对机械设计的理解范文

导语：如何才能写好一篇对机械设计的理解，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

篇1

关键词：建筑设计剪力墙结构设计 应用

中图分类号：TU2文献标识码： A

为了满足人们对建筑功能和建筑质量的更高要求，优化建筑结构显得尤为必要，剪力墙结构在这种情况下应运而生。由于剪力墙结构具有抗侧刚度大、用钢量小以及抗震能力强等优点，因此在建筑结构设计中得到了广泛的应用，目前已经成为我国主要的建筑结构形式之一。剪力墙结构设计在我国建筑结构设计中占据着重要的地位。

一、关于剪力墙结构设计的原则分析

1.楼层之间最小剪力系数的调整原则。在剪力墙结构的设计过程中，建筑物楼层之间应该遵循调整最小剪力系数的原则。首先，在施工的过程当中，为了降低房屋及构筑物的自身重量，进一步增强建筑物的抗震能力，应该在短肢剪力墙承受的第一振型底部地震倾覆力矩占结构总底部地震倾覆力矩40%以内的前提之下，尽量控制剪力墙的数量。其次，在遵循上一前提的基础之上，对剪力墙进行大开间处理，使得剪力墙结构的侧向刚度变得更好。这样，建筑楼层之间的最小剪力系数将得到有效的控制，工程造价因此减少，有效地降低了建筑工程成本。

2.对楼层之间最大位移和楼层高之间的比例进行必要调整的原则。一般而言，对于普通建筑进行设计的时候，设计的重点主要集中在对楼层之间的扭转变形和剪切变形的处理上。我们知道，建筑物的剪切变形处理是用竖向构件的数量进行控制的。因此，一旦竖向构件的数量过多，剪力墙的剪重比例势必变得偏大。这种不合理的剪力墙结构设计将直接导致建筑楼层之间的扭转变形，且变形的程度较大。在这种情况之下，剪力墙结构同样难以满足建筑物楼层之间发生位移的需要。因此，在剪力墙结构的设计中，建筑物楼层之间的位移不能仅仅依靠竖向构件的刚度进行调整，还应该尽可能地减少楼层之间的扭转变形，这就需要我们注意调整楼层之间最大位移和楼层高之间的比例。

3.对剪力墙连梁超限进行调整的原则。在剪力墙结构的设计过程中，如果剪力墙的跨高比小于2.5，可能会出现剪力和弯矩超过相应的规定限度的现象。因此，剪力墙结构设计还应该遵循剪力墙结构的连梁跨高比大于2.5的原则。应该注意的是，剪力墙的连梁跨高比也不是越大越好，例如：在保证剪力墙连梁刚度不发生变化的前提下，当剪力墙的连梁跨高比在5-6之间的时候，剪力墙的剪力或者弯矩就会出现超出规定限值的现象，势必导致剪力墙结构出现异常。所以，在剪力墙的连梁跨度比超过5的时候，我们就应该采用框架梁的方式进行剪力墙结构设计了。总之，在剪力墙结构的设计过程中，必须对剪力墙连梁的超限情况进行调整，一方面保证剪力墙建筑的施工质量，一方面实现对建筑工程资金成本投入的有效控制。

二、关于建筑结构设计中剪力墙结构设计的应用

1.剪力墙的布置。剪力墙是高层建筑结构的核心主体框架，其在平面布置时应该尽可能地保持均匀与对称，同时墙面结构的刚度中心与质量重心保持吻合，减少因为两侧受力不均导致的扭矩问题。剪力墙布置不均，造成的建筑主体出现沉降不均的问题也时有发生。内外剪力墙要拉通、对直。在剪力墙的结构设计时要充分计算应力，同时也要考虑施工难的程度，在同样满足业主需求的同时，降低整个项目的成本也是结构设计要考虑的一项因素之一。最后剪力墙的肢截面要尽可能地简单、规则，适应性更强。

2.剪力墙中大墙肢相关处理。剪力墙的结构必须具备延展性,对于呈细高状的剪力墙(宽高比小于2)很容易被设计成弯曲破坏的延性剪力墙, 这样可以避免受到脆性的剪切破坏。在墙长度较长的情况下, 为满足每墙段的宽高比均大于2 ,可以通过开洞的方式分割长墙为均匀而小的独立墙段。另外,在墙段长度较小时其受弯产生的裂缝宽度较小, 能够充分发挥墙体配筋的支撑作用。而对于剪力墙结构中, 如果存在较少的长度大于8m的大墙肢,在理论计算中楼层的剪力大部分则将由这些大墙肢来承受。尤其在发生地震特别是超烈度等强烈震动时, 最容易受到破坏的便是这些大墙肢。而小墙肢因为没有足够的配筋, 使整个墙面结构会受到全面破坏。为了防止发生这种不利现象,根据不同情况, 对于长度超过8m 的墙肢, 可以采取开计算洞和开施工洞处理方法,对于开计算洞, 即在进行结构计算时设有洞, 开始施工时仍为混凝土墙,从而加强其它小墙肢的配筋能力；而对于开施工洞,就是在施工过程中使墙上留洞,施工结束时砌填填充墙,从而把长墙肢分成短墙肢。

3.剪力墙截面厚度和墙体配筋。相关规定要求剪力墙结构的厚度要根据抗震等级系数选取。为了保证剪力墙结构的抗震性、刚性和稳定性，一、二级剪力墙底部加强部位墙厚应大于200mm，大于层高的1/17，其他部位墙厚要大于160mm，墙端头无翼墙或暗柱的时候，墙厚要大于层高的1/12，但是这些规定不适用于低高层和八度地震区剪力墙结构的设计。控制剪力墙配筋有利于结构的安全性和工程的经济性，在1-3级抗震等级的剪力墙中，竖向、水平分布筋的最小配筋率应大于0.3%，部分框支剪力墙底部加强部位的配筋率要大于0.35%，上述配筋率比较适用于高层建筑的剪力墙结构设计；对于低层建筑、结构相对较矮小的建筑的剪力墙，其水平分布筋和配筋数量要适当增加。

4.连梁设计。剪力墙结构中的连梁是连接墙肢与墙肢之间的梁。当剪力墙受到水平荷载的时候，墙肢可能会出现扭曲情况，连梁装置则能够均衡墙肢的水平负荷力，改善墙肢受力状态，对墙肢起到了一定的约束和稳定作用。可见，墙肢之间的连梁对整个剪力墙结构都具有重要作用，在剪力墙结构设计中是不可或缺的环节，一旦设计失误或是不合理，必然会对剪力墙结构的设计带来不良影响。所以，在进行连梁结构设计的时候，设计师应按照相关规定适当折减连梁结构刚度和高度，适当增加其跨度，从而降低结构刚度，完善抗震结构的设计，缓解地震作用对剪力墙结构的影响。另外，为了进一步提高结构的承载力和抗震性能，设计师也可适当增加剪力墙结构厚度，增加连梁截面，使连梁装置的作用得到最大限度发挥。

三、关于剪力墙结构设计中需要注意的问题

剪力墙结构的应用主要是需要其提供对上层建筑的可靠支撑，从而加强建筑的坚固性。剪力墙结构在发生地震时，能够有效增强建筑结构的抗震性，尽量减少破坏。在进行剪力墙结构设计时需要注意几个问题。首先要控制好剪力墙的高度与宽度的比例，剪力墙的结构高度较高，也就是我们平时所称的层高较大，在一些通透型建筑中剪力墙的宽度也非常大，为了减轻重点，只得在厚度方面不断降低，也就在形式上向框架、柱子结构靠拢。与柱子结构不同的是，二者在厚度方面存在明显不同，如果剪力墙的高宽比例过低时，可以按照柱子结构进行设计。剪力墙是一个平面结构，不但需要承载水平应力与弯矩力，还要承担竖向压力，所以需要满足弹性要求。其次在进行剪力墙设计计算时，要把重力与横向延展力结构进行分析计算。在一些剪力墙中有门洞等情况时，更需要对其进行精确计算，避免在某处产生应力弱点，影响使用，产生施工后的裂缝问题。

综上所述，由于剪力墙结构具有较好的抗震性和抗侧刚度大等优点，目前在我国的建筑结构设计中得到了较为广泛的应用。为了优化建筑结构，促进建筑质量的提高，我们应该了解剪力墙结构的相关理论，严格遵循剪力墙结构设计原则，把握剪力墙结构的设计要点，充分发挥剪力墙结构在建筑设计中的作用。

参考文献：

[1]刘勋达，冯振鹏.剪力墙结构设计在建筑结构设计中的应用[J].城市建设理论研究（电子版），2012，(5).

[2]王燕． 剪力墙结构设计在建筑结构设计中的应用［J］．科技与企业，2014，02∶173．

[3]田琦.剪力墙结构设计在建筑结构设计中的应用[J].中华建设,2013.

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关键词：和谐社会；政府绩效；创新型城市竞争力；结构方程模型（SEM）

中图分类号：D630；F291 文献标识码：A 文章编号：1672-3104（2013）06?0054?08

随着全球化趋势的加快和知识经济的发展，创新越来越成为国家经济发展的核心驱动力和世界各国发展的战略选择，也被公认为是城市实现高速发展的重要途径。20世纪90年代以来，城市发展的创新问题逐渐引起了西方国家政府部门和学术界的关注，创新型城市的内涵与形成条件、创新集群与城市创新力、创新型城市活力评价、创新体系结构的比较分析、城市创新与经济绩效的关联机制、创新型城市的规划建设及其模式等问题的研究成为瞩目的焦点[1?4]。而随着2006年我国建设创新型国家战略的明确提出，创新型城市也相继成为了我国许多城市建设的目标与任务。

城市的发展离不开政府的参与，而政府效率的高低，对城市竞争力的提升、加快城市的发展起着不可忽视的重要作用。在创新型城市的发展过程中，政府的正确发展导向与有效的管理更是起着至关重要的作用。因此，在当前实行科学发展观，推动和谐社会建设的进程中，有效进行政府绩效评估与管理，提升政府效率，对于更好的推动创新型城市的发展，提升城市竞争力有着重要的意义。本文在相关研究成果的基础上，运用结构方程模型构建了和谐社会政府绩效指标评价体系与创新型城市竞争力指标评价体系，并建立了和谐社会政府绩效对创新型城市竞争力影响的理论模型，以期为政府效率提升和创新型城市建设提供一定的理论参考依据。

一、 文献回顾

（一） 关于和谐社会政府绩效的评述

政府绩效，又称“公共生产力”“国家生产力”“公共组织绩效”“政府业绩”“政府作为”等，是指政府在社会管理中的业绩、效果、效益及其管理工作效率、效能，是政府在行使其功能，实现其意志过程中体现出的管理能力。政府绩效评估制度起源于美国，是出于提高政府行政效率、降低行政成本、构建良好公共关系的目的，而对政府各职能部门进行优化配置，贯彻新兴的公共服务理念的重大尝试。政府绩效评估制度已经成为现代政治制度和社会制度发展的主要趋势之一，也逐渐形成为一门完善的科学。

