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篇1

【關(guān)鍵詞】：新技術(shù)、電渣壓力焊、直螺紋、靜力拉伸試驗(yàn)。

中圖分類號(hào)：TU392.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

一、前言

近年來(lái)，隨著建筑新技術(shù)、新材料、新工藝的大量推廣應(yīng)用，粗直徑鋼筋連接技術(shù)特到了迅猛發(fā)展，其中尤以鋼筋電渣壓力焊連接技術(shù)、直螺紋連接技術(shù)的應(yīng)用最為普遍。以江蘇通州二建建設(shè)工程公司承建的北京萬(wàn)科星園9號(hào)樓為例，該工程位于北京市朝陽(yáng)區(qū)北五環(huán)，建筑面積1.8萬(wàn)平方米，地上22層，地下2層，框架剪力墻結(jié)構(gòu)， 抗震等級(jí)均為二級(jí)。該工程基礎(chǔ)底板鋼筋、框架梁縱筋均采用“直螺紋”機(jī)械連接，框架柱縱筋、電梯井筒和剪力墻內(nèi)暗柱縱筋均采用“電渣壓力焊”法連接，其余鋼筋則采用綁扎搭接。

鋼筋電渣壓力焊連接技術(shù)、直螺紋連接技術(shù)在該工程的成功應(yīng)用表明，新型鋼筋機(jī)械連接技術(shù)因其操作簡(jiǎn)單，質(zhì)量穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)受力合理，既保證了工程質(zhì)量，又提高了勞動(dòng)效率，因此具有顯著的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益，值得大力推廣。但也有個(gè)別工程在應(yīng)用上述新型鋼筋機(jī)械連接技術(shù)的過(guò)程中，因技術(shù)要領(lǐng)控制不當(dāng)，造成鋼筋現(xiàn)場(chǎng)抽檢時(shí)靜力拉伸試驗(yàn)不合格，從而造成返工。這樣既浪費(fèi)了寶貴的施工時(shí)間，延緩了工程進(jìn)度，又浪費(fèi)了施工資源，可謂“得不償失”。本文將從工藝流程、技術(shù)要領(lǐng)的控制方面著手，研究分析上述兩種鋼筋機(jī)械連接施工時(shí)應(yīng)注意的問(wèn)題。

二、鋼筋直螺紋機(jī)械連接施工

（一）、直螺紋連接工作原理

將兩根待接鋼筋利用專用滾絲機(jī)滾絲，形成直螺紋絲頭，通過(guò)直螺紋連接套把兩根帶絲頭的鋼筋用扳手?jǐn)Q緊，利用絲間機(jī)械的咬合形成整體。

鋼筋直螺紋連接示意圖

（二）、設(shè)備選用

鋼筋“滾軋直螺紋”機(jī)械連接技術(shù)選用的設(shè)備為GGZ-40型鋼筋直螺紋滾軋機(jī)、管鉗板手及其它輔助工具等，其中鋼筋直螺紋滾軋機(jī)的額定電壓為380V。

（三）、材質(zhì)要求

鋼筋滾軋直螺紋連接套筒須有產(chǎn)品合格證、明顯的規(guī)格標(biāo)志及等級(jí)標(biāo)志。該工程所用連接套筒的規(guī)格主要有Φ22、Φ25、Φ28三種，力學(xué)性能均為A級(jí)，其接頭的抗拉強(qiáng)度須達(dá)到或超過(guò)鋼筋母材抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值，并應(yīng)具備高延性及反復(fù)拉壓性能。

（四）、施工方法

1、現(xiàn)場(chǎng)準(zhǔn)備、人員準(zhǔn)備

為確保鋼筋螺紋絲頭的加工質(zhì)量，凡從事鋼筋滾軋直螺紋加工工作的人員必須經(jīng)過(guò)專業(yè)技術(shù)培訓(xùn)，經(jīng)考核合格后持證上崗。班組成員應(yīng)相對(duì)固定；

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)特點(diǎn)，本工程鋼筋滾軋直螺紋等強(qiáng)連接的端頭螺紋均在場(chǎng)外預(yù)制，現(xiàn)場(chǎng)連接安裝。所有鋼筋絲頭的加工均在鋼筋加工場(chǎng)地完成。

GGZ-40型鋼筋直螺紋滾軋機(jī)應(yīng)與放置在支架上待加工的鋼筋中心線保持在同一直線，且標(biāo)高一致。

人員配置情況：每臺(tái)·班配操作工人3-4人，其中滾軋直螺紋絲頭1人，絲頭質(zhì)檢、蓋保護(hù)帽及搬運(yùn)2-3人。

2、工藝流程

鋼筋下料滾絲上塑料保護(hù)套擰連接套筒（與下端鋼筋連接）擰緊連接套筒（與上根鋼筋連接）質(zhì)量檢驗(yàn)綁扎鋼筋骨架。

鋼筋下料不得用電焊、氣割等加熱方法切斷，可用砂輪切割機(jī)切斷。要求鋼筋切割端面垂直于鋼筋軸線，否則應(yīng)調(diào)整機(jī)器，直至符合要求。鋼筋端頭不準(zhǔn)撓曲，不得有馬蹄形。

鋼筋滾絲在GGZ-40型鋼筋直螺紋滾軋機(jī)上進(jìn)行。鋼筋滾絲時(shí)必須使用水溶性切削冷卻液，不準(zhǔn)使用油性切割液或機(jī)油液，不準(zhǔn)不加液直接滾絲。每臺(tái)鋼筋直螺紋滾軋機(jī)每班可加工400-600個(gè)絲頭。鋼筋滾絲時(shí)，直螺紋滾軋機(jī)上的滾絲器應(yīng)與鋼筋規(guī)格調(diào)整一致。標(biāo)準(zhǔn)型鋼筋絲頭的螺紋加工長(zhǎng)度為：鋼筋規(guī)格：Φ22、Φ25、Φ28，絲頭長(zhǎng)度分別為31mm、33mm、36mm。

鋼筋絲頭加工完畢，應(yīng)立即蓋上塑料保護(hù)帽或擰上連接套筒，防止裝卸鋼筋時(shí)損壞絲頭，影響連接質(zhì)量。

滾軋直螺紋鋼筋機(jī)械連接技術(shù)現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量控制的核心是絲頭的加工質(zhì)量，因此必須認(rèn)真、仔細(xì)地檢驗(yàn)。絲頭檢驗(yàn)的要素包括：a、外觀及外形質(zhì)量檢驗(yàn)，包括：鋼筋絲頭螺紋應(yīng)飽滿，螺紋大徑低于螺紋中徑的不完整扣，累計(jì)長(zhǎng)度不得超過(guò)3個(gè)螺紋周長(zhǎng)，鋼筋絲頭長(zhǎng)度誤差為2P（P為螺距）；b、螺紋尺寸檢驗(yàn)：用專用檢驗(yàn)環(huán)規(guī)，當(dāng)鋼筋絲頭插入時(shí)，鋼筋端面在環(huán)規(guī)缺口范圍內(nèi)，即為合格。

加工的絲頭應(yīng)逐個(gè)自檢，出現(xiàn)不合格絲時(shí)應(yīng)切去重新加工；

自檢合格的絲頭，應(yīng)由質(zhì)檢員隨機(jī)抽樣進(jìn)行檢驗(yàn)，以一個(gè)工作班加工的絲頭為一個(gè)驗(yàn)收批，隨機(jī)抽檢10%。當(dāng)合格率小于95%時(shí)，應(yīng)加倍抽檢，復(fù)檢合格率仍小于95%時(shí)，應(yīng)對(duì)全部絲頭逐個(gè)檢驗(yàn)。

連接前的準(zhǔn)備：鋼筋連接之前，先回收絲頭上的塑料保護(hù)帽和套管端頭的塑料密封蓋，并檢查鋼筋規(guī)格是否和連接套筒一致，檢查螺紋絲扣是否完好無(wú)損、清潔。如發(fā)現(xiàn)雜物或銹蝕要用鐵刷清理干凈。

標(biāo)準(zhǔn)型接頭的連接：把裝好連接套筒的鋼筋擰到被連接鋼筋上，然后用管形板手?jǐn)Q緊鋼筋，使兩根鋼筋對(duì)頂緊，套筒兩端外露的絲扣不超過(guò)兩個(gè)完整扣，連接即完成。隨后畫(huà)上標(biāo)志，便于質(zhì)檢人員抽檢、記錄。

接頭檢驗(yàn)：接頭連接完成后，由質(zhì)檢人員分批檢驗(yàn)。檢驗(yàn)方式為：目測(cè)。接頭兩端外露螺紋長(zhǎng)度相等，且不超過(guò)兩個(gè)完整絲扣。

3、施工現(xiàn)場(chǎng)連接接頭質(zhì)量檢驗(yàn)

按《鋼筋機(jī)械連接通用技術(shù)規(guī)程》（JGJ107-96）的要求，在正式加工連接前，每種規(guī)格的鋼筋先做一組（3根）試件，待做靜力拉伸試驗(yàn)合格后方可大量加工連接。

現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)前，滾軋直螺紋鋼筋連接技術(shù)的提供單位應(yīng)向使用單位提供有效的型式檢驗(yàn)報(bào)告。

在支模前，質(zhì)檢員按規(guī)定的抽檢數(shù)量進(jìn)行檢驗(yàn)。要求鋼筋連接質(zhì)量100%合格。鋼筋接頭的絲扣外露部分不得超過(guò)兩個(gè)完整絲扣。

鋼筋連接接頭的現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)按驗(yàn)收批進(jìn)行。同一施工條件下采用同一批材料的同等級(jí)同型式同規(guī)格接頭，以500個(gè)為一個(gè)驗(yàn)收批進(jìn)行檢驗(yàn)和驗(yàn)收，不足500個(gè)時(shí)也作為一個(gè)驗(yàn)收批。對(duì)每一驗(yàn)收批接頭，必須在工程結(jié)構(gòu)中隨機(jī)截取3個(gè)試件進(jìn)行試驗(yàn)，并按要求做單向拉伸強(qiáng)度試驗(yàn)。當(dāng)每個(gè)試件單向拉伸強(qiáng)度試驗(yàn)均符合要求時(shí)，該驗(yàn)收批評(píng)為合格；如有一個(gè)試件的強(qiáng)度不合格，應(yīng)再截取6個(gè)試件進(jìn)行復(fù)檢，復(fù)檢中有一個(gè)試件試驗(yàn)結(jié)果不合格，則該驗(yàn)收批評(píng)為不合格。

施工現(xiàn)場(chǎng)連續(xù)檢驗(yàn)10個(gè)驗(yàn)收批，當(dāng)全部單向拉伸試件均一次性抽檢合格時(shí)，驗(yàn)收批接頭數(shù)量可擴(kuò)大到1000個(gè)。

（五）、標(biāo)志、包裝、運(yùn)輸、儲(chǔ)存要求

鋼筋直螺紋連接套筒應(yīng)在保護(hù)塞上標(biāo)明規(guī)格標(biāo)志。

連接套筒出廠前應(yīng)成箱包裝，包裝箱外應(yīng)標(biāo)明產(chǎn)品名稱、規(guī)格、數(shù)量、生產(chǎn)廠家。

包裝箱內(nèi)必須附有產(chǎn)品合格證，其內(nèi)容包括：型號(hào)、適用鋼筋品種、檢驗(yàn)日期、質(zhì)量合格簽章及廠名、廠址、聯(lián)系電話等。

套筒在運(yùn)輸過(guò)程中應(yīng)妥善保管，避免雨淋、沾污、遭受機(jī)械損傷。

鋼筋絲頭檢驗(yàn)合格后應(yīng)套上塑料保護(hù)帽，按規(guī)格分類堆放整齊；

雨季或長(zhǎng)期堆放情況下，應(yīng)對(duì)鋼筋絲頭采取防銹措施；

鋼筋絲頭在運(yùn)輸過(guò)程中應(yīng)妥善保護(hù)，避免雨淋、沾污、遭受機(jī)械損傷。

（六）、安全技術(shù)措施

如在高空進(jìn)行鋼筋機(jī)械連接作業(yè)，必須遵守國(guó)家現(xiàn)行《建筑施工高處作業(yè)安全技術(shù)規(guī)范》JGJ80的規(guī)定。

電纜、電線應(yīng)防止負(fù)重拖拉、彎折和尖利物體的刻劃。

操作機(jī)械時(shí)嚴(yán)格按操作規(guī)程進(jìn)行。

三、鋼筋電渣壓力焊施工

鋼筋電渣壓力焊是利用電流通過(guò)渣池產(chǎn)生的電阻熱將鋼筋端部熔化，然后施加壓力使鋼筋焊合。該焊接方法比鋼筋電弧焊容易掌握、工效高、成本低、工作條件好！現(xiàn)場(chǎng)的部分框架柱和暗柱鋼筋采用此法接長(zhǎng)。

該工程鋼筋電渣壓力焊采用電弧引燃法施工。

（一）、施工方法

鋼筋電渣壓力焊施焊前，先平整鋼筋端面，將鋼筋端部120mm范圍內(nèi)的鐵銹、雜質(zhì)刷凈，將待接長(zhǎng)鋼筋安放在專用夾具鉗口內(nèi)夾緊，并使兩根鋼筋的軸線在同一直線上。鋼筋一經(jīng)夾緊，不得晃動(dòng)。

引弧采用直接引弧法。

引弧后，先進(jìn)行電弧過(guò)程，然后加快上鋼筋下送速度，使鋼筋端面與液態(tài)渣池接觸，轉(zhuǎn)變?yōu)殡娫^(guò)程，最后在斷電的同時(shí)，迅速下壓上鋼筋，擠出熔化金屬和熔渣。

接頭焊接完畢，應(yīng)停歇后方可回收焊劑和卸下焊接夾具，并敲去渣殼；四周焊包應(yīng)均勻，凸出鋼筋表面的距離應(yīng)大于等于4mm。

電渣壓力焊的焊接參數(shù)應(yīng)符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的規(guī)定；

注：當(dāng)不同直徑鋼筋焊接時(shí)，應(yīng)按較小直徑鋼筋選擇參數(shù)，焊接通電時(shí)間可適當(dāng)延長(zhǎng)。

在焊接生產(chǎn)過(guò)程中，焊工應(yīng)進(jìn)行自檢，當(dāng)發(fā)現(xiàn)偏心、彎折、燒傷等焊接缺陷時(shí)，應(yīng)按下表查找原因和采取措施，及時(shí)清除并糾正：鋼筋焊接應(yīng)注意的安全問(wèn)題：鋼筋焊接必須注意安全，嚴(yán)格按安全技術(shù)要求操作。要對(duì)電源進(jìn)行維護(hù)，嚴(yán)禁鋼筋接觸電源。焊機(jī)必須接地，焊接導(dǎo)線及鉗口接線處，都必須可靠絕緣。變壓器和焊機(jī)都不準(zhǔn)超負(fù)荷使用。必須重視焊接現(xiàn)場(chǎng)的消防工作。要注意操作人員的勞動(dòng)保護(hù)，謹(jǐn)防觸電，并保護(hù)好眼睛。

（二）、鋼筋電渣壓力焊接頭的質(zhì)量檢查與驗(yàn)收

電渣壓力焊接頭應(yīng)逐個(gè)進(jìn)行外觀檢查。當(dāng)進(jìn)行力學(xué)性能試驗(yàn)時(shí)，應(yīng)從每批接頭中隨機(jī)切取3個(gè)試件做拉伸試驗(yàn)，且應(yīng)按下列規(guī)定抽取試件：在現(xiàn)澆鋼筋混凝土多層建筑中，應(yīng)以每一樓層或施工區(qū)段中300個(gè)同級(jí)別鋼筋接頭作為一批，不足300個(gè)接頭仍作為一批。

電渣壓力焊接頭外觀檢查結(jié)果應(yīng)符合下列要求：

四周焊包凸出鋼筋表面的高度應(yīng)大于等于4mm；

鋼筋與電極接觸處，應(yīng)無(wú)燒傷缺陷；

接頭處的彎折角不得大于4度（即：自接頭處向上1m范圍內(nèi)的偏差不應(yīng)大于7mm）；

接頭處的軸線偏移不得大于鋼筋直徑的0.1倍，且不得大于2mm；

外觀檢查不合格的接頭應(yīng)切除重焊，或采取補(bǔ)強(qiáng)焊接措施（如幫條焊）。

電渣壓力焊接頭拉伸試驗(yàn)結(jié)果，3個(gè)試件的抗拉強(qiáng)度均不得低于該級(jí)別的鋼筋規(guī)定的抗拉強(qiáng)度。

當(dāng)試驗(yàn)結(jié)果中有一個(gè)試件的抗拉強(qiáng)度低于規(guī)定值，應(yīng)再取6個(gè)試件進(jìn)行復(fù)驗(yàn)。復(fù)試結(jié)果，當(dāng)仍有一個(gè)試件的抗拉強(qiáng)度低于規(guī)定值，確認(rèn)該批接頭不合格！

