面向创新社会的精密机械设计基础实践课程改革
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摘要：我国把建设创新型国家作为面向未来的重大战略选择，以创造为基本特征的工程技术和以培养工程师为基本目标的工程教育成为实现这一战略目标的先锋。精密机械设计课程改革要围绕测控仪器特点，紧扣工程实践，以具有现代设计特征的设计题目改革为基础，通过设计牵引、自主学习为主线，注重现代信息技术的应用，注重工程实践能力与再学习能力，强调设计规律的学习与能力素质的培养，强调学习实践与工程实践的结合，并利用VR技术提高学生的学习兴趣与设计能力，辅之课程实践组织形式和成绩评定方法的改革，促进学生全面发展。
关键词：创新;设计题目改革;设计实践牵引;全面能力与素质培养
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2019）52-0103-02
我国把建设创新型国家作为面向未来的重大战略选择，以创造为基本特征的工程技术和以培养工程师为基本目标的工程教育理应成为实现这一战略目标的先锋[1]。然而，我国大学教育普遍存在课程目标脱离工业需要、课程内容偏离工程实践、学生学习游离中心地位[2]的情况，迫切需要改革，以适应国家转型升级的战略需要。
一、精密机械设计课程改革的必要性
（一）精密机械在现代测控技术及仪器中具有重要作用
测控仪器作为信息获取、变送、传输、处理和控制的光机电一体化装置，精密机械装置与结构仍是测控仪器的基础。精密机械也广泛地应用于国民经济和各种科学仪器、精密机床、医疗设备、机器人及伺服系统等。因此精密机械系统与结构的质量直接影响其性能指标、工作可靠性和稳定性。精密机械质量与测控仪器的总体性能、质量息息相关。
（二）设计题目专业特色不突出，学习积极性不高，实践过程流于形式
以学生为中心，通过学生的设计实践，将前修课程知识综合运用于设计计算、结构设计、绘图，完成设计题目，是学生学习机械设计方法与一般规律、提高能力与素质以及独立工作能力与思维眼界的重要教学活动。但减速器设计题目已用多年，设计资料与专业背景和专业综合设计脱节，学生学习兴趣不高，流程学习、迭代设计流于形式，学习收获不多。
（三）不注重现代信息技术的应用，机械照搬设计过程，缺乏工程实践能力与再学习能力
课程要求学生2周内完成减速器总体、电动机、传动、零件的设计与计算并画图。然而，学生往往选取相似案例参数，按有效功率P解决零件的强度设计问题，脱离工程实践。同时，结构设计内容盲目地抄图册，缺乏对零件的理解和认识，忽略零件的细节设计，忽略海量的信息资源对学生模仿、启迪与提高的促进作用。虽然学生完成了课程设计，但仍达不到掌握机械设计一般步骤和方法的初衷，这严重影响课程设计的质量和效果，限制了学生的创造力。
二、调整设计题目，切实实现设计规律的学习与能力素质的培养
在测控系统中，精密机械作为各部分协调的集成系统，从功能上分，一类是结构设计，另一类是运动装置的设计，因此把二维高精度机械滑台作为学生课程设计题目，涵盖精密机械设计教程的传动、导轨、支撑及有关结构设计，也包括教程没有而工程实践中必须掌握的原理、运动、动力学及步进电机的设计。其设计实现过程需要不断迭代才能最终得出正确的结果，因此题目更符合工程实践规律，与测控专业更适应。
（一）以任务为牵引，强调学生自主学习，突出能力培养
通过课程实践，学生能树立正确的设计思想，培养综合运用精密机械课程及其他先修课程理论与工程实际知识，以及分析、比较、选择机械装置的能力，借此获得相应的思维方式，使学生具有专业知识的再学习能力与创新能力。这一直是大家思考的问题，也是不断进行教学方案与方法改进的动力。为此，调整设计题目，改变课程模式，将原课程传统的经验性手工设计，学生照搬指导书、教师讲解，学生机械模仿设计实践，改为由任务书提出要求，学生由任务牵引，在必要的资料辅助下，教师给予必要的节点启发式指导，由学生自我规划任务计划，完成资料的收集、学习、分析、比较，完成计算、结构设计与工程图绘制，完成速度、精度校核，达成任务书要求，由此获得能力提高。
（二）系统设计思想、现代设计软件的应用，缩短学习实践与工程实践的距离
对于设计响应速度快、运动速度与定位精度要求高的精密数控滑台，沿用传统设计方法，按静刚度、强度设计传动及元件，不能保证系统的动态精度与强度问题，也很难真正实现正确的迭代设计[3]。为此，我们要求学生首先研究运动与精度、响应速度、行程、荷载的关系，分析装置的运动、惯性、控制、传动、步距角与转矩的误差，启发学生以精度为切入点进行精度设计，然后进行电机、传动、支撑设计计算及直线运动导轨、工作台、底座、行程控制设计;强调利用网络技术，收集现代零部组件资料，并通过这些资料的学习、分析、比较用于设计实践;要求用SLIDWORK完成装配体建模与工程图，Simulation和Motion完成关键零部件的应力、变形分析及装置的运动检测，学习通过装配模型运动仿真与动力学仿真实现迭代设计。
（三）开发二维机械滑台Unity课件，提高学生学习兴趣与设计能力
近年来，VR在虚拟教学中得到广泛运用，其完美的光影效果生动表现教学概念与体现建构主义思想。这些优点促使我们开发了基于Unity平台的二维机械滑台VR课件，并将其应用在课程中。课件为学生设置情境，以学生为中心，生动逼真表现滑台各零部组件的装配关系、结构特点、传动刚度、加速度与荷载、阻尼振动与精度应力与应变等理论问题和结构问题，学生通过学习体验获得滑台知识。
三、改革课程实践组织形式，完善成绩评定方法，促进学生全面发展
原由一人完成的设计，我们调整为3名学生组成小组来承担，同时增加有限元分析与动力学仿真。小组须有任务分工、计划工作节点、交互原则安排，工作才能进行。成绩分为优、良、中、及格与不及格，由成果质量、答辩成绩、平时成绩（设计纪律、工作态度、团队合作精神）三项共同构成。其中，成绩主要考查计算与结构设计、图面表达与规范标准的运用、说明书的质量;平時成绩强调学习态度，鼓励严谨、踏实、敢于创新、团结协作，强调学生实是求实的自我评价与小组成员的互评。总之，将成绩评定作为促进学生全面发展的重要手段。
四、结束语
我国把建设创新型国家作为面向未来的重大战略选择。课程改革必须适应创新社会人才培养的需要，通过具有适应测控仪器精密机械专业需求和现代设计特点的设计题目改革，以学生为中心，由任务牵引，基于系统设计思想、现代设计软件与信息技术的学习应用，缩短学习实践与工程实践的距离，注重工程实践能力与再学习能力的学习，强调设计规律的学习与能力素质的培养，强调学习实践与工程实践的结合，并利用VR技术提高学生学习兴趣与设计能力，辅之课程实践组织形式和成绩评定方法的改革，促进学生全面发展。
参考文献：
[1]崔军.回归工程实践：我国高等工程教育课程改革研究[D].南京大学，2011.11
[2]陆小华.工程创新能力的认识和培养方法[J].高等工程教育研究，2008，（2）：14-18.
[3]Robert.Norton.Machine Design[M].US：Pearson Education Asia Ltd.2016（v）.
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