当前国外常用的政府绩效评估方法主要有“3E”评价法、标杆管理法[5]、平衡计分卡法、成本-收益分析法和成本-效果分析法[6]等，针对政府绩效也已设计出一套比较完善的指标评价体系。在我国，关于政府绩效评估的研究则起步较晚，虽然已有部分学者进行了相关方面的理论与实证研究，但还没有形成一套公认的指标体系，而关于绩效评估的方法则主要有模糊平价法[7?8]、数据包络分析法（DEA）[9]、层次分析法（AHP）[10]、因子分析法[11]、平衡计分卡[12]等。

综合而言，在国内学术界的研究虽然取得了一定的进展，但仍然存在着不少的问题，具体来说有：① 指标体系不统一，各地研究差异较大；② 指标设计主体单一，缺乏代表性；③ 指标内容泛经济化，扭曲平复方向；④ 指标数据缺乏真实性，水分较大[13]；⑤ 指标体系构建过程中未能很好的考虑政府发展的方向与发展目标等政府政治职能方面的因素；⑥ 指标体系评估过程往往带有较强的主观性（如评价指标体系中各指标权重的确定），缺乏一定的客观依据。

（二） 关于创新型城市竞争力的评述

创新型城市（Creative City）一词主要来自于欧洲（荷兰、英国等）的一些文献研究，主要是指对城市面临的问题提出具有创造性的解决办法，并由此带来城市的复兴。西方国家对创新型城市的研究主要集中在两个大的方面：一是创新型城市的基本理论，包括创新型城市的内涵、构成要素、结构特征、评价体系 等[14?15]；二是关于创新型城市的实证研究[16]。近两年来，国内学者对创新型城市建设的研究不断升温，研究的重点主要集中在创新型城市的内涵、构成要素和建设途径[17?20]以及创新型城市评价指标体系的构 建[21?23]等方面。

而国内外当前关于创新型城市竞争力的研究则相当少见，仅有Barkley等构建了区域创新系统测评体系，并据此对南卡罗来纳地区城市创新竞争力状况进行评估[24]；Fung-Yee等以香港和上海为例，对FDI技术溢出的城市竞争力效应进行了实证分析[25]；李琳等构建了创新型城市竞争力评价指标体系，并运用主成分分析法对长沙和东部主要城市进行了实证分 析[26]。

城市的发展离不开政府的参与和管理，政府绩效的提升，对创新型城市的建设起着重要的推动作用。而当前关于二者之间关系的理论与实证研究均十分少见，仅有金福子等[27?28]运用回归分析方法分别对政府效率与和谐社会对城市竞争力的作用进行了实证分析。

二、和谐社会政府绩效指标体系构建

政府绩效评估是一项复杂的系统工程，涉及面广，需要各方面的共同探索，才能使政府绩效评估体系更加科学。政府绩效评估价值包括一般和特殊两个层面，中国政府绩效评估既要遵循发达国家国家政府绩效评估的一般价值，重视引进国外政府绩效评估技术、评估方法、评估手段等，更要从中国的国情出发，按照符合中国国情的特殊价值进行政府绩效评估，同时还应充分吸收其他公共组织、社会组织的共同参与，以保证政府绩效评估的公正性和公平性。和谐社会的建设则需要各种行为主体在各自的范围内发挥自己的优势和长处通过个体最优化达到社会最优化，通过局部最优化达到整体最优化，把各种形式的摩擦和冲突导致的社会成本降到最低的限度[29]。和谐社会的建设还需要解决收入分配差距，实现分配公平等问题[30]，而这些问题则只有通过提升政府绩效才能有效实现。因此，政府绩效评估与和谐社会的建设密切相关，政府绩效评估指标体系的设计必须要将社会和谐的要求纳入，以体现人与自然、人与社会以及人与人的和谐。

本文首先根据和谐社会与政府绩效的内涵与特征，依据科学性、可比可行性、代表性、综合性等原则，以《中国政府绩效评估研究课题组》于2004年提出的一套适用于中国政府绩效评估体系为主要参考准则，结合和谐社会建设的要求，在同时参考王良健 等[7]、陈黎明等[8]、罗良清等[9]、陈钰芬等[10]、崔述强等[31]、彭国甫等[32]等研究成果的基础上，结合政府职能定位，从经济发展、社会发展、资源和环境、公共服务、行政效果五个方面构建和谐社会政府绩效评价指标体系（见表1）。

考虑到上述指标体系中各指标的度量单位和指标属性均不一致，因此首先对所有指标进行无量钢化处理，具体处理公式为：

正指标：

（1a）

逆指标：

（1b）

其中，为第i个指标第j个样本处理后的值，Xij为第i个指标第j个样本值；为第i个指标的样本最大值，为第i个指标样本的最小值。

三、创新型城市竞争力指标体系构建

创新型城市是把创新作为核心驱动力推动其发展的城市，是涵盖技术创新、知识创新、制度创新、服务创新、文化创新、创新环境等全社会创新的一个综合创新体系，通过各种创新主体（企业、高校、科研机构、创新服务机构和政府）之间的交互作用而形成集聚与扩散知识与技术的网络系统。作为创新资源高度积

表1 和谐社会政府绩效评价指标体系

潜变量 可测指标

和谐

社会

政府

绩效

评价

体系 经济

发展

人均GDPX11

第三产业增加值占GDP的比重X12

非公有制经济所占比重X13

社会投资比重X14

居民人均收入X15

人均固定资产投资X16

社会

发展

每万人中治安案件发生率*X21

城镇登记失业率*X22

教育支出占财政一般预算支出的

比重X23

医疗卫生支出占财政一般预算支出的

比重X24

居民文化娱乐消费支出比重X25

每万人到市以上机关的集体上访

批次* X26

环境

和资源

单位GDP能耗X31

工业“三废”处理率X32

财政环境保护支出占GDP的比重X33

城市空气综合污染指数*X21

生活垃圾无害处理率X34

林木覆盖率X35

城市绿化覆盖率X36

公共

服务

基础设施投资总量X41

基础教育发展指数X42

医疗卫生服务健全率X43

信息公开程度X44

行政

效果

行政经费占财政支出的比重*X51

公众对政府推进和谐社会建设工作

满意程度X52

企业对政府推进和谐社会建设工作

满意程度X53

公众对生活幸福感测评X54

腐败案件涉案人数占行政人员比重*X55

人均行政管理费用支出*X56

注：表中带*符号的为逆指标，即指标值越高，政府绩效越低，其余为正指标。

聚于城市空间的一种城市发展形态，作为城市发展知识化和高级化的产物，创新型城市本质上来说是城市发展理念和模式的一种创新。在科学技术迅猛发展和知识经济蓬勃兴起的背景下，创新早已成为一个国家或地区（城市）经济发展的第一推动力，创新型城市也已成为21世纪以来国际学术界关注的焦点。

创新型城市竞争力具有综合性、动态性、相对性和差异性等基本特征。创新型城市竞争力是由创新资源整合力、创新网络运行力、创新环境支撑力和创新绩效表现力四种能力要素构成的综合能力。在四个能力要素中，创新资源整合力是基础，创新环境支撑力是保障，创新主体交互作用力是核心，创新绩效表现力是市场竞争的显性表现。其中，创新主体交互作用往往表现为创新网络的形成以及网络的良好运行状况，故创新主体交互作用力亦称为创新网络运行力。这四种能力要素通过有机联系和内在的逻辑关系，形成了创新型城市竞争力评价指标体系。

本文在参考借鉴朱凌等[21]、石忆邵等[22]、李琳 等[26]研究成果的基础上遵照系统性原则、简明扼要原则、实用性原则和可比性原则构建了创新型城市竞争力评价指标体系（见表2），并进行相应的无量钢化处理，处理方法与公式（1）相同。

四、模型的选择与构建

目前国内关于政府绩效和城市竞争力评价所采用的数理方法主要有主成分分析法、因子分析法、回归分析法、数据包络分析法（DEA）、层次分析法（AHP）、模糊曲线法和多因素综合评价方法等。而传统的多元回归分析、因子分析等均存在理论上的假设限制和应用缺陷。例如，因子分析能反映变量与变量之间的关系，但无法进一步分析变量间的因果关系；路径分析虽然可以分析变量之间的因果关系，但其基本假设变量之间的测量误差为零、残差之间不相关、因果关系为单向等均不现实。

与传统方法相比，结构方程模型有以下几个优点：① 鉴于政府绩效和城市竞争力的复杂性，一个指标往往会影响多个方面的内容，这就要求其隶属于多个潜变量，但在传统的分析方法中，一个指标往往职能隶属于一个因子，而结构方程模型没有此限制，从而使政府绩效和城市竞争力的评价更加合理；② 通过结构方程模型对各变量之间的直接效应、间接效应与总效应的分析，可以发现一个变量对另一个变量的直接影响、间接影响与总体影响，从而可以帮助我们找到变量之间的影响路径，为政策制定提供帮助和依据；③ 结构方程模型容许自变量和因变量含测量误差，并能同时处理多个因变量，因而有助于我们更好的分析政府绩效与城市竞争力各方面的因果关系。因此，本文选择结构方程模型来构建和谐社会政府绩效指标评

表2 创新型城市竞争力评价指标体系

潜变量 可测指标

创新型

城市

竞争力

评价

指标

体系 创新资源

整合力

科技活动人员

R&D人员

科技经费支出

R&D经费

创新网络

运行力

金融机构年贷款余额

技术市场成交额

规模以上工业企业办

科技机构数

大中型工业企业科技经费来自

企业资金的比重

创新环境

支撑力

每百户平均固定电话和

移动电话数

每百人平均国际互联网络用户Y32

每百人公共藏书量Y33

高薪技术企业数Y34

年度实际到位外资金额数Y35

对外开放度Y36

创新绩效

表现力

全社会工业企业新产品产值率Y41

每万人发明专利授权Y42

高新技术产业增加值占

工业总产值比重Y43

工业“三废”综合利用率Y44

科技进步贡献率Y45

高新技术产品出口值占

出口产品总值比重Y46

价体系和创新型城市竞争力指标评价体系，并建立和谐社会政府绩效对创新型城市竞争力影响的因果关系结构模型，从而使得分析结论更加客观准确。

（一） 结构方程模型基本原理

结构方程模型（Structural Equation Model，SEM）[33]是在70年代Karl Joreskog和Dag Sorbom等学者提出的统计理论的基础上发展而成的。带有潜变量的结构方程模型可分为测量模型和结构模型两个部分。

测量模型描述潜变量ξ、η与测量指标X、Y之间的关系，通常形式如下：

（2）

式（2）中：X为外生显变量组成的向量；Y为内生显变量组成的向量；ξ为外生潜变量；η为内生潜变量；ΛX为外生显变量在外生潜变量上的因子负荷矩阵，它表示外生潜变量ξ和其显变量X之间的关系；ΛY为内生显变量在内生潜变量上的因子负荷矩阵，它表示内生潜变量η和其显变量Y之间的关系；δ为测量模型的残差矩阵；ε为测量方程的残差矩阵。

结构模型说明外生潜变量和内生潜变量之间的关系，通常写成如下形式：

（3）

式（3）中：B为结构系数矩阵，它表示结构模型中内生潜变量η的构成因素之间的互相影响；Γ为结构系数矩阵，它表示结构模型中外生潜变量ξ对内生潜变量η的影响；ζ为结构模型的残差矩阵。