四、技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析

該工程采用電渣壓力焊連接的鋼筋總量為260.1t，若改為傳統(tǒng)的綁扎搭接法連接，須增加鋼筋用量約18.5t，由此節(jié)省了工程費(fèi)用5.5萬(wàn)元；采用直螺紋機(jī)械連接的鋼筋總量為258.1t，與采用綁扎搭接法相比，可節(jié)約鋼材18.5t，節(jié)省費(fèi)用5.5萬(wàn)元。而電渣壓力焊和直螺紋機(jī)械連接的接頭費(fèi)用（材料費(fèi)）合計(jì)為6.3萬(wàn)元，由此節(jié)約資金：5.5+5.5-6.3＝4.7萬(wàn)元。

五、新技術(shù)應(yīng)用體會(huì)

（一）、滿足了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和使用功能的要求。

按照常規(guī)綁扎或搭接焊的方法，鋼筋受力不在同一軸向，會(huì)產(chǎn)生小偏心受拉或者受壓，使得結(jié)構(gòu)內(nèi)部應(yīng)力分布不均勻，影響結(jié)構(gòu)安全。采用上述連接方法，所有接頭均是軸向?qū)?，受力情況較好，質(zhì)量穩(wěn)定可靠。抽檢表明，本工程直螺紋機(jī)械連接和電渣壓力焊連接接頭的合格率為100%。

（二）、提高了工效，便于施工操作。

鋼筋直螺紋機(jī)械連接，可以預(yù)先完成一半作業(yè)（加工、套絲），另一半作業(yè)（連接）在操作面上完成。這樣，便于流水施工，使得連接速度加快。而電渣壓力焊連接可直接在現(xiàn)場(chǎng)完成施焊作業(yè)。

（三）‘綜合經(jīng)濟(jì)效益較好。

采用上述方法進(jìn)行鋼筋連接，可以充分滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求，具有穩(wěn)定、可靠的施工質(zhì)量，工期也有所縮短。與采用綁扎搭接法相比，上述連接方法共節(jié)省造價(jià)4.7萬(wàn)元。

篇2

關(guān)鍵詞：機(jī)械設(shè)計(jì) 教學(xué)體系 創(chuàng)新

機(jī)械設(shè)計(jì)是機(jī)械類專業(yè)的一門(mén)重要技術(shù)基礎(chǔ)課程，能夠培養(yǎng)學(xué)生的工程設(shè)計(jì)能力。因此，應(yīng)當(dāng)加大機(jī)械設(shè)計(jì)教學(xué)體系的創(chuàng)新力度，培養(yǎng)學(xué)生具有分析、解決工程問(wèn)題，設(shè)計(jì)、創(chuàng)造新的機(jī)械裝備的能力，為國(guó)家培養(yǎng)更多機(jī)械設(shè)計(jì)創(chuàng)新性人才。

一、目前機(jī)械設(shè)計(jì)教學(xué)體系存在問(wèn)題

目前機(jī)械設(shè)計(jì)教學(xué)體系主要出在以下幾方面問(wèn)題：①教學(xué)內(nèi)容過(guò)于龐雜。目前，機(jī)械原理和機(jī)械設(shè)計(jì)是解析設(shè)計(jì)教學(xué)的課程內(nèi)容，同時(shí)機(jī)械設(shè)計(jì)也包括材料、力學(xué)、熱處理、機(jī)械原理、公差與配合、機(jī)械零件、機(jī)械CAD等內(nèi)容，所涉及到的知識(shí)面相對(duì)較廣，同時(shí)教學(xué)內(nèi)容也相對(duì)零碎，且與其他課程存在較多交叉重復(fù)，例如機(jī)械設(shè)計(jì)教學(xué)中的螺紋聯(lián)接、鍵聯(lián)接等相關(guān)教學(xué)內(nèi)容明顯與少而精的教學(xué)原則相悖。如減速器的類型、樣式和設(shè)計(jì)參數(shù)要求和機(jī)械制圖中的減速器設(shè)計(jì)相關(guān)知識(shí)存在著較高的重復(fù)率，既失去了機(jī)械設(shè)計(jì)的學(xué)科特點(diǎn)，同時(shí)又浪費(fèi)了教學(xué)時(shí)間。②無(wú)法適應(yīng)時(shí)代的快速發(fā)展。目前，很多院校的機(jī)械設(shè)計(jì)教材存在著內(nèi)容龐雜、理念陳舊、脫離工程實(shí)踐、跟不上時(shí)展以及深度不足等問(wèn)題。現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)教學(xué)應(yīng)當(dāng)滿足工程性和技術(shù)性需求，同時(shí)也應(yīng)當(dāng)具備系統(tǒng)性。社會(huì)性以及經(jīng)濟(jì)性，并能夠隨著社會(huì)的發(fā)展，提出更多滿足實(shí)際生產(chǎn)需要的新設(shè)計(jì)理論和設(shè)計(jì)方法。目前，很多院校的機(jī)械設(shè)計(jì)教學(xué)對(duì)設(shè)備結(jié)構(gòu)、設(shè)備的強(qiáng)度和運(yùn)動(dòng)學(xué)更新等相關(guān)技術(shù)內(nèi)容較為注重，在一定程度上忽視了能源、環(huán)境方面知識(shí)在教學(xué)中的滲入以及安全、人機(jī)關(guān)系、美學(xué)等社會(huì)因素和價(jià)值工程、周期費(fèi)用分析等經(jīng)濟(jì)因素，導(dǎo)致機(jī)械設(shè)計(jì)理論教學(xué)與實(shí)踐之間出現(xiàn)嚴(yán)重的脫節(jié)。③教學(xué)方式過(guò)于陳舊、落后。一些院校在教學(xué)過(guò)程中在機(jī)械設(shè)計(jì)教學(xué)中仍然采用教師將書(shū)本知識(shí)和相關(guān)原理一講到底，學(xué)生對(duì)知識(shí)死記硬背的傳統(tǒng)灌輸式教學(xué)方式，并未在實(shí)際教學(xué)中輔以相關(guān)知識(shí)或原理的掛圖來(lái)進(jìn)行補(bǔ)充講解，以加深學(xué)生的相關(guān)知識(shí)或原理的理解，同時(shí)缺乏案例式教學(xué)、現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)以及討論啟發(fā)式教學(xué)，也并未留給學(xué)生進(jìn)行問(wèn)題獨(dú)立分析和思考的時(shí)間，在一定程度上影響學(xué)生對(duì)課堂相關(guān)知識(shí)或原理的理解和掌握，同時(shí)在一定程度上還阻礙了學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際工程問(wèn)題能力的發(fā)展。因此，應(yīng)當(dāng)對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)教學(xué)體系進(jìn)行創(chuàng)新。

二、創(chuàng)新機(jī)械設(shè)計(jì)教學(xué)體系措施

（一）調(diào)整教學(xué)內(nèi)容

院校開(kāi)展的機(jī)械設(shè)計(jì)各項(xiàng)教學(xué)內(nèi)容都應(yīng)當(dāng)緊貼實(shí)際，注重整體性、實(shí)踐性以及創(chuàng)新性。目前，很多院校的機(jī)械設(shè)計(jì)新生缺乏機(jī)械方面相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)，因此，機(jī)械設(shè)計(jì)在教學(xué)中應(yīng)當(dāng)調(diào)整教學(xué)內(nèi)容，堅(jiān)持適度、夠用的教學(xué)原則，避繁就簡(jiǎn)、突出重點(diǎn)、深入淺出。一方面，應(yīng)當(dāng)做到精簡(jiǎn)，對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)教學(xué)的傳統(tǒng)性、敘述性內(nèi)容進(jìn)行壓縮，盡量減少機(jī)械設(shè)計(jì)教學(xué)中相關(guān)理論知識(shí)的重復(fù)，同時(shí)在相關(guān)教學(xué)環(huán)節(jié)中，如實(shí)驗(yàn)、實(shí)習(xí)、課程設(shè)計(jì)、社會(huì)調(diào)查、畢業(yè)論文以及課外科技活動(dòng)等教學(xué)環(huán)節(jié)，融入機(jī)械教學(xué)相關(guān)理論知識(shí)。另一方面注重知識(shí)的整合。在機(jī)械設(shè)計(jì)的實(shí)際教學(xué)中，可以將理論力學(xué)、材料力學(xué)與機(jī)械零件的相關(guān)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行整合。此外，在機(jī)械設(shè)計(jì)的教學(xué)過(guò)程中還應(yīng)當(dāng)注重知識(shí)點(diǎn)的增設(shè)。在充分考慮知識(shí)點(diǎn)的系統(tǒng)性和完整性時(shí)，可以增設(shè)以電、液為動(dòng)力的機(jī)構(gòu)組合，結(jié)合實(shí)際的典型機(jī)械等新內(nèi)容，使學(xué)生全面認(rèn)識(shí)現(xiàn)代機(jī)械，以適當(dāng)前生產(chǎn)實(shí)際需要，方便計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的應(yīng)用和推廣。

（二）加強(qiáng)學(xué)生能力培養(yǎng)

機(jī)械設(shè)計(jì)是一門(mén)極具實(shí)踐性的課程，在進(jìn)行過(guò)程中應(yīng)當(dāng)注重學(xué)生設(shè)計(jì)技能和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，以培養(yǎng)學(xué)生的技術(shù)應(yīng)用能力為主要教學(xué)目的，同時(shí)注重學(xué)生工程意識(shí)、工程實(shí)踐能力、創(chuàng)新意識(shí)以及社會(huì)實(shí)踐能力的培養(yǎng)。在實(shí)際教學(xué)過(guò)程中，教師應(yīng)當(dāng)徹底摒棄傳統(tǒng)的灌輸式教學(xué)模式，在講解相關(guān)理論知識(shí)或原理時(shí)，注重培養(yǎng)學(xué)生總結(jié)結(jié)論的能力，同時(shí)在相關(guān)知識(shí)或原理的講解時(shí)融入其在實(shí)踐中的應(yīng)用，堅(jiān)持產(chǎn)、學(xué)、研相結(jié)合的方向，體現(xiàn)機(jī)械設(shè)計(jì)教學(xué)的基礎(chǔ)性、系統(tǒng)性、實(shí)踐性以及現(xiàn)代性。

（三）創(chuàng)新教學(xué)方法

目前，大多數(shù)院校都是面向全國(guó)招生，導(dǎo)致機(jī)械設(shè)計(jì)學(xué)生的相關(guān)實(shí)際機(jī)械知識(shí)參差不齊。因此，在機(jī)械設(shè)計(jì)的實(shí)際教學(xué)過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)注重教學(xué)方法的創(chuàng)新。教學(xué)在教學(xué)過(guò)程中應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)直觀教學(xué)，在學(xué)生學(xué)習(xí)相關(guān)理論知識(shí)或原理的同時(shí)，讓學(xué)生接觸各類種機(jī)械、機(jī)構(gòu)、零件、部件、圖紙，提高學(xué)生相關(guān)知識(shí)或原理的實(shí)踐性。同時(shí)，教師也可以利用多媒體、電子教案、CAI課件以及錄像等現(xiàn)代教學(xué)技術(shù)，并借助計(jì)算機(jī)和互聯(lián)網(wǎng)，利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和仿真軟件系統(tǒng)，來(lái)開(kāi)展機(jī)械設(shè)計(jì)的現(xiàn)代化、立體式教學(xué)。此外，教師在機(jī)械設(shè)計(jì)的實(shí)際教學(xué)中，應(yīng)當(dāng)盡量減少相關(guān)知識(shí)或原理的理論推到，同時(shí)運(yùn)用例證來(lái)講清思路，加深學(xué)生對(duì)相關(guān)理論知識(shí)或原理理解，提高課堂教學(xué)效率。

結(jié)束語(yǔ)

目前，我國(guó)機(jī)械設(shè)計(jì)教學(xué)體系仍然存在著教學(xué)內(nèi)容過(guò)于龐雜、無(wú)法適應(yīng)時(shí)代的快速發(fā)以及教學(xué)方式過(guò)于陳舊和落后等問(wèn)題，因此，在機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)際教學(xué)過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)調(diào)整教學(xué)內(nèi)容，加強(qiáng)學(xué)生能力培養(yǎng)，同時(shí)不斷創(chuàng)新教學(xué)方法，為國(guó)家培養(yǎng)更多機(jī)械設(shè)計(jì)創(chuàng)新性人才。

參考文獻(xiàn)：

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[關(guān)鍵詞]實(shí)踐創(chuàng)新;機(jī)械原理;教學(xué)方法

[中圖分類號(hào)] G642 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A [文章編號(hào)] 2095-3437（2016）11-0111-03

機(jī)械原理是一門(mén)介紹機(jī)械中常用機(jī)構(gòu)和一般工作條件下常用參數(shù)范圍內(nèi)的通用零部件設(shè)計(jì)的基本知識(shí)、基本理論和基本方法的重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，是機(jī)械類及相關(guān)工程類專業(yè)的必修課程。在機(jī)械原理這門(mén)課程中，學(xué)生要掌握“三大機(jī)構(gòu)”和“三大分析”?！叭蠓治觥奔礄C(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)分析、機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析和機(jī)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)分析的基本知識(shí);“三大機(jī)構(gòu)”即連桿機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)和齒輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與綜合。機(jī)械原理課程的培養(yǎng)目標(biāo)是使學(xué)生具有創(chuàng)新機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)方案的設(shè)計(jì)能力，即針對(duì)不同的設(shè)計(jì)任務(wù)，綜合運(yùn)用多學(xué)科的相關(guān)知識(shí)，提出多種機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)方案，并進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)確定最優(yōu)方案。因此，它又是一門(mén)多學(xué)科、實(shí)踐性很強(qiáng)的學(xué)科。[1]

一、機(jī)械原理教學(xué)中存在的問(wèn)題

當(dāng)今世界，科技發(fā)展日新月異，技術(shù)快速發(fā)展，而我們的教材一直是經(jīng)典教材，課程的內(nèi)容跟不上科學(xué)研究的發(fā)展，也跟不上技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用，甚至存在有些知識(shí)點(diǎn)是實(shí)際應(yīng)用中多年棄之不用的技術(shù)等問(wèn)題。結(jié)合這幾年授課經(jīng)驗(yàn)，筆者發(fā)現(xiàn)，機(jī)械原理教學(xué)中存在如下幾點(diǎn)不足：

第一，缺少實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，缺少學(xué)生創(chuàng)造性思維能力和實(shí)際設(shè)計(jì)能力的培養(yǎng)。

第二，重理論知識(shí)系統(tǒng)性而輕工程應(yīng)用背景的介紹。如連桿機(jī)構(gòu)中轉(zhuǎn)動(dòng)副（鉸鏈），學(xué)生從書(shū)本上見(jiàn)到的只是桿是直線和鉸鏈?zhǔn)菆A組成的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖，對(duì)于現(xiàn)實(shí)生活的機(jī)械產(chǎn)品難有較好的感性認(rèn)識(shí)。特別是在大四做畢業(yè)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的時(shí)候，構(gòu)件與構(gòu)件之間的實(shí)際的鉸鏈的裝配關(guān)系容易出錯(cuò)。

第三，缺少對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)新技術(shù)、新發(fā)展和新成果介紹，以及機(jī)構(gòu)解析法設(shè)計(jì)的內(nèi)容。

第四，與其他課程聯(lián)系少，往往是就機(jī)構(gòu)分析而機(jī)構(gòu)分析，可通過(guò)設(shè)立綜合性強(qiáng)的課題，將機(jī)械原理與工程力學(xué)、機(jī)械設(shè)計(jì)結(jié)合進(jìn)行綜合性設(shè)計(jì)，或結(jié)合設(shè)計(jì)比賽進(jìn)行串接。

第五，在實(shí)踐環(huán)節(jié)，每年都做同一個(gè)題目“減速器的課程設(shè)計(jì)”，只是每個(gè)學(xué)生的數(shù)據(jù)不同而已，沒(méi)有體現(xiàn)“以學(xué)生為中心”的教育理念，使得該環(huán)節(jié)程序化，制約了學(xué)生的創(chuàng)新能力。

