基于机械原理课程设计调查问卷的思考与对策

    邹玉静 杨福芹 王宪伦

    摘? 要 通过对本校学生进行机械原理课程设计教学模式、教学内容、教学效果等方面的问卷调查，发现学校的机械原理课程设计在教学安排、设计方法等方面存在一定缺陷。为激发学生参与机械原理课程设计的兴趣，发挥学生的主观能动性，提高学生的创新设计和工程实践等综合能力，对机械原理课程设计进行改革，调整机械原理课程设计教学模式，更新教学内容，将培养学生实践能力和创新思维始终贯穿于整个课程设计进程中。

    关键词 机械原理课程设计;调查问卷;教学模式;运动学仿真

    中图分类号：G642.3? ? 文献标识码：B

    文章编号：1671-489X（2020）08-0078-03

    Abstract By conducing questionnaires among our students on the teaching mode， teaching content and teaching effect of the course exercise of mechanical principle， we find that there are some defects in the teaching arrangement and design method of the course exer-cise of mechanical principle. In order to arouse students interest in participating in the course design of mechanical principles， exert their subjective initiative， and improve their comprehensive abilities of innovative design and engineering practice， we need to reform the

    course exercise of mechanical principles in our university， adjust the teaching mode of course design of mechanical principles， update the teaching content， cultivate students practical ability and innovative thinking throughout the whole course design process.

    Key words course exercise of mechanical principle; questionnaire; teaching mode; kinematics simulation

    1 前言

    機械原理课程设计是青岛科技大学机械工程等专业学生在大学本科学习阶段第一次进行的工程设计类课程设计，其目的是通过设计实践锻炼，使学生更好地理解和掌握机械原理课程的基本理论和方法，进一步提高学生利用计算机、网络查阅工程献、绘制图形和应用计算机技术进行分析与计算的能力，培养并加强学生的创新意识以及分析问题、解决工程实际问题的能力[1-2]。为了解机械原理课程设计教学现状，提高教学质量，笔者对已做过机械原理课程设计的机械工程专业（高机和机自方向）15级学生进行无记名问卷调查，回收有效问卷157份。

    2 调查问卷结果与思考

    调查问卷结果

    1）课程的重要性和教学模式方面。调查结果显示，76.4%的学生认为机械原理课程设计对于机械原理课程知识掌握非常重要，重要的占17.2%，一般重要的占16.4%。这表明学生大都认同机械原理课程设计这门实践课的重要性。有一半的学生希望机械原理课程的理论教学与课程实践教学交叉进行更为可行，另一半的学生仍然认可传统的教学方法，即理论课程结束后再开展课程设计。这表明一半的学生不认可机械原理课程设计现在采用的安排方式，希望能边学习机械原理理论知识边开展课程设计实践。关于独立完成还是合作完成课程设计方面，91.7%的学生认为采取分组的方式更合理。但对于小组成员的人数和人员组成方面存在较大差异，42%的学生认为2～3人合适，35.7%的学生则认为4～5人合适，也有22.3%的学生认为6～7人合适;41.4%的学生认为应该根据学习能力水平搭配，而34.4%的学生认为自由组合的方式更为可行。这表明学生都不认可以前的按照学号搭配的方式，可以尝试按照学习能力搭配或者自由组合的方式，激发学生学习积极性，提升教学质量。

