基于三维技术的机械基础系列课程的优化整合研究

高成慧，王中任，张 俊

GAO Cheng-hui, WANG Zhong-ren, ZHANG Jun

（襄樊学院 机械与汽车工程学院，襄阳 441053）

0 引言

机械基础系列课程主要由工程图学、工程力学、工程材料、机械原理和机械设计等课程组成，是理工科院校机械类专业必修的专业基础课。长期以来，各课程自成独立体系，强调面面俱到，内容重复较多，链接断点多，学生在学习的过程中没有一个明确的主线和目标，没有把设计的全过程有效地链接起来，对所学课程不能融会贯通。

另一方面，这些课程一般采用二维设计平台进行教学，在课程内容上又相对落后，尤其是CAD技术的出现和发展，世界制造业已进入数字化设计、分析与制造的时代，产品的构思与设计、机构的运动仿真与有限元分析、产品的装配检验与加工过程可直接实现，各课程之间的联系也更为紧密。并且在这些基础课程中，所有的表达和设计最初都是由三维模型或三维零件展开的，学生学习要达到的最终的目标也是能灵活利用所学知识来设计表达三维机械产品或工业产品，所以在机械基础课程体系中贯穿整体的主题单元可以认为是三维设计和三维能力的培养。因此，原机械基础系列课程的设置、内容及实践等环节应顺应时代发展的要求，以三维设计为主线进行全面优化整合，使课程改革达到一个更高层次。

1 机械基础系列课程设置的优化整合

随着计算机技术的迅速发展，以前只能靠手工完成的许多作业，逐渐通过计算机实现了数字化，企业档案管理向无纸化、数字化的方向发展，企业也需要大量这方面的人才。为此在大一上学期机械基础课程前可增设机械工程表达工具课程，强化现代设计与表达意识，使学生掌握用基本的计算机工具表达设计思想，掌握计算机基础知识、文档、电子表格、二维绘图和三维造型等设计工具的使用，能够独立用二维工程图、三维造型以及装配图等多种方式表现设计结果。同时增设机械工程概述等课程，使学生对机械工程这门学科有一概括了解，掌握机械及其系统的组成、工作原理、特点及应用，简单的机构运动分析，产品的生产过程及金属材料加工的基本知识，增加学生对机械产品构型的感性认识，教学方法上采用课堂讲授与实习参观相结合，使学生建立工程设计的概念，培养基本的工程素质，为机械类基础课和专业课做前期准备。

2 机械基础系列课程教学内容的优化整合

机械基础系列课程教学内容的改革，必须打破原有的课程界限，从系统的观点出发去优化整合。将多门机械基础课程作为一个系统，进一步明确各课程在整个系统中的地位、作用和内容，对各课程教学内容上重复交叉的地方进行适度的精简和删除，使机械基础系列课程真正做到相互补充、相互促进、相得益彰。以三维设计为主线，以培养和提高学生综合素质和创新能力为出发点，树立厚基础、重素质、强能力的教学观念，将三维设计、分析、制造理念全面引入机械基础系列课程教学中，建立基于三维技术的机械基础系列课程新体系。

在机械制图和机械测绘教学中，树立三维设计的概念，借助三维软件的建模和运动仿真功能形象再现产品三维—二维—三维设计的过程，培养学生空间思维能力和设计思想的表达能力，并在课程测绘中进行模拟性三维设计。在机械设计和机械原理课程中将机构的三维仿真及运动设计贯穿其中，加强机构及系统设计的教学，在教学中充分应用计算机三维技术解决机械工程的设计、分析、计算、仿真等，设计出满足加工及工艺要求的合理机构，并对学生进行从模仿实物—模拟性设计—工程性设计—创新性设计的全过程培养，以提高学生的综合能力和创新设计能力。在工程力学课程中，改变理论上分析推证的传统教学模式，将三维设计的有限元分析及动力学分析引入教学，提高学生的工程应用能力。

3 机械基础系列课程实验、实践环节的综合优化

机械产品的质量、性能和功能很大程度上取决于产品的设计，机械产品要达到高水平、占领国内外市场，创新设计是关键，创新设计能力的培养对于工科学生来说尤其重要。实验、实践教学作为本科教学的一个重要组成部分，在培养和提高学生的创新能力方面有着特殊的作用。

虽然机械基础系列课程都有附属于理论教学的实验、实践教学，但是这些实验教学内容绝大多数是相互独立的、验证性的实验，缺乏综合性和创新设计性。为培养学生的创新设计能力，使学生的知识结构和设计水平跟上时代发展的步伐和企业对人才的要求，必须将机械基础系列课程的实验、实践环节进行综合优化，建立以计算机辅助的综合性、创新性、开放性的实验及实践教学体系。打破课程界限、实验场所和实验时间等限制，以计算机三维设计和仿真为主线，以机械创新设计为核心，以大学生机械创新设计大赛和三维数字化大赛为背景依托，强调机械系统的设计观念和三维设计理念，注重从整体（机械系统）到局部 (常用机构和典型零部件)，再从局部到整体，在增强学生对机械感性认识的基础上，将分散的知识点与机械系统有机地联系起来，将独立的、验证性的实验与综合性、创新性的实验跨过时间和课程界限有机结合起来，使学生在综合性实验中对机械系统有一个完整的认识，对所学知识不再感到抽象和零碎，使知识更加系统和完整，也使学生能够站在机械系统的高度更好地了解和掌握各种常用机构和典型零部件，进而培养学生综合运用机械设计知识分析和解决实际问题的能力，不断提高学生工程实践能力和创新意识。

4 结束语

课程体系的改革是教改的“瓶颈”，必须打破原有课程界限，从系统的观点出发去分析问题和优化整合，才能使教改工作有所突破。将多门机械基础课程作为一个系统，用三维设计、分析、制造理念优化整合机械基础系列课程，建立全新的基于三维技术的机械基础系列课程新体系，是机械基础系列课程改革发展的方向，是数字化设计与生产对现代教育提出的新要求。但是，机械基础系列课程的优化整合研究是一项复杂的系统工程，任重而道远，尤其是需要各个方面的积极配合与支持，才能使改革进行的更深入。

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