机械设计课程建设的探索与实践.docx
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机械设计课程建设的探索与实践
“机械设计课程建设的探索与实践”
——成果总结
黄平、朱文坚、谢小鹏、何军、刘新育
2009年4月
1概述
机械设计是机械类专业一门重要的技术基础课，是学生获取机械设计基础理论知识和实验操作技能的重要环节，承担培养机械类和近机械类本科生设计创新和动手能力的重要任务。
根据我校高水平大学的建设规划和目标和我国经济发展对创新型设计人才的需求，我们确立了“立足华南、辐射全国、走向世界”，建设高水平的创新人才培养、教学实践改革和师资队伍培训基地的发展目标。
课题组突破传统机械设计教学体系框架，从工程实际出发，以提高学生工程实践能力为目标，进行教材、实验体系和实验教学基地的建设，以期培养出适应我国经济发展所需的机械设计人才。
近年来，我们在理论教材建设、实验教学体系改革和高水平实验基地建设三方面进行了探索与实践，并取得了一定成绩，见图1。
图1三个主要方面探索与实践图
通过机械设计课程教材改革为这一传统课程带来了新的生机，并结合网络化多媒体和开放式等先进教学模式提高了教学质量、教学效果，获得了国家级精品课程。
通过整合多门机械基础实验形成一门独立的机械基础综合实验课程，显著提升实验课程重要地位。
开展了旨在提高学生动手能力、创新设计能力和综合素质的实践活动，取得了良好的效果。
通过加强实验基地优化建设和管理，建成了高水平的机械基础实验中心，获得了国家级实验教学示范中心的称号。
中心在每年承担大量学生实验、学生创新设计的同时，还接待大量国内外同行参观学习，起到良好的辐射作用，受到来访专家、同行、领导的一致好评。
2主要内容
⑴理论教材建设
本课题组成员将多年在机械学、力学、摩擦学方面的科研实践与机械设计教学过程相结合，提出了以学科分类为主线的《机械设计》课程教材改革的思路。
不同于按单独零件分类的大多数现有教材，新编的理论教材按零件的破坏形式分别将静强度设计、疲劳强度设计、摩擦学设计、结构设计、通用零件和常用非通用零件设计为主线，侧重介绍了与之相关的基础机理，见表1。
由于其创新性被选定为国家“十五”规划教材，并立为国家“十一五”规划教材，由高等教育出版社出版发行，受到了同学们的欢迎和同行专家的肯定，见图2。
图2机械设计、机械基础实验教程、机械设计基础三本国家级规划教材
表1教材内容格式对比
普通机械设计教材
本教材
总论
应力、强度、疲劳强度、摩擦磨损润滑
总论
机器组成、设计方法与准则、常用材料及选用
联接
螺纹联接、键联接、销联接、过盈联接、铆接、焊接、胶接等
静强度设计
载荷、应力典型零件静强度设计
传动
带传动、链传动、齿轮传动、蜗杆传动等
疲劳强度设计
疲劳强度计算典型零件的疲劳强度设计
轴系
轴、滑动轴承、滚动轴承、联轴器、离合器等
摩擦学设计
摩擦学设计准则与方法
其他
弹簧、机架等
结构设计
结构设计概论、典型零件的结构设计
——
零件选用
常用机械零件的类型和选用
配合教材改革，课题组还积极进行课程教学内容、教学手段和教学方法的研究与实践，将课程的改革与科技进步与发展相关联。
利用多媒体技术研发了大量的计算机教学课件、电子教材、视频动画、录像课程、网络课程等，与所编写《机械设计》教材配套，经过多年使用，效果良好。
现有的多媒体素材库含有文本529个，图像2997个，动画1014个，虚拟零件106个，视频349个；多媒体教材库含有网络课程4个，电子教案6套约3000张，各类CAI课件10个，学生自学自测课件46个，实验CAI课件14个，试卷80份，三分频授课录像16节共800分钟。
总电子资源容量达1142G，见图3。
图3部分获奖CAI软件和多媒体素材
以上工作的代表性成果有：
1.国家级精品课程：
机械设计基础，教育部，主要完成人：
朱文坚、黄平、陈扬枝、谢小鹏等，2007.11
2.国家十五、十一五规划教材，机械设计，高等教育出版社，主编：
朱文坚、黄平等，2005.12、2008.11
3.国家级特色专业规划教材，机械设计基础，科学出版社，主编：
黄平朱文坚，2009.2
4.广东省精品课程：
机械设计，主要完成人：
黄平、朱文坚等，2007
5.广东省“151工程”专业资源库奖，一等奖，广东省教育厅，完成人：
朱文坚、…，何军，刘新育等，2007.12
6.广东省高等教育多媒体课件三等奖，广东省教育厅，完成人：
