简谈机械设计课堂教学的改革和创新

　　《机械设计基础》是一门技术基础课，和其他课程相比，其理论系统性不强，课程内容涉及到生产实践中的许多设备和零件，因此，学生开始学习时会缺乏直观感，理解上就会遇到许多困难。在机械设计课程教学中，必须明确课程内容，理论性与实践性相结合，即做到加强理论教学的同时，加强学生实际动手能力的培养，使学生在实践环节中加深对机械零件理论知识的理解和认识。
　　一、通过认知教学，启发学生对机械的认识
　　传统的机械设计课程理论庞杂，而且不连贯，加上课程改革后这门课的课时数相对减少了，如果不改变教学方法，按照以往的教学习惯，总是把绪论的内容一带而过，将绪论中大量的机械设备零件和专有名词，在很短的时间内灌输给学生，他们大都会感到陌生和茫然。教师只注重按照过去的教学进度进行教学，学生由于缺乏实践经验和对机械设备及零件的感性认识，不仅对课程中的基本概念和理论知识缺乏整体认识，甚至失去了对这门课程学习的兴趣和信心。因此，教师应在不改变课程总课时及教学进度的前提下，对课程中的各章节内容和课时安排及进度，尤其是对绪论部分的内容的讲解方式大大地改进。为了使学生在短时间内能够快速地认识和了解课程中所接触到的设备和零件，可以使用现代化的多媒体教学手段，在课件中收入大量绪论中所涉及到的机械设备和零件的实物，并进行三维动画的演示，展示实物的实际动态和真实效果，大大地增加了学生的直观感，激发了学生的学习兴趣。通过绪论课教学改革，为学生今后更好地理解和学习机械零件的后续内容打下了良好的基础。另外，在每学期学习完机械设计理论课的绪论后，及时组织学生在机械原理和机械零件实验室的实物展柜前进行讲解，针对课堂上讲到的一些设备和零件，进行实物比对教学，使学生加深对课本上的理论知识和一些专业名词的理解。在理论教学过程中，为了进一步提高学生对机械零件和设备工作原理的认识，还可以组织学生在校内实习工厂参观学习，请有丰富生产实践经验的工人师傅讲解相关设备的操作和工作原理，以及一些简单零件的加工过程，使学生对课堂教学中的理论知识有更进一步的感性认识，也大大激发了学生的学习兴趣，从而提高了教学质量。
　　二、重视实践教学，培养学生的动手能力
　　在机械设计教学过程中，学校积极开展大学生创新实践项目，通过参加全国大学生工程训练综合能力竞赛，真正培养学生的实际动手操作能力。竞赛的主题为无碳小车，要求设计出一个能借助于规定质量的重锤的重力势能，驱动小车完成规定距离和相关路线的自由行走。该无碳小车的设计一定要体现出先进性、整体性、系统性和创新性。首先对小车的动力方面做了认真的分析，认为小车在行走中主要靠重锤下落的重力势能转换的能量进行驱动，这一动力既要有一定的平稳性，又要有尽可能长时间的延续性。要达到这一要求，体现在小车整体的外观设计和材料的选择方面。为了使小车在运动中能够行走得更远，选用了材质较轻且强度高的铝合金材料；为了使小车在减轻重量的同时不会降低行走中的稳定性，将小车做成了三角形底板式。在无碳小车的动力驱动上，根据重锤转换重力势能这一具体情况，最终选用了绳轮方案。无碳小车对动力传动有着严格的要求：驱动力要平稳匀速，不会造成驱动力过大，小车在转弯时速度过快而侧翻；或重锤下降时不稳定，左右摇动，影响小车的正常行走路线；小车在行走到目的地前，重锤下落到低点时的速度不能过大，以免对小车形成过大的冲击力。同时，要考虑提高重锤的能量转换效率，也就是要把重锤下落时的动能尽可能多地转化为小车前进的驱动力，因此，在设计中要考虑控制重锤下落时的速度，尽量做到速度适中，避免到达最低点时速度过大，而使重锤的能量没有完全转换。