    2）课程设计的工作量和内容方面。调查结果显示，64.3%的学生认为目前布置的机械原理课程设计任务工作量适中，也有28%的学生认为偏重，但仅有50.9%的学生在一周之内完成了机械原理课程设计任务。分别有33.1%和36.3%的学生反映机械原理课程设计的难点在于如何确定运动尺寸和进行运动分析计算，还有少数学生认为确定机械运动循环图和确定运动方案较困难。这表明学生在学习机械原理课程理论知识时，没有深度掌握机构的运动分析和机构的设计这两部分。在选题任务范围应该涉及哪个或者哪几个机构方面，37.8%的学生认为设计任务应包含连杆机构、凸轮机构、齿轮机构这三种机构，42.4%的学生认为包含其中两种机构就可以，其余学生认为只要包含一种机构即可。这表明学生希望选题尽量涉及并应用工程上常用的三大类机构，要求教师在布置选题时要更加严谨，至少能覆盖两种机构类型，以便使学生的学习能力得到充分锻炼和提高。调查发现，63.4%的学生至少能熟练使用MATLAB、ADAMS、SolidWorks、Pro E中的一种计算机软件，也有26.7%的学生一种计算机软件也不会，而且79%的学生不能使用MATLAB、ADAMS、SolidWorks、Pro E等计算机软件对机构设计方案进行虚拟设计和运动学仿真。因此，教师要在机械原理理论课程教学中引导并加强学生对三维软件的训练。

    机构运动方案的合理性的验证方面，45.3%的学生认为应该用计算机软件模拟来验证，而33.2%的学生则认为应该利用机械方案创意设计模拟实验仪做实验验证。在机械系统运动方案表达方面，仅有39.5%的学生表示能用规范的构件、运动副等符号来画出机构运动简图，大部分学生不能全部表达无误。这说明学生对于机构运动简图绘制这个知识点掌握得不够好，以后教师在理论授课中要注意进一步加强该知识点的讲解和练习。

    3）课程设计的学习效果方面。约有一半的学生认为在课程设计开展过程中存在互相抄袭现象，且24%的学生认为抄袭主要集中在初期计算，16.9%的学生则认为主要集中在绘图上，52.8%的学生认为主要集中在编写设计说明书方面。从以往课程设计的整个实践过程和学生提交的课程设计资料及学生反馈等方面看，确实存在一定的抄袭现象，教师应该采取措施避免抄袭，树立良好的学习风气。

    关于对机械原理课程设计的实践学习兴趣方面，44.6%的学生具有浓厚的兴趣，也有8.9%的学生不感兴趣。这表明，对于课程设计的实践学习，多数学生比较感兴趣，但有些学生由于机械原理相关理论内容掌握得不够好，对于课程设计也失去了自信和兴趣。因此，教师应该加强理论课程教学，使学生能够更好地掌握相关的理论知识，以便为课程设计实践打下良好的基础。

    分别有16.9%、44.4%、12.1%的学生因为相关理论没学好，忙于其他考试，认为课程设计没用、觉得枯燥，对机械原理课程设计的实践学习不感兴趣。这说明考试和机械原理课程设计冲突分散了学生的大部分精力。教师要通过选题、制作模型，依托课程设计参加机械设计创新大赛、全国大学生工程训练综合能力竞赛等比赛，提高学生对课程设计的兴趣[3-4]。

    对于机械原理课程设计收获方面，38.2%的学生认为收获非常大，43.9%的学生认为收获比较大，14.1%的学生认为收获较小，3.8%的学生认为没有收获。这说明认真投入到课程设计中就一定会有收获。

    调查问卷结果的思考? 同国内大多高校的机械工程专业培养方案一样，青岛科技大学的机械原理课程和机械原理课程设计课程是两个相对独立的教学环节，两者在同一学期开设，机械原理作为理论课先行开设，机械原理课程设计作为实践教学课后续开设，且安排在机械原理课程考核结束后进行。这种隔一段时间的安排很容易造成理论知识和实践应用的脱节，也不利于理论知识的掌握。

    此外，根据教学计划，机械原理课程设计安排在第四学期的最后一周。若最后一周才给学生布置课程设计任务，除去设计准备、查阅资料的时间，实际工作日仅仅四天，学生几乎完全处于被动的状态，很少去主动思考问题，也没有充裕的时间去解决问题，因此，大多数学生很难完成对机械机构方案进行深入对比分析与探讨。对于平时上课效果不好和基础较差的学生，在这么短的时间内完成运动方案探讨、简图绘制、运动分析与模拟等课程设计内容难度较大，而且课程设计期间穿插的其他课程的考试又分散了学生一大部分精力，导致学生学习热情较低，存在互相抄袭现象。