朱文坚、…，何军，刘新育等，2007.12
7.广东省高等教育多媒体课件，一等奖，广东省教育厅，完成人：
朱文坚、…，何军，刘新育等，2006.9
8.黄平、朱文坚等，国内外机械设计部分主要教材在内容和结构上的异同分析，机械设计教学研究2006，2006，190-192
9.朱文坚、黄平、何军、刘新育，基于于信息技术的机械设计系列课程教学改革，当代高教理论研究，2007，53-54
10.刘新育、朱文坚、何军，“机械设计基础”精品课程的建设与实践，机械设计教学研究2008，2008，263-265
11.朱文坚、何军、刘新育等，从信息技术与课程知识结构的关系谈课程的教学改革，教育技术研究，2007，123-124
⑵实验教学体系改革
以往机械类实验课几乎都是附属在理论教学的课程中，中间安排数个实验，学生提交实验报告，而在期末的课程考核时一般不再包含实验内容。
导致部分学生有重理论、轻实验的想法；而且不同机械类实验间的联系也没有得到体现。
针对上面存在的问题，本中心实验教师通过总结多年的教学经验，将相关的多门机械基础实验整合为一门综合实验课程，统一编写教材，跨学年独立授课与考核。
对现有实验教学环节和教材进行了大力度的改革的具体内容见图4。
通过多年的实践表明：
这些方法和措施显著提升了实验课程的重要性和学生对实验环节的重视程度，取得了良好的效果，为实验教学体系的改革走出了一条新路。
另外，在实验教学方面大力开展创新型实验项目的研究，在获得教育部50万元实验创新项目专项经费后，资助了23个创新型实验教学项目的研究。
图4教学体系改革内容
图5师生实验和部分实验设备
以上工作的代表性成果有：
1.机械基础实验教程，科学出版社，主编：
朱文坚、谢小鹏等，2005.8
2.国家十一五规划教材，机械基础实验教程（第2版），科学出版社，主编：
朱文坚、何军等，2007.8
3.教育部国家级实验教学示范中心专项经费，教高司函[2007]20号，经费：
50万元，负责人：
黄平，2007
4.何军、朱文坚、刘新育，运用信息技术提高实验教学质量，机械设计教学研究2008，2008，429-431
5.朱文坚、黄平、何军等，机械基础实践教学环节的改革，机械设计教学研究2007，2007，460-462
6.何军、朱文坚、刘新育，虚拟现实技术在机械设计系列实验中的应用，机械设计教学研究2006，2006，399-401
7.刘新育、朱文坚、何军等，机械基础综合实验之实践认识类实验的探讨和实践，机械设计教学研究2006，2006，392-393
8.朱文坚、何军、刘新育，机械基础综合实验课程的改革与实践，机械设计教学研究2006，2006，374-375
⑶高水平实验基地建设
提高学生的动手能力需要通过实验教学来完成，而高水平的实验基地是保证实验教学质量的基础。
针对机械类实验占地面积广、设备体积和重量大、资金、人力和物力都需要巨大投入，而目前我国普遍教学经费、场地和编制等都比较紧张的问题，课题组成员通过分析了实验台套数与经费、空间、实验安排等的关系（见图6），确定了不同类型设备的机生比优化值，见表3。
通过认真研究、精心组织，对本科教学实验室设备进行了重组，整合优势资源，为有效使用有限资金建设优秀本科教学实验室积累了有益的经验。
图6实验设备台套数与经费、空间、实验安排等的关系
表3不同类型设备的机生比优化值
序号
机械类实验设备分类
主要代表性机械基础实验台
机生比i优化值
含义
1
大型设备
平面机构测试分析实验台
平衡机
机械传动综合实验台
创新实验台
0.2
5人/台
2
中型设备
曲柄滑块导杆凸轮实验台
液体动压轴承实验台
机组运转及飞轮调节实验台
粗糙度仪
0.33
3人/台
3
小型设备
齿轮减速机
组合式轴系结构实验箱
测绘实验用机构
齿轮参数测定实验模型
0.5
2人/台
4
工具类设备
普通金相显微镜
微型电子计算机
公差测量小工具
1.0
1人/台
另外，通过引入先进管理模式和方法，改革实验教学管理和运作的平台和机制，实验中心实行主任负责制，重大事件和经费分配由主任、副主任集体商议决定。
提高了管理效益，为实验教学改革提供一定经验或范式。
实验基地的建设为所在的华南理工大学机械基础教学实验中心在2006年成功申报国家级实验教学示范中心奠定了坚实基础。
在获得广东省教育厅实验室建设项目150万后，中心大力支持各分实验室的设备购置，较好地解决部分实验室急需设备的问题，进一步改善了实验条件。
中心扩大与同行交流，先后接待了大量国内外参观学习的同行、组织交流活动，起到了较好的辐射作用。