一个完整的结构方程包含ΛX、ΛY、B、Γ、Φ、Ψ、ε、δ共8个参数矩阵。前面4个矩阵已经在测量模型或结构模型中出现。Φ为潜变量ξ的协方差矩阵，Ψ为残差项ζ的协方差矩阵，ε为ε的协方差矩阵，δ为δ的协方差矩阵。

通过上述参数，可推导出显变量（Y′， X′）′的协方差矩阵为：

（4）

如果理论模型为真，则等于总体的协方差矩阵，即，从而显变量的方差和协方差都是模型参数的函数。

（二） 和谐社会政府绩效对创新型城市竞争力影响的模型构建

1. 和谐社会政府绩效评价指标体系路径分析

定义经济发展、社会发展、环境和资源、公共服务以及行政效果为内生潜变量，设定如下测量模型：

（5）

式（5）中，ξ为内生潜变量，由经济发展、社会发展、环境和资源、公共服务以及形成效果五个变量组成，X内生可测指标向量，由表1中的28个可测指标构成；ΛX为待估系数矩阵，是内生可测指标在内生潜变量上的因子载荷矩阵；δ为内生可测指标X误差项。ΛX中系数的路径如图1所示。

2. 创新型城市竞争力评价指标体系路径分析

定义创新资源整合力、创新网络运行力、创新环境支撑力、创新绩效表现力为内生潜变量，设定如下测量模型：

（6）

其中，η为内生潜变量，由创新资源整合力、创新网

图1 和谐社会政府绩效评价指标模型路径图

络运行力、创新环境支撑力、创新绩效表现力四个变量组成，Y为内生可测指标向量，由表2中的20个可测指标构成；ΛY为待估系数矩阵，是内生可测指标在内生潜变量上的因子载荷矩阵；ε为内生可测指标Y的误差项。ΛY中系数的路径如图2所示。

3. 和谐社会政府绩效与创新型城市竞争力

政府效率是城市竞争力的重要影响因素之一，政府效率高的城市，竞争力相对会强。因此，本文提出和谐社会政府绩效对创新型城市竞争力有正向影响的假设，具体包括：（1）经济发展对创新型城市的竞争力具有正向影响关系（具体包括图3中H1-H4）；（2）社会发展对创新型城市的竞争力具有正向影响关系（具体包括图3中H5-H8）；（3）资源和环境对创新型城市的竞争力具有正向影响关系（具体包括图3中H9-H12）；（4）公共服务对创新型城市的竞争力具有正向影响关系（具体包括图3中H13-H16）；（5）行政效果对创新型城市的竞争力具有正向影响关系（具体包括图3中H17-H20）。

依据上述研究假设，我们可以提出一个假设模型（见图3）作为研究的基准模型，并用结构方程进行假设检验。

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关键词：机械设计 教学体系 创新

机械设计是机械类专业的一门重要技术基础课程，能够培养学生的工程设计能力。因此，应当加大机械设计教学体系的创新力度，培养学生具有分析、解决工程问题，设计、创造新的机械装备的能力，为国家培养更多机械设计创新性人才。

一、目前机械设计教学体系存在问题

目前机械设计教学体系主要出在以下几方面问题：①教学内容过于庞杂。目前，机械原理和机械设计是解析设计教学的课程内容，同时机械设计也包括材料、力学、热处理、机械原理、公差与配合、机械零件、机械CAD等内容，所涉及到的知识面相对较广，同时教学内容也相对零碎，且与其他课程存在较多交叉重复，例如机械设计教学中的螺纹联接、键联接等相关教学内容明显与少而精的教学原则相悖。如减速器的类型、样式和设计参数要求和机械制图中的减速器设计相关知识存在着较高的重复率，既失去了机械设计的学科特点，同时又浪费了教学时间。②无法适应时代的快速发展。目前，很多院校的机械设计教材存在着内容庞杂、理念陈旧、脱离工程实践、跟不上时展以及深度不足等问题。现代机械设计教学应当满足工程性和技术性需求，同时也应当具备系统性。社会性以及经济性，并能够随着社会的发展，提出更多满足实际生产需要的新设计理论和设计方法。目前，很多院校的机械设计教学对设备结构、设备的强度和运动学更新等相关技术内容较为注重，在一定程度上忽视了能源、环境方面知识在教学中的渗入以及安全、人机关系、美学等社会因素和价值工程、周期费用分析等经济因素，导致机械设计理论教学与实践之间出现严重的脱节。③教学方式过于陈旧、落后。一些院校在教学过程中在机械设计教学中仍然采用教师将书本知识和相关原理一讲到底，学生对知识死记硬背的传统灌输式教学方式，并未在实际教学中辅以相关知识或原理的挂图来进行补充讲解，以加深学生的相关知识或原理的理解，同时缺乏案例式教学、现场教学以及讨论启发式教学，也并未留给学生进行问题独立分析和思考的时间，在一定程度上影响学生对课堂相关知识或原理的理解和掌握，同时在一定程度上还阻碍了学生运用所学知识解决实际工程问题能力的发展。因此，应当对机械设计教学体系进行创新。

二、创新机械设计教学体系措施

（一）调整教学内容

院校开展的机械设计各项教学内容都应当紧贴实际，注重整体性、实践性以及创新性。目前，很多院校的机械设计新生缺乏机械方面相关基础知识，因此，机械设计在教学中应当调整教学内容，坚持适度、够用的教学原则，避繁就简、突出重点、深入浅出。一方面，应当做到精简，对机械设计教学的传统性、叙述性内容进行压缩，尽量减少机械设计教学中相关理论知识的重复，同时在相关教学环节中，如实验、实习、课程设计、社会调查、毕业论文以及课外科技活动等教学环节，融入机械教学相关理论知识。另一方面注重知识的整合。在机械设计的实际教学中，可以将理论力学、材料力学与机械零件的相关知识点进行整合。此外，在机械设计的教学过程中还应当注重知识点的增设。在充分考虑知识点的系统性和完整性时，可以增设以电、液为动力的机构组合，结合实际的典型机械等新内容，使学生全面认识现代机械，以适当前生产实际需要，方便计算机辅助设计的应用和推广。

（二）加强学生能力培养

机械设计是一门极具实践性的课程，在进行过程中应当注重学生设计技能和创新能力的培养，以培养学生的技术应用能力为主要教学目的，同时注重学生工程意识、工程实践能力、创新意识以及社会实践能力的培养。在实际教学过程中，教师应当彻底摒弃传统的灌输式教学模式，在讲解相关理论知识或原理时，注重培养学生总结结论的能力，同时在相关知识或原理的讲解时融入其在实践中的应用，坚持产、学、研相结合的方向，体现机械设计教学的基础性、系统性、实践性以及现代性。

（三）创新教学方法

目前，大多数院校都是面向全国招生，导致机械设计学生的相关实际机械知识参差不齐。因此，在机械设计的实际教学过程中，应当注重教学方法的创新。教学在教学过程中应当加强直观教学，在学生学习相关理论知识或原理的同时，让学生接触各类种机械、机构、零件、部件、图纸，提高学生相关知识或原理的实践性。同时，教师也可以利用多媒体、电子教案、CAI课件以及录像等现代教学技术，并借助计算机和互联网，利用虚拟现实技术和仿真软件系统，来开展机械设计的现代化、立体式教学。此外，教师在机械设计的实际教学中，应当尽量减少相关知识或原理的理论推到，同时运用例证来讲清思路，加深学生对相关理论知识或原理理解，提高课堂教学效率。

结束语

目前，我国机械设计教学体系仍然存在着教学内容过于庞杂、无法适应时代的快速发以及教学方式过于陈旧和落后等问题，因此，在机械设计实际教学过程中，应当调整教学内容，加强学生能力培养，同时不断创新教学方法，为国家培养更多机械设计创新性人才。

参考文献：

[1]韦林，陈勇棠，刘驰等.机械创新设计能力培养的探索与实践[J].机械职业教育，2009，（10）：13-14，28.

[2]徐广红，刘静，付群峰等.基于创新能力培养的机械设计类课程教学体系改革与实践[J].江西理工大学学报，2009，30（2）：61-63.

[3]付晓莉，张伟杰，车江宁等.机械设计实验教学体系的创新与实践[J].实验室科学，2009，（4）：20-22.

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关键词：机械设计 现代设计方法 课程教学

机械原理和机械设计等课程是工科院校机械类专业必修的重要专业技术基础课程，在培养学员机械综合设计能力和创新能力所需的知识结构中占有十分重要的地位，具有很强的基础性、工程性和应用性。但是，笔者在长期的课程教学实践中发现，针对如此重要的专业技术基础课程，学员的学习兴趣在逐渐减退，教学效果不尽如人意。虽然这一现象的发生可能有多种因素，但是，其中一个重要因素无疑还是教学内容陈旧，尤其是其传统的机械理论设计计算方法的教学与实际工程实践要求相脱节，不能适应时展的要求。这使得学员在学习中感受不到专业基础课程学习的有用性，感受不到该课程对其提高设计能力有多大帮助。如何使机械设计基础课程教学适应时展要求，笔者认为，现代计算机辅助设计技术的迅速发展和普及给课程教学改革开辟了新路。通过教学实践，将现代设计方法引入机械设计基础课程，教学作用明显，对提升学员的综合设计能力、培养他们学习机械设计课程的兴趣和积极性均起到较好效果。学员在课后学习感想中写道：“机设课让我有机会体验计算机设计的魅力，使我对设计产生了兴趣，激发了我的学习热情，以及通过实践带动课本理论的应用得以体现。”

1 传统设计方法在课程教学中存在的问题

（1）传统设计方法与现实应用脱节。目前大部分机械设计基础类教材中呈现的机械设计方法是一套经过长期理论研究以及经验积累形成的手工设计计算方法，该方法在特定的历史时期对机械类人才的培养起到积极的作用。但随着计算机辅助设计技术的快速发展和普及，过去要花费较长时间复杂的设计计算或绘制已被计算机轻松替代，传统的手工理论设计计算方式逐渐被现代设计方法替代。在此情况下，再花费宝贵的课堂时间让学员学习掌握过时的设计技术已与时展要求不相符。

（2）课时安排不能适应教学需要。在课堂教学中，设计方法的介绍本应需要相当比重的学时，但随着课时的不断压缩（目前机械原理和机械设计两门课加起来的学时还不到100学时，少的甚至不到60学时），用于讲授设计方法的时间比过去大幅减少。在如此少的时间里，教员通常只能泛泛地讲解一下设计思路和过程，对传统的理论设计计算方法无法进行更深更透地讲解，学员对这部分内容的学都是囫囵吞枣。因此，在实际操作中面对繁杂的理论设计计算过程，学员多数都呈现畏难情绪，对机械设计课程的学习兴趣也随着课程的不断深入而逐渐下降。

（3）传统的手工理论设计方法数据计算分析耗时，设计效率低下。例如在机械课程设计中，学员要花费大量时间在繁琐的计算和修改上。而在对设计方案创新的思考，以及对设计结果的优化和分析方面，却由于课程学时的限制不能充分实施和展开，这违背了课程为使学员综合设计能力提高的本意。

2 机械设计基础课程引入现代设计方法的必要性

（1）作为新一代工科学员，学习和掌握现代设计技术和方法尤为重要，这符合时代对创新型人才的要求。而且由于计算机辅助设计技术的快速发展，以及各类仿真设计软件的普及和易用，使得现代设计方法在机械设计基础课程中的应用能得以实现。