    设计方法方面，学校要求学生利用图解法实现机构的运动分析与设计，即利用课堂上学过的机构运动分析图解法、反转法等原理，通过手工绘图完成平面多杆机构的运动和动力分析及凸轮轮廓曲线的设计和渐开线齿轮齿廓曲线的设计。虽然学生可以通过课程设计进一步巩固和加深在课堂上所学的相关理论知识并提高绘图能力，对学生后续专业课学习和研究生入学考试奠定一个良好的基础，但由于在整个设计过程中设计题目、设计方法以及设计步骤大同小异，学生只需按照课程设计相关教学指南或网上资料照葫芦画瓢，即可比较轻松地完成所要求的各项设计任务。如此一来，既没有充分地发挥学生的空间想象力和团结协作能力，也没有实现提高学生运用理论知识解决工程实际问题的能力，更谈不上创新思维和创新设计了。

    3 对策

    为激发学生参与机械原理课程设计的兴趣，发挥学生的主观能动性，提高学生的创新设计能力、工程实践能力和沟通交际能力以及团队协作意识等，努力培养学生的机构综合能力、利用计算机解决工程实际问题的能力、自学能力以及创新能力[5]，笔者认为机械原理课程设计应从以下几个方面进行调整。

    调整课程设计的教学模式? 改革传统的在机械原理课程完成后再安排课程设计的教学模式，摒弃教师“领着走”的方法，充分调动学生的主观能动性，要利用好一周课程设计以外的学习环节和课余时间，把课程设计延伸到实验室、图书馆、计算机网络、各种机械工程博览会及机械创新基地、科技活动中心[6]等。

    调整课程设计的内容和要求? 改革课程设计选题，摒弃机械原理课程设计中的牛头刨床导杆机构和插床导杆机构等传统设计题目，代之以学生自拟题目和给定题目相结合的方式。鼓励学生结合日常生活，或根据全国大学生机械创新设计大赛等竞赛主题，查阅资料、自主选题，进行机械系统方案设计。为提高机构设计、分析效率，强化和引导学生创新技能培养，机械原理课程设计环节在图解法的基础上，增加对现代设计方法创新技能选用的要求。

    调整课程设计的设计方法? 以往的课程设计都是采用图解法设计和手工绘图的方式，效率低、精度差。随着 CAD、CAE技术的快速发展，利用计算机软件进行机构的运动学仿真分析和验证已非常方便。改变以图解法技能为主的设计方法，更新设计方法手段，将日趋成熟的解析法和虚拟样机仿真技术系统地应用到机械原理课程设计中，强化和引导学生掌握和应用现代设计方法进行机构的綜合和分析，使图解法和现代设计方法相结合。

    4 结语

    针对青岛科技大学机械原理课程设计教学现状和调查问卷结果，对机械原理课程设计进行改革，探索一套可行的适合学校人才培养目标的机械原理课程设计新型教学模式，更新教学内容，提高课程的兴趣度、学业挑战度，将培养学生实践能力和创新思维始终贯穿于整个课程设计进程中，同时培养学生的质疑力、观察力及协同力，提高学生的综合能力，以适应新工科建设和发展的需要。

    参考文献

    [1]王淑仁.机械原理课程设计[M].北京：科学出版社，2006.

    [2]李树军.机械原理[M].北京：科学出版社，2009.

    [3]王慧明，李延斌，姜楠.基于“学科竞赛、创新项目”的机械原理课程设计教学研究[J].中国市场，2017（27）：233-234.

    [4]黄小龙.基于课外科技活动的机械原理课程设计教学研究[J].教育教学论坛，2017（5）：217-218.

    [5]倪陈强，唐伟，陈艳.注重能力培养的机械原理课程设计改革[J].科技经济导刊，2017（21）：204.

    [6]郭志强，朱茹敏，李安生.基于学生创新能力培养的机械原理课程设计改革探究[J].西部素质教育，2017（4）：48-50.