用現(xiàn)代設(shè)計方法樹立機械設(shè)計新理念

1、實踐實驗教學(xué)109中國電力教育2010年第15期總第166期過去較長的一段時間以來，學(xué)生對機械專業(yè)普遍不感興趣，這是不爭的事實。原因是他們認為機械專業(yè)太古老、太枯燥、沒有發(fā)展前途。而事實是隨著計算機技術(shù)、信息技術(shù)的飛速發(fā)展，機械行業(yè)的現(xiàn)代設(shè)計方法和技術(shù)已逐步取代了傳統(tǒng)機械設(shè)計的理念，先進的現(xiàn)代制造技術(shù)取代了傳統(tǒng)的機械制造設(shè)備和工藝。高速度、高精密、機電一體化的機械，成為現(xiàn)代機械設(shè)計和制造發(fā)展的方向，而這僅靠傳統(tǒng)機械設(shè)計方法是無法滿足設(shè)計

2、要求的，必須借助現(xiàn)代機械設(shè)計方法才能達到目的。現(xiàn)代機械設(shè)計必須充分利用數(shù)值分析、計算機輔助設(shè)計（CAD）、計算機輔助工程（CAE）、動態(tài)仿真、優(yōu)化設(shè)計、可靠性設(shè)計、虛擬設(shè)計、三維造型、產(chǎn)品全壽命周期設(shè)計、制造企業(yè)信息化等更先進的方法和技術(shù)，才能適應(yīng)新世紀機械行業(yè)的發(fā)展要求。新一代大學(xué)生只有掌握這些新技術(shù)在機械設(shè)計中的應(yīng)用，才能適應(yīng)未來形勢的發(fā)展。而且隨著國家對現(xiàn)代制造業(yè)的重視，現(xiàn)代機械專業(yè)人才將有很好的發(fā)展前途。所以，在高等學(xué)校的機械專

3、業(yè)教學(xué)中，任課教師應(yīng)當(dāng)充分了解目前機械設(shè)計新技術(shù)的發(fā)展形勢，用現(xiàn)代設(shè)計方法培養(yǎng)學(xué)生的機械設(shè)計新理念；讓學(xué)生充分了解先進的現(xiàn)代設(shè)計方法和技術(shù)，對機械設(shè)計樹立全新的認識和超前的意識；激發(fā)學(xué)生對機械設(shè)計的學(xué)習(xí)興趣；培養(yǎng)學(xué)生綜合運用現(xiàn)代設(shè)計方法和技術(shù)創(chuàng)造性地解決實際問題的能力；為國民經(jīng)濟的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)——機械行業(yè)培養(yǎng)高質(zhì)量的現(xiàn)代化工程技術(shù)人才做準備。為此，我們在機械設(shè)計專業(yè)課程教學(xué)實踐中采取了一些措施，進行了一些有益的探索。一、在課程設(shè)置上增加新的

4、內(nèi)容在市場經(jīng)濟環(huán)境下，必須對以往機械設(shè)計教育與市場脫節(jié)的現(xiàn)象加以改革。在加強基礎(chǔ)理論課、技術(shù)基礎(chǔ)課教育的基礎(chǔ)上，更應(yīng)重視實踐課程、前沿學(xué)科、交叉學(xué)科的教育，并充分體現(xiàn)教學(xué)體系的科學(xué)性、完整性和先進性。為了適應(yīng)現(xiàn)代制造業(yè)和現(xiàn)代機械設(shè)計發(fā)展的需要，在機械設(shè)計專業(yè)的課程體系設(shè)置中，增加了許多現(xiàn)代設(shè)計方法課程，比如：數(shù)值計算方法、設(shè)計方法學(xué)、優(yōu)化設(shè)計、可靠性設(shè)計、計算機輔助設(shè)計、有限元分析、數(shù)據(jù)庫技術(shù)、機構(gòu)運動學(xué)和動力學(xué)分析、三維造型設(shè)計、虛擬