（2）运用计算机辅助设计技术可以将机械设计信息和内容生动直观地作用于学员，拓展学员的思维和视觉的空间，使他们可以多方位、多角度地观察研究对象；同时，利用计算机快速的解决问题，调动学员的情绪，提高其注意力和兴趣，并能突出重点，有助于培养学员的综合认识和理解能力，达到较好的教学效果。

（3）对于机械设计人员而言，掌握现代设计方法是一项基础性的能力。这一能力是学员后续专业学习和发展的基础，特别是对学员在机械课程设计以及毕业设计中提高创新设计能力起到很好的帮助和推动作用，同样可以为学员今后的自我学习和研究打开视野、注入动力。

3 基于现代设计方法的机械设计基础课程教学实践

（1）连杆机构的运动仿真设计。运用三维工程设计软件，快速建立四个不同长度的杆件，并装配成四连杆机构，根据曲柄存在的条件，以不同杆件做机架，演示机构的运动情况，可以迅速直观地让学员理解和认识连杆机构的特征。然后再利用软件的Motion组件，对曲柄摇杆机构进行运动仿真，通过调取仿真计算后的各种数据，显示和分析被模拟连杆机构的运动和动力特性线图。见图1。此外将连杆制成多孔的板状，运用运动仿真，显示连杆曲线的生成及其特征，见图2。实践证明，与传统的理论教学对比，经由上述的教学演示，再通过学员亲手操作，学员对连杆机构特性的理解和掌握，以及对连杆机构的设计和分析能力均有较大提高。

（2）凸轮机构的建模及运动与动力仿真设计。如设计偏置尖顶直动从动件盘形凸轮机构。给出凸轮转动方向、基圆半径，以及从动件运动规律等初始设计条件。由从动件运动规律写出从动件位移运动方程，进而写出凸轮廓线方程。然后在工程设计软件中，运用“方程式驱动的曲线”绘制出凸轮轮廓曲线，并通过拉伸制作成凸轮模型，见图3。接着将其装配成凸轮机构仿真模型，利用软件的Motion组件，对凸轮机构进行运动和动力仿真，图4为显示某凸轮机构的从动件位移线图和速度线图，以及凸轮接触力的方向（该方向与从动件轴线之间的夹角为凸轮机构在该处的压力角）。

（3）齿轮建模与强度分析及参数优化设计。为获得标准的渐开线齿轮齿廓，事先编制好齿轮廓线VBA程序ZGear.swp文件，利用设计软件提供的应用程序接口（API），在设计软件中调用宏-编辑，绘制齿廓曲线，经特征建模制作成需要的齿轮模型，见图5。然后再利用软件的Simulation组件，对齿轮轮齿进行弯曲疲劳强度和接触疲劳强度计算分析，见图6，通过分析仿真计算后的各种数据，再对齿轮进行参数优化设计。

（4）轴系结构建模与刚、强度设计与分析。由轴受载转矩计算出轴的最小轴径，按轴的工作要求在设计软件中由最小轴径向中间逐渐增大构建轴的各段直径和长度，形成阶梯轴的模型，再在软件的Simulation组件中，设置轴的材料，按轴的支承情况设置轴的“夹具”，针对轴上零件承载对轴的影响，按远程载荷和转矩的方式对轴进行加载设置，进行网格划分并运行分析计算，即可通过仿真运算后的结果，对轴的刚、强度进行分析评估。通过应力图解查看轴的最大应力所在位置，通过位移图解查看轴的变形情况以及最大变形量及其位置，见图7；通过疲劳检查图解查看轴在特定条件下的最低疲劳安全系数，见图8。

此外，螺栓（组）连接的强度分析、键及花键连接的强度分析、滚动轴承的动态寿命仿真设计等均可借助于工程设计软件讲授该类零部件采用现代设计的方法和思路。

4 实践中出现的问题及对策

基于现代设计方法的机械设计基础课程的教学改革，给传统的机械专业基础课程教学带来新的生机，也深受学员欢迎，对促进学员认识和学习机械设计，掌握现代设计方法产生较大影响，其好的教学效果和产生的积极作用毋容置疑。但是在实践中，一些新的问题也随之出现。其一，此项改革的课程学习对学员计算机应用能力有一定要求，而学员此前在该方面的学习基础薄弱，使得学员在有限的课堂学习中疲于应付认识工程设计软件，对运用现代设计技术提高设计能力的训练却不足。其二，学员通过学习和实践感受到了运用现代设计方法高效解决工程设计问题的惊喜，但多数学员由于其他辅助知识的脱节，对采用方法的原理和其具体的计算过程还是弄不清，只是知其然，而不知其所以然。其三，新的教学模式对教员也提出了较高要求，包括必须能熟练运用工程设计软件，在课程讲授过程中要能随时通过软件辅助教学，帮助学员快速掌握和理解机械设计现代设计方法的应用等。而现阶段部分教员离这一要求还存在一定差距。其四，由于学时限制，学员在上机练习现代设计方法中为了完成作业，往往很容易出现抄袭复制，这给教员正确判断学员学习效果带来难度。

针对上述改革实践中出现的问题，笔者建议解决的方法是：一、建立与课程改革配套的课程体系，加强学员计算机应用能力的培养，使学员在课程开始前已具备相关的基本技能，从而提高学员学习运用现代设计技术解决问题的效率。二、适当开设相关选修课或增加课外辅导时间，让学有余力的学员能更进一步地了解现代设计技术及其方法，帮助学员建立自我研究和自我学习的能力。三、任课教员应积极参与工程设计实践，提高运用现代设计方法解决问题的能力，并学会善于将工程实例结合教学内容引入课堂，加强现代设计技术与机械设计课程内容结合的研究，并将研究成果应用于教学改革中。四、从学员的学习体会反映出，学员们对运用现代设计技术上机实践的自我要求是相当高的，无需教员盯促。因此可以减少学员上机成绩的比例，让学员安心上机练习，上机作业课中完不成可课后完成，此外教员应掌握和提高判改学员电子作业的技巧和能力。

5 结束语

在当今信息时代，对已成定论的传统机械设计知识的学习并不像以前那么重要，重要地是教员们在教学中如何不断地启发学员掌握先进的知识和技术，提升学员分析和解决问题的能力。通过实践，机械设计基础课程引入现代设计技术和方法取得了较好效果，学员通过学习和实践感受到了运用现代设计方法高效解决工程设计问题的惊喜。这对于提升他们学习机械设计基础课程的兴趣以及尽快理解并掌握现代设计方法起到了积极作用。随着该项课程改革实践探索的不断深入，必将会对传统机械设计基础课程的教学和发展带来深刻影响。

参考文献：

[1] 杨可桢，程光蕴，李仲生.机械设计基础[M].北京：高等教育出版社，2006

[2] 张策.机械原理与机械设计[M].北京：机械工业出版社，2011.

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[4] 张晋西，郭学琴.SolidWorks及COSMOSMotion机械仿真设计[M].北京：清华大学出版社，2007.

篇5

分析当前《机械设计》课程设计教学中存在的问题，从提高学生兴趣，课程设计前的准备、设计过程以及答辩总结等方面提出了相应对策，以切实提高课程设计教学效果。

关键词：机械设计；课程设计；问题；对策

引言

课程设计是机械类专业在完成机械设计或机械设计基础课程后进行的一项重要的实践教学环节，是学生首次接受较全面的工程设计训练。该课程要求学生综合运用已学过的多门基础课程来解决工程问题，对学生树立正确的设计思想、提高综合分析能力、培养良好的工程素质具有重要作用，学生在课程设计中的收获会直接影响到后续专业课程的学习，甚至对以后的毕业设计和实际工作都有着重要的影响。

1. 当前课程设计中存在的问题

1.1 对课程设计兴趣不高，不能积极地投入课程设计工作

部分学生认为课程设计就是画图，对课程设计认识不足，加之课程设计长期沿用减速器设计作为设计对象，使设计内容陈旧、单一，设计过程太枯燥，学生兴趣不高。

1.2 时间短，任务重；学生多，教师少

我校《机械设计》课程设计分三类：（1）一周，学生需要完成螺旋起重器设计和绘制螺旋起重器装配图一张（2 号图），设计说明书计算说明书一份；（2）二周，学生需要完成减速器设计（单级）和绘制减速器装配图一张（1号图）和零件图二张，设计说明书计算说明书一份。（3）三周，学生需要完成减速器设计（双级）和绘制减速器装配图一张（0号或1号图）和零件图二至三张，设计说明书计算说明书一份。课程设计的期间，学生每天要工作十个多小时，有时个别学生还需要熬夜加班。常有学生在完成课程设计后感叹，这门课程是上大学以来学的最累的一门。由于绘图工作量较大，绘图占据了学生大部分的时间和精力，学生对设计理念、过程和方法的体会与思考相对较少，削弱了课程设计的教学效果。

另外，随着招生规模的增大，教师数量相对偏少，经常是一名教师指导一个班，甚至两到三个班，教师很难在指导课程设计时照顾到每一个学生。

1.3 学生工程意识不强，对机械设计的过程和一般规律认识不足

在开始阶段，学生面对课程设计题目往往心中一片茫然，不知道从何处入手；在课设中，少数学生对教师指导过于依赖，自主性差，遇到问题，即使对一些很容易就可以从设计指导书或手册中直接查到的问题，也不能主动地通过查找手册资料和独立思考来寻求解决方案，而是一味地询问指导教师，或互相抄袭。

1.4 相关课程基础不够扎实，直接影响了课程设计的效果和进度

课程设计要应用机械设计课程知识，还要用到工程图学、理论力学、材料力学、工程材料、加工工艺以及公差和互换性等多门课程的知识，这些课程中任何一门基础不牢固，都会在课程设计中表现出来，影响课程设计的教学效果。在这些先修课程中，工程图学对设计的影响尤为突出。比如，课程设计时有相当一部分学生视图投影概念不清，对螺纹连接、齿轮以及轴承等标准件的表达方法不能熟练运用，出现大量的制图错误。另外，现行机械设计或机械设计基础教材有关零件设计的内容主要是围绕零件的强度设计展开，对零件的结构设计言之甚少，造成学生的结构设计能力较弱， 而实际机械设计中结构设计的工作量要远大于强度设计的。

2. 提高课程设计教学效果采取的对策

2.1 做好学生的思想工作，提高学生对课程设计的兴趣，充分调动其积极性

部分学生对课程设计兴趣不高，在课程设计中不能积极主动地投入，最根本的原因是对课程设计的重要性和必要性认识不足，不清楚课程设计的作用、地位，以及对后续课程的影响，这就需要教师在布置任务时进行充分的说明和正确的引导， 使学生提高认识，端正态度，自觉地投入到课程设计工作中去。

在机械设计或机械设计基础课程中，介绍各种常用机构及通用零部件的设计方法，这些内容一般自成章节，具有一定的相对独立性，学生对各章节之间的联系认识不够明确。在此之前，学生已完成了基础课程一系列先修基础课程，如工程图学、理论力学、材力力学、工程材料、加工工艺学等，但由于没有进行综合性的训练，还不能熟练地应用这些知识解决工程问题。

2.2 强调对机械设计过程的理解与认识，培养学生的工程意识

课程设计的过程比结果更重要。课程设计最根本的目的是培养学生综合运用所学知识解决工程问题的能力，使其初步掌握解决工程问题的一般过程和方法。强调机械设计过程主要有几个方面：