另外，由于比赛时不同场地的路面摩擦情况存在很大的差别，因此，小车在行走时到达设定目标所需的动力大小也就不同。所以，在设计小车时，必须考虑小车的动力驱动机构，能够灵活地调整它输出驱动力的大小。最后是小车的整体传动机构要满足各个零件在传动中的协调性，各部件要求传动配合好，机械转换效率要达到规定的要求。根据以上几点设计要求，选定了动力输出可调的绳轮式驱动机构。而重锤的动能传递方式采用了曲柄摇杆机构，将重锤的动能转换后传递到转向机构和驱动轮上。这个机构的优点是：它属于平面低副机构，每个运动副的承载能力高，且均为大面积接触，既便于润滑、又容易制造，且工作中磨损量也较小。采用单轮驱动小车的行走方案，即用一个轮子作为驱动轮，一个轮子作为转向轮，另一个为被动轮。小车在行走时驱动轮和被动轮之间的快慢，在设计中是考虑通过它们与地面间的摩擦力的大小确定的。这个方案的亮点较多，主要是小车的整体结构简单，采用了单级圆柱齿轮传动，能量转换效率高。机构中增加了转向调节机构，使得小车行走时，能够灵活地实现转弯，提高了小车的避障能力。选用较大的轮子作为驱动轮，可以减小滚动时的摩擦阻力，使小车能够行走得更远。为了增加小车行走时的稳定性，使小车能够实现匀速行走，在机构中还增加了性能良好的磁阻尼控制装置。在小车的行走实验中也发现许多缺点：小车零件的制作精度不够高，导致各个零件在传递动力时，配合欠佳；小车在转向调整机构上做得不够灵活，有时转弯过大，有时转弯过小，容易碰撞障碍物。经过了艰苦而认真的努力后，小车最后实际行走的距离大约为20米左右。对于不同的赛道，由于摩擦的影响，距离会有所改变。在设计和制作无碳小车的过程中，学生综合应用了机械原理和材料力学方面的知识，能够发现问题并找到解决方法，对所学理论知识有了很深的理解。无碳小车的关键核心零件在转向机构上，从曲柄摇杆机构中很难调试出行走的理想轨迹，同时在材料的选择上应该考虑对制作时间的影响。无碳小车真正实现了纯机械绿色环保的概念，针对现在存在的环境问题，提供了一种汽车未来的发展方向。
　　三、改进考核方式，增强学生的综合素质
　　期末考试主要是考察学生对本课程学习内容的掌握程度，同时也可以检验教师的教学效果，以便于今后更好地改进和提高教学质量。在以往的教学中，采用的考核方式一直都是闭卷考试。经过多年的教学实践，这种考核方式不能客观全面地考核学生真实的学习情况。有些学生平时不认真学习，不重视参加实验环节，考试前总是希望教师划重点，复习掌握的知识面很窄，即便考试达到了基本分数线，但实际掌握的理论知识不够完整、全面，而且最重要的是缺乏实际动手能力，这与国家要求培养具有高技术创新型人才的需求存在着很大的差距，也不能适应新形势下我国高等教育改革的需要。因此，在今后的机械设计课堂教学中，要大力改进考核方式，由闭卷考试，实验操作能力、平时学习态度三个方面组成。其中闭卷考试成绩占60，实验操作能力占30，平时学习态度包括做作业和到课率占10。在具体实践中，除了要求学生理论知识水平达到教学大纲的要求外，尤其要注重考评学生的实际动手能力，比如，对参加各种竞赛活动和创新性项目的学生，这方面的考核成绩可以从优。
　　教师只有提高学生的实际动手能力，才能真正把理论教学搞好，也才能使所培养的学生，既有较高的理论知识水平，又有较强的实践创新能力，将来毕业后才能快速地融入到各行各业的工作中，成为祖国建设所需的创新型人才。