以上問(wèn)題的存在，使得本來(lái)是創(chuàng)新性強(qiáng)、思維發(fā)散靈活、創(chuàng)作激情澎湃的機(jī)械原理教學(xué)，有可能變成理論實(shí)際脫節(jié)、教學(xué)過(guò)程枯燥、學(xué)習(xí)目標(biāo)盲目、學(xué)習(xí)激情減退、教學(xué)質(zhì)量下降的灌輸式教學(xué)。[1]

二、要善于提出問(wèn)題，引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)思考

在教學(xué)過(guò)程中，需要將學(xué)生的地位至于教學(xué)的核心。讓學(xué)生參與到教學(xué)活動(dòng)里，在進(jìn)行教學(xué)之前可以設(shè)置多重問(wèn)題，讓學(xué)生在問(wèn)題的引導(dǎo)下層層深入，自主進(jìn)行深入學(xué)習(xí)，提高學(xué)習(xí)的興趣和效率。

機(jī)構(gòu)自由度計(jì)算是機(jī)械原理教學(xué)中的重點(diǎn)內(nèi)容之一，教師要做到深入淺出地講授構(gòu)件和運(yùn)動(dòng)副產(chǎn)生約束作用，由此自然給出平面機(jī)構(gòu)自由度計(jì)算公式。不僅加入了理論知識(shí)，還使用一些簡(jiǎn)短視頻和動(dòng)態(tài)圖，讓學(xué)生了解各個(gè)運(yùn)動(dòng)副之間的關(guān)系，便于理解和識(shí)別復(fù)合鉸鏈、虛約束等特殊情況。增加一些趣味性和實(shí)際生活中常見(jiàn)并且熟悉的機(jī)構(gòu)進(jìn)行分析，或者對(duì)看起來(lái)復(fù)雜的機(jī)構(gòu)進(jìn)行簡(jiǎn)化。引領(lǐng)學(xué)生在計(jì)算自由度的時(shí)候建立對(duì)機(jī)械原理的最初理解以及興趣。鼓勵(lì)學(xué)生將學(xué)到的機(jī)構(gòu)進(jìn)行應(yīng)用。建立簡(jiǎn)化機(jī)構(gòu)和對(duì)機(jī)構(gòu)原動(dòng)件到從動(dòng)件進(jìn)行順序分析的解題思路。提出機(jī)構(gòu)，讓學(xué)生自由分析和進(jìn)行計(jì)算，再進(jìn)行講解。培養(yǎng)學(xué)生分析和解決問(wèn)題的能力。

齒輪機(jī)構(gòu)在各種機(jī)器中應(yīng)用廣泛，在講授這部分知識(shí)時(shí)，利用在實(shí)驗(yàn)室不同類型齒輪機(jī)構(gòu)的模型和視頻、聯(lián)系實(shí)際進(jìn)行理論知識(shí)的講解，可以加強(qiáng)學(xué)生知識(shí)的理解。首先要建立對(duì)一般齒輪類型的認(rèn)知。了解齒輪傳動(dòng)在實(shí)際應(yīng)用中的重要性，再提取最普通的直齒圓柱齒輪進(jìn)行分析。可以讓學(xué)生自己探索分度圓，齒根圓，模數(shù)等的意義。通過(guò)對(duì)齒廓的研究了解漸開(kāi)線各個(gè)參數(shù)的意義，了解為什么漸開(kāi)線是最常用的齒廓，從而了解漸開(kāi)線的優(yōu)點(diǎn)。再通過(guò)實(shí)際嚙合狀態(tài)，提出嚙合相關(guān)的問(wèn)題，包括嚙合規(guī)律、傳動(dòng)比、重合度等疑問(wèn)。在研究斜齒輪、蝸輪蝸桿傳動(dòng)時(shí)，讓學(xué)生類比齒輪的公式，進(jìn)行公式的推斷，從而了解其與漸開(kāi)線直齒圓柱齒輪的異同。通過(guò)讓學(xué)生研究對(duì)不同齒輪加工方法的異同，了解齒輪的加工過(guò)程。按照從實(shí)際到理論，從設(shè)計(jì)到制造的順序，提出不同階段的問(wèn)題，引領(lǐng)學(xué)生建立系統(tǒng)的齒輪方面的知識(shí)。了解不同階段不同的公式以及公式的來(lái)源。[2]

三、注重實(shí)踐創(chuàng)新

我校教師帶領(lǐng)學(xué)生連續(xù)參加第四、五、六、七屆全國(guó)大學(xué)生機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽（慧魚(yú)組）。2014年我校學(xué)子一舉斬獲一等獎(jiǎng)，不僅取得了我校在此項(xiàng)賽事中的最好成績(jī)，還實(shí)現(xiàn)了我校在該賽事一等獎(jiǎng)獎(jiǎng)項(xiàng)的零的突破，為學(xué)校贏得了榮譽(yù)。還帶領(lǐng)學(xué)生參加了江蘇省第五屆機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽暨第六屆全國(guó)大學(xué)生機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽獲省二等獎(jiǎng)，不僅要求學(xué)生設(shè)計(jì)出作品，并且要做出實(shí)物，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)模擬。據(jù)悉，全省獨(dú)立學(xué)院獲得的最高獎(jiǎng)項(xiàng)為二等獎(jiǎng)，且只有三項(xiàng)，我校即占其中之一。今年我們爭(zhēng)取再接再厲取得好名次。

第七屆（2016年）全國(guó)大學(xué)生機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽的主題為“服務(wù)社會(huì)――高效、便利、個(gè)性化”;內(nèi)容為“錢(qián)幣的分類、清點(diǎn)、整理機(jī)械裝置;不同材質(zhì)、形狀和尺寸商品的包裝機(jī)械裝置;商品載運(yùn)及助力機(jī)械裝置”。我們選擇關(guān)于錢(qián)幣的分類、清點(diǎn)、整理機(jī)械裝置的設(shè)計(jì)。

在當(dāng)今的社會(huì)生活中，人們?cè)桨l(fā)注重綠色出行，因此公交車出行越來(lái)越成為人們優(yōu)先選擇的公共交通設(shè)備。然而，現(xiàn)如今公交車上錢(qián)幣分類主要依靠人工或者簡(jiǎn)易的投幣裝置，這樣的方式成本高并且效率低下。這都預(yù)示著新型的多功能投幣機(jī)械將會(huì)被人們廣泛使用，其需求量將會(huì)越來(lái)越大。作品一設(shè)計(jì)的是新型公交車投幣箱。利用簡(jiǎn)單的滑道及杠桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行紙幣及硬幣的分離，再以簡(jiǎn)單的滑道機(jī)置對(duì)不同面值的硬幣進(jìn)行分類，如圖1所示。由兩個(gè)滑道構(gòu)成主要結(jié)構(gòu)，上面一個(gè)滑道兩點(diǎn)固定，主要是給硬幣和紙幣一個(gè)下落的初速度，下面的滑道是一個(gè)杠桿結(jié)構(gòu)，硬幣的質(zhì)量完全可以壓下杠桿落入硬幣箱，人們把硬幣從投幣口投入，經(jīng)過(guò)一系列物理反應(yīng)，達(dá)到分離的目的。此結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，不需要能源輸入，只需要小小的改動(dòng)就能更便利。主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)：1.沒(méi)有科幻元素，處處體現(xiàn)實(shí)用化。簡(jiǎn)單的機(jī)械結(jié)構(gòu)容易制造，并且出現(xiàn)故障容易修理。2.無(wú)須通電和供能，因此投幣機(jī)十分安全并且節(jié)能、受到的使用限制也會(huì)大大縮小。3.設(shè)計(jì)制造成本低，可批量生產(chǎn)，便于推廣。此設(shè)計(jì)不僅功能齊全、可靠性高，并且機(jī)械裝置簡(jiǎn)單，大大降低了公交公司的生產(chǎn)成本，價(jià)格的低廉也將會(huì)贏得廣泛的客戶群。由于成本低，可以批量生產(chǎn)，具有廣泛的市場(chǎng)性和實(shí)用性。

作品二是根據(jù)公交車上的投幣特點(diǎn)（需要人們一個(gè)一個(gè)投）設(shè)計(jì)了該產(chǎn)品，如圖2所示。我們根據(jù)硬幣的直徑不同，給它們?cè)谲壍郎习才帕瞬煌某鰩趴冢沟貌煌骖~的硬幣進(jìn)入不同的空間內(nèi)。由于目前我國(guó)新版人民幣有三種圓形硬幣，其直徑依次為：一元硬幣25mm、5角硬幣22.5mm、1角硬幣20.5mm。所以我們將第一個(gè)出口處的擋板與軌道的間距設(shè)置為21mm（先將一角錢(qián)分出），將第二個(gè)出口處的間距設(shè)置為23mm（再將五角錢(qián)分離），最后的出口的間距設(shè)置為26mm。這樣，不同的硬幣就會(huì)不同的出口處落出，原理如圖3所示。我們?cè)诿恳粋€(gè)出幣口搭建了一個(gè)容器，使它的開(kāi)口直徑不超過(guò)它所盛裝的硬幣的直徑（裝一元的容器直徑為40mm，五角的為40mm，一角的為30mm）的兩倍;我們又測(cè)量出每一種硬幣的厚度（一元為1.85mm，五角為1.65mm，一角為1.67mm），然后根據(jù)計(jì)算，在容器外表面標(biāo)出刻度（不同的高度對(duì)應(yīng)不同的數(shù)量，如：在一元容器外，每隔18.5mm，畫(huà)一刻度線，標(biāo)出數(shù)字十;在五角容器外，每隔16.5mm，畫(huà)一刻度線，標(biāo)出數(shù)字十;在一角容器外，每隔16.7mm，畫(huà)一刻度線，標(biāo)出數(shù)字十）。主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)： 1.可進(jìn)行硬幣的分類。2.可計(jì)數(shù)根據(jù)測(cè)量硬幣堆積的厚度，從而計(jì)算出硬幣的數(shù)量。3.將軌道分段銜接。4.原理簡(jiǎn)單，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。5.系統(tǒng)還具備升級(jí)和擴(kuò)展的潛能。本作品結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可后續(xù)添加其他功能，較好地滿足了硬幣發(fā)展的需求。

作品制作歷時(shí)四個(gè)月，經(jīng)過(guò)多次改造。從剛開(kāi)始產(chǎn)品設(shè)計(jì)的構(gòu)思到最后整個(gè)作品的制作完成都充分發(fā)揮了學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)，培養(yǎng)了學(xué)生綜合設(shè)計(jì)能力與團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，提高了學(xué)生針對(duì)實(shí)際需求進(jìn)行機(jī)械創(chuàng)新、設(shè)計(jì)、制作的實(shí)踐能力。[3]

四、總結(jié)

通過(guò)這次研究課題的實(shí)踐，不僅讓學(xué)生學(xué)到了許多了專業(yè)知識(shí)，而且培養(yǎng)了其解決問(wèn)題的能力。其次，團(tuán)隊(duì)管理也是很重要的，一個(gè)團(tuán)隊(duì)核心就是通過(guò)合作去開(kāi)展工作，這樣才能發(fā)揮最大的效益。合作就需要良好的管理，對(duì)于不同的問(wèn)題需要設(shè)立討論小組，對(duì)問(wèn)題進(jìn)行研究，集眾人之力去解決問(wèn)題。最后筆者認(rèn)為，本次研究關(guān)鍵就是不斷反思問(wèn)題，從反思中取得突破。研究是個(gè)連續(xù)的過(guò)程，在每個(gè)階段發(fā)現(xiàn)問(wèn)題才能確定接下來(lái)工作的方向，這樣不斷進(jìn)行反思總結(jié)，才能取得突破，取得最后的勝利。

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關(guān)鍵詞：機(jī)械原理；系統(tǒng)化；多樣化創(chuàng)新性設(shè)計(jì)；實(shí)踐性

作者簡(jiǎn)介：張莉潔（1976-），女，河南洛陽(yáng)人，洛陽(yáng)理工學(xué)院機(jī)械工程系，講師。（河南 洛陽(yáng) 471023）

中圖分類號(hào)：G642.0     文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A     文章編號(hào)：1007-0079（2014）14-0120-02

機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是機(jī)械設(shè)計(jì)中極其重要的一環(huán)，機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)的正確合理性，對(duì)提高機(jī)械的性能和質(zhì)量，降低制造成本與維護(hù)費(fèi)用等影響很大，決定著機(jī)器性能的好壞。機(jī)械系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)是一項(xiàng)極富創(chuàng)造性的活動(dòng)，要求設(shè)計(jì)者善于運(yùn)用和總結(jié)已有知識(shí)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，深入理解，廣泛積累，收集相關(guān)技術(shù)資料，充分發(fā)揮創(chuàng)造性思維和想象能力，靈活運(yùn)用各種設(shè)計(jì)方法和技巧，從而設(shè)計(jì)出新穎、靈巧、高效的機(jī)械系統(tǒng)。

作為“機(jī)械原理”課程的一個(gè)重要實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)，機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容正是對(duì)機(jī)器進(jìn)行機(jī)械系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)。它是學(xué)生將所學(xué)知識(shí)轉(zhuǎn)化為實(shí)際工作能力的橋梁，使其將所學(xué)知識(shí)系統(tǒng)化；使理論與工程實(shí)際相結(jié)合，提高分析解決工程實(shí)際問(wèn)題的能力，樹(shù)立機(jī)構(gòu)分析和設(shè)計(jì)的概念，樹(shù)立正確的工程設(shè)計(jì)觀點(diǎn)；通過(guò)創(chuàng)造意識(shí)的教育，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造、實(shí)踐能力。根據(jù)近年來(lái)對(duì)課程設(shè)計(jì)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)的深入探索及積累的經(jīng)驗(yàn)，本著洛陽(yáng)理工學(xué)院提出的培養(yǎng)工程應(yīng)用型創(chuàng)新人才的教育理念，筆者總結(jié)了學(xué)生在進(jìn)行課程設(shè)計(jì)時(shí)出現(xiàn)的普遍問(wèn)題，針對(duì)機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)的培養(yǎng)目標(biāo)，本文從機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程的系統(tǒng)化、實(shí)踐性及創(chuàng)新性這三個(gè)方面對(duì)原有教學(xué)模式存在的問(wèn)題加以提出、探討和論述。

一、機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容及存在的問(wèn)題

“機(jī)械原理”課程設(shè)計(jì)的核心內(nèi)容是對(duì)機(jī)械系統(tǒng)進(jìn)行方案設(shè)計(jì)。其一般設(shè)計(jì)步驟為：擬定機(jī)械工作原理，制訂總體功能，提出設(shè)計(jì)要求；執(zhí)行構(gòu)件和原動(dòng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)，確定執(zhí)行構(gòu)件的數(shù)目、運(yùn)動(dòng)形式、運(yùn)動(dòng)參數(shù)及運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)配合關(guān)系；機(jī)構(gòu)選型，選擇滿足機(jī)械運(yùn)動(dòng)、動(dòng)力要求的機(jī)構(gòu)類型，確定機(jī)械系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方案，繪制系統(tǒng)示意圖；機(jī)構(gòu)的尺寸綜合，根據(jù)執(zhí)行構(gòu)件和原動(dòng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)，以及各執(zhí)行構(gòu)件運(yùn)動(dòng)的協(xié)調(diào)配合要求，確定各構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)尺寸，繪制機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖；方案分析，進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析，對(duì)系統(tǒng)方案合理性進(jìn)行論證，驗(yàn)證其能否滿足運(yùn)動(dòng)要求。機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作是一項(xiàng)創(chuàng)造性勞動(dòng)，設(shè)計(jì)過(guò)程通常不會(huì)一次性完成，經(jīng)常出現(xiàn)反復(fù)和交叉，通過(guò)不斷論證分析的過(guò)程才能達(dá)到最終的設(shè)計(jì)目的和最優(yōu)的設(shè)計(jì)要求。

根據(jù)近年來(lái)“機(jī)械原理”課程的理論教學(xué)，結(jié)合課程設(shè)計(jì)實(shí)踐環(huán)節(jié)指導(dǎo)經(jīng)驗(yàn)，筆者發(fā)現(xiàn)學(xué)生在機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，普遍存在如下問(wèn)題：面對(duì)復(fù)雜的機(jī)械系統(tǒng)，學(xué)生在初始確定機(jī)械方案的工作中不能把握全局，沒(méi)有“整體規(guī)劃”的概念，竟不考慮機(jī)械系統(tǒng)各部分的運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)性和機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)的可行性，設(shè)計(jì)工作呈現(xiàn)照貓畫(huà)虎的狀況，無(wú)法發(fā)揮自身主觀能動(dòng)性和創(chuàng)造能力，如此“參考設(shè)計(jì)”并不利于學(xué)生真正掌握機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)的精髓。另外，原有課程設(shè)計(jì)所選設(shè)計(jì)題目大都集中于傳統(tǒng)、經(jīng)典式的機(jī)床類設(shè)計(jì)，題目過(guò)于單一，創(chuàng)新設(shè)計(jì)性體現(xiàn)不強(qiáng)，導(dǎo)致學(xué)生缺乏設(shè)計(jì)興趣。

