机械类专业基础课一体化和连贯性课程设计改革
汤勃+蒋国璋+侯宇+邹光明+王兴东+李公法
[摘 要]机械类专业基础课的课程设计是学生在学习专业基础课后的一个重要的实践环节，对于巩固所学知识、培养学生的工程观点、系统观点和解决实际工程问题的能力具有非常重要的作用。现行机械专业基础课的课程设计存在相互独立的弊端。机械专业基础系列课程应进行一体化、连贯性、递进式的课程设计。以注塑机为选题实例，阐述了机械专业基础系列课程的课程设计一体化、连贯性、递进式的实施方法。这种改革，必将对机械专业学生知识的融会贯通、培养其工程观、系统观和创新能力产生重要作用。
[关键词]机械类；课程设计；一体化；连贯性
[中图分类号] G642.3 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2016）04-0130-03
一、现行机械类专业课程设计的主要弊端
机械类专业是一门理论性和实践性都很强的学科，其基础课程主要包括机械制图、机械原理、机械设计、机械制造工艺学、液压传动等。机械类专业基础课的课程设计是学生在学习专业基础课后的一个重要的实践环节，对于巩固所学知识、培养学生的工程观、系统观和解决实际工程问题的能力具有非常重要的作用。
目前各高校机械类业基础课程的课程设计基本都是相互独立的，很多教师也对各课程设计进行了很好的指导和改革[1] [2] [3]，有的也仅就机械原理和机械设计课程设计一体化进行过改革探索。[4]虽然这些相互独立的课程设计任务在培养学生能力方面起到了重要的作用，但是现在机械基础系列课程的课程设计任务的关联性很弱，没有将各课程知识点进行有效整合。造成此现象的重要原因是各课程是由不同的教师主讲的，各课程的课程设计自然也由不同的教师指导完成，加上缺乏顶层设计，教师之间的沟通没有在有效的框架下进行，所以造成了各课程的课程设计各自为政，缺乏一体性和连续性的情况。因此，有必要将现有机械设计基础系列课程（多课）的课程设计进行整合，进而建立递进式、一体化、贯通性的课程设计，尤其是对机械这种实践性很强的学科，更是如此。
二、建立递进式、一体化课程设计的原则和目标
（一）顶层设计，统筹规划
由于涉及机械设计基础系列课程，要建立关联度较强的课程设计，就必须从全局出发，综合考虑各课程之间的内在联系，整合现有课程资源，从课程教材、实践环节、人员安排、设计选题、设计内容、实施时间等多方面进行顶层设计和统筹规划。
在此过程中，应注重基础性、多样性和创新性。注重基础性，即注重基础知识、基本能力的训练，为学生奠定坚实的基础；注重多样性，即立足学校传统学科优势和特色，给定选题和自主选题相结合，为学生多样化发展需求提供多样化课程设计选题、内容和考核；注重创新性，即加强研究性环节，充分发挥学生的主动和积极性，培养学生的创新意识和实践能力。
（二）联系实际，科学选题
为整合机械设计基础系列课程的课程设计，科学选题是非常重要的。首先要联系学校本学科的特点、优势及行业背景等因素，进行广泛讨论和调研，强调选题的前后贯通，实现每门课程特定能力的培养。
作为系列课程的课程设计的选题应是给定选题和自主选题相结合，给定选题应是必修的内容。给定选题对象应相对固定，且贯穿于整个系列课程设计始终，这样，就能让学生对整个知识结构的前后关系一目了然，也便于建立学生的工程观和系统观。同时，给定选题对象应是机-电-液-控一体化的设备，这样，就能使机械制图、机械原理、机械设计、机械制造工艺学、液压传动、控制原理等系列基础课程均有合适的内容可供设计。
（三）分工协作，融会贯通
针对给定选题对象，在统一规划的框架下，将设计任务进行分解，以特定的设计任务为目标，分阶段完成各课程的设计任务，促进各科目的知识融合。
应根据学校的行业背景和专业特色等选定综合的、机电液控一体化的对象，然后在机械基础系列课程设计中进行任务分解，从而分工协作。