。
在2007年学校的本科评估中受到了到访的教育部专家的一致好评，见图7。
图7国内外专家、同行和领导参观中心和对外访问
以上工作的代表性成果有：
1.国家级实验教学示范中心：
机械基础教学实验中心，教育部，负责人：
黄平、陈锦昌、朱文坚，2006.11
2.广东省实验教学示范中心：
机械基础实验教学与工程训练示范中心，广东省，负责人：
黄平、陈锦昌、朱文坚，2005.11
3.广东省教育厅2006年度高等院校学科建设专项资金项目，粤财教[2007]129号，经费：
150万元，负责人：
黄平，2007.11
4.黄平、朱文坚、何军、刘新育等，机械基础类实验教学体系改革和实验设备配置研究，实验技术与管理，2008，25（12）：
188-190
5.黄平、朱文坚、何军、刘新育等，机械基础实验室建设中装备的比例优化配置，机械设计教学研究2007，2007，491-492
3应用与推广情况
应用情况
1．编写的国家规划教材《机械设计》、《机械基础实验教程》和《机械设计基础》在内容做了大力度的改革，经校内外3000多学生使用，加强了与学科相关知识联系，显著提升了实验课程的重要地位，有效提高了学生学习的主动性，受到了普遍好评；
2．“151”工程建设的机械基础资源库包括：
文本529个，图像2997个，动画1014个，视频349个。
教材库包括网络课程4个，电子教案6套共约3000张，各类CAI课件10个，学生自学自测课件46个，实验CAI课件14个，试卷80份，虚拟零件106个，16节共800分钟授课录像，总容量1142G。
建成3年多共有教师学生浏览人数10000多人次；
3．近年来，组织和参加了各类机械设计大赛、工业产品设计竞赛等多次，获优秀组织奖。
众多学生参与和大量作品参赛：
在各大赛事中，共有400多件作品参加了竞赛，参加设计作品的学生人数超过3000人（次）；这些作品中，获得特等奖、一等奖和优秀奖的作品共30多项；获得二等奖的作品有20多项；获得三等奖的作品有20多项。
推广情况
1．课题组研制的CAI课件已有山东工业大学、东北大学、武汉农业大学、江西治金学院、深圳大学、广东工业大学等学校用于教学中，使用效果良好。
2．实验中心接待了300多人次的国内外参观学习的同行、组织交流活动，起到了较好的辐射作用。
先后来访的有：
德国高校代表团、韩国岭南大学、教育部机械基础中青年教师培训班、全国高校实验室建设与实验教学改革经验交流会、上海交通大学、西安交通大学、湖南大学、西南交通大学、哈尔滨工业大学、天津大学、浙江理工大学、昆明理工大学、广西大学、华南农业大学、教育发展中心组织的全国高校实验培训班（2次）等。
3．课题组成员还发表多篇教研论文、参加各类型会议介绍自己的改革理念和成果，受到了好评。
如在教育部机械基础中青年教师培训班和全国高校实验培训班上我们介绍了实验课程改革的经验，与会代表纷纷索取《机械基础实验教程》和教历，并表示回去学习实行。
来访的国内同行给与我们工作较高的评价。
如浙江工业大学 彭旭东：
“实验工程中心内容充实、超前、齐全，为我校学习楷模”。
浙江理工大学竺达超、胡培钧、张群艳、姚凤：
“华南理工大学实验中心建设经验值得我们好好学习”。
杭州师范大学钱江学院“踏实、创新、规范。
”。
广东海洋大学：
“华南工科院校的排头兵！
”。
广东医学院实验教学管理处李果明：
“实力雄厚，成果丰硕！
”。
广西工学院机械系“管理严格规范，务实工作”。
太原理工大学教务处常晓明“你们在实实在在培养人！
”。
北京工业大学：
“国家实验示范中心为学生提供了全面的机械基础实验”。
北京工业大学电控学院：
“国家实验示范中心名副其实”。
见图8。
图8部分来访的国内同行的评价
4小结
通过近年来的努力工作，我们在机械设计课程建设方面取得了一定的成绩和成果，这些工作的特色和创新之处体现在在以下三个方面：
⑴总结教学科研经验，按设计过程改革机械设计教材
⑵整合多门机械基础实验，形成独立的机械基础综合实验课程
⑶优化实验教学资源的配置，建设优秀本科实验教学基地
需要指出，我们取得的成绩和成果与同行和各级部门的支持是分不开的，我们在此对所有支持过本项目工作的各位人士表示衷心的谢意！
我们将继续努力把机械设计课程建设的更好。
《机械设计课程建设的探索与实践》项目组
2009年4月
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