王現(xiàn)輝++喬慧++羅靜++張海

摘 要 機(jī)械設(shè)計(jì)是機(jī)械產(chǎn)品具有市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的關(guān)鍵性環(huán)節(jié)之一，現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論與方法課程教育的一大特色就是理解和使用現(xiàn)代的設(shè)計(jì)理論和方法進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)。從案例教學(xué)方法、多媒體教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)出發(fā)，對(duì)該課程的教學(xué)模式改革進(jìn)行探討，通過(guò)教學(xué)實(shí)踐，取得良好的教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞 現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論與方法；案例教學(xué)；教學(xué)模式改革

中圖分類(lèi)號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1671-489X（2017）14-0094-02

College of Modern Design Theory and Method Teaching Analysis//

WANG Xianhui， QIAO Hui， LUO Jing， ZHANG Hai

Abstract Mechanical design is one of the key parts of mechanical products with market competitiveness. A major education feature of

modern design theory and method is understanding and using the

modern design theory and method to design the mechanical products.

Based on the case teaching method， multimedia teaching and practice

teaching， this paper probes into the reform of the teaching mode of the course， and obtains good teaching effect through the teaching practice.

Key words modern design theory and method； case teaching； tea-ching mode reform

1 前言

近年來(lái)，由于現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展，機(jī)械設(shè)計(jì)領(lǐng)域的創(chuàng)新層出不窮。因而，當(dāng)代機(jī)械類(lèi)大學(xué)生十分有必要進(jìn)行現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論與方法的學(xué)習(xí)和研究。另外，在機(jī)械類(lèi)專(zhuān)業(yè)學(xué)生進(jìn)行任務(wù)書(shū)設(shè)計(jì)過(guò)程中，引導(dǎo)學(xué)生采用現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法進(jìn)行設(shè)計(jì)，對(duì)提高任務(wù)書(shū)設(shè)計(jì)的水平和質(zhì)量、培養(yǎng)學(xué)生的科研和創(chuàng)新能力起到重要作用[1]?，F(xiàn)代設(shè)計(jì)理論與方法是一門(mén)綜合性交叉學(xué)科，它將機(jī)械設(shè)計(jì)、計(jì)算力學(xué)、計(jì)算數(shù)學(xué)和計(jì)算機(jī)等多方面知識(shí)融合在一起，為以后開(kāi)展設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)和研究打好基礎(chǔ)。

該課程涉及優(yōu)化設(shè)計(jì)、可靠性設(shè)計(jì)、有限元分析、系統(tǒng)分析設(shè)計(jì)方法以及計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)基礎(chǔ)等眾多的設(shè)計(jì)方法[2]，理論性較強(qiáng)，內(nèi)容抽象，相關(guān)數(shù)學(xué)公式繁多，枯燥乏味；且理論學(xué)習(xí)與實(shí)際應(yīng)用相差較大，直接學(xué)習(xí)理論將導(dǎo)致學(xué)生學(xué)得索然無(wú)味，學(xué)習(xí)興趣低下，學(xué)習(xí)效果差。因此，如何引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)該課程，是這門(mén)課程不斷建設(shè)、提升需要考慮的環(huán)節(jié)?；谶@種認(rèn)識(shí)，在該課程教學(xué)手段和教學(xué)方法上進(jìn)行改革和實(shí)踐，取得一些有益的經(jīng)驗(yàn)和成果。

2 課程教學(xué)改革實(shí)踐

現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論與方法課程內(nèi)容繁多，而本科生課程繁重。為滿足基本的教學(xué)需求，并將枯燥、抽象的課程變得直觀和生動(dòng)，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和積極性，文中從案例教學(xué)方法出發(fā)，將現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法和當(dāng)前學(xué)生的實(shí)際情況結(jié)合，對(duì)現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論與方法課程教學(xué)模式改革進(jìn)行探討，以期能增加課程學(xué)習(xí)的趣味性，調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)該課程的積極性，最大限度提高課程的教學(xué)效率和質(zhì)量。

案例教學(xué)法 案例教學(xué)法一直是高校教學(xué)的重要方法之一，許多學(xué)者對(duì)案例教學(xué)的選編原則、教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)定位與方法等進(jìn)行了初步探討。一直以來(lái)，現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論與方法課程只是在教學(xué)中引入了少量的案例，且案例的安排比較零散，不夠系統(tǒng)化，以偏重單個(gè)技術(shù)應(yīng)用介紹為主。