在多课程中进行递进式、一体化、连贯性的课程设计，必将促进各课程的知识融合，从而达到培养学生基础知识掌握能力、科学计算能力、工程实践能力、软件应用能力、创新设计能力、沟通协调能力的目的。
三、课程设计一体化的实施方法
（一）选题对象与设计内容的分解
一体化课程设计的选题对象是非常重要的。本文以注塑机为选题对象探讨多课一体化、连贯课程设计的实施方法，各学校可以根据自己的学科背景和传统特色确定选题对象。
注塑机是塑料或热固性塑料利用塑料成型模具制成各种形状的塑料制品的主要成型设备，通常由注射系统、合模系统、液压传动系统、电气控制系统、安全监测系统等组成。[5]它是一个典型的机-电-液-控设备，所以用它作为机械专业特别是轻工机械专业的多课一体化课程设计是很好的选题对象。
1.注射系统及课程设计选题。注射系统由塑化装置和动力传递装置等组成，其中，螺杆式注塑机塑化装置主要由加料装置、料筒、螺杆、过胶组件、射嘴组成，动力传递装置包括注射油缸、注射座移动油缸以及螺杆驱动装置（熔胶马达）。根据注射系统的特点，可以主要作为机械制图与CAD、机械设计、机械制造工艺学等课程的课程设计的选题对象。
2.合模系统及课程设计选题。合模系统的作用是保证模具闭合、开启及顶出制品。合模系统主要由合模装置、机绞、调模机构、顶出机构、前后固定模板、移动模板、合模油缸和安全保护机构组成。合模系统可以作为机械制图与CAD、机械原理、机械制造工艺学等课程的课程设计的选题对象。
3.液压传动系统及课程设计选题。液压传动系统的作用是为注塑机按工艺过程所要求的各种动作提供动力，并满足注塑机各部分所需压力、速度、温度等的要求。它主要由各自种液压元件和液压辅助元件所组成，其中油泵和电机是注塑机的动力来源，其液压系统可以作为液压传动课程设计的选题对象。
4.控制系统及课程设计选题。控制系统与液压系统合理配合，可实现注射机的工艺过程要求（压力、温度、速度、时间）和各种程序动作，其主要由电器、电子元件、仪表、加热器、传感器等组成。控制系统可以作为控制原理、PLC等课程的课程设计的选题对象。
作为机械基础多课一体化、连贯课程设计的对象——注塑机，其组成部分与多课课程设计内容框图如图1所示。
（二）基础系统课程的课程设计内容
1.机械制图与CAD课程设计（测绘）。其目的是使学生熟练运用、掌握一种计算机辅助绘图软件的应用，巩固学生的识图能力、绘图能力和空间形体的想象能力。为此，将现在典型注塑机的注射系统或是合模系统的机械结构进行测绘，运用CAD软件进行二维绘图、三维建模。
2.机械原理课程设计。机械原理课程设计的主要内容安排如下：针对注塑机的合模系统，制定机构运动循环图，构建合模功能的机构运动原理，综合出符合工艺要求的合模机构方案;对方案中的机构进行理论上的运动分析、动力分析，并与现有典型合模系统进行比较;针对设计方案，借助工程软件建立机构的三维模型，进行方案验证;运用ADAMS软件进行运动仿真，并与理论计算进行对比。另外，可以将合模机构的多目标性能优化研究作为研究性和选修性内容。
3.机械设计课程设计。机械设计课程设计的任务是在上述基础上完成机械系统结构设计、机械传动装置和机械零件的设计，并进行必要的强度校核，绘出装配图和零件图，以使学生掌握通用机械零件的知识，具备查阅、运用有关资料的能力。
针对机械原理课程设计综合出来的合模机构，进行详细的合模系统及其典型机械零件的结构设计，确定其尺寸、形状、结构及材料，并考虑制造工艺、维护、经济和安全等因素;对典型零件进行必要的强度校核;对其调模功能采用带传动和齿轮传动设计进行比较;借助CAD软件进行二维工程图的表达及三维实体建模。另外，可以将注塑机合模装置主要构件的有限元分析及结构优化作为研究性和选修性内容。
4.机械制造工艺学课程设计。机械制造工艺课程设计要求运用所学的机械制造工艺知识，进行机械零件制造工艺的制定，训练学生根据实际加工条件，正确编制机械零件加工工艺的能力;同时培养学生应用工艺、工装基本理论和实际知识。
在上述课程设计的基础上，针对注射系统和合模系统完成注塑机的装配方案，制定典型零件的加工手段和加工工艺;设计典型零件的制造夹具。