一是了解完成一项机械设计项目要经过哪几个阶段，每个阶段需要考虑哪些问题。学生在课程设计过程中之所以感到时间紧张，不完全是因为计算和绘图的工作量太大，而在很大程度上是因为对机械设计的工作过程和一般规律理解不够深刻，在拿到题目时一片茫然，不知道从何处着手，漫无目的的翻阅资料，或等待观望，无谓地浪费时间；再者由于设计时考虑问题不全面，导致返工而浪费时间。学生若知道了机械设计的过程，也就明确了前进的方向，知道什么时候该干什么，每一步的前后有何关联，做某项工作必须具备哪些条件，哪些是已知的，哪些是可以查到的，哪些是必须经过必要的预先计算得到，这样就可以有条不紊地展开设计工作，不会顾此失彼，避免无谓的返工，也就不会感到时间紧张。

二是要学会面对工程问题时的解决思路和方法。课程设计的一个重要目的，就是培养学生设计机械产品时对创意的实现能力，虽然课程设计一般仅设计传动系统，但其内容包含了机械设计过程的最关键部分：制定方案、工作能力设计计算、结构设计和各部分的协调等。理论课程与实际工程中所要解决的问题的区别在于， 前者是要求明确、规范化了的，而后者往往是笼统、模糊的。如何将叙述模糊、概括的设计要求进行明确、细化，从而将一个复杂的工程问题分解为一系列条件明确易于求解的简单问题，然后将这些问题逐个解决，最后再综合起来，通过统一协调，得到一个系统完整的解决方案，并形成规范的图纸和计算说明书等工程文件，学生必须在课程设计过程中认真实践、体会，才能学到手，而掌握了这些思路和方法，对毕业设计和将来的实际工作都是非常有益的。

三是养成严谨细致、认真负责的工作作风。设计时要重视培养学生养成严谨细致、认真负责的良好工作作风，这也是工程技术人员的基本素质。要求学生在课程设计过程中，每一个数据，每一条线都要有所依据，不能想当然地随意定，或者盲目地照搬手册或图例中的数据和结构。要让学生意识到，在自己完成的说明书和图纸上签下自己的名字，就代表要为所提交的材料负责。

2.3 进行课程设计前做好充分的技术准备工作

课程设计之前，指导教师应与学生互相配合，做好充分的准备工作，主要包括以下几个方面：

（1）讲课时复习和补充必要的相关知识，如机械制图、公差与互换性、工程材料与机械加工工艺等。学生所提交的设计说明书和图纸存在的问题主要包括两类，一类是纯粹的绘图错误，另一类是由于对公差与互换性、加工工艺等课程相关知识理解不够而导致的制图错误，主要是标注错误，比如形位公差、精度等级、粗糙度的选择与标注错误以及尺寸链闭合等。有的课程，比如机械制图，一般在大一完成，由于在后续课程中应用较少，到课程设计时很多知识已经淡忘，致使课程设计中出现过多的绘图问题，即使一些最基本的标准件画法（例如螺纹连接、齿轮、轴承等），都有不少同学画错。在机械设计课程中讲到相关章节时， 附带将一些课程设计中容易出现错误的问题回顾一下，这样可以使学生加深印象，从而在课程设计中少犯绘图错误，以便将主要精力放在设计上。比如讲到螺纹联接的类型时，结合每种联接型式的特点回顾螺纹联接的画法，指出容易出现的错误；介绍齿轮结构设计时，复习齿轮啮合位置的表达方法和齿轮零件工作图的内容及常见问题；讲解轴承类型时，结合轴承结构特点，回顾各种轴承的规定画法以及特征画法等。

（2）对课程设计中的关键问题，通过作业和讨论课的形式，加深学生的理解和认识。比如轴系结构设计，是课设中学生感到的难点，教学中，可通过分析减速器各种轴系结构设计，比较轴上零件的布置，固定与定位、装拆、轴承的类型和安装，与密封形式等，分析比较轴系结构设计的正误，引导学生通过讨论来纠正设计中存在的问题，帮助其加深理解，提高认识，增进学生结构设计的能力。

（3）熟练运用技术标准、规范、设计手册等有关设计资料，是机械设计人员的一项基本技能。在平时的作业中应该注意加入这方面的训练内容，以提高学生查找设计资料的能力。

2.4 重视答辩与总结

答辩与总结是课程设计的最后一个重要环节。答辩是对学生设计成果的一种肯定，也是学生间、师生间相互交流的重要方式，是教师检查设计质量高低的有效手段，也是对暴露出来的共性问题进行的一次集中指正，答辩方式可以是单个学生或分小组答辩，由于教师时间紧，指导的人数多，采用小组答辩学生之间可以通过相互讨论，培养学生的团队精神，提高答辩效果。答辩时通过提问和质疑可以引发学生思考，帮助学生提高对机械设计过程的理解和认识水平。

总结包括学生在完成设计后的个人总结和指导教师在答辩后所作的集体总结与点评。学生通过认真总结，剖析自己设计中的得失、成败，有助于进一步掌握设计方法和步骤，找出今后设计中应注意的问题。教师也要认真地对学生整体设计情况有一个针对性的总结，指出设计的不足，要肯定成绩并给予鼓励。通过系统总结和答辩，可使学生进一步发现设计计算和设计中存在的问题，进一步搞清不甚理解的或未曾考虑到的问题，从而使学生有更大的收获，圆满地达到课程设计的目的与要求。需要特别说明的是，答辩之后教师的总结点评非常必要，学生经过课程设计的实践之后，对教师的点评会有更深的体会。对机械设计中有些问题的认识，学生在课程设计过程中感觉到了，但限于实践经验和知识面，不能很清楚地归纳表达出来，这时教师进行总结和点评，常使学生有醍醐灌顶之感。

3. 结束语

课程设计在工科课程体系中承上启下的特殊地位，决定了该课程对培养学生的工程意识、创新意识、使其形成初步机械设计能力和独立处理工程问题的能力方面具有不可代替的作用。培养学生对机械设计的兴趣是课程设计顺利开展的前提，对机械设计过程的深刻理解与认识是学会解决工程问题的思路和方法的关键，充分的准备工作是基础。只有这些工作都做好了，才能保证课程设计的教学效果。

[参考文献]

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[4]于明礼. 当前机械设计基础课程设计中的问题与解决措施[J]. 科技信息2009， （35）： 163-164.

篇6

关键词：信息技术；机械设计；课改理念；课程整合

中图分类号：G712 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2012）09-0241-02

《机械设计》作为一门承上启下的基础课，它要求综合利用《机械制图》《机制工艺》《材料力学》及《金属材料与热处理》等课程中的内容，因此教学难度较大。传统的教学模式片面强调教师的“主角”作用，学生在课堂教学中处于被动接受的地位，压抑了学生思维的创造性和积极性，传统的教具也难以实现动作的仿真和形象化。

在《机械设计》课程中，有许多空间变换的现象和过程，例如，齿轮变速箱的机构和工作原理，利用黑板和纸笔很难将教学内容完整准确地表达出来，齿轮传动的类型有很多种，这就需要每一种类型配一个模型，教师携带起来非常不方便，而信息技术能成为新的教学资源和学生活动的创作平台，能激发教师和学生的创新能力，使得课程内容得到扩展和深化，将信息技术与机械设计教学有机整合在一起，有助于培养学生的机械设计方面的能力，对发展学生主体性、创新性和实践能力具有重要意义。

一、影响信息技术在《机械设计》课程中运用的因素分析

1.教师因素：教师的“信息技术素养”是影响机械设计课程教学效果的关键因素。首先，教师的教学理念直接影响着教学方法的使用，先进的教学理念对信息技术起着重要的指导作用，它是教师“信息技术素养”的灵魂。其次，教师对机械专业理论与技能的掌握影响信息技术在《机械基础》课程中的全面的、系统的综合运用，它是教师“信息技术素养”的核心。再次，教师对计算机的应用能力，将信息技术和专业课教学相结合的能力，直接影响了《机械设计》课程教学的效果，它是教师“信息技术素养”的关键。

2.学生因素：首先，学生对信息技术重要性的认识和创新意识决定学生在学习相对枯燥的机械专业课时，主观运用信息技术的愿望，解决的是学生想不想运用、怎么运用和怎么用好信息技术。其次，学生的信息技术能力，包括CAD平面制图、三维制图能力，制图软件的掌握等，影响学生在机械设计课程中如何运用信息技术。再次，学生对机械系统知识和技能的掌握与灵活运用能力，都直接影响学生掌握《机械设计》课程的内容的程度，影响学生课程设计中的课堂与实践效果。

3.信息技术因素：信息技术在《机械设计》教学中的应用，赋予了课程新的内容，制图软件的引入，使设计方法、设计理论乃至设计内涵都发生了巨大的改革。尽管相对于传统教学方法而言，多媒体教学具有表现生动、信息量大等优点，教师依照《机械设计》课程教学大纲的要求，编写课件，为使课件储存量大、内容形象生动，还包含大量的文字素材，并配以相关图片，以及经编辑制作的视频、音频信息等等，对资源库的需求量大。

二、信息技术与《机械设计》课程有效整合的启示

1.教学模式多元化，体现新课改理念。在机械设计课程教学中，运用信息技术是多元化的，多采用动态的教学模式为主，把学生的机械设计某个知识点与信息技术结合起来，根据教学大纲与学生的特点，体现知识的系统性与连贯性，体现新课改理念，以学生职业实践为主，对机械设计中的重点章节实施模块化教学，通过信息技术的整合，课堂更鲜活，学生在完成任务中体验设计的快乐，信息技术的运用并不是一味地按章将机械基础课程用信息技术CAI来展现，应该注重学生的个体发展，教会学生学习的方法，例如，教师使用绘图软件ProE5.0巧妙设计齿轮传动，学生能直观地了解、掌握齿轮传动的原理以及齿轮的参数等等，教师可以将设计的过程结合学生学习的信息技术，教会学生怎么运用，正如“授人以鱼，不如授之以渔”，引导学生合作自主探究，突出学生主体、教师主导地位，激发学生学习积极性，加强学生的自学能力，由教师做课件慢慢引导到让学生自己制作课件，教师指导，让学生在做中学，学中做，学生不仅能从制作过程中学习到不少机械设计的专业知识，而且学习方式也会改变，自学能力得到增强，教师与学生之间也进行合作探究，适时地编写用信息技术整合后的《机械设计》校本教材，丰富学校教学资源。

2.教师要加强自身修养，提升自己掌控课堂的水平。随着新课程改革的推进，教师要与时俱进，不断更新教育教学观念，特别是要结合新形势下中职学生的特点，综合提高自身的素质，丰富机械专业理论知识，努力向“双师”型过渡，并经常到机械行业实际充电，掌握一定的技能操作，了解比较前沿的机械科技和社会机械方面的人才需求，才能有效地利用信息技术开展多种教学形式的教学，根据机械教学大纲和机械考级要求，以项目引领，系统地将《机械设计》课程分成若干模块，将《机械设计》的各专业课《机制工艺学》《钳工工艺学》等等通过信息技术有机整合在一起，体现知识的关联性，突出重点与难点。