筆者認(rèn)為在課程設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)積極發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性，能夠通過(guò)思考自行提出解決方案，培養(yǎng)創(chuàng)新和實(shí)踐能力，這才是該課程設(shè)計(jì)所應(yīng)達(dá)到的教學(xué)目的，針對(duì)以上培養(yǎng)目標(biāo)和所述問(wèn)題，本文分別對(duì)課程設(shè)計(jì)進(jìn)行中的重要環(huán)節(jié)和應(yīng)注意的問(wèn)題加以探討和論述。

二、系統(tǒng)化、實(shí)踐性及創(chuàng)新性教學(xué)探索

1.總體規(guī)劃，把握正確設(shè)計(jì)方向

機(jī)械系統(tǒng)的正常工作是依靠各部分機(jī)構(gòu)的協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，因此機(jī)械系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)的最初工作階段應(yīng)是“系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)”，即應(yīng)在滿足機(jī)器各執(zhí)行構(gòu)件的協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)關(guān)系和運(yùn)動(dòng)、動(dòng)力要求下，高屋建瓴地進(jìn)行整體規(guī)劃，該階段應(yīng)包括上節(jié)所述設(shè)計(jì)步驟的前三步?！跋到y(tǒng)工程設(shè)計(jì)”階段將為之后各設(shè)計(jì)階段提供設(shè)計(jì)目標(biāo)、依據(jù)和技術(shù)參數(shù)，其重要性正如房屋的架構(gòu)或是汽車的運(yùn)行，決定了機(jī)械系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)工作成功與否及方案的可實(shí)現(xiàn)性與合理性。

然而，“系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)”工作正是學(xué)生在設(shè)計(jì)過(guò)程中遇到的最大困難，其不愿運(yùn)用邏輯思維統(tǒng)籌分析各部分運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)關(guān)系和機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的合理性，而是莽撞地從熟知的局部機(jī)構(gòu)入手開(kāi)始設(shè)計(jì)，如此毫無(wú)方向性的設(shè)計(jì)方法無(wú)異于盲人摸象，而后的工作無(wú)論進(jìn)行得多細(xì)致也無(wú)法保證正確的設(shè)計(jì)結(jié)果，最終導(dǎo)致南轅北轍的失敗。

進(jìn)行“系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)”的關(guān)鍵步驟是繪制各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)工作循環(huán)圖。運(yùn)動(dòng)工作循環(huán)圖使各執(zhí)行部分協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)關(guān)系明晰可見(jiàn)，更有助于設(shè)計(jì)者理清思路。最清楚的繪制方法是在直角坐標(biāo)系中分別做出各執(zhí)行構(gòu)件所對(duì)應(yīng)原動(dòng)件在一個(gè)工作循環(huán)內(nèi)的運(yùn)動(dòng)位移曲線以及對(duì)應(yīng)的阻力曲線，該曲線將為之后的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)、運(yùn)動(dòng)和受力分析提供必要的設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)。

以牛頭刨床機(jī)構(gòu)舉例分析，該機(jī)器有兩個(gè)相互協(xié)調(diào)的執(zhí)行端運(yùn)動(dòng)，其一為刨頭的往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，通過(guò)電機(jī)、減速裝置及轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)桿和曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的組合執(zhí)行機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)；另一個(gè)運(yùn)動(dòng)是工作臺(tái)的橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，該運(yùn)動(dòng)由主運(yùn)動(dòng)通過(guò)傳動(dòng)系統(tǒng)，而后通過(guò)曲柄連桿、棘輪機(jī)構(gòu)及絲杠螺母組成的螺旋運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)，兩者的運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)關(guān)系為工作臺(tái)的橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)必須在刨頭非切削時(shí)間內(nèi)進(jìn)行，否則被加工工件將被損壞。繪制運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖時(shí)應(yīng)分別畫(huà)出刨頭、工作臺(tái)對(duì)應(yīng)于原動(dòng)件曲柄轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)動(dòng)一周的位移曲線圖。另外，其工作中切削阻力曲線也應(yīng)相應(yīng)繪出，為之后在任意位置進(jìn)行受力分析時(shí)提供相應(yīng)數(shù)據(jù)。

運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖將對(duì)之后各階段提出一系列設(shè)計(jì)要求，如工作臺(tái)進(jìn)給的間歇運(yùn)動(dòng)是最終通過(guò)棘輪機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的。若通過(guò)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)主動(dòng)曲柄和棘輪的運(yùn)動(dòng)傳遞，則應(yīng)考慮如何設(shè)計(jì)曲柄連桿機(jī)構(gòu)，才能保證棘輪的工作行程（撥齒使工作臺(tái)進(jìn)給）位于刨頭主運(yùn)動(dòng)的回程段，且工作周期一致。以上運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)性為之后進(jìn)行機(jī)構(gòu)尺寸綜合提出了設(shè)計(jì)要求，通過(guò)分析可將其轉(zhuǎn)化為機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的三大類基本問(wèn)題來(lái)解決。

2.開(kāi)展實(shí)踐調(diào)查研究，鍛煉自主研究能力

由于理論學(xué)習(xí)占授課的主要部分，許多學(xué)生對(duì)實(shí)際機(jī)器缺乏感性認(rèn)識(shí)，只會(huì)按既定方案進(jìn)行教條設(shè)計(jì)，如此閉門(mén)造車的設(shè)計(jì)狀態(tài)使學(xué)生缺乏設(shè)計(jì)興趣，且設(shè)計(jì)出來(lái)的方案也是紙上談兵，不符合實(shí)際。

優(yōu)秀的機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作依賴于設(shè)計(jì)者的豐富經(jīng)驗(yàn)，針對(duì)專業(yè)知識(shí)匱乏，實(shí)踐少的問(wèn)題，在進(jìn)行課程設(shè)計(jì)前的準(zhǔn)備工作中應(yīng)提出以下要求：開(kāi)展實(shí)踐調(diào)查研究，鍛煉學(xué)生自主收集獲取相關(guān)技術(shù)資料及深入自主研究的能力。鼓勵(lì)學(xué)生廣泛閱讀，擴(kuò)展知識(shí)面，了解最先進(jìn)的機(jī)械構(gòu)造和設(shè)計(jì)技術(shù)，對(duì)機(jī)械系統(tǒng)的豐富性能窺得一斑。生活中先進(jìn)機(jī)械系統(tǒng)實(shí)例舉不勝舉，如汽車構(gòu)造中實(shí)現(xiàn)前車輪轉(zhuǎn)向的機(jī)構(gòu)、四連桿獨(dú)立懸架直線機(jī)構(gòu)等等，都是極具創(chuàng)意且包含先進(jìn)設(shè)計(jì)思想理念的設(shè)計(jì)實(shí)例。

獲得實(shí)踐的方式很多，如實(shí)地參觀考察，聽(tīng)現(xiàn)場(chǎng)工人師傅講解；圖書(shū)館、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)資源也能夠感受到一個(gè)豐富精彩的機(jī)械世界。通過(guò)實(shí)踐，再與所學(xué)理論知識(shí)相結(jié)合，學(xué)生再一次經(jīng)過(guò)了由感性上升到理性的認(rèn)識(shí)過(guò)程，掌握了課本知識(shí)與實(shí)際機(jī)器的內(nèi)在聯(lián)系，在設(shè)計(jì)時(shí)更易發(fā)揮其主觀能動(dòng)性。在補(bǔ)充專業(yè)知識(shí)的過(guò)程中，領(lǐng)略前輩們的智慧和創(chuàng)新精神，想必也一定會(huì)激發(fā)學(xué)生自主設(shè)計(jì)的欲望與熱情。

3.擬定多樣化、創(chuàng)新型設(shè)計(jì)題目，啟發(fā)創(chuàng)新思維

目前現(xiàn)有傳統(tǒng)的經(jīng)典式機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)題目通常是一些僅要求滿足急回特性和一定協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)的機(jī)床類設(shè)計(jì)，這類設(shè)計(jì)題目多數(shù)較為成熟，設(shè)計(jì)難度不小，而類型過(guò)于單一，創(chuàng)意思考空間并不大，無(wú)法體現(xiàn)機(jī)械系統(tǒng)的豐富性。而實(shí)際機(jī)械系統(tǒng)的功能和設(shè)計(jì)要求是極其多樣化的，學(xué)生在進(jìn)行課程設(shè)計(jì)中卻始終沒(méi)有機(jī)會(huì)接觸到這些，無(wú)法感受到機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)的豐富多樣性和創(chuàng)新趣味性，更無(wú)法為學(xué)生帶來(lái)創(chuàng)新設(shè)計(jì)成功后的成就感和喜悅感，更甚者學(xué)生直接照搬照抄，比葫蘆畫(huà)瓢。

筆者認(rèn)為，針對(duì)初學(xué)的學(xué)生擬定機(jī)械系統(tǒng)題目不宜太過(guò)復(fù)雜，而在于有思考性和設(shè)計(jì)意義。只要有創(chuàng)新和分析價(jià)值，能激發(fā)起學(xué)生創(chuàng)新設(shè)計(jì)的欲望，這樣的題目即可獲得事半功倍的效果。隨著不斷完善的教學(xué)體系發(fā)展，多樣化、創(chuàng)新性設(shè)計(jì)題目應(yīng)有所呈現(xiàn)，而這些題目能使學(xué)生充分利用所學(xué)之術(shù)，鍛煉分析判斷能力和解決實(shí)際問(wèn)題的能力。

舉例來(lái)說(shuō)，機(jī)械系統(tǒng)中執(zhí)行機(jī)構(gòu)通常是由一些簡(jiǎn)單而極富創(chuàng)意設(shè)計(jì)的四連桿機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，如從這方面選題，就應(yīng)要求學(xué)生在完成設(shè)計(jì)的過(guò)程中要使設(shè)計(jì)既不過(guò)分復(fù)雜，同時(shí)又能讓人感受到機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計(jì)理念。在此舉出以下實(shí)例加以說(shuō)明。

如讓學(xué)生進(jìn)行汽車前車輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。首先向?qū)W生提出以下問(wèn)題：兩前輪轉(zhuǎn)向時(shí)，兩車輪的轉(zhuǎn)角是否相等；然后分析問(wèn)題：汽車高速行駛時(shí)首先要保證行駛的安全性，因此車輪轉(zhuǎn)向時(shí)應(yīng)保證整車純滾動(dòng)，否則將會(huì)出現(xiàn)打滑的危險(xiǎn)。由此得到結(jié)論：前車輪兩軸線必然與后車輪軸線交于一點(diǎn)，由幾何分析得到兩車輪轉(zhuǎn)角具有一定的函數(shù)關(guān)系。該機(jī)構(gòu)可由等腰梯形四連桿機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)，其設(shè)計(jì)問(wèn)題可歸納為給定兩連架桿位置的函數(shù)生成問(wèn)題。該問(wèn)題可分別采用圖解法和解析法來(lái)進(jìn)行求解。

再有，鶴式起重機(jī)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)為雙搖桿機(jī)構(gòu)，其末端利用連桿的運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)重物的移動(dòng)。問(wèn)題看似簡(jiǎn)單，但其設(shè)計(jì)卻有一定的特殊功能要求。為保證起重機(jī)在左右移動(dòng)時(shí)不上下起伏，避免不必要的做功浪費(fèi)，應(yīng)保證連桿末端軌跡為直線，該問(wèn)題正歸納為連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的難點(diǎn)――軌跡生成問(wèn)題。設(shè)計(jì)時(shí)可首先讓學(xué)生了解經(jīng)典的直線軌跡機(jī)構(gòu)，可采用圖解法先進(jìn)行幾何特征分析，然后再利用優(yōu)化設(shè)計(jì)來(lái)建立數(shù)學(xué)模型，以與直線軌跡誤差最小作為優(yōu)化目標(biāo)進(jìn)行針對(duì)性設(shè)計(jì)。

通過(guò)以上所舉實(shí)例可知，實(shí)際機(jī)械系統(tǒng)中有很多亟待解決和優(yōu)化的問(wèn)題都依賴于機(jī)械系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)。諸如此類具有一定不確定性的設(shè)計(jì)問(wèn)題，讓學(xué)生真正感受和接觸到實(shí)際問(wèn)題的存在，即使在設(shè)計(jì)過(guò)程中的思考和思維過(guò)程很艱難，解決問(wèn)題時(shí)會(huì)感到困苦，但收獲成果的喜悅是無(wú)法替代的。整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程是伴隨著激情和設(shè)計(jì)靈感的創(chuàng)造性活動(dòng)，而不再是一項(xiàng)繁瑣枯燥的事情，使機(jī)械系統(tǒng)創(chuàng)新設(shè)計(jì)理念深入人心。

三、總結(jié)

綜上所述，通過(guò)創(chuàng)新性、實(shí)踐性的課程設(shè)計(jì)過(guò)程，使學(xué)生對(duì)機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計(jì)理念有所感悟，使學(xué)生更好地在創(chuàng)造實(shí)踐能力和分析思維方面得到大幅度的鍛煉，真正達(dá)“機(jī)械原理”課程設(shè)計(jì)實(shí)踐教學(xué)的目的。同時(shí)，也對(duì)學(xué)生今后進(jìn)一步深入研究并確定其研究方向和領(lǐng)域大有裨益，起著導(dǎo)向作用。期待在今后的機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)中將出現(xiàn)更多豐富的創(chuàng)新實(shí)踐性題目和先進(jìn)的設(shè)計(jì)理念，培養(yǎng)出優(yōu)秀的應(yīng)用型創(chuàng)新人才，以適應(yīng)我國(guó)科學(xué)技術(shù)及工程創(chuàng)新的發(fā)展。

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篇5

0 引言

機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)是一個(gè)極其重要而又困難的實(shí)踐性較強(qiáng)的研究課題。目前創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法研究雖然已取得一些成果，但創(chuàng)新學(xué)還處于發(fā)展初期，各種不同理論及工具不斷涌現(xiàn)，遠(yuǎn)沒(méi)有形成普遍可以接受的統(tǒng)一的理論體系。

本文認(rèn)為，要進(jìn)行機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)要有兩個(gè)必要條件：一是充分獲取適用的知識(shí)；二是要使用符合創(chuàng)新設(shè)計(jì)思維并能激發(fā)創(chuàng)新思維的設(shè)計(jì)系統(tǒng)。設(shè)計(jì)過(guò)程充滿了矛盾，所獲取的知識(shí)應(yīng)有助于矛盾的迅速解決，這就要求知識(shí)獲取工具緊密集成到設(shè)計(jì)過(guò)程中，因此要統(tǒng)一研究知識(shí)獲取工具與設(shè)計(jì)系統(tǒng)。另外，人類的創(chuàng)新設(shè)計(jì)思維模式是在長(zhǎng)期的成功設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)中總結(jié)形成的，因此設(shè)計(jì)系統(tǒng)必需符合創(chuàng)新設(shè)計(jì)思維規(guī)律。創(chuàng)新設(shè)計(jì)思維規(guī)律應(yīng)作為算機(jī)輔助創(chuàng)新設(shè)計(jì)系統(tǒng)的理論基礎(chǔ)。

基于上述考慮，本文從創(chuàng)新設(shè)計(jì)思維的研究出發(fā)，融合知識(shí)獲取方法，研究創(chuàng)新設(shè)計(jì)理論，進(jìn)而開(kāi)發(fā)機(jī)械產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)系統(tǒng)。

1 機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)思維規(guī)律

我們常把思維的過(guò)程稱為“思路”，是因?yàn)榭捎寐窂絾?wèn)題來(lái)說(shuō)明人類思維過(guò)程。本文提出兩個(gè)機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)思維原則：

一是最短路徑原則。設(shè)計(jì)者得到產(chǎn)品的功能要求后，往往首先檢索出最佳設(shè)計(jì)實(shí)例，這樣可以最迅速接近目標(biāo)，然后運(yùn)用價(jià)值工程方法，找出價(jià)值較低的極少數(shù)組件作為研究對(duì)象，再分析所得對(duì)象存在的矛盾，嘗試作最小變動(dòng)以解決矛盾，如矛盾沒(méi)有解決則擬作更大變動(dòng)或擴(kuò)大研究對(duì)象范圍，最后得出最優(yōu)結(jié)果。通過(guò)這樣途徑所消耗的能量最少，體現(xiàn)了最短路徑原則。