5.液压传动课程设计。注塑机的合模、注射过程是借助液压系统来完成的，这就为以注塑机为对象进行液压传动课程设计提供了良好的一体化选题对象。液压传动课程设计的任务是针对工作参数和负载进行注塑机液压系统的原理设计，绘制注塑机合模系统、注射系统、调模系统等装配图，进行液压系统的设计计算和元件选择。
6.机械创新设计大作业。以注塑机为对象，完成上述课程设计以后，能为创新设计奠定良好的基础。针对合模机构、注射装置等均进行创新设计，提出新的机构方案或是结构形式，进行对比评价，以此培养学生的创新能力。
除此之外，以注塑机为对象，还可以对机械工程控制基础、机械工程测试技术和可编程控制器课程进行理论学习和实践。
上述系统课程的课程设计内容见表1。
四、结束语
现行的各课程考试基本上是相互独立、各自为政的，即考试选题和内容没有直接的相关性，这样就会造成学生学习的各门课程的知识难以在短期内融会贯通。为此，应根据学校的行业背景和专业特色等构建综合的、机-电-液-控一体化的教学对象，然后在机械基础系列课程设计中进行任务分解，进行多课程递进式、一体化、连贯性的课程设计改革。这种改革，可以快速促进学生对机械基础各课程知识的融会与巩固，对于培养学生的工程观、整体观和创新能力是非常有用的。
[ 参 考 文 献 ]
[1] 银光球，张宁，刘斌彬.机构设计树在机械原理课程设计中的运用[J].安徽工业大学学报（社会科学版），2012（2）：119-121.
[2] 齐继阳.“机械制造工艺学”教学模式的探索[J].中国大学教学，2012（2）：42-44.
[3] 夏会芳，苏秀芝.机械设计课程设计指导方法研究与实践[J]教育教学论坛.2015（7）：171-173.
[4] 陈树昌，陈伟，沈兆光.机械设计与机械原理课程设计一体化改革的探索与思考[C].全国机械设计教学研讨会议论文集，2004.
[5] 王兴天.注塑技术与注塑机[M].北京：化学工业出版社，2005.
[责任编辑：陈 明]
[摘 要]机械类专业基础课的课程设计是学生在学习专业基础课后的一个重要的实践环节，对于巩固所学知识、培养学生的工程观点、系统观点和解决实际工程问题的能力具有非常重要的作用。现行机械专业基础课的课程设计存在相互独立的弊端。机械专业基础系列课程应进行一体化、连贯性、递进式的课程设计。以注塑机为选题实例，阐述了机械专业基础系列课程的课程设计一体化、连贯性、递进式的实施方法。这种改革，必将对机械专业学生知识的融会贯通、培养其工程观、系统观和创新能力产生重要作用。
[关键词]机械类；课程设计；一体化；连贯性
[中图分类号] G642.3 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2016）04-0130-03
一、现行机械类专业课程设计的主要弊端
机械类专业是一门理论性和实践性都很强的学科，其基础课程主要包括机械制图、机械原理、机械设计、机械制造工艺学、液压传动等。机械类专业基础课的课程设计是学生在学习专业基础课后的一个重要的实践环节，对于巩固所学知识、培养学生的工程观、系统观和解决实际工程问题的能力具有非常重要的作用。
目前各高校机械类业基础课程的课程设计基本都是相互独立的，很多教师也对各课程设计进行了很好的指导和改革[1] [2] [3]，有的也仅就机械原理和机械设计课程设计一体化进行过改革探索。[4]虽然这些相互独立的课程设计任务在培养学生能力方面起到了重要的作用，但是现在机械基础系列课程的课程设计任务的关联性很弱，没有将各课程知识点进行有效整合。造成此现象的重要原因是各课程是由不同的教师主讲的，各课程的课程设计自然也由不同的教师指导完成，加上缺乏顶层设计，教师之间的沟通没有在有效的框架下进行，所以造成了各课程的课程设计各自为政，缺乏一体性和连续性的情况。因此，有必要将现有机械设计基础系列课程（多课）的课程设计进行整合，进而建立递进式、一体化、贯通性的课程设计，尤其是对机械这种实践性很强的学科，更是如此。
