关于机械设计基础课程设计的几点建议
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作者:成锋娜 涂桥安 马晨波 张玉言
摘 要：在机械设计教学过程中，课程设计是其中必不可少的关键环节，同时也是培养学生设计能力和实践能力的重要途径。通过对现有课程设计的参考教材、设计方式、时间安排、答疑效率以及考核指标等方面的思考，提出了优化教材、在设计计算之后增加一天三维制图、在线答疑以及设置多次考核等建议进行改进，为后续课程的开展提供思路。
关键词：机械设计 课程设计 三维制图 在线答疑
中图分类号：G424.21 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2019）07（c）-0128-02
机械设计基础课程设计是工科类本科生教学中一个重要的实践性环节，其目的是培养学生通过综合利用机械设计基础及其他先修课程来解决设计问题的能力，通常设置在机械设计基础课程之后的学期末。课程设计题目一般为带式传输机的减速器，即通过给定的参数（输送带拉力、卷筒直径、运输带速度以及使用寿命等）来设计减速器的圆柱齿轮、阶梯轴、轴承以及键连接等重点课程内容，最后将设计得到的零部件手绘到图纸上。虽然课程设計的目的明确、过程清晰，但是仍存在一些问题。鹿新建等人[1]认为目前仍采用老式的尺规绘图，与当前计算机高速发展的时代潮流相脱节，提出差异化题目以及计算机作图的建议，以便达到让学生们提前认识和学习绘图软件，使得学生毕业以后可以尽快地适应工作需求。孙勇涛[2]提出了发挥多媒体的优势，并指出课程设计中应该因材施教。刘后广等人[2]认为现在的课程设计中很多学生只是通过参考往年学生或者参考书示例来完成，没有真正掌握整个设计的过程和技巧，因此提出了SPOC线上、线下混合教学的新思路，而且通过实践证明了这种方式不仅可以拓展老师的教学时间，而且能够提高学生的积极性以及相互协作的精神。但是，现在的课程设计中仍有许多方面值得我们思考，现将笔者教学中遇到的问题及其改进方法进行总结，为大家提供参考。
1 目前存在的问题及解决方法
1.1 课程设计的教材问题
目前的该课程教材主要分为两种。一种为设计过程较多，基本包含了课程设计的所有步骤，包括传动装置的总体设计、减速器结构设计、传动零件的设计计算、装配图设计的3个阶段、编写设计说明书等内容。然而这类书籍也存在几个明显的缺点。首先，书中缺乏机械设计常用的标准和规范，对于非机械类学生来说，在紧张的两周时间内查阅大量的设计手册非常困难，进而导致一些位置的作图不规范。其次，书中的装配图大多只包含了主要的三视图，缺少技术要求、说明以及标题栏等内容，虽然后面提到了需要这些内容，但是不给出完整的示范图，还是会对学生造成误导。最后，完成减速器装配图中需要对装配图进行主要零件的推荐配合，但是并未对配合的定义进行说明和示例，是学生画装配的图最后一个拦路虎。另一种为标准和规范较多，主要包含机械设计常用标准和规范以及机械设计课程设计指导书两个部分。然而这也存在一些不足，比如在设计指导的第二部分中步骤不如第一类书籍详细，书籍中相关的案例也较少。因此，如果能将两者的优点进行结合，编著一本不仅设计步骤完备详细，而且包含设计用到的规范标准的书籍，那么就能使得设计过程更加顺利。此外，课程设计中出现的许多共性问题，比如螺钉和螺栓的区别等，如果能用问答的形式放在课本最后，那么就能在增加学生知识的基础上提高作图效率。
1.2 课程设计的方式问题