二是相似性聯(lián)想。湯川秀樹(shù)的定同理論認(rèn)為，聯(lián)想能力就是找出事物彼此相似性的創(chuàng)造力，相似性是指事物間的內(nèi)在聯(lián)系。

要用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)來(lái)輔助設(shè)計(jì)師從自然界中發(fā)現(xiàn)形態(tài)各異的事物的相似性是很困難的，因此本文只研究從機(jī)械產(chǎn)品實(shí)例中挖掘相似性，以促進(jìn)機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)。

機(jī)械設(shè)計(jì)過(guò)程是從功能要求到作用原理，再到物理結(jié)構(gòu)的映射過(guò)程[1]。在CBR系統(tǒng)中，功能要求、作用原理與物理結(jié)構(gòu)可作為實(shí)例索引，因此可統(tǒng)稱它們?yōu)樗饕?xiàng)目。同一索引的不同類索引項(xiàng)目之間的聯(lián)想可稱為縱向聯(lián)想，而不同索引的同類索引的聯(lián)想可稱為橫向聯(lián)想。

判斷聯(lián)想是否合理的依據(jù)是相似性，相似性由已有產(chǎn)品實(shí)例確定。比如，“超聲波研磨機(jī)產(chǎn)品實(shí)例”使“超聲波振動(dòng)”作用原理與“研磨”功能要求縱向地產(chǎn)生了內(nèi)在聯(lián)系；又如，多種產(chǎn)品實(shí)例可滿足同一功能要求，那么它們用于實(shí)現(xiàn)該功能的作用原理及物理結(jié)構(gòu)具有相似性。

功能要求是聯(lián)想的起點(diǎn)，經(jīng)驗(yàn)豐富的設(shè)計(jì)師通常記憶有大量的設(shè)計(jì)實(shí)例，因而掌握縱向及橫向相似性，所以能迅速地進(jìn)行橫向及縱向的聯(lián)想，能觸類旁通，得出具有相似作用原理及物理結(jié)構(gòu)的實(shí)例（簡(jiǎn)稱相似實(shí)例）并進(jìn)行組合優(yōu)化，最后得到最優(yōu)解。

這兩項(xiàng)原則已被多種設(shè)計(jì)方法不自覺(jué)地采用了，基于實(shí)例推理不但能迅速接近最優(yōu)解，體現(xiàn)最短路徑原則；物場(chǎng)分析法（簡(jiǎn)稱TRIZ）分析了上百萬(wàn)設(shè)計(jì)實(shí)例，確定功能要求與作用原理及物理載體的內(nèi)在聯(lián)系，以及不同作用原理或物理載體的可替代關(guān)系，使設(shè)計(jì)師可根據(jù)功能要求找到適當(dāng)?shù)淖饔迷砑拔锢磔d體，體現(xiàn)相似性聯(lián)想原則。

2 計(jì)算機(jī)輔助創(chuàng)新設(shè)計(jì)系統(tǒng)

兩項(xiàng)創(chuàng)新設(shè)計(jì)思維原則充分體現(xiàn)在計(jì)算機(jī)輔助創(chuàng)新設(shè)計(jì)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，系統(tǒng)還利用了多種創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法及人工智能技術(shù)。計(jì)算機(jī)輔助創(chuàng)新設(shè)計(jì)系統(tǒng)的流程如圖1所示，它包含如下關(guān)鍵技術(shù)：

2.1 實(shí)例檢索

利用基于實(shí)例推理（CBR）技術(shù)時(shí)首先要深入研究它的優(yōu)缺點(diǎn)。CBR是一種以實(shí)例為知識(shí)載體的知識(shí)供應(yīng)方法。當(dāng)前它仍有如下不足：首先，系統(tǒng)為了達(dá)到實(shí)用通常建立龐大的實(shí)例庫(kù)，這導(dǎo)致管理困難，系統(tǒng)運(yùn)行效率低；其次，通過(guò)檢索得到的只是一個(gè)或很少實(shí)例，而其它不符合檢索要求但含有適用知識(shí)的實(shí)例沒(méi)有利用，支持創(chuàng)新的力度不夠；最后，實(shí)例調(diào)整嚴(yán)重依賴領(lǐng)域知識(shí)，難度大，所以很多CBR系統(tǒng)簡(jiǎn)化為實(shí)例檢索系統(tǒng)[2]。導(dǎo)致這三項(xiàng)缺點(diǎn)的深層原因是實(shí)例是獨(dú)立的，不同實(shí)例所蘊(yùn)含的知識(shí)難以組合利用。為了克服這個(gè)矛盾本文提出通過(guò)相似性聯(lián)想找出相似實(shí)例，并利用遺傳算法進(jìn)行組合優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)實(shí)例知識(shí)的重用。

本系統(tǒng)的實(shí)例檢索功能用商品化PDM系統(tǒng)IMAN中的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)與配置管理功能及搜索功能來(lái)實(shí)現(xiàn)，實(shí)例的可視化表示與管理依靠IMAN的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹(shù)功能實(shí)現(xiàn)。

2.2可視化的實(shí)例模型表達(dá)及矛盾分析

概念設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展方向?yàn)檠芯恳环N統(tǒng)一的設(shè)計(jì)方案表達(dá)方法[3]。文獻(xiàn)[4]對(duì)日本學(xué)者吉川弘之提出的FBS圖進(jìn)行擴(kuò)充，使用兩個(gè)框架分別描述一個(gè)設(shè)計(jì)方案的功能層次與結(jié)構(gòu)層次，并存儲(chǔ)功能單元與結(jié)構(gòu)單元的對(duì)應(yīng)關(guān)系，使計(jì)算機(jī)理解產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)及其功能。這種方法的缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系不夠直觀，因此本系統(tǒng)在功能層次圖與結(jié)構(gòu)層次圖的基礎(chǔ)上增加功能關(guān)系圖，以語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)的方式描述結(jié)構(gòu)及之間的作用關(guān)系，使結(jié)構(gòu)與功能處于同一張圖中，設(shè)計(jì)者可直觀地理解產(chǎn)品原理，根據(jù)功能關(guān)系圖并運(yùn)用價(jià)值工程方法分析實(shí)例存在的矛盾。

實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新的關(guān)鍵是正確分析產(chǎn)品中所存在的矛盾[5]。產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的基本矛盾是產(chǎn)品功能成本比不能滿足用戶要求，它有兩種表現(xiàn)形式，一是未能實(shí)現(xiàn)某些產(chǎn)品功能質(zhì)量目標(biāo)；二是某些功能質(zhì)量得到改善而某些功能質(zhì)量卻惡化。

矛盾分析結(jié)果用于指導(dǎo)新作用原理、新物理結(jié)構(gòu)的聯(lián)想，進(jìn)而找出相似實(shí)例。

2.3基于WEB的創(chuàng)新設(shè)計(jì)知識(shí)庫(kù)

本系統(tǒng)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)知識(shí)庫(kù)包括作用原理庫(kù)、物理結(jié)構(gòu)庫(kù)與實(shí)例庫(kù)。當(dāng)系統(tǒng)根據(jù)相似性搜索到新作用原理或物理結(jié)構(gòu)后，相應(yīng)的實(shí)例自動(dòng)調(diào)出。

作用原理庫(kù)與物理結(jié)構(gòu)庫(kù)的開(kāi)發(fā)借鑒了TRIZ的成果，再針對(duì)機(jī)械領(lǐng)域補(bǔ)充整理出二百四十余種作用原理（其中包括五十余種基本措施）。在每種作用原理下分別存儲(chǔ)多種物理結(jié)構(gòu)，形成物理結(jié)構(gòu)庫(kù)。實(shí)例庫(kù)主要針對(duì)幾種常見(jiàn)的家電產(chǎn)品進(jìn)行開(kāi)發(fā)。

創(chuàng)新設(shè)計(jì)知識(shí)庫(kù)是創(chuàng)新設(shè)計(jì)系統(tǒng)的核心部件，它是一種WEB文本知識(shí)庫(kù)，文本經(jīng)過(guò)筆者開(kāi)發(fā)的機(jī)械知識(shí)XML標(biāo)記處理，使知識(shí)庫(kù)建立在國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)XML文本之上，因此可實(shí)現(xiàn)知識(shí)資源的異地共享，并且在此知識(shí)庫(kù)之上可建立基于WEB的機(jī)械產(chǎn)品計(jì)算機(jī)輔助創(chuàng)新設(shè)計(jì)系統(tǒng)，滿足異地協(xié)同設(shè)計(jì)的需要。

2.4相似性的量化方法及改進(jìn)的遺傳算法

每種產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)不同，需要不定相同的遺傳算法編碼。本系統(tǒng)為了提高運(yùn)行效率，采用浮點(diǎn)數(shù)編碼方式。

在傳統(tǒng)的遺傳算法中，初始群體是通過(guò)用隨機(jī)的方法來(lái)產(chǎn)生的[6]，這具有一定的盲目性。因此本文提出利用實(shí)例的作用原理或物理結(jié)構(gòu)的相似性作為篩選實(shí)例產(chǎn)生初始群體的依據(jù)。

實(shí)現(xiàn)該途徑的關(guān)鍵在于相似性的量化也即相似度的計(jì)算方法。相似度實(shí)質(zhì)是實(shí)例的關(guān)聯(lián)知識(shí)，必須以一定的算法在實(shí)例集合中挖掘得到?？v向聯(lián)想的相似度實(shí)質(zhì)是功能目標(biāo)與實(shí)現(xiàn)手段的關(guān)系程度，橫向聯(lián)想的相似度實(shí)質(zhì)是實(shí)現(xiàn)手段的可替代關(guān)系程度。相似度越高意味著得到已有產(chǎn)品實(shí)例的更多支持。根據(jù)相似度來(lái)篩選初始群體就等于利用以前的設(shè)計(jì)經(jīng)歷，使初始群體的產(chǎn)生有合理的基礎(chǔ)，因此能加快遺傳算法的收斂。本文根據(jù)相似性聯(lián)想原理提出如下縱向及橫向聯(lián)想的相似度計(jì)算方法。

設(shè)產(chǎn)品實(shí)例集合為C，功能元素集合為F，作用原理或物理結(jié)構(gòu)元素集合為G。分別記為：C={Ci|i=1，2，…，n}; F={Fj|j=1，2，…，m}; G={Gk|k=1，2，…，q}。實(shí)例集合中的實(shí)例Ci以不同的隸屬度uij及uik分別隸屬于Fj及Gk。 設(shè)元素Gk到元素Fj的縱向聯(lián)想相似度為rkj，則：

rkj =

又設(shè)G空間中有元素Gk和Gm。實(shí)例Cji分別以隸屬度uik和uim隸屬于元素Gk和Gm，設(shè)從Gk到Gm的橫向聯(lián)想相似度為rkm，則：

rkm =

隸屬度作為實(shí)例對(duì)象的一項(xiàng)屬性來(lái)存儲(chǔ)。系統(tǒng)根據(jù)以上算法從實(shí)例集合中挖掘相似度知識(shí)，輔助設(shè)計(jì)師從相似度較高的方向進(jìn)行聯(lián)想，并用于指導(dǎo)遺傳算法初始群體的產(chǎn)生，從而促進(jìn)設(shè)計(jì)創(chuàng)新。

3 結(jié)論

本文研究創(chuàng)新設(shè)計(jì)思維規(guī)律并用于指導(dǎo)機(jī)械產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)，系統(tǒng)的成功應(yīng)用證明了關(guān)于創(chuàng)新設(shè)計(jì)思維規(guī)律論斷的正確性以及多種新技術(shù)的可行性。系統(tǒng)可通過(guò)矛盾分析與聯(lián)想，搜索到適用的作用原理、措施、物理結(jié)構(gòu)及實(shí)例以解決矛盾，完成概念設(shè)計(jì)階段的功能優(yōu)化與原理優(yōu)化，是實(shí)現(xiàn)機(jī)械廣義優(yōu)化設(shè)計(jì)方法的新成果。

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Research on application of Web-based computer-aided mechanical creative design system

篇6

【關(guān)鍵詞】產(chǎn)品設(shè)計(jì) 創(chuàng)新 想象力 功能 原理 結(jié)構(gòu)

【中圖分類號(hào)】G640 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1009-9646(2008)08-0185-02

1 引言

人類的一切文明都是設(shè)計(jì)的產(chǎn)物。工程產(chǎn)品設(shè)計(jì)就是利用科學(xué)研究得到的原理,發(fā)明現(xiàn)實(shí)世界里還沒(méi)有的人造裝置,以滿足人類在生活和生產(chǎn)中的各種各樣的需求,從而創(chuàng)造出更美好的新世界。文學(xué)家雨果曾說(shuō)過(guò)“想象是偉大的潛水者?！盵1,2]創(chuàng)作新的作品需要想象,同樣科學(xué)技術(shù)研究也需要?jiǎng)?chuàng)新性的想象與想象力培養(yǎng)。中國(guó)的大學(xué)教育傳統(tǒng)上以文學(xué)和政論為主,強(qiáng)調(diào)修身、齊家、治國(guó)平天下[3]。近代以來(lái),西方的以分析精神為代表的現(xiàn)代科學(xué)教育進(jìn)入中國(guó),并且已成為理工農(nóng)醫(yī)科學(xué)教育的核心[4]。根據(jù)中國(guó)教育的長(zhǎng)期教育歷史和目前建設(shè)創(chuàng)新型國(guó)家的要求,當(dāng)前有必要強(qiáng)調(diào)創(chuàng)新教育。前文從產(chǎn)品設(shè)計(jì)、想象與想象力和想象力培養(yǎng)三個(gè)方面著重討論了想象力在產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)中作用[5]。表1列出的是發(fā)明家所需具備的主要素質(zhì)[6],由數(shù)據(jù)可見(jiàn),想象力和堅(jiān)持性是邁向成功的兩個(gè)主要素質(zhì),因此,在科技人才的培養(yǎng)方面應(yīng)注重這兩方面能力的鍛煉。只有不斷地在學(xué)習(xí)和工作中,主動(dòng)地學(xué)習(xí)想象的方法,積極想象新的功能、原理和結(jié)構(gòu),才能更好地設(shè)計(jì)新產(chǎn)品。

機(jī)械產(chǎn)品、機(jī)電產(chǎn)品的設(shè)計(jì)也需要培養(yǎng)設(shè)計(jì)者的想象力,可以說(shuō),沒(méi)有想象,就沒(méi)有創(chuàng)造,只會(huì)是驥尾之蠅,亦步亦趨的步人后塵。我國(guó)政府倡導(dǎo)建設(shè)創(chuàng)新型國(guó)家,在一些領(lǐng)域要與國(guó)際先進(jìn)水平并駕齊驅(qū),這需要科技工作者與技術(shù)工人的共同努力。在新產(chǎn)品的創(chuàng)造過(guò)程中,需要設(shè)計(jì)者創(chuàng)新性的構(gòu)思新產(chǎn)品、技術(shù)工程師設(shè)計(jì)新產(chǎn)品和制造工藝以及技術(shù)工人加工新產(chǎn)品。工人從事產(chǎn)品制造加工,技術(shù)人員從事產(chǎn)品設(shè)計(jì)和加工工藝編制,科學(xué)技術(shù)工作者從事產(chǎn)品創(chuàng)新思路研究與產(chǎn)品原型研制。想象力與堅(jiān)韌不拔是創(chuàng)新工作者應(yīng)注重培養(yǎng)和訓(xùn)練的優(yōu)秀素質(zhì)。本文擬討論從事機(jī)電產(chǎn)品創(chuàng)新所需要注意的幾個(gè)問(wèn)題。

2 功能設(shè)計(jì)的想象

產(chǎn)品是指生產(chǎn)出來(lái)的物品,對(duì)人類具有一定的功能。“顧客購(gòu)買(mǎi)的不是產(chǎn)品本身,而是產(chǎn)品所具有的功能。”社會(huì)上流通的產(chǎn)品對(duì)其生產(chǎn)廠商是獲得經(jīng)濟(jì)效益的產(chǎn)品,而對(duì)使用者來(lái)說(shuō),他人提供的產(chǎn)品就是自己的工具。西方的阿里士多德和培根曾對(duì)工具論作了闡述,與機(jī)械工業(yè)化革命相對(duì)應(yīng),工具論對(duì)機(jī)械工業(yè)革命、電氣化工業(yè)革命、信息化工業(yè)革命和生物技術(shù)革命都產(chǎn)生了顯著的作用。笛卡兒提出數(shù)學(xué)描述的方法論,后來(lái)牛頓、達(dá)爾文和哥白尼等分別提出了自然科學(xué)不同學(xué)科的基本原理。機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)依據(jù)機(jī)械原理,1970年德國(guó)科學(xué)界提出的功能原理的產(chǎn)品設(shè)計(jì),特別注重功能原理解。功能是產(chǎn)品購(gòu)買(mǎi)者購(gòu)買(mǎi)商品的原因,因此產(chǎn)品的設(shè)計(jì)就是實(shí)現(xiàn)某些產(chǎn)品功能。