二、建立递进式、一体化课程设计的原则和目标
（一）顶层设计，统筹规划
由于涉及机械设计基础系列课程，要建立关联度较强的课程设计，就必须从全局出发，综合考虑各课程之间的内在联系，整合现有课程资源，从课程教材、实践环节、人员安排、设计选题、设计内容、实施时间等多方面进行顶层设计和统筹规划。
在此过程中，应注重基础性、多样性和创新性。注重基础性，即注重基础知识、基本能力的训练，为学生奠定坚实的基础；注重多样性，即立足学校传统学科优势和特色，给定选题和自主选题相结合，为学生多样化发展需求提供多样化课程设计选题、内容和考核；注重创新性，即加强研究性环节，充分发挥学生的主动和积极性，培养学生的创新意识和实践能力。
（二）联系实际，科学选题
为整合机械设计基础系列课程的课程设计，科学选题是非常重要的。首先要联系学校本学科的特点、优势及行业背景等因素，进行广泛讨论和调研，强调选题的前后贯通，实现每门课程特定能力的培养。
作为系列课程的课程设计的选题应是给定选题和自主选题相结合，给定选题应是必修的内容。给定选题对象应相对固定，且贯穿于整个系列课程设计始终，这样，就能让学生对整个知识结构的前后关系一目了然，也便于建立学生的工程观和系统观。同时，给定选题对象应是机-电-液-控一体化的设备，这样，就能使机械制图、机械原理、机械设计、机械制造工艺学、液压传动、控制原理等系列基础课程均有合适的内容可供设计。
（三）分工协作，融会贯通
针对给定选题对象，在统一规划的框架下，将设计任务进行分解，以特定的设计任务为目标，分阶段完成各课程的设计任务，促进各科目的知识融合。
应根据学校的行业背景和专业特色等选定综合的、机电液控一体化的对象，然后在机械基础系列课程设计中进行任务分解，从而分工协作。
在多课程中进行递进式、一体化、连贯性的课程设计，必将促进各课程的知识融合，从而达到培养学生基础知识掌握能力、科学计算能力、工程实践能力、软件应用能力、创新设计能力、沟通协调能力的目的。
三、课程设计一体化的实施方法
（一）选题对象与设计内容的分解
一体化课程设计的选题对象是非常重要的。本文以注塑机为选题对象探讨多课一体化、连贯课程设计的实施方法，各学校可以根据自己的学科背景和传统特色确定选题对象。
注塑机是塑料或热固性塑料利用塑料成型模具制成各种形状的塑料制品的主要成型设备，通常由注射系统、合模系统、液压传动系统、电气控制系统、安全监测系统等组成。[5]它是一个典型的机-电-液-控设备，所以用它作为机械专业特别是轻工机械专业的多课一体化课程设计是很好的选题对象。
1.注射系统及课程设计选题。注射系统由塑化装置和动力传递装置等组成，其中，螺杆式注塑机塑化装置主要由加料装置、料筒、螺杆、过胶组件、射嘴组成，动力传递装置包括注射油缸、注射座移动油缸以及螺杆驱动装置（熔胶马达）。根据注射系统的特点，可以主要作为机械制图与CAD、机械设计、机械制造工艺学等课程的课程设计的选题对象。
2.合模系统及课程设计选题。合模系统的作用是保证模具闭合、开启及顶出制品。合模系统主要由合模装置、机绞、调模机构、顶出机构、前后固定模板、移动模板、合模油缸和安全保护机构组成。合模系统可以作为机械制图与CAD、机械原理、机械制造工艺学等课程的课程设计的选题对象。
3.液压传动系统及课程设计选题。液压传动系统的作用是为注塑机按工艺过程所要求的各种动作提供动力，并满足注塑机各部分所需压力、速度、温度等的要求。它主要由各自种液压元件和液压辅助元件所组成，其中油泵和电机是注塑机的动力来源，其液压系统可以作为液压传动课程设计的选题对象。
4.控制系统及课程设计选题。控制系统与液压系统合理配合，可实现注射机的工艺过程要求（压力、温度、速度、时间）和各种程序动作，其主要由电器、电子元件、仪表、加热器、传感器等组成。控制系统可以作为控制原理、PLC等课程的课程设计的选题对象。
