機械原理和機械設計等課程是工科院校機械類專業必修的重要專業技術基礎課程，在培養學員機械綜合設計能力和創新能力所需的知識結構中占有十分重要的地位，具有很強的基礎性、工程性和應用性。但是，筆者在長期的課程教學實踐中發現，針對如此重要的專業技術基礎課程，學員的學習興趣在逐漸減退，教學效果不盡如人意。

　　摘要：隨著現代計算機輔助設計技術的迅速發展，傳統的手工理論機械設計計算方法在工程設計中的運用受到較大影響。如何在機械設計基礎課程教學中引入現代設計方法，以及如何改革相應的教學內容和教學方法是迫切需要研究和解決的問題。本文針對機械設計基礎課程教學中運用現代設計方法進行一些探索和分析。

　　關鍵詞：職業教育論文,機械設計,現代設計方法,課程教學

　　雖然這一現象的發生可能有多種因素，但是，其中一個重要因素無疑還是教學內容陳舊，尤其是其傳統的機械理論設計計算方法的教學與實際工程實踐要求相脫節，不能適應時展的要求。這使得學員在學習中感受不到專業基礎課程學習的有用性，感受不到該課程對其提高設計能力有多大幫助。如何使機械設計基礎課程教學適應時展要求，筆者認為，現代計算機輔助設計技術的迅速發展和普及給課程教學改革開辟了新路。通過教學實踐，將現代設計方法引入機械設計基礎課程，教學作用明顯，對提升學員的綜合設計能力、培養他們學習機械設計課程的興趣和積極性均起到較好效果。學員在課后學習感想中寫道：“機設課讓我有機會體驗計算機設計的魅力，使我對設計產生了興趣，激發了我的學習熱情，以及通過實踐帶動課本理論的應用得以體現。”

　　1傳統設計方法在課程教學中存在的問題

　　（1）傳統設計方法與現實應用脫節。目前大部分機械設計基礎類教材中呈現的機械設計方法是一套經過長期理論研究以及經驗積累形成的手工設計計算方法，該方法在特定的歷史時期對機械類人才的培養起到積極的作用。但隨著計算機輔助設計技術的快速發展和普及，過去要花費較長時間復雜的設計計算或繪制已被計算機輕松替代，傳統的手工理論設計計算方式逐漸被現代設計方法替代。在此情況下，再花費寶貴的課堂時間讓學員學習掌握過時的設計技術已與時展要求不相符。

　　（2）課時安排不能適應教學需要。在課堂教學中，設計方法的介紹本應需要相當比重的學時，但隨著課時的不斷壓縮（目前機械原理和機械設計兩門課加起來的學時還不到100學時，少的甚至不到60學時），用于講授設計方法的時間比過去大幅減少。在如此少的時間里，教員通常只能泛泛地講解一下設計思路和過程，對傳統的理論設計計算方法無法進行更深更透地講解，學員對這部分內容的學習大都是囫圇吞棗。因此，在實際操作中面對繁雜的理論設計計算過程，學員多數都呈現畏難情緒，對機械設計課程的學習興趣也隨著課程的不斷深入而逐漸下降。

　�。�3）傳統的手工理論設計方法數據計算分析耗時，設計效率低下。例如在機械課程設計中，學員要花費大量時間在繁瑣的計算和修改上。而在對設計方案創新的思考，以及對設計結果的優化和分析方面，卻由于課程學時的限制不能充分實施和展開，這違背了課程為使學員綜合設計能力提高的本意。

　　2機械設計基礎課程引入現代設計方法的必要性

　�。�1）作為新一代工科學員，學習和掌握現代設計技術和方法尤為重要，這符合時代對創新型人才的要求。而且由于計算機輔助設計技術的快速發展，以及各類仿真設計軟件的普及和易用，使得現代設計方法在機械設計基礎課程中的應用能得以實現。

　　（2）運用計算機輔助設計技術可以將機械設計信息和內容生動直觀地作用于學員，拓展學員的思維和視覺的空間，使他們可以多方位、多角度地觀察研究對象；同時，利用計算機快速的解決問題，調動學員的情緒，提高其注意力和興趣，并能突出重點，有助于培養學員的綜合認識和理解能力，達到較好的教學效果。

　�。�3）對于機械設計人員而言，掌握現代設計方法是一項基礎性的能力。這一能力是學員后續專業學習和發展的基礎，特別是對學員在機械課程設計以及畢業設計中提高創新設計能力起到很好的幫助和推動作用，同樣可以為學員今后的自我學習和研究打開視野、注入動力。

　　3基于現代設計方法的機械設計基礎課程教學實踐

　　（1）連桿機構的運動仿真設計。運用三維工程設計軟件，快速建立四個不同長度的桿件，并裝配成四連桿機構，根據曲柄存在的條件，以不同桿件做機架，演示機構的運動情況，可以迅速直觀地讓學員理解和認識連桿機構的特征。然后再利用軟件的Motion組件，對曲柄搖桿機構進行運動仿真，通過調取仿真計算后的各種數據，顯示和分析被模擬連桿機構的運動和動力特性線圖。見圖1。此外將連桿制成多孔的板狀，運用運動仿真，顯示連桿曲線的生成及其特征，見圖2。實踐證明，與傳統的理論教學對比，經由上述的教學演示，再通過學員親手操作，學員對連桿機構特性的理解和掌握，以及對連桿機構的設計和分析能力均有較大提高。

