陸鳳儀，岳一領(lǐng)，張志鴻，劉敬醫(yī)

(太原科技大學(xué) 機(jī)械電子工程學(xué)院，山西 太原 030024)

一、引言

機(jī)械原理與機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計是教學(xué)中非常重要的一個實踐性教學(xué)環(huán)節(jié)。它可以鍛煉學(xué)生將所學(xué)課程知識綜合運用于解決實際工程設(shè)計上，通過查資料、設(shè)計與分析運算、機(jī)械制圖等實踐，使所學(xué)知識鞏固深化，對學(xué)生理論聯(lián)系實際的實踐動手能力以及創(chuàng)新能力的培養(yǎng)有至關(guān)重要的作用[1]。事實上，課程設(shè)計是機(jī)械類學(xué)生接觸“工程設(shè)計”的第一個環(huán)節(jié)。此時學(xué)生對機(jī)械設(shè)計所需的基本知識還沒有學(xué)完，多數(shù)學(xué)生還不能全面理解和把握什么叫設(shè)計，如何進(jìn)行設(shè)計，課程設(shè)計與課程作業(yè)有哪些區(qū)別，此外，傳統(tǒng)的課程設(shè)計方法存在一些弊端和不足之處，因此，教師如何利用現(xiàn)有的資源、技術(shù)和方法指導(dǎo)學(xué)生做好機(jī)械原理與機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計就顯得尤為重要。

與此同時，隨著計算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，師生可以在學(xué)校的任何一臺計算機(jī)上進(jìn)入校園網(wǎng)，利用網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行交流和學(xué)習(xí)越來越便捷，加上教學(xué)改革實踐經(jīng)驗的積累，這些有利的因素為課程設(shè)計網(wǎng)站的制作及使用創(chuàng)造了條件。

二、課程設(shè)計改革的必要性和方法

機(jī)械原理課程設(shè)計目前有圖解法和解析法兩種設(shè)計方法。圖解法誤差大、效率低，目前工程上應(yīng)用越來越少。解析法不僅準(zhǔn)確度和效率都高，而且能動態(tài)顯示，便于與現(xiàn)代設(shè)計手段結(jié)合起來，進(jìn)行方案優(yōu)化，生成虛擬樣機(jī)，能從工程的角度仿真，解決圖解法難以解決的問題。解析法的教學(xué)需要學(xué)生具有較強(qiáng)的編程計算能力，學(xué)生能建立數(shù)學(xué)模型、進(jìn)行程序設(shè)計、處理計算結(jié)果。但多數(shù)學(xué)生沒有足夠的時間和能力做到結(jié)構(gòu)設(shè)計與編程計算的融會貫通。而這與當(dāng)前具有的較先進(jìn)的設(shè)計與分析手段和發(fā)展趨勢不相適應(yīng)，學(xué)生不必將過多的時間花在編程計算、可視化處理上，而應(yīng)將時間用于真正設(shè)計與結(jié)果分析上[2]。通過創(chuàng)建的網(wǎng)站，可運用網(wǎng)站提供的連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計與仿真軟件進(jìn)行方案設(shè)計與結(jié)構(gòu)分析，并能實現(xiàn)虛擬“組裝”，實現(xiàn)可視化動態(tài)仿真與運動分析。網(wǎng)站為學(xué)生提供了豐富的程序庫，對于沒有編程經(jīng)驗的學(xué)生既節(jié)省編程時間，又保證主要任務(wù)——設(shè)計機(jī)構(gòu)、編制主程序模塊的順利完成。