教师制作的课件要遵循《机械设计》教学的原理，切忌华而不实，要揭示教材内容的重点、难点，不能让过于花哨的图片喧宾夺主，例如，在曲柄连杆机构中，既要利用多媒体手段直观地反映其工作原理，同时也要让学生找些废旧的材料的制作曲柄连杆机构，让学生从理性认识到感性认识，进一步巩固教学效果；在涉及到同步齿形带以及滚动导轨等精密传动中，要反复讲解难点，利用信息技术展开形象教学，让枯燥的理论活灵活现，提高学生的学习积极性和趣味性。

3.要贴近生产实际，注重整合的实用性。在机械设计中引入信息技术应该有助于学生理解抽象的概念和严谨的设计，在《机械设计》课堂上用的教学课件不能追求表面的生动、画面的漂亮，而是应该注重对学生有启发性教学，做到师生互动。教师应进一步丰富课程设计的课题类型，可以结合某个学生感兴趣的产品，例如，在《机械设计》课程设计中，选用一些手机、电脑等生活用品，并分解成系列，贴近生产实际，从简单问题到复杂问题，从工程背景引出理论问题，进一步提高课程设计的教学质量和学生机械设的实用能力。努力拓宽技能实训载体，加强校外实训基地建设，有效地安排学生到相关机械企业生产实习，试探性地进行产教结合，巩固学生对专业知识与技能的理解和掌握，提高学生的综合能力，为学生的顶岗实习打下扎实基础。

4.现代教学手段要与传统教学结合，增加师生之间沟通的渠道。《机械设计》课程包括机械系统理论的传授和零部件的课程与毕业设计，在运用现代化教学手段的同时，不能完全舍弃传统的教学模式，例如，在课程与毕业设计中，学生基本的手工设计绘图能力是必须掌握的，只有在此基础上，学生灵活运用信息技术，运用一些绘图软件进行设计，有些机械设计的参数就是通过传统的教学模式让学生牢记于心，再加上师生之间的情感交流，才能达到教育教学双向目标。

篇7

关键词：质量安全；功能设计；成本；规避风险；满意度

随着机械设计行业的革新，机械设计管理已经不单纯的是产品的功用性管理，更为主要的表现在产品的知识密度，产品的多个功能性，产品的质量绝对安全和产品　的推广价值以及规避高风险性的实用价值管理上来。机械产品的设计首要考虑的是产品的质量安全，其次是产品本身的价值所在，再有就是在设计流程中理论和实践　的相互影响，最终形成产品，通过对管理资源的有效控制达到流程的节约化，直接化和实用性，更好地保证产品使用用户对新产品的满意度的提升。

根据当前机械设计企业的行业特点，对于机械设计行业中存在的几大管理问题做一个简单的分析。

1　机械设计质量安全管理

任何产品的质量安全都是头等大事，机械设计也不例外。在机械设计行业中，设计人员一定要有严谨，负责的工作态度，严格按照设计思想，严格排查安全隐患，　在设计中杜绝因管理疏忽而带来的安全问题。在机械设计过程中要把安全问题落实到每个人，责任明确，分工具体使质量得到保证，安全隐患消除与萌芽状态。

2　设计工艺流程的规范化管理

机械设计属于严谨的学科范畴，一切的设计行为要遵循科学，　遵循设计原理。在整个设计工艺中要考量图纸的可行性，理论的灵活运用和灵活变通，对于设计所需要数据要进行深入的运算，确保达到数据的严密性。对于不确定　的数据要进行多个论增，对于不明确的，不理解的理论要加以掌握理解，确保设计工艺的规范化，科学化，工艺流程的万无一失。只有严格地执行规范化的设计工艺　流程才能保障设计成果的规范化以及它的市场价值所在。

3　机械设计中的误区以及出现问题的解决

在过去的机械设计的过程中，我们往往注只是重了设计成果的使用性，但是对于设计成果的实用性以及它的多个功能，我们并没有过多地关注。赶时髦。为求“省　事”，追踪市场新产品和畅销产品，对顾客的需求一片模糊，又不愿花力气搞清，你上我也上，一轰而起，一轰而下。缺乏科学而准确的市场（需求）调查、需求分　析和产品规划，是一种盲动行为，失败的可能性极大。实践证明，好多机械设计企业经营失败的根本原因首先是设计人员忽略顾客、缺乏市场调查与可行性认证，它　们将导致90%的企业失败。其他导致失败的原因还有：由于管理者忽略变化、过分自信、过分自信与傲慢而错误地估计市场接受能力、吸收了不必要的合作伙伴、　不能跨专业全面思考、企业缺乏长远的目标与规划，以及企业的经验没有公司和产品的特色。　“现在供应，以后修理”。忘记了企业生产的产品（可触摸的）和服务（不可触摸的）只能在被顾客接受并使其满意的前提下才能获得竞争胜利和实现经济与　社会效益。这是企业缺乏“信誉资本（良好的社会信誉认同感）”的表现，它的严重后果是导致企业的成员没有诚信、弄虚作假，最终使企业。所以企业的管理　层应该清楚地知道，信誉资本有多少进展，以便即时采取扩大信誉资本的措施。对机械设计中出现的类似误区，机械设计人员一定要有高度的市场敏锐感，严谨的设　计理念，积极负责的工作作风，才能彻底矫正因为设计思维而带来的对新产品的影响。

4　核心技术的保护管理

机械产品及其制造系统的创新是提高企业竞争力的关键因素。从本世纪初到60年代，机械设计业的竞争是以成本为测度的数量扩张时代，企业核心竞争力因素是成本最低，即规模经济方式，在这种情况下对大多数进行工业化　的国家和地区来讲，需要的不是产品创新，而是引进产品与生产设备。70年代到80年代末它转变为质量的竞争。几十年的成本与质量的竞争，使多数国家和地区　已经实现或可重现至今仍占主流的中低技术产品（占80%～90%的世界产品）的制造，且彼此间质量的差距越来越小，而成本的优势在发展中国家　与地区。在未来的市场竞争中，企业竞争力的主要因素变化为：新产品创新与改进的设计开发能力及其上市的速度；为保证新产品上市速度、产品质量（特别是可靠　性与安全性）的控制和成本控制要求创新和改进制造系统及其运作；创新与改进服务及其质量。设计产品及其制造系统和制造过程控制的创新成为提高企业竞争力的　关键因素，而产品的设计与制造质量、成本、开发上市速度成为企业活动的第一类核心自变量。

5　机械设计的风险管理

机械设计是一项高风险投资。新产品的成功创新或改进将有利于形成机械企业新的经济增长点，促进经济的发展，有助于合理的产品结构和产业结构形成，以及企　业竞争力的提高。但是各国多年的产品开发实践证明，它是高风险、高投资、高收益的活动。其最突出的特征是高风险性。如何应对这种风险，其主要依托应当是对　于新产品的市场前景和潜在前景科学的分析，通过分析和观察做出有利的判断，尽可能在设计之初就规避因为设计带来的市场风险。

6　机械设计的成本管理

好的设机械计不但要技术先进，制造可行，操作方便，而且要经济合理，同样也要求它易与管理，尤其是对成本的控制。所谓成本管理，其核心就是降低产品的成　本。可以说，产品成本的高低，在产品设计的阶段就基本上确定了，因此，降低产品成本，永远是设计人员的一项主要任务，是机械设计领域中的一个永恒的技术经　济问题。设计人员进行产品设计时，必须牢固地树立经济效益的观念，对每一个零部件进行功能成本分析，确定合理的技术指标和成本目标。加强成本管理直接决定　企业参与市场竞争的成败，这个环节至关重要，我们在成本预算中永远要把最低的成本核算到设计体系中，也就是说最低的成本就是开拓市场最大的资本，由此可见　成本管理在机械设计企业举足轻重的作用。

7　机械设计产品的质量评估管理

树立长效果的评估机制，对于设计成果的安全性能，可靠性，稳定性要有一个明确的认知。通过评估掌握设计过程中的问题解决方法，发现不足，在此基础上寻求更好的解决方案。为今后的设计打下良好的技术基础和理论基础。

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关键词： 机械设计； 理论教学； 实践教学； 教学改革

中图分类号： G642.0 文献标识码： A 文章编号： 1009-8631（2012）01-0155-01

《机械设计》课程是汽车维修工程教育专业的专业技术基础课程。高等学校的课程建设是专业建设的基础，当前《机械设计》课程的教学重理论、轻实践，前沿技术更新不足；没有根据社会、经济和科技的发展，及时改进教学方式、方法，满足社会对一专多能专业人才的需求及学生就业需要，因此课程改革势在必行。本文从理论教学环节和实践教学环节等方面进行一些探讨。

1 理论教学环节

1.1教学内容

根据本课程的任务，在教学内容组织安排上，根据本专业的特点，加强知识的针对性和实用性，克服原课程内容结构固化、偏重自身完整性和教学内容组织缺乏弹性等问题。提到《机械设计》课程，人们素有“内容多、难掌握；零件类型多、设计方法难于统一；参数、公式、图表多，难于记忆”的“三多、三难”之感，教师认为不好教，学生认为不好学。我们认为教学内容应该以“够用”为原则，对过深的理论推导和公式、公理等的推导、证明，可在有选择的、不影响知识理解连贯性的前提下略减或删除，以便学生集中精力掌握实用的结论，以解决实际设计问题。例如在齿轮传动中，齿而接触疲劳强度、齿根弯曲疲劳强度设计计算（或校核公式）的推导过程等都可删除不讲，只介绍结论。公式只要求会选用，理解公式中每个参数的含义，会计算就可以了。再比如，流体动力的基本方程的推导过程我们也可以选择不讲，只需要了解形成流体动力的必要条件。总之，要对本课程的教学内容的深度和广度根据汽车维修工程教育专业特点进行调整。

1.2教学过程

在教学过程中，要合理设计备课――课堂讲授――课后总结这一主线中的各个环节。

（1）认真备课，使课堂内容少而精且与专业最贴切。在课程教学学时不断减少的大趋势下，课堂教学必须做到少而精。但是要做到这点并不容易，因为少而精并非简单地减少教学内容，而是要恰当地精选内容，科学地组织教学内容。而要精选和科学地组织教学内容，首先必须明确教学要求，吃透教学内容。因为只有这样才能有明确的日的性和针对性，才能主次分明、逻辑严密，使教材由“厚”变“薄”。在教师认真备课的同时，也要求学生认真预习，带着问题来上课。

（2）课堂讲授过程中，重视互动，注意教学方法的合理运用。传统的以教师为中心的填鸭式的教学模式，教师教什么，学生就学什么，使学生完全处于被动地位，课堂气氛不活跃，往往影响了教学效果。另外教学设计缺乏对岗位技能需求的分析，没有充分体现“以服务为宗旨，以就业为导向”的指导思想，教学的主观能动性得不到充分发挥。

