機械設計基礎論文

摘要：通過對工業設計專業《機械設計基礎》課程教學的開展和實踐, 分析了目前教學過程中存在的問題。針對這些問題, 結合工業設計專業的學科特點, 從教學內容、教學模式、教學方法, 實踐教學和課程考覈等方面詳細介紹了課程教學改革的一些探索, 以此來豐富和完善該課程的教學, 使得《機械設計基礎》課程教學教有所成學有所用。

關鍵詞：工業設計; 機械設計基礎; 教學改革;

工業設計專業的知識體系包括了工學知識體系、設計學知識體系和人文藝術知識體系, 《機械設計基礎》是工業設計專業重要的一門工學基礎課程。工業設計師如果沒有掌握機械設計等方面的工程知識, 就很難深入理解產品工作的基本原理, 無法和產品工程師很好地溝通。通過該課程的學習, 掌握常用機構的性能、特點, 掌握典型通用機械零部件的功能特點、選用原則、常用材料選取, 初步具有設計常用機構的能力, 解決產品設計中的結構問題, 爲產品設計服務[1]。在目前的機械設計基礎教學中, 教學觀念、教學內容、教學方法、教學手段和課程考覈等沒有充分考慮到工業設計專業的學科特點。因此, 本文通過在機械設計基礎教學中的經驗方法, 探討機械設計基礎課程的教學改革, 使其適應工業設計專業特點, 培養學生的創新意識和工程設計能力。

1 機械設計基礎課程改革研究現狀

國內已有部分高校對《機械設計基礎》課程進行改革和建設[2]。以機械設計基礎課程爲研究對象, 基於U nity 3D遊戲技術引擎, 利用三維建模融合網絡技術設計了基於Web的三維虛擬實驗平臺[3]。建立了一套與應用技術型教育相適應的機械設計基礎課程考覈評價指標體系[4]。運用Solid Works教學方法對機械設計基礎課程進行改革[5]。以網絡資源共享爲基礎, 通過模塊化建設機械設計基礎課程的資源共享[6]。機械設計基礎課程教學中, 以項目爲載體, 採用項目化教學爲主導的多元化教學法[7]。通過應用多媒體技術、三維仿真軟件, 開發創新性實驗等措施對機械設計基礎教學進行改革探索[8]。通過加強與工程實際的聯繫、及時更新教學內容、改進教學方法等措施改革機械設計基礎課程。

上述《機械設計基礎》課程改革主要針對機械類專業, 而工業設計專業學生畢業後主要從事工業產品造型設計, 結構設計和人機交互設計。對於該課程, 學生只需掌握常用機構和通用零件, 產品設計過程中產品的結構形式、構件之間的連接、受力特點、機構原理等知識, 不必掌握背後複雜的公式計算和推導。因此, 工業設計專業學生需要掌握的機械知識與機械類專業學生不同, 上述《機械設計基礎》課程改革對工業設計專業學生並不適用。

2 目前教學中存在的'問題

2.1 學生缺乏學習興趣與動力

《機械設計基礎》課程內容理論性較強, 很多知識點需要通過抽象思維理解。工業設計專業學生抽象思維較弱, 形象思維較強;工程意識薄弱, 對機構及零部件認識不足, 缺乏機械工程領域的基礎知識。使得工業設計專業學生覺得課程枯燥乏味, 提不起學習興趣和動力。

2.2 教材案例與工業設計專業結合不夠緊密

《機械設計基礎》教材中的單缸內燃機、鄂式破碎機、牛頭刨牀、鶴式起重機等案例與工業設計的研究方向結合不緊密, 造成了工業設計專業學生在認知和理解上的困惑。

2.3 教學方法單一, 理論與實踐結合度差

《機械設計基礎》課程具有很強的工學和理學的綜合性。因此, 課堂教學以教師爲主的理論講授, 上課氣氛呆板, 讓工業設計專業的學生不適應, 失去學習興趣;直接讓學生進行設計實踐, 學生又無從下手。

2.4 和專業課的銜接問題

目前《機械設計基礎》課程教學注重系統性地講授課程內容, 而忽略了與工業設計專業課的結合, 由於課程間缺乏銜接, 學生很難運用所學知識解決產品設計中的實際問題。

2.5 考覈形式單一

目前課程考覈以考試爲主, 過多地關注考試結果, 而忽略了學習的完整性, 導致部分學生放鬆平時的學習, 臨時突擊複習, 死記硬背、抄襲, 缺乏深入的思考。

爲解決上述問題, 結合工業設計專業的學科特點, 對《機械設計基礎》課程進行有針對性的創新調整。

3 改革內容

工業設計專業《機械設計基礎》課程改革, 以培養學生創新設計能力, 產品結構分析能力和解決實際工程問題的能力爲目標, 降低理論計算要求, 以工業設計常見設計產品爲對象, 堅持實用爲主、夠用爲度, 發揮學生的主體地位和教師的主導地位, 將理論教學和技能訓練有機結合, 培養學生的綜合應用能力。