5、設(shè)計、計算機應(yīng)用軟件的運用和開發(fā)等重要課程。以前學(xué)生反映，在課堂教學(xué)中學(xué)到的知識比較枯燥，雖然教師一再給學(xué)生強調(diào)所學(xué)課程知識的重要性，但學(xué)生總是缺乏直觀的感受。因此，在以上這些課程的教學(xué)過程中，必須結(jié)合各種實踐手段充分應(yīng)用課程知識，讓學(xué)生在實踐中體會現(xiàn)代機械設(shè)計的新思路、新理念?？梢钥闯觯陨线@些課程涉及機械、數(shù)值計算、計算機、設(shè)計方法學(xué)以及軟件工程等多方面的交叉學(xué)科知識。我們通過分層次地設(shè)置必修課、選修課、專業(yè)課程設(shè)計、新技術(shù)和前沿課

6、題專題講座等環(huán)節(jié)，系統(tǒng)性地、有重點地向?qū)W生傳授現(xiàn)代機械設(shè)計方法、樹立學(xué)生的現(xiàn)代機械設(shè)計新理念。一方面，通過這些課程培養(yǎng)學(xué)生掌握經(jīng)典機械設(shè)計與現(xiàn)代設(shè)計相互滲透與融合的內(nèi)容，強調(diào)參數(shù)設(shè)計、結(jié)構(gòu)設(shè)計以及機械系統(tǒng)總體綜合設(shè)計在現(xiàn)代機械設(shè)計中的重要性，培養(yǎng)學(xué)生多方案設(shè)計和再設(shè)計的能力，特別是突出總體設(shè)計思想，旨在培養(yǎng)學(xué)生的綜合設(shè)計及創(chuàng)新設(shè)計能力。另一方面，還要引導(dǎo)學(xué)生盡可能地了解先進的現(xiàn)代機械代設(shè)計方法，重點講述基于計算機求解的高精度的解析法和數(shù)

7、值法，培養(yǎng)學(xué)生利用現(xiàn)代設(shè)計方法解決實際工程問題的能力；同時，引入基于CAD的智能化、集成化、標準化、網(wǎng)絡(luò)化等現(xiàn)代設(shè)計理論、方法和最新科技成果，展示現(xiàn)代機械設(shè)計的廣闊前景，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和創(chuàng)新能力。二、在教學(xué)方法上強化實踐環(huán)節(jié)如何在教學(xué)環(huán)節(jié)中激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性、培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，是我們教師應(yīng)該不斷思考、不斷嘗試的問題。從教材內(nèi)容改革、教學(xué)方法改革等方面來激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣是我們不斷改革創(chuàng)新的目標。為對學(xué)生進行現(xiàn)代機械設(shè)計的訓(xùn)練，我

8、們必須提供先進的教學(xué)和實驗手段。在現(xiàn)代機械設(shè)計系列課程教學(xué)過程中，我們將現(xiàn)代設(shè)計方法和技術(shù)引入教學(xué)的各個環(huán)節(jié)，包括：課堂教學(xué)、實驗教學(xué)、綜合設(shè)計作業(yè)、課程設(shè)計、第二課堂、教學(xué)實習(xí)、畢業(yè)設(shè)計、產(chǎn)學(xué)研結(jié)合等，努力培養(yǎng)學(xué)生運用、開發(fā)現(xiàn)代機械設(shè)計方法和技術(shù)的興趣及能力。在教學(xué)研究方面，多年來我們一直致力于課程的教學(xué)改革，用現(xiàn)代設(shè)計方法樹立機械設(shè)計新理念張乃龍喬愛科趙京摘要：本文探討了在傳統(tǒng)機械設(shè)計教學(xué)中，通過在課程設(shè)置上增加新的內(nèi)容、在教學(xué)方法

9、上強化實踐環(huán)節(jié)、在思想理念上引導(dǎo)學(xué)生的新思維，讓學(xué)生充分了解先進的現(xiàn)代設(shè)計方法和技術(shù)，對機械設(shè)計樹立全新的認識和超前的意識。特別是通過多種形式的實踐活動，激發(fā)學(xué)生對機械設(shè)計的學(xué)習(xí)興趣和自主學(xué)習(xí)能力，培養(yǎng)學(xué)生綜合運用先進技術(shù)進行創(chuàng)新設(shè)計的能力，用現(xiàn)代設(shè)計方法樹立機械設(shè)計新理念。關(guān)鍵詞：機械設(shè)計；現(xiàn)代設(shè)計方法；實踐；創(chuàng)新；素質(zhì)教育作者簡介：張乃龍（1976），男，山東郯城人，北京工業(yè)大學(xué)機電學(xué)院，講師，工學(xué)博士，主要研究方向：數(shù)字化機械設(shè)計