课堂教学不应该是教师个人的独角戏，而应让学生积极参与到教学过程中。同时，讲授过程中要用贴切的词汇和术语来表达所传授的概念和内容，才能使学生对机械设计一这门课不感到枯燥无味。当学生对讲解的内容提出疑问，或者是学生提出预习过程中遇到的疑、难点后，可以先请班上其他学生试着回答，再由教师进行细致讲解，印象会深刻许多，比单一的填鸭式教育效果要好。当然，在讲课过程中，可以采取传统方式和现代方式相结合的教学方法，以提高学生对课堂内容的理解和掌握。比如说，在讲解四杆机构的应用的时候，例如讲解机构的运动时，可以通过多媒体播放汽车上雨刮器的运动过程；讲解齿轮系的时候，可以播放汽车变速器的工作过程等等。此外还可以播放一些生产和生活中的实际应用录像，这样不仅形象生动，学生易接受和理解，同时也能引起学生的兴趣，激发学生的学习热情。

（3）课后总结。对教师来说，课后总结是一种对教学过程的自我反思，带有自我诊断，自我提高的作用。通过反思教学方法、手段以及达到的效果，检查和记录备课中疏漏，使以后的教学更具有合理性和针对性。

2 实践教学环节

2.1实验环节

《机械设计》是一门实践性很强的课程，因此学生要真正掌握好这门课的知识，只有理论知识是不够的，还必须要使理论与实践相结合。传统的实验教学模式有其弊端，实验大多是观摩性、验证性的，基本上是学生按照实验指导书规定的几个项目，学会一些操作，而无实际综合设计能力的训练。由于实验课不是一门独立的课程，不单独给学生评定成绩，造成学生对实验课不重视，缺少积极性，而是抱着被动、敷衍式的学习态度。我们设计了带传动实验、滑动轴承实验、减速器拆装及轴系结构分析实验等等。其中，带传动实验中，进行平带、v带和圆带的实验，可通过计算机测试分析软件自动绘制滑差率和效率曲线，并可进行传动过程的模拟。

2.2课程设计环节

课程设计是《机械设计》课程的一个重要的实践教学环节。目前，不少学校的《机械设计》课程设计的题目都还是集中在减速器的设计，这就难免招致一些偏见，认为教学落后于社会发展。其实在我看来，这样的认知有一定的误区。我们讲解某一具体零件的设计方法的真正目的并不在于要让学生去设计这一零件，而是要使学生通过学习掌握一种具体的设计方法，从而具备机械设计的一般能力。在课程设计过程中，要注意设计中的重点和难点。在课程设计之前，除了进行减速器的拆装以提高学生的感性认识，还可以带学生去机电市场调研，了解减速器的结构和产品价格，培养学生建立产品的工程实用性、成本设计思想。

对于未能集中开设课程设计的班级，我们把课程设计内容分解成若干个小设计，结合相应章节的知识点，作为课后作业来完成。这样，即使在不安排课程设计的情况下，也能熟悉一台机器的完整的设计过程，并在设计过程中学会工具书的使用，这点对于本专业的学习也非常重要。

3 考核环节

目前，汽车维修工程教育专业的《机械设计》课程的考核方法还是期末考试，通过一次性定时闭卷笔试成绩来评价学生对该课程的掌握情况。这种考核方法存在一定的弊端，只是侧重于基本理论和知识点的掌握，会造成学生在临考前死记硬背、临时突击，不利于考核学生的实践能力、创新能力和解决问题的综合能力。建议今后对学生的考核可以突破现有的模式，参考基本理论的掌握情况、实践能力、课程设计的情况等多方面进行考虑，这样的评价体系应该能更真实的反应学生对本课程的掌握程度。

4 结束语

《机械设计》是汽车维修工程教育专业的专业技术基础课程，内容较多，但课时相对较少。研究如何在教学中培养学生机械大系统的观念、工程意识、机械设计能力、创新意识是非常重要的。而教学内容、教学方法的不断改进，有助于培养学生创造性思维和设计能力，为今后进行相关机械设计工作打下良好的基础。

参考文献：

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关键词：机械设计：实验教学：创新能力

科学发展的历程表明：许多伟大的发明、发现和突破性理论的产生都来自实验室。高校实验教学是理工科教学重要的组成部分，它不仅是学生获得知识的重要途径，而且对培养学生的学风和素质、实际工作能力和科学研究能力具有十分重要的作用和意义。目前国内的大学生由于多种原因接触工程实际很少，缺乏机械以及和机械相关的生产实践方面的知识，实践动手能力相对较弱，学生不知道学习该类课程的目的，不知道将来如何运用所学知识解决什么样的问题?大大挫伤了学生学习的积极性，这从一个侧面反映了国内教学方式的不足。

机械原理、机械设计、机械设计基础课程是高等工科院校机械类各专业的一门设计性主干技术基础课程。通过机械设计类课程的学习，使学生掌握有关机械设备、制作的基本理论知识和实践知识。课程实验教学是教学中一个重要的实践环节，是培养学生理论联系实际能力、分析问题和解决问题的能力，启迪创新思维，开拓创新潜能的重要手段。为了提高实验课程的教学效果，在实验环节方面应该进行具有新意的改革，从提高学生素质能力来看，目前实践性教学环节还需要进行必要的改进。

一、机械设计类课程实践教学现状分析

机械原理、机械设计、机械设计基础课程是高校培养学生进行机械设计能力的最基础的教学环节，它是一门和实践结合非常密切的课程。在教学方法上采取了课堂教学、实验和课程设计等方式进行，使科学研究和工程实践相结合，尽可能地让学生通过本门课程的学习，掌握有关机械设计实践方面的知识。

机械基础课程实验教学项目大致可分为演示性实验、验证性实验、设计性实验和综合性实验。

演示性实验是通过实验项目的进行，增加学生对机械结构形式、种类和运动规律等认识和理解，比如：通过参观陈列室的各种机械零部件、简单机构、机械的动作和实际机械的运动等过程，增加学生的感性认识。

验证性实验是通过实验现象，证明课堂教学的某种理论或规律。

设计性实验是希望学生根据实验目的的要求，自行设计实验项目的试验方式、方法和步骤，增强学生的学习主动性，使学生对机械设计实践知识有一个深刻的认识。

综合性实验是包涵上述实验目的。检查学生对所学知识的综合运用能力的实验项目。

目前西南石油大学机械设计基础课程的实践教学环节与其他院校基本相同，由于实验项目多为演示性、验证性实验。部分综合性实验，在这些试验过程中，没有达到让学生理解机械设计的综合运用知识的目的。我们曾询问参加机械实验课的学生，对所学的实验课程有什么印象和体会，学生认为目前一些实验课程。让学生自己动手操作的太少，因此实验没有达到预期的目的。这种现象是目前很多实验课程中的普遍情况。我们曾翻阅、查询相关资料，发现国外大学工科专业实验课程学时相对较多，一个实验可以做4个或6个学时，有的甚至8个学时，虽然实验内容相对多了一些，但能保证学生比较充分地参加实验，让他们较为深刻地了解实验的过程、内容和目的，其实验效果较好。

二、实践教学改革建设与创新

机械基础课程是面向实践生产过程的知识，缺少工程实践活动，很多简单的内容就不容易被学生理解。从提高学生实践知识能力的目的来分析，作为机械设计实践教学环节，应该开展能够使学生有较多机械设计生产实际的实验项目，尤其是设计性的实验项目，学生通过自行设计制作实验过程，可以提高学习兴趣，促进学习效果。

为更好地提高西南石油大学机械类专业的实验教学水平，机电工程学院广大教师和实验人员对传统的实验教学进行了反思，对实验教学从体系结构、手段和方法等方面进行了广泛的探索，并进行了积极的改革。本文从机械设计基础课程实验课程教学内容的建设出发，分析机械设计基础课程实验教学现状和实验教学改革成果，从加强学生实践动手能力、提高学生创新能力出发提出教学改革办法。

(一)培养学生观察生活、发现问题的能力

发现问题比解决问题更加重要。由于我国教育体制原因，学生长年学习只注重书本上的理论知识，忽略实践这一重要的环节。学生只顾读书，对身边的事情漠不关心，当布置设计型课题时不知道应该做什么样的题目，严重影响了学生探索知识的积极性。设计是为人服务的，设计的目的是拓展人的能力，使人生活更加舒适、工作更有效率。为人解决问题正是提高学生设计兴趣的重要手段。我们在课堂教学中增加对应教学内容的相应实例，让学生明白学习的机构、结构在具体工作、生活中是如何应用的。适当引导学生对案例中不满意的地方进行改进，促使学生主动思考。

(二)培养学生创新思维能力

为了培养学生的创新思维与创新能力，应当在教学中有意识地去发展直觉思维，在实验中“探索一发现”最有助于学生直觉思维能力的培养，重视学生的操作实验活动，发现新的问题、新的现象。一方面应充分利用和挖掘课本上的探索性实验，另一方面还可将一些验证性实验改成探索性实验，鼓励学生自由的思考，包括机灵的猜想，去探索去发现，以促进学生直觉思维向合理程度发展，使他们成为知识的主动探索者。

学生一旦发现问题，就会产生极大兴趣想办法解决。科学的解决办法往往事半功倍。我们在教学中穿插一些创造学的内容和方法，有时开设讲座、集体讨论等形式加以补充，使学生结合所学的机构、结构、连接等知识完善其构想。这样自然地引导学生想去将构想变成现实，为开设设计动手类型的实验项目奠定了基础。

(三)在课程教学中增加动手制作类实验项目

为了实现学生动手实践的软着陆，我们首先在课程教学中增加机构、制作作业，例如设计制作突出产品特性的动态商业广告、设计制作等。让学生了解机构不是枯燥无味的画图，而是解决运动的重要手段。在课外进行学生讲评、答辩和教师评价等方式，不仅锻炼了学生动手解决问题的能力，也提高了学生表达能力，对将来学生就业自我推荐也有积极的意义。

从提高学生实践动手能力的目的出发。机械基础课程的实验项目应有以下特点：

1、贴近生活。结合学生的生活实际，让学生在生活中能够感受到所学的知识

不是空中楼阁。

2、亲自动手。增加学生亲自动手操作、实践的机会，让学生通过实际操作，学习机械基础课程的知识。

3、易于掌握。实验的内容不能过于复杂，因为机械基础知识学习阶段，学生的接受能力还是有一定限度的。

4、安全。实验应具有较好的安全性，才有利于提高学生的学习兴趣，才能取得较好的学习效果。

(四)结合课程教学内容开设综合设计类型实验

目前的实验项目，学生自主动手的机会太少，多数情况下学生只是以观众的身份参加实验，因此对实验的要求、内容和方式方法没有比较全面的体会。虽然实验前作了准备。但在实验过程中由于没有能够独立完成，对于整个实验的目的、要求和作用机理没有详细了解，同学注意的是如何完成自己的工作；不熟悉的实验项目，难以提高学生的学习兴趣，影响学生学习的效果。开设设计型实验项目应注意开设既符合课程要求、学生又比较熟悉的实验项目；机械设计类课程的实验项目还应注意注重基础内容的学习，尽量结合学生的生活环境。学时不够，可以增加课外学时，也可以结合开放性实验项目完善设计实验内容。

(五)通过开放实验。提倡团队合作完成较完整的综合性设计

机械类课程实践环节只能培养学生在机构、结构方面的动手实践能力。而学生希望最终能解决实际问题。解决整个产品设计问题需要多学科团队，例如，工业设计、机械、电子控制等多方面人才的结合。可以利用学校整体资源以开设开放性实验的形式组成解决产品设计团队，利用业余时间合作完成最终设计。对完成实验的学时进行必要的改动，不必在固定的时间进行实验，可以根据学生的实际情况，让学生随时都能到实验室作实验，从而达到要求的学习效果。