為了充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高授課效率和教學(xué)質(zhì)量，本課程教學(xué)組共搜集和設(shè)計(jì)完善21個(gè)綜合運(yùn)用各種現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法的案例，組建一個(gè)師生共享的案例庫(kù)。為了使案例庫(kù)涵蓋更多的設(shè)計(jì)方法，以方案評(píng)價(jià)方法、創(chuàng)新設(shè)計(jì)、優(yōu)化設(shè)計(jì)、可靠性設(shè)計(jì)、有限元分析、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、模態(tài)分析、動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)、相似性設(shè)計(jì)等方法作為案例制作的目標(biāo)去收集案例，并將所選案例進(jìn)行進(jìn)一步的整合，使其典型化、系統(tǒng)化。

為使案例在課內(nèi)能融入教學(xué)，在授課過(guò)程中運(yùn)用案例教學(xué)講授現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論與方法課程。在授課過(guò)程中，針對(duì)每種方法講解時(shí)，均從案例庫(kù)中選擇1～2個(gè)相關(guān)案例進(jìn)行講解，不僅要思路清晰、目標(biāo)明確，而且能夠理解每種方法在工程實(shí)踐中的應(yīng)用。

案例之一是綜合運(yùn)用相似性設(shè)計(jì)及有限元分析方法對(duì)沖擊式破碎機(jī)錘頭與物料之間的沖擊時(shí)間進(jìn)行研究，探索錘頭質(zhì)量無(wú)窮大和錘頭質(zhì)量為有限值時(shí)的沖擊時(shí)間表達(dá)式，并進(jìn)行數(shù)值仿真，表達(dá)式與仿真結(jié)果吻合度很好。在進(jìn)行相似性設(shè)計(jì)及有限元方法的學(xué)習(xí)之后，通過(guò)本案例的講解和分析，讓學(xué)生能夠把理論知識(shí)和實(shí)際應(yīng)用結(jié)合，更好地理解本課程。

為了進(jìn)一步調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，組織對(duì)現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法有興趣的學(xué)生組成4～6人學(xué)習(xí)小組。每個(gè)小組負(fù)責(zé)一種設(shè)計(jì)方法的深度學(xué)習(xí)和研究，并把該方法應(yīng)用于具體的工程問(wèn)題。在各個(gè)學(xué)習(xí)小組完成課題后，教師在課堂上對(duì)設(shè)計(jì)方案和結(jié)果進(jìn)行分析。采用這種方式，可以讓學(xué)生把枯燥的理論學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)化為多彩的工程實(shí)踐，加深對(duì)現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法的理解。同時(shí)，該案例庫(kù)在課下則可供師生查閱檢索，搭建學(xué)生與教師互動(dòng)的平臺(tái)，教學(xué)相長(zhǎng)、共贏互進(jìn)[3]。

充分利用多媒體資源，提高教學(xué)質(zhì)量 多媒體因其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)在實(shí)踐教學(xué)中得到廣泛應(yīng)用，它最大的成功之處在于化學(xué)習(xí)被動(dòng)為主動(dòng)、化抽象為具體，通過(guò)娛樂(lè)性的學(xué)習(xí)能輕松鞏固已學(xué)知識(shí)，從而切實(shí)激發(fā)學(xué)生發(fā)自內(nèi)心的學(xué)習(xí)興趣?，F(xiàn)代設(shè)計(jì)理論與方法課程的理論性非常強(qiáng)，作為工科學(xué)生，需要很好的數(shù)學(xué)和力學(xué)功底才能學(xué)好。在教學(xué)活動(dòng)中應(yīng)用到大量的實(shí)例演示，利用多媒體教學(xué)則能收到更好的教學(xué)效果。為了提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，教師在本門(mén)課程的教學(xué)中可引入MATLAB和ANSYS計(jì)算機(jī)輔助分析軟件，把枯燥的理論學(xué)習(xí)與新穎的軟件學(xué)習(xí)和仿真相結(jié)合，通過(guò)課堂演示和課后上機(jī)的形式，幫助學(xué)生理解各參數(shù)變量的物理意義，在開(kāi)闊學(xué)生視野的同時(shí)，也可以激發(fā)他們的學(xué)習(xí)興趣。endprint

比如在講授有限元分析時(shí)，可以在ANSYS軟件中建立3D實(shí)體模型，進(jìn)行應(yīng)力應(yīng)變場(chǎng)的有限元分析。在具體操作過(guò)程中，可以一邊給學(xué)生講解有限元分析各個(gè)模塊的意義，一邊在ANSYS中進(jìn)行相應(yīng)操作。最后通過(guò)ANSYS仿真，將模擬結(jié)果通過(guò)輸出數(shù)據(jù)或者云圖的形式展示給學(xué)生，讓學(xué)生進(jìn)行結(jié)果分析，他們可以更好地理解有限元分析的整個(gè)過(guò)程，并且能夠驗(yàn)證理論教學(xué)的結(jié)果。