　�。�2）凸輪機構的建模及運動與動力仿真設計。如設計偏置尖頂直動從動件盤形凸輪機構。給出凸輪轉動方向、基圓半徑，以及從動件運動規律等初始設計條件。由從動件運動規律寫出從動件位移運動方程，進而寫出凸輪廓線方程。然后在工程設計軟件中，運用“方程式驅動的曲線”繪制出凸輪輪廓曲線，并通過拉伸制作成凸輪模型，見圖3。接著將其裝配成凸輪機構仿真模型，利用軟件的Motion組件，對凸輪機構進行運動和動力仿真，圖4為顯示某凸輪機構的從動件位移線圖和速度線圖，以及凸輪接觸力的方向（該方向與從動件軸線之間的夾角為凸輪機構在該處的壓力角）。

　�。�3）齒輪建模與強度分析及參數優化設計。為獲得標準的漸開線齒輪齒廓，事先編制好齒輪廓線VBA程序ZGear.swp文件，利用設計軟件提供的應用程序接口（API），在設計軟件中調用宏-編輯，繪制齒廓曲線，經特征建模制作成需要的齒輪模型，見圖5。然后再利用軟件的Simulation組件，對齒輪輪齒進行彎曲疲勞強度和接觸疲勞強度計算分析，見圖6，通過分析仿真計算后的各種數據，再對齒輪進行參數優化設計。（4）軸系結構建模與剛、強度設計與分析。由軸受載轉矩計算出軸的最小軸徑，按軸的工作要求在設計軟件中由最小軸徑向中間逐漸增大構建軸的各段直徑和長度，形成階梯軸的模型，再在軟件的Simulation組件中，設置軸的材料，按軸的支承情況設置軸的“夾具”，針對軸上零件承載對軸的影響，按遠程載荷和轉矩的方式對軸進行加載設置，進行網格劃分并運行分析計算，即可通過仿真運算后的結果，對軸的剛、強度進行分析評估。通過應力圖解查看軸的最大應力所在位置，通過位移圖解查看軸的變形情況以及最大變形量及其位置，見圖7；通過疲勞檢查圖解查看軸在特定條件下的最低疲勞安全系數，見圖8。

　　此外，螺栓（組）連接的強度分析、鍵及花鍵連接的強度分析、滾動軸承的動態壽命仿真設計等均可借助于工程設計軟件講授該類零部件采用現代設計的方法和思路。

　　4實踐中出現的問題及對策

　　基于現代設計方法的機械設計基礎課程的教學改革，給傳統的機械專業基礎課程教學帶來新的生機，也深受學員歡迎，對促進學員認識和學習機械設計，掌握現代設計方法產生較大影響，其好的教學效果和產生的積極作用毋容置疑。但是在實踐中，一些新的問題也隨之出現。其一，此項改革的課程學習對學員計算機應用能力有一定要求，而學員此前在該方面的學習基礎薄弱，使得學員在有限的課堂學習中疲于應付認識工程設計軟件，對運用現代設計技術提高設計能力的訓練卻不足。其二，學員通過學習和實踐感受到了運用現代設計方法高效解決工程設計問題的驚喜，但多數學員由于其他輔助知識的脫節，對采用方法的原理和其具體的計算過程還是弄不清，只是知其然，而不知其所以然。其三，新的教學模式對教員也提出了較高要求，包括必須能熟練運用工程設計軟件，在課程講授過程中要能隨時通過軟件輔助教學，幫助學員快速掌握和理解機械設計現代設計方法的應用等。而現階段部分教員離這一要求還存在一定差距。其四，由于學時限制，學員在上機練習現代設計方法中為了完成作業，往往很容易出現抄襲復制，這給教員正確判斷學員學習效果帶來難度。

　　針對上述改革實踐中出現的問題，筆者建議解決的方法是：一、建立與課程改革配套的課程體系，加強學員計算機應用能力的培養，使學員在課程開始前已具備相關的基本技能，從而提高學員學習運用現代設計技術解決問題的效率。二、適當開設相關選修課或增加課外輔導時間，讓學有余力的學員能更進一步地了解現代設計技術及其方法，幫助學員建立自我研究和自我學習的能力。三、任課教員應積極參與工程設計實踐，提高運用現代設計方法解決問題的能力，并學會善于將工程實例結合教學內容引入課堂，加強現代設計技術與機械設計課程內容結合的研究，并將研究成果應用于教學改革中。四、從學員的學習體會反映出，學員們對運用現代設計技術上機實踐的自我要求是相當高的，無需教員盯促。因此可以減少學員上機成績的比例，讓學員安心上機練習，上機作業課中完不成可課后完成，此外教員應掌握和提高判改學員電子作業的技巧和能力。

　　5結束語

　　在當今信息時代，對已成定論的傳統機械設計知識的學習并不像以前那么重要，重要地是教員們在教學中如何不斷地啟發學員掌握先進的知識和技術，提升學員分析和解決問題的能力。通過實踐，機械設計基礎課程引入現代設計技術和方法取得了較好效果，學員通過學習和實踐感受到了運用現代設計方法高效解決工程設計問題的驚喜。這對于提升他們學習機械設計基礎課程的興趣以及盡快理解并掌握現代設計方法起到了積極作用。隨著該項課程改革實踐探索的不斷深入，必將會對傳統機械設計基礎課程的教學和發展帶來深刻影響。

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