機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計是培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計一般機(jī)械能力的實踐環(huán)節(jié)。它以機(jī)械傳動為研究對象，綜合運用已修課程知識，培養(yǎng)學(xué)生工程設(shè)計、分析能力和解決問題的能力。目前課程設(shè)計存在題目單一、僵硬死板，在教學(xué)上以傳統(tǒng)的經(jīng)驗型設(shè)計為目標(biāo)，課程設(shè)計被多數(shù)學(xué)生錯誤地理解為查手冊、套公式，機(jī)械地模仿描圖。此外，課程設(shè)計時間一般都安排在期末課程結(jié)束之后，由于學(xué)生忙于備戰(zhàn)期末考試，而且課程設(shè)計周期短，學(xué)生急于完成，沒有足夠思考的時間，過分依賴指導(dǎo)教師。教師如果不能及時輔導(dǎo)答疑，有的學(xué)生為趕進(jìn)度就胡編設(shè)計數(shù)據(jù)或者照搬設(shè)計指導(dǎo)書上的設(shè)計例題，甚至有的學(xué)生看別人做好一點，就抄襲一點。這些現(xiàn)狀與當(dāng)今的科學(xué)技術(shù)發(fā)展很不適應(yīng)，與當(dāng)前市場需求也不相適應(yīng)。這種設(shè)計過程沒有體現(xiàn)出學(xué)生的設(shè)計能力，更談不上創(chuàng)新意識的培養(yǎng)[3]。

鑒于此，創(chuàng)建機(jī)械原理與機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計網(wǎng)站，并在學(xué)期一開始就將設(shè)計任務(wù)布置給學(xué)生，讓學(xué)生做到心中有數(shù)，帶著自己課程設(shè)計中的問題有目的聽課，邊聽課邊學(xué)習(xí)邊設(shè)計。同時，鼓勵學(xué)生自己定題目，將想好的題目及時上傳網(wǎng)站，教師及時指導(dǎo)回復(fù)；自己定不了題目的可以從網(wǎng)站題目庫中選擇。題目確定后，隨著課程的講解進(jìn)程，學(xué)生從擬訂方案、分析傳動設(shè)置到設(shè)計計算等也不斷的推進(jìn)，等到了課程設(shè)計專用周時，學(xué)生只需要理清思路，整理前期的工作，進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，完成裝配圖和編寫設(shè)計說明書等設(shè)計任務(wù)。這樣，整個設(shè)計周期拉長，學(xué)生遇到困難有足夠的時間思考，鍛煉學(xué)生發(fā)現(xiàn)、思考、分析和解決問題的能力，在整個設(shè)計過程中指導(dǎo)教師也可以有更靈活的時間指導(dǎo)學(xué)生。利用網(wǎng)站師生能及時溝通交流，及時解決在設(shè)計過程中存在的問題。

三、開發(fā)工具與平臺

網(wǎng)站的制作涉及多項計算機(jī)技術(shù)，系統(tǒng)服務(wù)器端軟件采用PHP開發(fā)，數(shù)據(jù)庫采用MYSQL，操作系統(tǒng)Windows/Linux/Unix均可。

四、網(wǎng)站結(jié)構(gòu)設(shè)計和功能

網(wǎng)站體系結(jié)構(gòu)如圖1所示。該網(wǎng)站是機(jī)械原理與機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計管理系統(tǒng)，為學(xué)生課程設(shè)計提供一個數(shù)字化的平臺。系統(tǒng)主要包括：課程設(shè)計題目管理模塊、學(xué)生設(shè)計作品管理模塊、學(xué)生問題庫管理模塊、設(shè)計知識庫管理模塊等。

圖1 系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)

課程設(shè)計題目模塊以提高學(xué)生的創(chuàng)新能力為目標(biāo)，擴(kuò)大題目的類型和數(shù)量，題目庫由教師和學(xué)生共建，教師可以從日常生活、科研和工程實際中廣泛搜集合適的課程設(shè)計題目直接上傳網(wǎng)站；學(xué)生登陸后可以推薦設(shè)計題目或自選題目，但要通過教師審核其難度、工作量后才能發(fā)布和采用。這在一定程度上給學(xué)生以充分的想像和發(fā)揮的空間，特別是設(shè)計前期調(diào)研過程中，運用網(wǎng)站相關(guān)知識集中的特點，促使學(xué)生學(xué)會獨立思考、積極創(chuàng)新。學(xué)生選定題目后利用網(wǎng)站提供或建議的虛擬設(shè)計手段對方案進(jìn)行快速驗證。