作为机械基础多课一体化、连贯课程设计的对象——注塑机，其组成部分与多课课程设计内容框图如图1所示。
（二）基础系统课程的课程设计内容
1.机械制图与CAD课程设计（测绘）。其目的是使学生熟练运用、掌握一种计算机辅助绘图软件的应用，巩固学生的识图能力、绘图能力和空间形体的想象能力。为此，将现在典型注塑机的注射系统或是合模系统的机械结构进行测绘，运用CAD软件进行二维绘图、三维建模。
2.机械原理课程设计。机械原理课程设计的主要内容安排如下：针对注塑机的合模系统，制定机构运动循环图，构建合模功能的机构运动原理，综合出符合工艺要求的合模机构方案;对方案中的机构进行理论上的运动分析、动力分析，并与现有典型合模系统进行比较;针对设计方案，借助工程软件建立机构的三维模型，进行方案验证;运用ADAMS软件进行运动仿真，并与理论计算进行对比。另外，可以将合模机构的多目标性能优化研究作为研究性和选修性内容。
3.机械设计课程设计。机械设计课程设计的任务是在上述基础上完成机械系统结构设计、机械传动装置和机械零件的设计，并进行必要的强度校核，绘出装配图和零件图，以使学生掌握通用机械零件的知识，具备查阅、运用有关资料的能力。
针对机械原理课程设计综合出来的合模机构，进行详细的合模系统及其典型机械零件的结构设计，确定其尺寸、形状、结构及材料，并考虑制造工艺、维护、经济和安全等因素;对典型零件进行必要的强度校核;对其调模功能采用带传动和齿轮传动设计进行比较;借助CAD软件进行二维工程图的表达及三维实体建模。另外，可以将注塑机合模装置主要构件的有限元分析及结构优化作为研究性和选修性内容。
4.机械制造工艺学课程设计。机械制造工艺课程设计要求运用所学的机械制造工艺知识，进行机械零件制造工艺的制定，训练学生根据实际加工条件，正确编制机械零件加工工艺的能力;同时培养学生应用工艺、工装基本理论和实际知识。
在上述课程设计的基础上，针对注射系统和合模系统完成注塑机的装配方案，制定典型零件的加工手段和加工工艺;设计典型零件的制造夹具。
5.液压传动课程设计。注塑机的合模、注射过程是借助液压系统来完成的，这就为以注塑机为对象进行液压传动课程设计提供了良好的一体化选题对象。液压传动课程设计的任务是针对工作参数和负载进行注塑机液压系统的原理设计，绘制注塑机合模系统、注射系统、调模系统等装配图，进行液压系统的设计计算和元件选择。
6.机械创新设计大作业。以注塑机为对象，完成上述课程设计以后，能为创新设计奠定良好的基础。针对合模机构、注射装置等均进行创新设计，提出新的机构方案或是结构形式，进行对比评价，以此培养学生的创新能力。
除此之外，以注塑机为对象，还可以对机械工程控制基础、机械工程测试技术和可编程控制器课程进行理论学习和实践。
上述系统课程的课程设计内容见表1。
四、结束语
现行的各课程考试基本上是相互独立、各自为政的，即考试选题和内容没有直接的相关性，这样就会造成学生学习的各门课程的知识难以在短期内融会贯通。为此，应根据学校的行业背景和专业特色等构建综合的、机-电-液-控一体化的教学对象，然后在机械基础系列课程设计中进行任务分解，进行多课程递进式、一体化、连贯性的课程设计改革。这种改革，可以快速促进学生对机械基础各课程知识的融会与巩固，对于培养学生的工程观、整体观和创新能力是非常有用的。
[ 参 考 文 献 ]
[1] 银光球，张宁，刘斌彬.机构设计树在机械原理课程设计中的运用[J].安徽工业大学学报（社会科学版），2012（2）：119-121.
[2] 齐继阳.“机械制造工艺学”教学模式的探索[J].中国大学教学，2012（2）：42-44.
[3] 夏会芳，苏秀芝.机械设计课程设计指导方法研究与实践[J]教育教学论坛.2015（7）：171-173.
[4] 陈树昌，陈伟，沈兆光.机械设计与机械原理课程设计一体化改革的探索与思考[C].全国机械设计教学研讨会议论文集，2004.
[5] 王兴天.注塑技术与注塑机[M].北京：化学工业出版社，2005.
[责任编辑：陈 明]