實(shí)踐教學(xué)改革 在本課程的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)中，常用的方式是讓學(xué)生在計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)和ANSYS有限元分析實(shí)驗(yàn)，這兩個(gè)實(shí)驗(yàn)是獨(dú)立的。優(yōu)化設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)一般是讓學(xué)生對(duì)某個(gè)算法進(jìn)行MATLAB編程，然后計(jì)算一個(gè)函數(shù)的最小值。ANSYS有限元分析則需要使用有限元軟件分析一個(gè)簡(jiǎn)單的應(yīng)力應(yīng)變問(wèn)題，得到變形云圖以及最大變形量。這種實(shí)驗(yàn)方式使得實(shí)踐教學(xué)過(guò)于零散，缺乏系統(tǒng)化的組織，因而很難取得良好的教學(xué)效果。

為了充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，嘗試將一些開(kāi)放式題目布置給學(xué)生，讓學(xué)生通過(guò)4～6人小組合作的方式，以案例庫(kù)為參考，綜合采用多種現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法進(jìn)行現(xiàn)代設(shè)計(jì)，并提交最終設(shè)計(jì)報(bào)告。如設(shè)計(jì)規(guī)定參數(shù)的減速器，學(xué)生需要首先使用Pro/E軟件對(duì)減速器進(jìn)行建模，然后使用ANSYS對(duì)減速器箱體進(jìn)行靜力分析，獲得最大位移，之后進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)。在此過(guò)程中，學(xué)生不但要使用CAD軟件，而且要綜合運(yùn)用有限元法和優(yōu)化方法，因而能夠考查學(xué)生的綜合能力。

注重優(yōu)選教學(xué)內(nèi)容和改革考試方式 “現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論與方法”是將計(jì)算機(jī)技術(shù)與現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法融合在一起的一門(mén)新興的綜合性、交叉性課程，其課程內(nèi)容較多，這就造成授課內(nèi)容與學(xué)時(shí)數(shù)之間的矛盾。因此，在講授課程過(guò)程中應(yīng)分清主次、精選內(nèi)容，針對(duì)學(xué)生專(zhuān)業(yè)情況和發(fā)展規(guī)劃，認(rèn)真選擇相應(yīng)的重點(diǎn)知識(shí)進(jìn)行精講。對(duì)于機(jī)械工程領(lǐng)域的學(xué)生來(lái)說(shuō)，重點(diǎn)應(yīng)放在對(duì)機(jī)械產(chǎn)品的優(yōu)化設(shè)計(jì)、有限元設(shè)計(jì)、可靠性設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、相似性設(shè)計(jì)等實(shí)用性的內(nèi)容上，對(duì)于其他的設(shè)計(jì)方面的內(nèi)容可以略講。這樣可以使學(xué)生充分利用課堂有限的時(shí)間掌握更為廣泛的知識(shí)，能夠?qū)Ρ菊n程有更為全面的認(rèn)識(shí)和理解。

通過(guò)改革課程作業(yè)內(nèi)容和考試方式，可以更好地挖掘和鼓勵(lì)學(xué)生的創(chuàng)造性思維?，F(xiàn)行的考核方法大多是出一些概念性的題目或者數(shù)學(xué)類(lèi)的計(jì)算題目，這樣使得很多學(xué)生只要在考試前突擊相關(guān)知識(shí)內(nèi)容，便可順利通過(guò)，不能有效檢驗(yàn)學(xué)生的學(xué)習(xí)情況。因此，考試采用開(kāi)放性課題和課堂考試各占總分?jǐn)?shù)一半的方式進(jìn)行，較好地實(shí)現(xiàn)了本課程的目的和要求。

3 總結(jié)

通過(guò)對(duì)現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論與方法課程的案例教學(xué)、多媒體教學(xué)、實(shí)踐教學(xué)以及課程考核等幾方面的教學(xué)改革，開(kāi)發(fā)出用于教學(xué)的諸多資源，提高了教學(xué)效率，增強(qiáng)了教學(xué)效果，充分調(diào)動(dòng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和求知欲望，在培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力方面進(jìn)行了一些有益嘗試，取得一定的效果。學(xué)生普遍反映設(shè)計(jì)能力得到訓(xùn)練和提高，同時(shí)對(duì)最新的設(shè)計(jì)理念與方法有了初步了解，開(kāi)闊了思路，轉(zhuǎn)變了設(shè)計(jì)觀念，有利于適應(yīng)時(shí)代的要求。

參考文獻(xiàn)

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