10、；喬愛科（1967），男，山西平定人，北京工業(yè)大學(xué)機電學(xué)院，教授，工學(xué)博士，主要研究方向：CADCAECFD。（北京100124）基金項目：本文系北京工業(yè)大學(xué)教育教學(xué)研究（項目編號：ER2009C59）、北京工業(yè)大學(xué)2008研究生課程建設(shè)項目（項目編號：CR2008B007）的研究成果。DOI編碼：10.3969j.issn.10070079.2010.15.050實踐實驗教學(xué)110中國電力教育2010年第15期總第166期探索新的教學(xué)

11、方法和手段，逐步引入了多媒體的教學(xué)手段。在實驗室建設(shè)方面，引進了大批高質(zhì)量的實驗教學(xué)設(shè)備，并在此基礎(chǔ)上進行了消化吸收和二次開發(fā)，使實驗教學(xué)條件得到了巨大的改善，初步建立了設(shè)計性、綜合性、多層次的新型實驗教學(xué)體系。在此基礎(chǔ)上，引入現(xiàn)代設(shè)計思想并結(jié)合先進的設(shè)計手段開展專業(yè)課程的教學(xué)工作。1.課堂教學(xué)采用多媒體CAI課件和CAD軟件進行教學(xué)；開設(shè)了一系列現(xiàn)代機械設(shè)計課程；指導(dǎo)學(xué)生完成一系列專業(yè)課程大作業(yè)，既有系統(tǒng)性又有側(cè)重點地將現(xiàn)代機械設(shè)計方

12、法傳授給學(xué)生。采用多媒體課件可以大大活躍課堂氣氛，很受學(xué)生的歡迎，起到了寓教于樂的良好效果。2.實驗教學(xué)要充分發(fā)揮實驗室的作用，讓學(xué)生積極、廣泛地參與到實驗室運用和建設(shè)中來，從實踐教學(xué)中獲得知識、提高能力。通過運用商業(yè)或自行開發(fā)的CAI和CAD軟件，不僅讓學(xué)生了解了傳統(tǒng)機械設(shè)計實驗的原理和方法，而且了解了機械、傳感器、計算機軟硬件、數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理等多學(xué)科知識。目前實驗室裝配有ADAMS、ANSYS、Techoptimizer、MAT

13、LAB、SOLIDEDGE、PROE、ABQUS、HYPERMESH、開目CAD等多種優(yōu)秀的主流現(xiàn)代設(shè)計軟件，學(xué)生在專業(yè)課程學(xué)習(xí)、課程設(shè)計、畢業(yè)設(shè)計等教學(xué)環(huán)節(jié)中，可以充分利用實驗室的條件，及時熟悉新學(xué)的知識。在以上環(huán)節(jié)中，學(xué)生不僅對運用CAI課件感興趣，而且還有學(xué)生對軟件的開發(fā)感興趣。因此對開拓學(xué)生思路、激發(fā)學(xué)生思維都具有積極的意義。3.課程設(shè)計指導(dǎo)學(xué)生自行編制計算機輔助機構(gòu)分析程序、應(yīng)用CAD軟件進行各種機械零件的設(shè)計，完成課程設(shè)計所

14、要求的裝配圖、零件圖和計算說明書等。鼓勵學(xué)生利用課外學(xué)到的知識完成課程設(shè)計作業(yè)，更加靈活地安排教學(xué)內(nèi)容和形式，讓學(xué)生積極主動地分析問題、尋找解決問題的方法，培養(yǎng)學(xué)生自己動手的能力。4.專業(yè)綜合課程設(shè)計、畢業(yè)設(shè)計指導(dǎo)學(xué)生應(yīng)用專門的現(xiàn)代設(shè)計方法完成特定的、深入的研究和設(shè)計任務(wù)，對學(xué)生進行全面、綜合的訓(xùn)練，從而達到培養(yǎng)高素質(zhì)、應(yīng)用型人才的目的。通過在高年級學(xué)生中實行“導(dǎo)師制”，可以讓學(xué)生融入到導(dǎo)師的科研課題中去，讓本科生和研究生形成一個研究梯