三、教学实践尝试

西南石油大学工业设计专业、机械设计专业学生在2006年合作完成“瘫痪病人翻身床设计”制作就是一个典型例子。2005年工业设计专业一学生因父亲瘫痪多年在床上。在开放实验项目中提出该课题。针对医院、疗养院、家庭中重病人和瘫痪病人活动不便设计一款操作简单、成本较低的瘫痪病人翻身床，要求床能抬头、屈腿，另外，还要求侧翻。而市场上产品只能抬头、屈腿；或者只能侧翻，故该课题有大的潜在市场。大学生对医院病床不陌生，却不太了解翻身床的原理及性能。学生在广泛设计调查的基础上提出参考医疗设备采用液压传动，将床体分为8块，通过铰链连接。为了便于两个方向翻身，故设计8个特殊球铰链连接。控制采用单片机控制，有效解决了护理瘫痪病人时遇到的困难。实验室购置了一些标准零部件，学生自己动手制作出实现双向翻身的小模型。在校有关部门的大力支持下，结合设计模型到厂家制造出样机参加2006年全国大学生机械创新设计大赛获全国二等奖，四川赛区一等奖，是西南地区最好成绩。学生在此基础上设计开发了病人对接床，两项设计成功获得实用新型专利授权。

四、结论

通过多年实践，要提高学生动手实践能力，还要结合学校政策、教师积极性等多方面综合考虑，现总结如下：

学校政策支持。学校对教学重视程度，对指导教师待遇提高才能鼓励教师积极参与课外实践活动，带领学生进行创造性活动。

课程教学应该结合实验特性加入设计制作作业，让学生逐步习惯动手实践。

鼓励学生进行有创造性的改进实验，让有新的见解、想法的学生进行自己认为符合生活要求的创新设计等。

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卓越工程师不仅要具备上述的未来工程师的品质，而且，还应该兼具以下特质：(1)对局部或整体工程价值的科学判断力;(2)对权威工程学术或工程技术独到的批判力;(3)对历史工程文化承载现代工程文化内涵以及未来工程文化趋势的深刻洞察力;(4)优秀民族工程文化传承与世界先进工程文化吸收的责任感;(5)工程环境影响的感知与和谐意识的自觉;(6)正确理念的坚持或自我否定的勇气。只有具备了上述15种品质特征的工程师，才能称得上是真正的卓越工程师。因此，形成能够进行自我调整和更新的、面向卓越工程师培养体系的教学改革是值得研究的重要课题。

1面向卓越工程师培养目标的教学要求

卓越工程师人才培养目标是具有国际视野的行业领军人才、国际认可的高级工程技术人才和创业研发型高端人才。卓越工程师的核心是创新能力。随着知识经济的到来和信息技术的迅速发展，社会对人才的需求产生了很大的变化，更加强调实践能力和创新型人才的培养，面向卓越工程师培养计划的教学，不仅要培养学生熟练掌握专业基础理论知识的能力，还要注重培养学生的实践应用能力、思维开创性和创新能力。

2机械设计基础课程教学的现状

机械设计基础课程是一门理论性和实践性较强的课程，既强调知识的综合性、实用性，又强调创新能力、综合分析和解决生产实践问题的能力，这也是卓越工程师教育培养计划所要求的。

但是现有的机械设计基础课程教学存在一些问题亟待解决。传统的教学过程是一种填鸭式的教学，一切都是由教师决定，学生只能被动地参与。如机械系统的结构设计是机械设计基础课的重要教学内容，也是过去讲课的难点，由于受到传统教学手段的限制，电类专业学生对此方面内容的掌握比较困难。

现有课程内容体系建立在知识的系统性和完整性之上，在知识点的选择和安排上没有脱离传统的教学理念，所用教材的知识内容体系创新性不够，没有体现卓越工程师教育培养计划中所要求的能力主线，与生产实际要求的课程内容或知识点的编排存在一定的差距。另外，教师不注意采用先进的教学手段来充实自己的教学活动，忽视案例教学、问题教学等方式的运用，导致教学信息量太小，无法传授更多的知识。课程教学中只是理论知识的简单讲解，没有结合工程实际进行教学。

3机械设计基础课程的教学改革

按照卓越工程师教育培养计划的目的和培养要求，以及在以往机械设计基础教学过程中所发现的问题，借鉴皮亚杰提出的建构主义理论，对机械设计基础课程教学改革提出如下建议与改革措施。

3.1确定教学目标

机械设计基础课程具有很强的工程性、实践性和实用性，其主要的教学目标是培养学生机械系统方案设计的能力。教师以自己制定的教学目标为导向，在整个教学过程中围绕教学目标与学生一起展开教学活动，并以此来激发学生的学习兴趣与积极性，激励学生为实现教学目标而努力学习。

机械设计基础上半部分的核心内容是各类常用机构的设计和应用。要设计和应用机构，首先必须认识各类机构，通过一些典型的机构系统了解机构的具体结构、工作原理、特征和它在系统中的作用，从机械系统的总体去认识机构，用系统的观点将各类机构联系起来，将系统的要求贯穿于机构的设计之中。学生不应孤立地去认识和设计机构，而应以系统为主线来掌握机构分析、设计的基本理论和方法，确定机构设计的要求。

例如教师在讲授机械设计基础第一章机构自由度的内容时，首先向学生说明学习机构自由度在实际工作中的意义，并在本章最后给出关于牛头刨床的机构设计错误的例子，让学生通过计算机构自由度予以改正，以此来激发学生的学习兴趣与积极性，充分发挥学生的主观能动性，训练他们的创造性思维。

另外，在学习平面连杆机构、凸轮机构、齿轮机构这3大类常用机构过程中，由于该3大类机构又可划分出很多种类，学生常感到各类机构缺少联系。由于往复式四冲程内燃机涵盖了这3大类机构，所以可通过介绍往复式四冲程内燃机工作过程的4个冲程运动将这3大类机构运动作为教学背景或目标，将3大类机构联系起来。

如内燃机通过平面连杆机构中的曲柄滑块机构将活塞的直线往复运动转换为曲轴的回转运动;通过凸轮机构控制进气门、排气门开合时间的长短;通过齿轮机构协调燃气推动活塞运动时，进气门、排气门有规律的启闭。以往复式四冲程内燃机工作过程介绍3大类机构各自的优缺点和不可替代性，对增强学生的感性认识、加深对知识的理解和掌握，培养创造性思维能力都非常有益。内燃机工作过程所涉及的内容包含了机械设计基础上半部分需要讲授的所有主要内容，所以应该在第一章的授课中较详细地介绍内燃机的工作原理，并在以后各章的教学中加以利用。

机械设计基础下半部分主要讲授常用连接(螺纹连接、键连接等)，机械传动(螺旋传动、带传动、链传动、齿轮传动和蜗杆传动)，轴系零、部件(轴、轴承)等。这部分内容相互联系较少，学生感到零散。这部分内容的教学可与课程设计结合起来，课程设计题目在课程开讲前布置到位，使学生带着任务听课。当教师讲到与设计题目中某些方面相关的章节时，学生就开始思索自己题目中相应点的方案设计、结构设计等问题，不太懂的问题可及时与教师或同学进行交流探讨。由于课程设计与专业结合，与理论课同步，学生兴趣浓，学习效果好。

3.2加强与工程实际的联系

由于学生对机械的感性认识和工程实践知识十分缺乏，不能将所学的知识与实际联系起来，更不会应用于工程实际，因此要结合工程背景来讲解各种机构的原理和应用。

例如在讲解曲柄摇杆机构时，通过对比该机构分别在游梁式抽油机和牛头刨床中的应用，来说明极位夹角的大小对急回运动的影响。这样以实际工程机械为例讲解曲柄摇杆机构的特点，能使学生印象深刻。在讲解四杆机构时，分别列举轮式抓钩机、装载机工作装置、鹤式起重机吊臂等实际工程机械的例子，对比讲解不同机构的工作特点，使学生对机械的机构既有一个整体认识，也有对不同机构异同点的认识，为以后进行机构选型、综合机械设计打下基础。

以凸轮机构实际设计为例，首要问题不是如何设计凸轮的轮廓线，而是如何根据工作要求和使用场合，合理地选择和确定从动件的运动规律、机构的配置和有关基本参数，使所设计的凸轮机构既能满足机械系统的工作要求，又具有良好的运动和动力特性。此外，广泛采用工程应用实例，充实机械设计基础教材中的例题和习题，适当增加例题和习题的工程应用背景及创造性意向说明。

3.3及时更新教学内容

将机械设计方面的新成果、新应用及时引入教学内容，扩大学生信息量。例如在讲解螺栓预紧方法时，介绍电测扳手、液压拉伸预紧方式等新工具和新方法;在讲解齿轮机构时，介绍双圆弧齿轮的优点，反映技术发展前沿成果，增加课堂信息量，调动学生学习的积极性。这样，以实际工程设计计算问题为目标，构建设计基础知识理论较完备，设计方法实用、多样的基础内容体系，提高了教学效果。

3.4改进教学方法

在课堂教学中，除了传统的教学方式外，需要采用其他一些教学方法与手段，以提高学生对课堂内容的理解和掌握。

机械设计基础课程是工程机械教育的重要课程，综合性、实践性强，对培养学生工程设计能力起着重要的作用。由于机械设计基础主要面向电类专业的学生讲授，而电类专业的学生对机械方面知识接触较少，对课程中涉及的各种机构、结构难以理解，尤其是涉及到机构运动、齿轮啮合等动态问题或者螺纹联接、轴承等微变形问题，因内容抽象，学生理解起来比较困难，因而影响了教学效果。

机械设计基础多媒体CAI系统运用多媒体计算机技术，对机械设计基础理论知识、教学方法等进行信息化处理，利用计算机强大的多媒体表现与信息交互功能，构造了创新设计教学模式。通过现代信息技术的应用，把过去传统的、静态的书本教材形式转变为由声音、文本、视频、动画构成的动态教材。多媒体集成、动画模拟仿真和丰富的图像信息扩展了学生认知的深度与广度，也使教师摆脱了时间和空间对讲授内容的束缚，清楚地显示某些复杂的过程，有利于激发学生的观察力、发现力、想象力、逻辑联想力，有利于认知思维的深化与发展，有利于增强工程设计能力，提高教学效率和教学质量。机械设计基础CAI作为教学的一种重要手段，有着良好的应用和发展前景，给机械设计基础创新教学以有力支持。

在教学中，为达到良好的教学效果，教师应设法使学生处于积极思维的状态，主动、自觉地完成学习任务，逐步提高分析问题和解决问题的能力，真正成为学习的主人。例如，在讲授螺栓预紧力控制时，强调重要的螺纹连接必须控制预紧力，强调螺栓脱落产生的严重后果。可以列举台湾中华航空公司波音737飞机在日本冲绳那霸机场降落时因螺栓脱落刺穿油箱引发大火的例子，使学生印象深刻。又如在讲授螺栓强度计算前，举出某工厂在吊装床身时，吊环螺栓断裂，致人死亡的例子，借以强调螺栓强度计算的重要性，将枯燥的理论知识变得具体、形象，而且能够使学生在主动思考的同时牢记相关概念、掌握相关原理，达到事半功倍的良好效果。