在人類社會(huì)的前期發(fā)展過(guò)程中,工程科學(xué)一直沿用師傅帶徒弟的方式傳承手工技藝,有的的技藝還是家族傳遞下來(lái),由于戰(zhàn)爭(zhēng)等災(zāi)難因素,其中有的技術(shù)已經(jīng)失傳。近代科學(xué)以伽利略為其開(kāi)端的代表人物,將數(shù)學(xué)原理用于物理知識(shí)的表達(dá)和分析,開(kāi)啟了近代工程科學(xué)。另一方面,知識(shí)的傳播也由學(xué)校完成,高等教育蓬勃發(fā)展,形成機(jī)械、電氣、土木、化工、計(jì)算機(jī)、信息和生物組成的現(xiàn)代工程科學(xué)體系。機(jī)械工程的歷史悠久,而且其原理知識(shí)滲透到各個(gè)工程技術(shù)領(lǐng)域,并沒(méi)有隨新型工程技術(shù)的發(fā)展而消亡,而是成為工程產(chǎn)品設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。例:現(xiàn)代的航天工業(yè)、生命技術(shù)和核能工業(yè)都離不開(kāi)機(jī)械工程知識(shí)的支持。機(jī)械產(chǎn)品與信息科學(xué)、生命科學(xué)的結(jié)合,出現(xiàn)了數(shù)控加工機(jī)床、機(jī)器人和靶向藥物等一系列技術(shù)產(chǎn)品,人類的制造能力大幅度提高。近年來(lái),隨著數(shù)字化設(shè)計(jì)和協(xié)同設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展,人們?cè)O(shè)計(jì)新產(chǎn)品的能力也將得到顯著提高,計(jì)算分析軟件包的開(kāi)發(fā)與使用,必將對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的方式和方法產(chǎn)生巨大影響,新產(chǎn)品的設(shè)計(jì)周期將大大縮短。

要設(shè)計(jì)出新的產(chǎn)品,就是設(shè)計(jì)出新的功能或功能組合。要實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的創(chuàng)新設(shè)計(jì)就是要在設(shè)計(jì)初始階段想象出新的功能或功能組合,向用戶提供新的功能。一般常用的想象方式是通過(guò)市場(chǎng)調(diào)研或用戶反饋的意見(jiàn),提出產(chǎn)品功能的改進(jìn),新的產(chǎn)品功能很多是根據(jù)使用者需要而想象出來(lái)的。革命性的系列化產(chǎn)品都是依據(jù)新的科學(xué)原理,或變換原理或變換結(jié)構(gòu)所想象出來(lái)的。例,從雙卡收錄機(jī)到卡式隨身聽(tīng),再到電子技術(shù)的MP4,前者使用相同的磁記錄原理,但變換了結(jié)構(gòu)與功能組合,獲得了便攜的功能。后者采用新的磁記錄原理,利用巨磁阻效應(yīng)設(shè)計(jì)出新的技術(shù)手段,實(shí)現(xiàn)播放聲音和圖像媒體的功能。

功能設(shè)計(jì)有分解和綜合方法,原理設(shè)計(jì)有集成、轉(zhuǎn)用和逆向等方法。產(chǎn)品的功能創(chuàng)新設(shè)計(jì)不一定是設(shè)計(jì)出前所未有的產(chǎn)品,隨著各個(gè)領(lǐng)域知識(shí)的融合和技術(shù)革命,很多產(chǎn)品的設(shè)計(jì)采用新的知識(shí)原理來(lái)更換以前產(chǎn)品所采用的原理,獲得更低的成本、更方便的制造或使用。

功能設(shè)計(jì)的創(chuàng)新過(guò)程中需要形象,例如人類想象出了飛機(jī)、電視機(jī)和收音機(jī)等,在設(shè)計(jì)這些產(chǎn)品前,人們就已經(jīng)幻想象鳥(niǎo)一樣飛行,千里眼和順風(fēng)耳,在古代的小說(shuō)中就有這樣的文學(xué)想象,后來(lái)的技術(shù)革命用技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)了人們以前的想象。要實(shí)現(xiàn)對(duì)新功能產(chǎn)品的想象,就必須解決其依托的核心功能原理,例如流體力學(xué)原理、無(wú)線信號(hào)傳遞等原理。物理原理、化學(xué)原理和生物原理是設(shè)計(jì)新型產(chǎn)品的基礎(chǔ)知識(shí),近200年來(lái),人們主動(dòng)采用各種基本原理設(shè)計(jì)出許多種新產(chǎn)品,而且這一趨勢(shì)仍將繼續(xù)下去。

3 原理設(shè)計(jì)的想象

設(shè)計(jì)產(chǎn)品需要依據(jù)一定的功能原理,功能原理的創(chuàng)新就非常重要,機(jī)械原理知識(shí)僅僅是機(jī)械產(chǎn)品原理設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。有時(shí)很復(fù)雜的機(jī)械產(chǎn)品,如果用電子控制技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn),其結(jié)構(gòu)就非常簡(jiǎn)單。例上面所述的隨身聽(tīng)。機(jī)械科學(xué)的原理并不多,常用的有杠桿、滑輪、嚙合傳動(dòng)、摩擦傳動(dòng)、滾動(dòng)支承、滑動(dòng)支承、電磁支承、凸輪、連桿、螺旋等十幾種。常用的電子原理有加、減、乘、除、微分、積分、反饋等。現(xiàn)在基本的機(jī)械元件和電子元件都已有基本的單元銷售,已有專業(yè)化生產(chǎn)廠家生產(chǎn)這些標(biāo)準(zhǔn)化的元器件。復(fù)雜機(jī)電產(chǎn)品的設(shè)計(jì)并不是將機(jī)電單元簡(jiǎn)單的堆砌在一起,而是有機(jī)的組合、有目的的組合基本單元,來(lái)實(shí)現(xiàn)其使用功能。

產(chǎn)品的制造工藝原理也十分重要,它們決定了產(chǎn)品設(shè)計(jì)是否可以物化、是否可行。常用的機(jī)械產(chǎn)品的加工工藝有車、銑、磨、刨、鏜、鑄造、焊接、熱處理,新的加工工藝有電子束焊接、激光表面處理、離子注入、化學(xué)氣相沉積、物理氣相沉積、腐蝕、鍵合等等,這些加工工藝都已在機(jī)械產(chǎn)品加工中得到廣泛應(yīng)用。利用新的物理、化學(xué)或生物原理來(lái)發(fā)明新的機(jī)械產(chǎn)品或電子產(chǎn)品的加工工藝,這是目前和今后發(fā)展的方向之一。在知識(shí)教學(xué)中,更應(yīng)培養(yǎng)學(xué)生的觸類旁通、獲取知識(shí)的能力。

現(xiàn)代的機(jī)電產(chǎn)品,在構(gòu)思整體設(shè)計(jì)時(shí)就要分析其功能原理形態(tài)矩陣,比較優(yōu)化得到最優(yōu)的技術(shù)原理方案,并且擇善而從地詳細(xì)分析最佳方案。設(shè)計(jì)原理的選擇,不僅要考慮技術(shù)的先進(jìn)性,還要分析其成本、環(huán)境的友好性和可持續(xù)發(fā)展的前景。對(duì)產(chǎn)品功能原理的優(yōu)化軟件在近20年時(shí)間內(nèi)得到了很大發(fā)展,例:TRIZ等。但,產(chǎn)品的成本分析和環(huán)境友好性分析仍無(wú)相應(yīng)的設(shè)計(jì)軟件,這也是今后的發(fā)展方向之一。

隨著數(shù)字化設(shè)計(jì)、虛擬加工和虛擬裝配技術(shù)的發(fā)展,例:Unigraphics軟件包,機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和制造過(guò)程也發(fā)生了很大變化,運(yùn)用虛擬軟件設(shè)計(jì)來(lái)設(shè)計(jì)和制造產(chǎn)品的成本比試樣產(chǎn)品的制造,成本大大降低。數(shù)字設(shè)計(jì)、數(shù)字制造和數(shù)字管理技術(shù)的發(fā)展,依托于信息技術(shù),對(duì)機(jī)械工業(yè)已經(jīng)產(chǎn)生了變革性的影響。協(xié)同設(shè)計(jì)、協(xié)同制造和協(xié)同管理技術(shù)在最近幾年仍然會(huì)得到快速的發(fā)展。機(jī)電產(chǎn)品的原理設(shè)計(jì)有集成、轉(zhuǎn)用和逆向等方法。例如汽車內(nèi)燃機(jī)集成了連桿傳動(dòng)、軸承支承、凸輪傳動(dòng)等。沖壓機(jī)和汽車發(fā)動(dòng)機(jī)就是曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)用。鞋底防滑花紋的設(shè)計(jì)是摩擦學(xué)中理論應(yīng)用的反問(wèn)題。

4 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的想象

要將設(shè)計(jì)原理實(shí)體化,獲取設(shè)計(jì)者設(shè)計(jì)的產(chǎn)品功能,就必須進(jìn)行產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。常用的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法有放大、縮小、轉(zhuǎn)用和變結(jié)構(gòu)等。在機(jī)械系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面,俄羅斯的學(xué)者非常重視,而德國(guó)和日本的學(xué)者重視原理的設(shè)計(jì)和設(shè)計(jì)方法。我國(guó)的機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)在1978年以前學(xué)習(xí)俄羅斯的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),在80年代學(xué)習(xí)德國(guó)的功能設(shè)計(jì)理念、日本的二次設(shè)計(jì)方法。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中常用的零件結(jié)構(gòu)已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化。

從1960年來(lái)人們研究的仿生設(shè)計(jì)思路,為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)者提供了一條途徑。基于流體力學(xué)的飛機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),基于固體力學(xué)的齒輪和滾動(dòng)軸承設(shè)計(jì),基于動(dòng)量守恒原理的噴氣機(jī)設(shè)計(jì),基于光學(xué)的鷹眼、蛙眼設(shè)計(jì),基于紅外原理的制導(dǎo)設(shè)計(jì)等等。在固體材料結(jié)構(gòu)方面有仿生陶瓷、仿生的復(fù)合材料,多層涂層設(shè)計(jì)模仿竹、海螺殼等結(jié)構(gòu),今后在有機(jī)材料的設(shè)計(jì)方面人們更加依賴于對(duì)自然材料的仿生。

結(jié)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)化、新材料的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用將對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)產(chǎn)生重大影響。前人的石器時(shí)代、青銅時(shí)代、鐵器時(shí)代和半導(dǎo)體時(shí)代以及今后的生物材料時(shí)代,都已經(jīng)對(duì)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)原理、設(shè)計(jì)方法產(chǎn)生了巨大影響,而且產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)也發(fā)生了很大變化。例:古代利用細(xì)繩作為鋸子,今天利用合金材料和電力驅(qū)動(dòng)的電鋸,今后的激光切割等。新的原理、新的方法和新材料決定了那個(gè)時(shí)代的產(chǎn)品的技術(shù)含量和經(jīng)濟(jì)效益。

現(xiàn)代機(jī)電系統(tǒng)向復(fù)雜化和微納化兩個(gè)方向發(fā)展。復(fù)雜機(jī)電產(chǎn)品集成了機(jī)械原理、電路原理和控制原理等。例如,盾構(gòu)機(jī)械和大飛機(jī)等,復(fù)雜機(jī)電產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)比簡(jiǎn)單機(jī)械要復(fù)雜100～10000倍,因此其設(shè)計(jì)制造是一個(gè)國(guó)家的機(jī)電產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造能力的集中體現(xiàn)。復(fù)雜機(jī)電產(chǎn)品的設(shè)計(jì)過(guò)程中一般都采用數(shù)字化協(xié)同設(shè)計(jì)的組織方式,充分發(fā)揮各個(gè)設(shè)計(jì)單位的優(yōu)勢(shì),團(tuán)隊(duì)的協(xié)作有助于縮短設(shè)計(jì)周期、提高設(shè)計(jì)效率和優(yōu)化產(chǎn)品的性能。我國(guó)的機(jī)械工程教學(xué)中過(guò)分強(qiáng)調(diào)單元課程的學(xué)習(xí),可喜的是近來(lái)組織機(jī)械設(shè)計(jì)大獎(jiǎng)賽的競(jìng)賽,這有助于培養(yǎng)設(shè)計(jì)復(fù)雜機(jī)電產(chǎn)品的能力。

微納機(jī)電產(chǎn)品,以微納微型、微納傳感器和芯片等技術(shù)為代表,在近10年內(nèi)取得了一系列突破?；瘜W(xué)原理和生物原理也逐漸應(yīng)用到這類微納機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì),例如生物傳感器和生物芯片等。未來(lái)的機(jī)械應(yīng)該是生物機(jī)械,傳統(tǒng)的機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計(jì)和機(jī)械制造技術(shù)都日臻成熟,21世紀(jì)的機(jī)械是生物機(jī)械,這一點(diǎn)上大多數(shù)人已有共識(shí)。我們現(xiàn)在大學(xué)里培養(yǎng)的人才,今后的21世紀(jì)的機(jī)電產(chǎn)品創(chuàng)新必定依靠現(xiàn)在的青年人,因此有必要開(kāi)設(shè)系統(tǒng)論、生物原理等課程,這一點(diǎn)仍有欠缺,也未達(dá)成共識(shí),作者認(rèn)為應(yīng)從未來(lái)機(jī)械發(fā)展的高度,布局現(xiàn)在的機(jī)電產(chǎn)品設(shè)計(jì)人才的知識(shí)結(jié)構(gòu),以利于他們今后更有創(chuàng)造性、更好地創(chuàng)造出新的產(chǎn)品。

關(guān)于微納機(jī)電產(chǎn)品的設(shè)計(jì),目前有兩種技術(shù)路線。其一,是將以前的機(jī)構(gòu)、機(jī)械結(jié)構(gòu)和電子元器件縮小,在微米級(jí)加工微型齒輪、連桿和軸承等。另一種思路是拋棄傳統(tǒng)的機(jī)械原理和機(jī)械零件設(shè)計(jì),依據(jù)生物物理和生物化學(xué)的基本原理來(lái)構(gòu)造微納系統(tǒng),例如仿葵花的轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械等。作者認(rèn)為第二種思路是更好的,因?yàn)闄C(jī)械原理和零件的設(shè)計(jì)應(yīng)該隨時(shí)俱進(jìn),不應(yīng)保守的依據(jù)毫米級(jí)的機(jī)械原理和零件,而應(yīng)該結(jié)合生物科學(xué)的發(fā)展,將生物物理和生物化學(xué)與機(jī)械科學(xué)結(jié)合起來(lái),創(chuàng)造出更多更好的微納機(jī)械系統(tǒng)。

5 結(jié)語(yǔ)

(1)功能、原理和結(jié)構(gòu)的思路是德國(guó)科學(xué)家提出的別具一格的產(chǎn)品設(shè)計(jì)整體框架,本文從功能、原理和結(jié)構(gòu)三方面再次討論產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)中“想象力”的作用。

(2)未來(lái)機(jī)電產(chǎn)品的發(fā)展向復(fù)雜化和微納化兩個(gè)方向發(fā)展,今天我們?cè)诒究平逃A段應(yīng)該縮減單元知識(shí)的教學(xué),增加系統(tǒng)論和生物原理的知識(shí)傳授。

(3)對(duì)于研究生的創(chuàng)新能力培養(yǎng),學(xué)生的課題研究不應(yīng)竭澤而漁,而應(yīng)結(jié)合研究生的論文主題,在討論課上各抒己見(jiàn),培養(yǎng)同學(xué)的提出問(wèn)題、分析問(wèn)題、解決問(wèn)題和總結(jié)問(wèn)題的能力。

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篇7

關(guān)鍵詞：新課程；機(jī)械；制作；教學(xué)

1.培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維素質(zhì)