學(xué)生上傳優(yōu)秀的設(shè)計作品，管理員審核后發(fā)布，供學(xué)生學(xué)習(xí)交流；學(xué)生可以發(fā)布課程設(shè)計中存在的問題，進(jìn)行網(wǎng)上討論。設(shè)計知識庫管理模塊包括機(jī)構(gòu)庫、程序庫和課程設(shè)計必備知識等內(nèi)容。機(jī)構(gòu)庫中有大量的機(jī)構(gòu)動畫，供師生觀摩研究；程序庫中有師生共同編好調(diào)試過的子程序，學(xué)生可以直接下載調(diào)用。這些既起到培養(yǎng)學(xué)生利用計算機(jī)解決工程實際問題的能力，又不把課程設(shè)計變成單純的計算機(jī)編程課，減輕對學(xué)生編程技術(shù)的要求。課程設(shè)計時學(xué)生只需建模或編主程序，子程序由機(jī)械原理課程設(shè)計程序庫給出。這些能夠節(jié)省學(xué)生編寫和調(diào)試程序的時間，把精力真正放在機(jī)構(gòu)的設(shè)計和評價上[4]。課程設(shè)計必備知識給學(xué)生提供課程設(shè)計環(huán)節(jié)中必備的知識，包含常用機(jī)械設(shè)計軟件的介紹(例如ADAMS、Pro-E、SolidWorks等)、現(xiàn)代設(shè)計方法、《機(jī)械設(shè)計手冊(軟件版)》的使用介紹以及機(jī)構(gòu)創(chuàng)新知識和案例，用以指導(dǎo)、啟發(fā)學(xué)生做好課程設(shè)計。此外，系統(tǒng)提供了全面的內(nèi)容檢索功能，能夠針對本網(wǎng)站所包含內(nèi)容進(jìn)行檢索，也可針對不同內(nèi)容類別進(jìn)行檢索，方便知識點的查找。為便于網(wǎng)站管理和安全性考慮，系統(tǒng)管理角色分為超級管理員、普通管理員和學(xué)生。

五、結(jié)束語

在對機(jī)械原理課程設(shè)計和機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計分析的基礎(chǔ)上，提出改革課程設(shè)計的措施和方法，構(gòu)建服務(wù)于課程設(shè)計的功能型網(wǎng)站。網(wǎng)站既涵蓋了課程設(shè)計所涉及的相關(guān)知識面和具體方法，又體現(xiàn)了計算機(jī)輔助設(shè)計與分析的特點。該網(wǎng)站目的在于實現(xiàn)課程設(shè)計復(fù)雜問題簡單化、抽象問題直觀化、靜態(tài)問題動態(tài)化、理論問題實踐化，課程設(shè)計的教學(xué)改革要為進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生工程實踐能力和創(chuàng)新設(shè)計能力奠定基礎(chǔ)[3]。目前該網(wǎng)站運行在實驗室局域網(wǎng)內(nèi)，網(wǎng)站主頁如圖2所示。

圖2 網(wǎng)站主頁

參考文獻(xiàn)：

[1] 楊 巍，何曉玲，王 軍，等.機(jī)械原理課程設(shè)計教學(xué)改革[J].中國現(xiàn)代教育裝備，2008，10(68)：90-91.

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[3] 朱 玉.機(jī)械原理和設(shè)計課程設(shè)計教學(xué)探索與實踐[J].南京工程學(xué)院學(xué)報(社會科學(xué)版)，2007，7(1)：52-55.

[4] 岳一領(lǐng)，陸鳳儀，張志鴻.機(jī)構(gòu)設(shè)計仿真平臺在機(jī)械原理教學(xué)中的應(yīng)用[J].太原理工大學(xué)學(xué)報(社會科學(xué)版)，2009，27(1)：74-76.