3.1 教學內容改革

構建知識理論與實踐一體化課程結構與內容。新的課程體系, 以能力爲本位, 以工業設計常見機械結構設計爲主線, 以“必需、夠用”爲原則, 遵循學生認知規律, 從對簡單機械結構認識入手, 由淺入深, 循序漸進, 逐步掌握機械結構設計的基本理論和基本方法, 突出知識的實用性與針對性。設計師學習工科技術需要的是邏輯, 而不是數學。刪除不必要的公式推導和涉及複雜計算的內容, 對於需掌握的公式, 只要求學生理解公式中每個參數的意義, 會應用公式分析計算。工業設計能用到的機構運動的原理性內容100多年前既已停止發展, 指定一本機構圖冊讓學生反覆學習, 熟悉機構運動的各種變形與組合應用實例, 從而掌握機構運動的原理。增加適合工業設計專業方向的教學案例, 如交通工具類、家用工具類、玩具類、健身器械類等靈巧機械產品, 用生動、直觀的產品實例闡述機械工程與工業設計之間的緊密關係。跟蹤學科發展動態, 豐富教學內容, 在授課過程中適時地傳達新的理論和研究方法, 如機器人技術、微型機械、撓性機械、納米機械等最新研究成果, 培養專業興趣, 增加學生的知識面, 拓展學生的視野, 提高學習熱情。

3.2 教學模式改革

以機械認識——機械設計——機械研究——機械創新爲主線, 堅持“實在” (有豐富多樣的具休內涵) 、“實用” (密切結合產品設計中的實用技術) 的基本原則, 從簡單到複雜, 從一般到先進, 從局部到整體, 從單一到綜合, 在教學過程中採用課堂討論式教學、啓發式教學、案例教學、情境教學、項目教學、彙報點評等教學模式, 注重基礎應用性, 從理論的傳授過渡到方法的學習。允許學生展開想象, 自由發揮, 激勵學生主動思考、合理思考, 鼓勵學生多向思維, 調動學生的積極性。感受機械設計成果的美感, 並以此增強學生的審美情趣。鼓勵學生結合生活和產品設計實踐中的各種案例, 提出問題或假設, 通過分析、歸納、總結, 增強對基礎理論的理解。

3.3 教學方法改革

遵循以學生爲主體, 以教師爲主導的教育理念, 改進教學手段和教學方法。充分利用實物、模型、計算機多媒體技術和網絡技術進行立體化教學。用Authorware、Power Point等軟件製作課件, 運用Solidworks、3Dmax、ADAMS等軟件將常見的機構製作成三維動畫, 增強學生對機構運動的感性認識, 使課堂教學更加生動, 激發學生的學習興趣, 提高教學效果。如在進行機構運功簡圖繪製和機構自由度計算教學中, 通過動畫演示展現機構運功簡圖繪製的步驟和機構實際的運動情況。在進行平面連桿機構的教學中, 通過圖片、動畫或錄像演示風扇搖頭機構, 抓片 (膠片) 機構, 門窗啓閉機構, 汽車前輪轉向架等實例闡述曲柄搖桿機構, 雙曲柄機構和雙搖桿機構的區別。與解析法相比, 圖解法具有方法直觀、原理簡單、作圖便捷等優點, 比較符合工業設計專業學生形象思維強、抽象思維相對較弱的特點。在進行機構分析和設計的教學中, 捨棄解析法, 改用更加直觀和易於理解的圖解法。

3.4 實踐教學改革

加強實踐教學, 注重理論與實踐的結合, 形成“理論一實踐一再理論一再實踐”螺旋式推進的實踐教學。在教學中讓學生動起來, 實現“做中學、學中做”學做合一。讓學生根據自己的興趣和特長, 製作機械創新設計作品, 鼓勵並指導學生積極參加各類工業設計大賽, 機械創新大賽和大學生科研訓練計劃 (SRT) 項目, 挖掘學生創新潛能, 培養學生工程實踐能力, 團隊協作能力, 開拓創新能力和綜合設計能力。

3.5 課程考覈改革

從“如何運用基本理論和方法, 發現問題、分析問題、解決實際問題”的角度, 對學生的學習情況進行客觀合理的考覈。建立能激勵學生學習興趣的過程性考覈和終結性考覈相結合, 定性與定量相結合的綜合考覈體系。過程性考覈主要包括個人作業、團隊作業、分析報告、課堂討論、[資料閱讀、設計實踐等要素, 過程性考覈注重考查學生對知識的理解和掌握情況, 引導學生重視平時學習, 培養學生的學習能力;終結性考覈注重考查學生的知識應用能力。

4 結語

本文對工業設計專業《機械設計基礎》課程教學改革做了分析介紹, 課程改革針對工業設計專業學科特點, 突出以學生爲主體, 強調理論與實踐, 採用富有實效、靈活多樣的教學內容、教學模式、教學方法調動學生的學習興趣和積極性, 提高學生的創新意識和解決實際問題的能力, 爲社會培養出更多優秀的工業設計專業人才。

參考文獻

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