機(jī)械課程是一門(mén)技術(shù)基礎(chǔ)課，針對(duì)這門(mén)課程的重點(diǎn)、教學(xué)目標(biāo)的定位，要體現(xiàn)學(xué)生為主體的教學(xué)原則，著眼于調(diào)動(dòng)學(xué)生主動(dòng)參于學(xué)習(xí)的積極性，合理設(shè)計(jì)授課計(jì)劃和教學(xué)內(nèi)容，做到既注重知識(shí)的系統(tǒng)性，又不受大綱的限制，重視教學(xué)目標(biāo)的導(dǎo)向功能，要重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造思維素質(zhì)。在課堂的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，不僅要讓學(xué)生學(xué)會(huì)實(shí)驗(yàn)的具體做法，掌握一些基本的實(shí)驗(yàn)技能，還要引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)研究機(jī)械問(wèn)題的實(shí)驗(yàn)方法，為培養(yǎng)他們的創(chuàng)新能力打下良好的基礎(chǔ)。

例如，在講"鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的類型"時(shí)，如果學(xué)校沒(méi)有相關(guān)模型，而該機(jī)構(gòu)又比較簡(jiǎn)單，可以考慮讓學(xué)生自己動(dòng)手用四根鋸條制作了一個(gè)鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)，邊制作邊講解。隨著機(jī)構(gòu)的演示，學(xué)生的積極也被調(diào)動(dòng)起來(lái)，也在實(shí)踐中學(xué)到了知識(shí)。

另外，可以把某些學(xué)生實(shí)驗(yàn)和演示實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)為探索性實(shí)驗(yàn)，使之達(dá)到不同層次的創(chuàng)新能力培養(yǎng)目標(biāo)。探索性實(shí)驗(yàn)教學(xué)較課堂教學(xué)有更廣闊的活動(dòng)空間和思維空間，可以激發(fā)和滿足不同層次學(xué)生的探索與創(chuàng)新欲望。學(xué)生在自己"探索"生命規(guī)律的實(shí)驗(yàn)過(guò)程中可以把動(dòng)手和動(dòng)腦結(jié)合起來(lái)，鍛煉和培養(yǎng)自己的創(chuàng)新能力。教師應(yīng)讓學(xué)生明確探索性實(shí)驗(yàn)的基本環(huán)節(jié)，并在實(shí)驗(yàn)儀器的選取與操作、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的觀察、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理、實(shí)驗(yàn)結(jié)論的得出等一系列環(huán)節(jié)中，及時(shí)對(duì)學(xué)生進(jìn)行指導(dǎo)，使學(xué)生在相對(duì)獨(dú)立的實(shí)驗(yàn)活動(dòng)中體會(huì)創(chuàng)新的艱辛與愉悅，如實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思想，機(jī)構(gòu)學(xué)方法，實(shí)驗(yàn)技巧等。

2.充分發(fā)動(dòng)適時(shí)組織

首先是合理選擇制作的制作時(shí)機(jī)，做好學(xué)生的發(fā)動(dòng)組織工作是完成小制作的前提，專業(yè)理論是制作的技術(shù)基礎(chǔ)，制作應(yīng)在專業(yè)課程結(jié)課或進(jìn)行到一定階段后開(kāi)展，如機(jī)械制作至少要安排在機(jī)械基礎(chǔ)第五章凸輪以后來(lái)做，這樣做起來(lái)素材就很豐富，各種機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)裝置基本學(xué)完，學(xué)生能夠言之有物，做之有律。但說(shuō)者容易做者難，如果教師不充分發(fā)動(dòng)、啟發(fā)學(xué)生，就讓學(xué)生自己做，學(xué)生一定會(huì)摸不著頭腦。所以在做制作之前，教師必須充分發(fā)動(dòng)學(xué)生，調(diào)動(dòng)起他們的積極性。例如：學(xué)完《機(jī)械基礎(chǔ)》之后，我們可以說(shuō)："我們已經(jīng)學(xué)完《機(jī)械基礎(chǔ)》了，在書(shū)中有好多機(jī)構(gòu)，如鉸鏈四桿、凸輪機(jī)構(gòu)、棘輪機(jī)構(gòu)等等，我們能不能利用這些機(jī)構(gòu)的原理做一些小制作呢?"其實(shí)我們的日常生活中有許多方面應(yīng)用了這些機(jī)構(gòu)，如縫紉機(jī)的踏板機(jī)構(gòu)應(yīng)用了曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，汽車翻斗裝置應(yīng)用了雙搖桿，修鞋的縫紉機(jī)應(yīng)用了凸輪機(jī)構(gòu)，也可以用麻花鋼做出鋼釬子，既要用到鉗工知識(shí)，又要進(jìn)行熱處理的操作。其實(shí)專業(yè)本來(lái)就是來(lái)源于生活，反過(guò)來(lái)服務(wù)于生活和生產(chǎn)。指導(dǎo)教師可以把原來(lái)自己做好的制作向?qū)W生演示，說(shuō)明所用材料、制作方法、制作過(guò)程、表達(dá)的原理等等。通過(guò)教師的拋磚引玉，使學(xué)生覺(jué)得做制作并不是特別難，自己便有了試一試的欲望。教師可以將全班同學(xué)分為幾個(gè)組(每組三、四個(gè)人)，并制訂出制作的評(píng)分方法，讓全班同學(xué)比一比，看哪組做得更好，并把學(xué)生的評(píng)分結(jié)果作為專業(yè)成績(jī)考核的一個(gè)主要依據(jù)。這樣可以充分調(diào)動(dòng)起他們的積極性。

3.開(kāi)拓思路正確引導(dǎo)

正確引導(dǎo)學(xué)生去創(chuàng)作是學(xué)生完成制作并做出精品的關(guān)鍵。教師對(duì)學(xué)生制作的指導(dǎo)不同于上專業(yè)課的教條，也不同于實(shí)習(xí)的嚴(yán)格，重要的是引導(dǎo)學(xué)生去創(chuàng)作，去發(fā)揮。例如：《機(jī)械基礎(chǔ)》上有許多機(jī)構(gòu)和零件，如四桿機(jī)構(gòu)、槽輪機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)等，如果照教具搬下來(lái)也很容易，結(jié)構(gòu)尺寸都不變。但創(chuàng)意不應(yīng)照搬，而應(yīng)把專業(yè)知識(shí)前后聯(lián)系起來(lái)，不同機(jī)構(gòu)聯(lián)系起來(lái)，相關(guān)專業(yè)聯(lián)系起來(lái)，專業(yè)知識(shí)同日常生活和生產(chǎn)實(shí)際聯(lián)系起來(lái)。只有沿這個(gè)思路走，才能充分發(fā)揮學(xué)生的聰明才智，做出有水平的作品。如把液壓和制動(dòng)機(jī)構(gòu)結(jié)合起來(lái)，便組成了液動(dòng)剎車裝置，再安裝一個(gè)尾燈，便可形成剎車燈，由簡(jiǎn)單的原理組合便成了一個(gè)實(shí)際中應(yīng)用的裝置。學(xué)生的制作過(guò)程往往要經(jīng)過(guò)一個(gè)由模仿到創(chuàng)新改造的過(guò)程。這個(gè)過(guò)程就是學(xué)生的專業(yè)理論從了解到掌握再到升華，直至運(yùn)用的過(guò)程。在整個(gè)刨意過(guò)程中，教師應(yīng)該不失時(shí)機(jī)的給學(xué)生加以正確引導(dǎo)。

4.認(rèn)真準(zhǔn)備精心指導(dǎo)

要把自己的創(chuàng)意變成實(shí)物，并不是一件容易的事情，即使一個(gè)很簡(jiǎn)單的機(jī)構(gòu)也要花費(fèi)很多時(shí)間。

材料的準(zhǔn)備。學(xué)生的制作多是演示原理，可以選擇一些生活中易找到的廢料來(lái)作為制作的材料，如可以用輸液管充當(dāng)液壓管道，用注射器充當(dāng)液壓缸，用三合板做吊車，用易拉罐做彈簧片等，既經(jīng)濟(jì)又實(shí)用。

制作過(guò)程。先把機(jī)構(gòu)所用到的零件準(zhǔn)備或制作完成，然后進(jìn)行組裝，這是完成制作的難點(diǎn)。因?yàn)樵诮M裝過(guò)程中，一定會(huì)遇到這樣那樣的問(wèn)題，教師這時(shí)一定耐心指導(dǎo)，適時(shí)指出錯(cuò)誤和不足，鼓勵(lì)學(xué)生積極改進(jìn)，不能遇到挫折就半途而廢，要對(duì)自己的作品始終充滿信心和希望，堅(jiān)信自己一定能夠完成。無(wú)論學(xué)生的作品好壞，做的過(guò)程就是學(xué)生的進(jìn)步過(guò)程。教師除了做好技術(shù)指導(dǎo)外，還需要更好的運(yùn)用表?yè)P(yáng)鼓勵(lì)等方法給學(xué)生以心理支持。

5.及時(shí)總結(jié)改進(jìn)不足

作品完成后，及時(shí)總結(jié)是指導(dǎo)學(xué)生制作的最后一步，也是很必要的一步。總結(jié)包括作品從設(shè)計(jì)到制作的優(yōu)劣，制作的精密程度，說(shuō)明的原理等。最后按照評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)評(píng)出較好的作品進(jìn)行展覽、評(píng)獎(jiǎng)，激發(fā)學(xué)生找出自己作品的不足，不斷改進(jìn)，更好地完成下一個(gè)制作。在學(xué)生制作的過(guò)程中，出現(xiàn)了許多優(yōu)秀作品，如"液壓千斤頂原理演示板"、"汽車液壓翻斗車"、"自動(dòng)按摩椅"、"起針鉗"等，不僅創(chuàng)意新，而且做工細(xì)致。

制作本身就是利用實(shí)物演示形象地說(shuō)明專業(yè)理論，如果發(fā)動(dòng)得當(dāng)，學(xué)生會(huì)有許多創(chuàng)新產(chǎn)品出現(xiàn)。因此，指導(dǎo)學(xué)生制做制作大大提高了學(xué)生學(xué)習(xí)本專業(yè)知識(shí)的興趣，加深他們對(duì)專業(yè)理論的理解，進(jìn)而提高了動(dòng)手操作能力、創(chuàng)新能力，也培養(yǎng)了他們團(tuán)結(jié)協(xié)作的精神。

篇8

一、精簡(jiǎn)教學(xué)內(nèi)容，創(chuàng)新學(xué)生思維

《機(jī)械基礎(chǔ)》課程是機(jī)械類專業(yè)的必修的一門(mén)專業(yè)基礎(chǔ)課，要求學(xué)生在“了解常用金屬材料的性能，熟悉常見(jiàn)機(jī)構(gòu)和通用機(jī)械零件的主要參數(shù)和工作原理”層面上學(xué)會(huì)機(jī)械零件的設(shè)計(jì)。教師在確定教學(xué)內(nèi)容時(shí)，應(yīng)根據(jù)學(xué)生今后從事的就業(yè)崗位，按照實(shí)用性原則確定課程的教學(xué)內(nèi)容，以“用得上、學(xué)得進(jìn)”為原則，盡量做到“收縮面，加強(qiáng)點(diǎn)”。如：增加實(shí)用性較強(qiáng)的金屬材料部分，保持常用機(jī)構(gòu)與機(jī)械零件部分基本不變；根據(jù)學(xué)生掌握知識(shí)的實(shí)際情況，堅(jiān)持“夠用為度”的原則，盡量選擇難易適中符合生產(chǎn)實(shí)際的知識(shí)進(jìn)行講授；刪除機(jī)械基礎(chǔ)的工程力學(xué)部分及機(jī)械零件中與其相關(guān)的計(jì)算等學(xué)生普遍感到抽象難懂的部分。這樣，經(jīng)過(guò)教師的不斷精簡(jiǎn)，現(xiàn)在的機(jī)械基礎(chǔ)課程中的“常用金屬材料”和“常見(jiàn)機(jī)構(gòu)與機(jī)械零件”等兩部分內(nèi)容不是簡(jiǎn)單組合，而是“融為一體”，其內(nèi)容更貼切地符合當(dāng)前高職教學(xué)的要求，有利于提高教學(xué)效率和教學(xué)效果，有助于創(chuàng)新學(xué)生的思維。

二、靈活運(yùn)用，創(chuàng)新教學(xué)方法

《機(jī)械基礎(chǔ)》對(duì)于學(xué)生來(lái)說(shuō)是一門(mén)實(shí)用性、實(shí)踐性和應(yīng)用性很強(qiáng)的課程，由于學(xué)生缺乏對(duì)實(shí)際生產(chǎn)的認(rèn)知，因此教師在教學(xué)時(shí)，要注意啟發(fā)學(xué)生積極思維，創(chuàng)新教學(xué)方法。

1.采用講授——現(xiàn)場(chǎng)參觀——總結(jié)實(shí)踐。教師在講授新課前在課堂上對(duì)課題的主要內(nèi)容及所涉及實(shí)物進(jìn)行“課題簡(jiǎn)述”，教師應(yīng)設(shè)計(jì)一些富于啟發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和創(chuàng)新學(xué)生思維的問(wèn)題，讓學(xué)生帶著問(wèn)題到相關(guān)企業(yè)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)參觀，通過(guò)觀察機(jī)器零部件的構(gòu)造、外形，使學(xué)生形成感性的印象和初步的認(rèn)知。同時(shí)，教師或聘請(qǐng)企業(yè)的技術(shù)人員再結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)例，利用多媒體課件或相關(guān)掛圖對(duì)該零部件的工作原理進(jìn)行系統(tǒng)詳細(xì)的講解和總結(jié)，這樣學(xué)生就通過(guò)實(shí)踐——認(rèn)知——講授等循環(huán)反復(fù)地認(rèn)知過(guò)程，使學(xué)生對(duì)機(jī)械基礎(chǔ)的一些抽象枯燥的理論知識(shí)融會(huì)貫通，取得良好的教學(xué)效果。例如,在液壓傳動(dòng)、齒輪傳動(dòng)等教學(xué)中,若以看不到內(nèi)部結(jié)構(gòu)的實(shí)物進(jìn)行教學(xué),學(xué)生不易理解。而到現(xiàn)場(chǎng)利用拆開(kāi)實(shí)物進(jìn)行示教講解,學(xué)生可直接觀察設(shè)備的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和零部件動(dòng)作過(guò)程，從而很容易掌握液壓、齒輪的構(gòu)造及工作原理。

2.巧用類比教學(xué)策略，幫助學(xué)生理解概念，掌握規(guī)律，培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力。對(duì)于一些新舊知識(shí)相關(guān)聯(lián)的內(nèi)容，教師可以以通俗的語(yǔ)言對(duì)后面所學(xué)的知識(shí)與前面所學(xué)的內(nèi)容進(jìn)行類比學(xué)習(xí)，從而提高學(xué)生對(duì)新知識(shí)的理解能力。如學(xué)完直齒圓柱齒輪傳動(dòng)以后，教師引導(dǎo)學(xué)生用類比法學(xué)習(xí)斜齒圓柱齒輪，學(xué)生通過(guò)對(duì)比學(xué)習(xí)，達(dá)到舉一反三的目的，極大地提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。

3.充分發(fā)揮師生雙方的主觀能動(dòng)作用，創(chuàng)設(shè)情境，創(chuàng)新學(xué)生思維。在教學(xué)過(guò)程中，充分利用頭腦風(fēng)暴法、卡片法、小組工作法、項(xiàng)目教學(xué)法等形式多樣的教學(xué)方式，有針對(duì)性地重點(diǎn)施教、因材施教，從而有利于激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，提高分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，為學(xué)習(xí)后續(xù)專業(yè)課程奠定扎實(shí)的基礎(chǔ)。

三、采取多媒體教學(xué)手段，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情

由于機(jī)械基礎(chǔ)課程的理論知識(shí)比較深?yuàn)W和抽象，學(xué)生對(duì)機(jī)械構(gòu)造的奇妙世界充滿了好奇，但由于對(duì)機(jī)械的感性認(rèn)識(shí)較少，如果單靠黑板講解，學(xué)生往往難以理解和掌握，因此教師在上課時(shí)可以充分利用現(xiàn)代化的教學(xué)手段和一些機(jī)械模型、教具掛圖以及制作生動(dòng)有趣的多媒體課件，通過(guò)直觀、形象、生動(dòng)鮮活的方式展示出來(lái)，進(jìn)一步地激發(fā)學(xué)生的求知欲望，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。例如教師在講解曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中曲柄和連桿的兩次共線運(yùn)動(dòng)情況時(shí)，教師可以通過(guò)多媒體動(dòng)畫(huà)演示，證明曲柄存在的條件、死點(diǎn)位置、急回特性等問(wèn)題，使學(xué)生感受非常直觀。在講解齒輪泵的工作原理時(shí)，利用多媒體課件的動(dòng)畫(huà)效果可將齒輪泵工作過(guò)程清晰地表現(xiàn)出來(lái)，使學(xué)生能夠仔細(xì)觀察到齒輪泵密封容積的形成及密封容積的變化。通過(guò)多媒體課件演示可以形象生動(dòng)地啟發(fā)學(xué)生的積極思維，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。