15、隊，讓學(xué)生在這種鉆研、進取的氛圍中感受科技人員應(yīng)有的素質(zhì)和精神。在這一階段，通過指導(dǎo)學(xué)生創(chuàng)造性地完成CAI和CAD等實際設(shè)計任務(wù)，可以讓學(xué)生從具體問題出發(fā)，不斷學(xué)習(xí)新的知識、掌握新的技能，養(yǎng)成自動學(xué)習(xí)和自主解決問題的良好習(xí)慣，逐步提高自身的素質(zhì)。5.課外活動組織學(xué)生參加一些專題講座和前沿課題的研究與實踐，組織課題小組參加一些影響力較大、涉及面較廣的創(chuàng)新設(shè)計競賽活動，或者參與到全國性甚至國際性的大學(xué)生創(chuàng)新設(shè)計比賽、機械設(shè)計大賽、機器人大賽

16、等設(shè)計競賽活動中，讓學(xué)生體會到機械學(xué)科的現(xiàn)實意義和發(fā)展前景。設(shè)計的靈魂是創(chuàng)新。通過讓學(xué)生參加這些具有創(chuàng)新性、挑戰(zhàn)性的工作，可以將“教”和“學(xué)”兩方面結(jié)合得更緊密，互相促進，效果更好。近幾年來，筆者所在北京工業(yè)大學(xué)學(xué)生在北京市機械設(shè)計大賽、全國機械創(chuàng)新設(shè)計大賽以及機器人比賽等重要比賽中都取得了優(yōu)異的成績，大大激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)和鉆研現(xiàn)代機械設(shè)計的熱情。由此可見，在以上這些教學(xué)方法和環(huán)節(jié)中，強化實踐教學(xué)環(huán)節(jié)很重要，而且效果較為明顯。許多學(xué)生反映

17、，在這些實踐環(huán)節(jié)中所學(xué)到的知識，比大學(xué)前三年所學(xué)的知識更充實、更豐富。當(dāng)然，實踐環(huán)節(jié)并不能代替課堂教學(xué)，因為只有掌握了系統(tǒng)的學(xué)科知識，才能在設(shè)計實踐中自覺提高設(shè)計水平。教學(xué)和實踐應(yīng)當(dāng)很好地結(jié)合，才能培養(yǎng)出適應(yīng)能力更強的人才。三、在思想理念上引導(dǎo)學(xué)生的新思維我國高等教育培養(yǎng)的學(xué)生，與國外的學(xué)生相比，缺乏創(chuàng)新的意識和能力，這與我國的教育體制是密切相關(guān)的。形勢逼人，我們必須逐步建立合理的教育體系，改革目前的教育、教學(xué)方法，拓寬思路，積極利用現(xiàn)

18、代設(shè)計方法，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維意識，為學(xué)生適應(yīng)未來千變?nèi)f化的環(huán)境奠定基礎(chǔ)。在如今的知識經(jīng)濟時代，意識的落后直接阻礙了技術(shù)和經(jīng)濟的發(fā)展。因此，教師除了向?qū)W生傳授知識外，更重要的是讓學(xué)生掌握學(xué)習(xí)新知的方法和先進的思維方式，讓學(xué)生在大學(xué)四年中打好終身學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)。這就對新時代的教師提出了更加嚴格的要求。因此，機械專業(yè)教師應(yīng)不斷提高自身素質(zhì)，同時要在各個教學(xué)環(huán)節(jié)中有意識地引導(dǎo)學(xué)生對現(xiàn)代機械設(shè)計的新認識，培養(yǎng)學(xué)生對現(xiàn)代機械設(shè)計的學(xué)習(xí)興趣，樹立現(xiàn)代機

19、械設(shè)計新理念。通過整合課程內(nèi)容、編寫新的教材、探索新的教學(xué)方法、挖掘新的實驗教學(xué)內(nèi)容、完善實驗教學(xué)管理機制、開展“產(chǎn)學(xué)研”相結(jié)合的實踐、充分利用最新科研成果等途徑，讓學(xué)生感受到現(xiàn)代機械設(shè)計的勃勃生機。通過介紹現(xiàn)代機械設(shè)計中的新材料、新工藝、新技術(shù)等，向?qū)W生灌輸新的意識。同時，通過以上的各種教學(xué)手段、教學(xué)環(huán)節(jié)，特別是實踐環(huán)節(jié)等，訓(xùn)練學(xué)生自主分析問題、解決問題的能力，讓學(xué)生在實踐中體驗成就感，樹立自信心。在事實面前讓學(xué)生體會形勢的發(fā)展，培養(yǎng)