设计主要是学生看书、绘图，教师在整个过程中对学生在设计过程中存在的问题进行答疑和指导。大多数学生是完成硬性任务的状态，对结构设计本身缺乏兴趣。同时，教师引导不够，未能让学生充分认识该课程设计的重要性。

    考核方式单一? 本课考核主要分为平时成绩和期末成绩，平时成绩主要是考勤和设计进度考核，期末主要是图纸和说明书。根据多次课程设计阅卷发现，部分学生存在抄袭现象，图纸画法不标准，说明书千篇一律，仅数字有差别。最终成绩未能较好反映学生的创新能力。

    3 课程设计改革现状

    针对现阶段机械设计基础课程设计在实施过程中出现的诸多问题，国内高校许多教师对该课程进行了一些教学改革。例如：将翻转课堂教学模式应用在课程设计教学实践中[3]，对传统“先教后学”教学模式进行翻转，并借助现代化网络手段实施教学，增强学生学习成就感、团队协作能力;针对不同层次的学生采用不同的培养方式[4]，更有针对性地对学生实施教学;将多媒体等教学设备结合“互联网+”的教学模式运用起来，如将CAD、CAE计算机软件的虚拟仿真、辅助分析等应用到机械设计课程设计中[5];为了提高学生的创新能力，结合生产生活实际中的工程问题，或从大学生机械创新项目中找寻灵感，进行选题。

    对于石油类高校人才培养来说，机械设计基础课程设计既要完成通用课程设计的内容，培养学生的思维能力和基本设计能力，也要依托行业背景，以石油、天然气工业发展过程中的重要技术和重大装备需要为导向，将油气装备的内容融入其中，为学生今后较快适应工作要求打下基础。

    4 课程设计方法探索

    课前准备? 课前准备是对整个课程设计开课前的一个准备过程。首先，根据教学大纲，明确学习目的和培养目标及教学重点和难点。然后，根据学生基础课情况，确定学生设计核心部件。根据学生专业需求和油气装备工程实际，确定多组油气装备结构备选，包括勘探装备、钻井装备、采油装备、储运装备、炼化装备等。每组装备结构题目要包含齿轮传动、连杆设计、凸轮设计、带传动等内容，具体参数则根据工程实际选取，然后根据各组装备结构编制设计任务书。最后，确定课程设计中的基础知识内容，并完成课件制作。

    教学班人数较多时，要将学生分组，既可提高效率，也可培养他们的团队协作能力。学生分组采用教师分组和自由组合两种方式相结合。教师分组可依据学号或姓名进行，或根据学生前期绩点进行组合搭配。前期有协作基础的学生可自由组合。各组人数要根据题目的任务分解而定。

    选题前先向学生公布各个题目，让学生仔细思考，再采用QQ或微信等进行网上选题。有新想法的学生可与教师商量，自拟题目，或依托某科研课题进行课程设计。选题完成后，教师可对每组题目进行拆解，对各组员要完成的具体任务进行分配确认;学生制订自己的设计任务计划并交由教师检查，通过后可开题。在这个过程中，任课教师要做好监督和指导工作，这一环节直接影响最后设计的成功与否与质量好坏。

    课程设计过程? 课程设计过程如图1所示。

    1）多重绘图手段相结合。整个课程设计过程中采用草图绘制、尺规作图和计算绘图相结合。学生完成方案設计以后，先进行装配图草图绘制，交由教师检查，检查通过后可进行绘图工作。学生先进行装配图的绘制，可采用计算机制图或者尺规作图;再进行零件图绘制，可采用尺规作图锻炼基本作图能力;最后完成计算机三维造型。每个小组都完成后，最后统一组装成一个整体。

    2）计算机仿真技术应用。设计初期，学生要依据手册和资料进行基本参数确定，根据基本强度理论进行强度、寿命、稳定性的设计与校核。由于传统设计方法较为保守，完成三维图后需要对装备的工况和工作状态进行分析，然后对其运动学或强度进行分析。该部分采用计算机软件来实现。基于前期三维模型，将其导入相应软件完成运动学和强度仿真模型建立，通过计算完成装备结构的运动学分析和强度校核，对不合理处进行结构修改。由于该部分工作量较多，采用团队协作方式完成。

    3）翻转课堂教学模式。将翻转课堂教学模式运用到课程设计过程中，指导教师梳理制图、机械设计等基础知识，讲解课程设计中可能用到的校核公式、受力分析过程、课程设计制作流程等，让学生对整个设计过程有大致思路，存在问题可以利用微信、QQ等软件进行在线讨论和答疑。组长收集典型问题，由教师统一讲解，能够较好地缓解学生进度不一、问题差异、教师无法统一讲解的问题。

    4）集中安排，加强过程管理。在课程设计过程中，学生必须到机房或者专门教室做设计，便于答疑以及检查进度。由于学生在寝室完成课程设计的效率、质量不高，教师必须定期到教室检查每个小组完成情况，进行简要指导以及临时答辩检测，避免学生自律性太差，导致最后完不成设计任务。同时，要求学生合理安排时间，确保设计顺利完成。该部分要重视过程管理，对于节奏较慢者需要加以督促。

    考核方式

    1）现场答辩。学生完成设计后，需根据实际情况安排小答辩，由指导教师担任主审。以小组为单位，首先由小组对整个设计做简要介绍，然后每个组员对自己单独完成部分做出详细阐述，指导教师适当提问并对学生图纸完成情况等做出考核与评价。

    2）课程设计期末成绩采用教师评议与学生评议相结合方式完成。其中，教师评议占80%，主要依据学生的设计图纸和说明书文件;学生评议占20%，主要通过各个小组成果展示，由其他小组给出分数。对于自行设计的题目，完成效果较好者可获得3%的附加成绩。

    3）多重考核方式结合。根据每组学生平时做设计的积极程度、态度、完成进度等平时表现进行平时考核，对于平时帮助教师解答组员疑问、分担答疑任务的，应该给予一定的辛苦奖励加分。

    5 课程设计延伸与扩展

    学生完成机械设计基础课程设计以后，由指导教师和学生评议出优秀作品，在课程教学网站上进行公开展示，以供其他学生观摩学习。对于创意较好的油气装备结构，对作品进一步优化，可推荐参加全国大学生机械创新设计大赛、全国大学生过程装备实践与创新大赛、全国三维数字化创新设计大赛等，从而进一步提升学生的创新能力、思维能力和实践能力。对于部分创意较好作品，可指导学生参加创新创业大赛等，将点扩展到线，再扩展到面。特别优秀的产品可以申请资助，进行进一步科学研究。

    6 结语

    机械设计基础课程的综合实践性很强，是建立在许多机械类基础课程之上的一门最接近现实机械生产的课程。通过机械设计基础课程设计来巩固学生的机械基础知识，训练学生将书本知识灵活运用到实际工程问题上的能力。文中提出传统课程设计的不足，并提出一些改进建议。

    参考文献

    [1]张冬敏.高校课程设计教学中存在的问题与对策研究[J].改革与开放，2009（18）：172-173.

    [2]曹杰，张丽，于影辉.《机械设计课程设计》改革与实践[J].农机化研究，2003（3）：243-244.

    [3]陈小芹，谢志刚.“机械基础课程设计”翻转课堂教学模式探究[J].无锡职业技术学院学报，2018，17（3）：33-36.

    [4]陈硕.《机械设计基础》融入课程设计研究与探讨[J].河北农机，2017（11）：59.

    [5]张甜，柳通.《机械原理》课程设计教学改革探索与实践[J].南方农机，2018（6）：241.