目前基本上所有的机械设计课程采取的都是尺规绘图的方式，其最大的好处就是避免电子绘图出现抄袭现象，让学生都自己动手实践。这种方式也存在一些问题，比如对于学生来说，直接设计一个复杂机构非常困难，而且大部分学生对减速器没有一个直观的认识和理解。针对这个问题提出两点建议：一方面，可以在课程设计之前去参观一下真实的减速器及其应用场合，让学生将自己的设计对象与生活实践相结合，加深印象的同时对课程的意义更加明确;另一方面，可以在手工绘图之前增加三维绘图的步骤，将自己设计的减速器在UG等工程软件中实现，这样不仅可以验证设计结果的正确性，防止部件干涉，还能复习先前课程的成果，起到温故而知新的作用。
1.3 课程设计的时间问题
目前该课程的设计时间基本为2周，10个工作日，其中包含1.5d左右的设计时间，6d左右的作图时间和2d左右的设计说明书编写时间。但是学生通常会在前面几天比较放松，从而导致后面的时间比较紧张。而且在设计过程中最容易出现的问题就是轴、轴承位置以及机箱壁面厚度不合理等问题，通常需要2d左右的时间对这些关键尺寸进行修改或者重画。如果能够在设计计算之后的1d时间进行三维模型的绘制，那么就会将改正这些错误的时间大大缩短，这样不仅提高了整个设计时间安排的合理性，而且能够将设计做得更加完美。
1.4 课程设计的答疑问题
课程设计中的形式基本上为学生在工作时间在教室内进行计算、设计和绘图，教师每天到教室2h左右进行答疑。然而，由于学生人数众多，有时候教师一整天都需要在教室里面答疑，回答了很多重复性的问题，这样不仅效率低下，而且有可能部分学生还是无法获得指导。针对这个问题提出两点建议。一方面，可以将学生常见的错误分阶段进行整理和归纳，当学生进度与问题相符时提前将设计中会出现的问题放在学生群中或者雨课堂等教学工具中。另一方面，可以发挥实时交流工具的作用，在网络上建立一个虚拟教室，在教室的答疑区设置提问专栏，学生可以自由地在上面描述自己的问题，并且可以上传自己所作的图纸，老师可以实时回答问题，而且许多遇到同样问题的同学看到答案之后自主进行修正，这样既提高了答疑的效率，又与现在学生喜欢在网络上进行信息交流的习惯相结合，还能扩展交流时间的范围，随时随地进行沟通。
1.5 课程设计的考核问题
课程设计第二周的周五一般为答辩和上交图纸的时间，在这个过程中会发现，如果直接对最终结果进行检查，那么就会使得部分学生由于前期投入不够而无法通过，因此建议设置3个中期检查。第一个为三维图纸绘制之后，这样就会对学生的总体设计的合理性进行判断，没有达到要求的尽快进行修改;第二个为装配图纸设计完成之后，这个阶段如果出现部分视图对应不准确、结构参数看错等问题可以及时进行调整，防止在附件绘制完成以后大规模的修改;第三个就是最终设计完成之后，这个阶段的检查是对课程设计过程的总结与检验。此外，在检查的过程中不能只是浏览，应该在图纸上进行标记，从而增加中期考核的真实性，减轻最终答辩的分量，与国外的考核方式接轨，对一段时间的学习与实践进行综合的评价。
2 结语
在机械设计的教学中，《机械设计基础课程设计》是一门增强学生计算、设计、绘图等能力的综合性的重要环节，同时也是工科类学生最基本和最关键的课程之一，无论学生将来从事任何工作都具有非常重大的意义。然而，如何能够通过合适的方式更好、更快地达到提高学生综合能力的目的是目前需要解决的一个难题。通过对现有课程设计的参考教材、设计方式、时间安排、答疑效率以及考核指标等方面的思考，该文提出了优化教材、在设计计算之后增加一天三维制图、在线答疑以及设置多次考核等建议进行改进，为后续课程的开展提供思路。
参考文献
[1] 鹿新建，李钢，唐利芹.《机械设计基础》课程设计的思考[J].教育教学论坛，2017，7（27）：215-216.
[2] 孙勇涛.机械设计基础课程设计教学研究[J].建筑工程技术与设计，2018（4）：3303.
[3] 刘后广，程志红，杨建华，等.机械设计基础课程设计SPOC混合教学模式研究[J].教育教学论坛，2018，5（19）：140-141.
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