四、整合機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)，提高學(xué)生的工程設(shè)計(jì)能力

篇9

當(dāng)代高職教育的核心是打造高技能，高水平，高實(shí)踐綜合性人才，企事業(yè)單位對(duì)這種操作性強(qiáng)，理論優(yōu)勢(shì)明顯的高素質(zhì)人才需求日益增多。高職教育《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》課程教學(xué)質(zhì)量直接影響到我國(guó)機(jī)械制造類的人才質(zhì)量，機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)主要包括機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)械原理、工程力學(xué)三個(gè)模塊，其中機(jī)械設(shè)計(jì)和機(jī)械原理是機(jī)械類學(xué)生的必備基礎(chǔ)課程，甚至包括本科院校都需要分別單獨(dú)開(kāi)設(shè)兩門(mén)課程，但是工程力學(xué)作為一門(mén)機(jī)械類學(xué)生的工具教材，被引入到高職《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》課程當(dāng)中反應(yīng)了社會(huì)對(duì)高職人才的需求度越來(lái)越大，與實(shí)際操作實(shí)踐越來(lái)越密切。如何將工程力學(xué)課程與機(jī)械類課程有機(jī)結(jié)合起來(lái)，那一部分對(duì)學(xué)生在生產(chǎn)實(shí)踐當(dāng)中更加有利？筆者通過(guò)不斷的思索、不斷教學(xué)實(shí)踐總結(jié)出一點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)供同仁參考[2]。

2 大學(xué)生綜合素質(zhì)提高與創(chuàng)新

2.1 精心設(shè)計(jì)教學(xué)實(shí)例，讓有效課堂時(shí)間變的更高效。例如，在工程力學(xué)中求齒輪軸的圓軸扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，扭矩。并校核給定材料的強(qiáng)度。

從上圖所示，我們可以看出輸入功率為A截面，輸出功率為B、C、D截面，這是一個(gè)齒輪軸圓軸扭轉(zhuǎn)題目實(shí)例，不僅可以從扭矩方面進(jìn)行設(shè)計(jì)題目，同時(shí)可以設(shè)計(jì)求解截面扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，和扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度校核。

這時(shí)同學(xué)們會(huì)按照工程力學(xué)相關(guān)公式以及參考設(shè)計(jì)手冊(cè)來(lái)完成這道題目。但是僅僅在力學(xué)課上解決題目，一旦到了機(jī)械類課堂就會(huì)感覺(jué)這是獨(dú)立的兩種學(xué)科領(lǐng)域，尤其是面對(duì)專用周、做實(shí)驗(yàn)，學(xué)生變的盲目，手腳放不開(kāi)，沒(méi)有一點(diǎn)思路，這就需要多學(xué)科穿插教學(xué)。

工程力學(xué)包括對(duì)軸，梁剪切，扭轉(zhuǎn)，彎曲，拉壓應(yīng)力和強(qiáng)度校核。在工程當(dāng)中應(yīng)用相當(dāng)廣泛，尤其在受力分析時(shí)，扭矩與功率轉(zhuǎn)換，應(yīng)力與載荷加載方式的關(guān)系，都是當(dāng)代工科大學(xué)生所要掌握的基本知識(shí)點(diǎn)。不僅僅培養(yǎng)力學(xué)發(fā)散思維，更要針對(duì)其相關(guān)主干課進(jìn)行套用，達(dá)到有所依有所據(jù)，針對(duì)機(jī)械類大學(xué)生在進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)時(shí)無(wú)可避免要涉及到材料選用，許用應(yīng)力強(qiáng)度校核。達(dá)到裝備設(shè)計(jì)要求就必須要結(jié)合實(shí)際相關(guān)實(shí)例，這是對(duì)高職課堂教學(xué)的基本要求，機(jī)械類大學(xué)生不僅僅要掌握工程力學(xué)，同理理論力學(xué)，材料力學(xué)，電氣控制數(shù)控制造工藝等相關(guān)基礎(chǔ)理論教程都應(yīng)該按照類似方法進(jìn)行學(xué)習(xí)。

2.2 營(yíng)造氣氛由表及里，在實(shí)際工程實(shí)踐當(dāng)中并沒(méi)有理想化的模型可以用公式直接解決方案。簡(jiǎn)化模型以及近似建立模型是大學(xué)生必備基本功。如果只有知識(shí)基礎(chǔ)理論一旦遇見(jiàn)實(shí)際問(wèn)題，并不能系統(tǒng)歸納到所學(xué)理論模型或公式，那就是高職教育的失敗，也是工科專業(yè)的短板。健康良好的質(zhì)疑才能引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)入最佳學(xué)習(xí)模式，循序漸進(jìn)巧妙進(jìn)行學(xué)科綜合引導(dǎo)。

繼續(xù)拿上一道題舉例說(shuō)明，延伸一下引導(dǎo)可以求出電機(jī)功率，轉(zhuǎn)速和各個(gè)輸出功率，如果繼續(xù)深入探索可以解決齒輪材料、齒面強(qiáng)度等一系列工程問(wèn)題。舉一反三，這里代表的不是某一道題或某一門(mén)學(xué)科，學(xué)科之間不是孤立，要抓住關(guān)聯(lián)的重要部分[1]。

根據(jù)心理學(xué)家加德納教授的多元智能理論，職業(yè)教育對(duì)象的智力類型具有形象思維特征。它對(duì)知識(shí)的選擇有明確指向性，善于獲取經(jīng)驗(yàn)和策略，而這類知識(shí)的獲得更是與具體情境緊密相關(guān)。根據(jù)這一智力特征，職業(yè)教育的教學(xué)應(yīng)以情境教學(xué)為主[3]。

建設(shè)具有高等職業(yè)教育特色的高職機(jī)械類專業(yè)的教學(xué)資源，不斷提升專業(yè)人才培養(yǎng)質(zhì)量和社會(huì)服務(wù)能力；為全國(guó)高職在校生實(shí)現(xiàn)自主學(xué)習(xí)、為先進(jìn)制造業(yè)領(lǐng)域在崗人員機(jī)電設(shè)備使用與維護(hù)技能的提高和機(jī)電一體化技術(shù)應(yīng)用知識(shí)的更新、為畢業(yè)生在崗接受繼續(xù)教育等個(gè)性化學(xué)習(xí)提供專業(yè)化的優(yōu)質(zhì)服務(wù)；為學(xué)生、教師、企業(yè)人員搭建交流平臺(tái)。在帶動(dòng)全國(guó)高職院校同類專業(yè)的教學(xué)模式和教學(xué)方法改革過(guò)程中不斷調(diào)整更新，逐步完善，培養(yǎng)出適應(yīng)現(xiàn)代社會(huì)發(fā)展需要的機(jī)制類人才。

3 課后總結(jié)歸納，及時(shí)引導(dǎo)答疑

在結(jié)束每一堂課后，進(jìn)行及時(shí)的歸納和總結(jié)，對(duì)于學(xué)習(xí)態(tài)度不積極的學(xué)生進(jìn)行及時(shí)陽(yáng)光化的引導(dǎo)。千萬(wàn)不可讓學(xué)生產(chǎn)生厭學(xué)情緒，對(duì)易混淆，概念模糊的模塊讓同學(xué)們提前預(yù)習(xí)分析。經(jīng)過(guò)反復(fù)實(shí)踐，這種教學(xué)方法適用于高職院校機(jī)械類學(xué)生，讓其受到一定益處[4]。

篇10

【關(guān)鍵詞】機(jī)械基礎(chǔ)；教學(xué)方法；創(chuàng)新思路；探析

機(jī)械基礎(chǔ)是許多院校開(kāi)展的一門(mén)基礎(chǔ)課程，對(duì)于學(xué)校的學(xué)生而言，這門(mén)課程具有較高的難度，需要花費(fèi)很大的氣力才能學(xué)好，老師在教學(xué)方法和學(xué)生在學(xué)習(xí)方法上，都要有一定的方法創(chuàng)新，共同協(xié)作，才能使學(xué)生掌握這門(mén)課程。機(jī)械基礎(chǔ)這門(mén)課程有很大的難度，首先體現(xiàn)在課程本身具有龐雜的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，需要學(xué)生在理解的基礎(chǔ)上強(qiáng)化記憶；第二，學(xué)生對(duì)機(jī)械類的知識(shí)比較缺乏，在認(rèn)識(shí)上比較欠缺，對(duì)于機(jī)械結(jié)構(gòu)圖，他們很難看明白?；谶@些問(wèn)題，教授這門(mén)課的老師不應(yīng)該固守于傳統(tǒng)的教學(xué)方法，而應(yīng)該試圖去發(fā)掘新的教學(xué)思路，樹(shù)立創(chuàng)新的意識(shí)和觀念，讓課堂變?yōu)閷W(xué)生主動(dòng)參與的課堂，而非灌輸式的課堂，以此提高教學(xué)的效率。

一、突出教學(xué)的主體，開(kāi)放式課堂凸顯創(chuàng)新

在傳統(tǒng)的機(jī)械基礎(chǔ)課堂上，老師和學(xué)生都顯得比較“規(guī)矩”甚至是“保守”，教師按照教學(xué)大綱一字不差地將知識(shí)傳授給學(xué)生，學(xué)生完全服從教師的指示，吸收相關(guān)知識(shí)。這樣，學(xué)生被老師“牽著鼻子走”，老師被教學(xué)大綱“牽著鼻子走”的局面形成，學(xué)生只知道背誦記憶知識(shí)，而沒(méi)有鍛煉相關(guān)的思維能力，教學(xué)的質(zhì)量和效果都不明顯。因此，要?jiǎng)?chuàng)新教學(xué)思路，首先應(yīng)該重新審視教學(xué)的主體，在倡導(dǎo)“生本”教育理念的今天，學(xué)生是課堂教學(xué)的主體，一切的教學(xué)設(shè)計(jì)都要圍繞這個(gè)主體進(jìn)行。在具體教學(xué)過(guò)程中，教師可以設(shè)置一系列的開(kāi)放式問(wèn)題，讓學(xué)生充分地活躍思維，體現(xiàn)學(xué)生解答問(wèn)題的獨(dú)創(chuàng)性，展現(xiàn)思維的個(gè)性。使學(xué)生在學(xué)習(xí)機(jī)械基礎(chǔ)這門(mén)課程中，能夠從本質(zhì)上把握學(xué)科的脈絡(luò)體系和特點(diǎn)，領(lǐng)會(huì)機(jī)械基礎(chǔ)這門(mén)課程的精髓。

比如，在講解軸的結(jié)構(gòu)時(shí)，可以由老師規(guī)定條件然后由學(xué)生自己設(shè)計(jì)一種類型的軸，充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性和動(dòng)手實(shí)踐能力。根據(jù)軸的工作原理，老師可提出三個(gè)要求：1.要求軸上所需的不同零件要相互配合良好，零件之間能很好嵌入；2.要求設(shè)計(jì)的零件要符合現(xiàn)實(shí)條件，通過(guò)現(xiàn)有技術(shù)可以加工出來(lái)，并且應(yīng)力集中要盡可能地得到減少；3.要求軸上所需的零件，在裝和拆的過(guò)程中以便利性為主，裝配要簡(jiǎn)單。讓學(xué)生知曉這三個(gè)條件后，就要鼓勵(lì)學(xué)生根據(jù)要求自行設(shè)計(jì)，然后將學(xué)生們的設(shè)計(jì)作品進(jìn)行評(píng)價(jià)和分析，只要設(shè)計(jì)的軸與以上的三個(gè)要求相符，那么學(xué)生的設(shè)計(jì)作品就被評(píng)價(jià)為合格；通過(guò)分析設(shè)計(jì)的作品，使學(xué)生對(duì)自己作品性能有一個(gè)明確的了解，也能夠評(píng)價(jià)出誰(shuí)的作品是最科學(xué)合理的。這樣，通過(guò)這個(gè)問(wèn)題，學(xué)生的積極性得以調(diào)動(dòng)，將所學(xué)的理論知識(shí)應(yīng)用于實(shí)踐之中，對(duì)機(jī)械基礎(chǔ)課程所教授的內(nèi)容有了深入了解；同時(shí)使學(xué)生們的思維得到了鍛煉，肯定了學(xué)生們的設(shè)計(jì)成果，學(xué)生們也受到很大的鼓舞，對(duì)這門(mén)學(xué)科有了學(xué)習(xí)的動(dòng)力。

二、通過(guò)新科技，創(chuàng)新教學(xué)方法

隨著技術(shù)的發(fā)展和科學(xué)的進(jìn)步，在教育領(lǐng)域，越來(lái)越多地使用新的媒體進(jìn)行教學(xué)，因此出現(xiàn)了許多新的教學(xué)方法和教學(xué)手段，綜合起來(lái)說(shuō)，就是多媒體教學(xué)手段的運(yùn)用。在機(jī)械基礎(chǔ)課程中，新媒體參與的教學(xué)能夠大大提高學(xué)生的興趣，使課堂不再枯燥無(wú)味，而是豐富多彩起來(lái)。比如，在講解導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)時(shí)，單純依靠文字的描述很難使學(xué)生理解，這時(shí)，可以利用多媒體教學(xué)設(shè)備制作一個(gè)動(dòng)畫(huà)視頻，讓學(xué)生弄清楚其工作的原理，動(dòng)畫(huà)上可以配上適當(dāng)?shù)闹v解，學(xué)生的注意力會(huì)被完全吸引，同時(shí)興趣大增，學(xué)習(xí)效率切實(shí)得到提高。

借助多媒體教學(xué)手段，然后通過(guò)適當(dāng)?shù)攸c(diǎn)撥，學(xué)生的智力和思維活動(dòng)都能得到有效地開(kāi)發(fā)，同時(shí)也能降低學(xué)習(xí)難度，提高教師的教學(xué)效率，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成教學(xué)任務(wù)。例如，學(xué)習(xí)機(jī)構(gòu)的工作原理時(shí)，學(xué)生要看懂其工作原理圖，是非常困難的，老師講解也不知如何“下口”，而通過(guò)多媒體設(shè)備，就可以對(duì)機(jī)構(gòu)的工作原理進(jìn)行生動(dòng)地演示，學(xué)生的理解難度系數(shù)就降低了；在觀看演示的過(guò)程中，學(xué)生會(huì)全神貫注地進(jìn)行思考，通過(guò)自己已有的知識(shí)儲(chǔ)備和積極地動(dòng)腦，掌握某個(gè)機(jī)構(gòu)的機(jī)械原理。

三、開(kāi)展實(shí)訓(xùn)教學(xué)，提高學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力

機(jī)械基礎(chǔ)這門(mén)課程，學(xué)生僅從書(shū)面角度了解具體的機(jī)械構(gòu)造和工作原理是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，因?yàn)閷W(xué)習(xí)的這些知識(shí)最終是要應(yīng)用于實(shí)踐當(dāng)中的。因此，開(kāi)展實(shí)訓(xùn)教學(xué)是非常必要的，而且也是提高教學(xué)水平的有效手段。實(shí)訓(xùn)教學(xué)是以理論教學(xué)為前提的，但是通過(guò)實(shí)訓(xùn)教學(xué)，學(xué)生的理論水平也可以得到很大的提升，通過(guò)學(xué)生自己主動(dòng)動(dòng)手實(shí)踐，學(xué)生對(duì)不同的機(jī)械零件的使用功能會(huì)有更深刻的認(rèn)識(shí)，并且熟諳了具體的機(jī)械操作原理，使學(xué)生的認(rèn)識(shí)和動(dòng)手能力都有大范圍的提高，對(duì)機(jī)械基礎(chǔ)這門(mén)課程的精髓有了很好的把握。

四、總結(jié)

以上分析了機(jī)械基礎(chǔ)教學(xué)方法創(chuàng)新的思路，有值得借鑒之處，也有需要進(jìn)一步完善的地方，希望熱心的讀者能從中得到一定的啟示，在教學(xué)方法上不斷探索，不斷加強(qiáng)創(chuàng)新，將有效的教學(xué)方法運(yùn)用于具體的教學(xué)實(shí)踐中去。因此，這門(mén)課程的教學(xué)理應(yīng)以理論和實(shí)踐相結(jié)合的形式進(jìn)行，還要結(jié)合具體教學(xué)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的新問(wèn)題，在此基礎(chǔ)上不斷創(chuàng)新。