慧魚工程技術機械設計創新實踐教學
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摘要：機械設計實踐實驗教學課程是培養學生機械創新設計能力、創造性思維和工程實踐能力的重要課程。為解決機械設計實踐實驗教學效果差的問題，文章提出可基于Fischertechnik模型搭建機械創新人才培養平臺，結合教師科研、機械工程專業學科競賽與大學生創新創業訓練計劃項目以及16+2實踐周“職業技能訓練”開展機械設計綜合創新實驗訓練，培養學生的綜合設計能力、工程實踐能力、創新實踐能力、團隊協作能力等，并取得了良好的教學效果。
一、引言
機械設計制造及其自動化專業作為學校向應用型綜合大學轉變中專業建設的重要組成部分，是培養應用型機械類本科專業人才的主陣地。《機械設計》是該專業重要的專業基礎課，專業教學計劃圍繞《機械設計》教學目標開設了工程實踐實驗課程，如《機械設計課程設計》《16+2職業技能訓練》等，培養學生的綜合設計能力、工程實踐能力、創新實踐能力、團隊協作能力等，要求學生能綜合利用所學知識解決工程實際問題。但是在實踐實驗教學環節，教學效果差，一是因為機械設計實驗教學所開實驗多是認知性實驗和驗證性實驗[1]；二是因為《機械設計課程設計》命題陳舊且單一，缺乏現代設計，無法達到綜合訓練的目標[2]。為此，本文提出基于慧魚工程技術的機械設計綜合創新實驗教學方法，培養學生的綜合設計能力、創新工程實踐能力等。
二、機械設計實驗教學弊端及改進策略
1.機械設計實驗教學弊端。《機械設計》是一門綜合性很強的專業基礎課，以《機械制圖》《理論力學》《材料力學》《機械工程材料》《互換性和測試測量技術》《機械原理》等課程為依托，對機械零件設計準則、摩擦磨損及潤滑、螺紋連接、軸轂連接、帶傳動、鏈傳動、齒輪傳動、蝸桿渦輪傳動、軸系設計、滾動和滑動軸承、機械系統設計以及其他常用零部件設計等知識進行講解[3]。其課程特點是內容多且雜，存在大量經驗公式與圖表，教學內容抽象等，多數學生反映內容零亂，找不到重點。為此，通常在制訂教學計劃開設相應實驗課，輔助學生理解并掌握相關知識，如《機械設計課程設計》《機械設計實驗》。隨著技術的發展，社會對學生的綜合創新設計及工程實踐能力提出更高的要求[4]，但目前《機械設計課程設計》《機械設計實驗》仍然存在一定的弊端，實踐實驗教學效果差，無法滿足社會需求。《機械設計課程設計》是對漸開線圓柱齒輪二級減速器進行設計，該實踐項目存在一些弊端：一是課程設計命題陳舊且單一，是對通用漸開線圓柱二級齒輪減速器進行設計，主要內容為機械方案設計、傳動系統詳細設計、裝配圖繪制及減速器設計說明書，相關設計技術指導書成熟，網絡資源豐富，學生設計時基本是依葫蘆畫瓢，查手冊，套公式，設計過程就是仿造，部分學生存在抄襲、買賣現象，嚴重影響教學秩序和教學質量；二是重視二維裝配圖，輕視二維零件圖、爆炸圖和三維建模及裝配的訓練，不足以滿足機械設計綜合訓練的要求。機械設計實驗方面，主要包括機器組成及典型機械傳動零件感性認識、傳動試驗（齒輪傳動、帶傳動和鏈傳動等）、機械傳動軸系部件設計與分析。由于我校教學計劃安排，無明確的機械設計實驗有關課程，僅在《機械設計》理論教學時，組織學生參觀機械典型零部件多功能語音教學示范箱，加深對《機械設計》各章節的理解。為彌補《機械設計》實踐實驗課程的不足，我校除了積極對《機械設計課程設計》教學內容、教學方式以及考核方式做調整外，還積極探索以16+2實踐周“專業技能訓練”作為實驗實踐教學的補充，但由于不規范存在教學效果差的問題。2.設計實踐實驗教學，對大學生工程實踐能力的培養具有重要的意義[5]。為此，我校對《機械設計課程設計》教學進行創新改革，積極探索機械設計綜合創新實驗教學。Fischertechnik，即“慧魚”，是德國人基于六面體接體發明創造的工程技術智趣拼裝模型，包含各類機械構件（齒輪傳動、絲桿傳動、鏈傳動、皮帶傳動、連桿機構、凸輪機構、減速器等）、電氣元件（電機、電氣開關、氣動零件、各類傳感器、控制器、導線及導線接頭等）和編程軟件等模塊。該模型是《機械設計》的理想教學工具。基于此我校，利用Fischertechnik模型搭建機械創新人才培養平臺，結合教師科研、機械工程專業學科競賽與大學生創新創業訓練計劃項目等，在16+2實踐周“職業技能訓練”時機械設計綜合創新實驗題目，學生自由組隊，綜合利用《機械原理》《材料力學》《理論力學》《機械設計》《機械制圖》等課程知識，合理分工，利用Fischertechnik組合模型，完成相關綜合創新實驗設計任務，力求達到培養綜合設計能力、工程實踐能力、創新實踐能力、團隊協作能力等的教學目標。
三、機械設計綜合創新實驗教學示例
為解決菠蘿采摘生產效率低、人工成本較高、果農勞動強度高、芒刺對果農傷害較大等問題，我校17機械班某組學生基于慧魚組合模型設計了一款小型手扶式菠蘿自動采摘機。右上圖為菠蘿采摘機部分功能裝置，分別為成熟識別裝置、傳輸裝置，考查學生對《機械設計》教學中電動機、減速器裝置、齒輪傳動、皮帶傳動、鏈條傳動/螺栓連接等知識的理解與掌握。基于慧魚工程技術的機械設計綜合創新實驗教學中，我校學子在第八屆全國大學生機械創新設計大賽（慧魚組）中獲得國家三等獎1項，立項大學生創新創業訓練計劃項目國家級2項、省級1項，發表省級以上科技學術論文3篇，申報專利1項。目前，我們正在以國家級大學生創新創業訓練計劃項目為依托，積極備戰中國—東盟高校創新創業教育聯盟大學生創意機器人設計大賽和第九屆全國大學生機械創新設計大賽，期望取得優異成績。
四、結語
機械設計實踐實驗教學對學生工程實踐能力培養具有重要的意義。為解決實踐實驗教學效果差的問題，本文提出可基于Fischertechnik模型搭建機械創新人才培養平臺，結合教師科研、機械工程專業學科競賽與大學生創新創業訓練計劃項目以及16+2實踐周“職業技能訓練”開展機械設計綜合創新實驗。該教學模式不僅使學生對課程知識加深理解，而且也調動了學生的學習積極性，培養了學生的創造性思維，教學效果良好。
參考文獻：
[1]孫厚濤,楊清香,劉占山,等.機械設計實驗教學探討[J].機械設計,2018,35(S2):9-10.
[2]余江鴻,邱顯焱,湯迎紅.基于學科競賽的機械設計課程設計教學改革與實踐[J].機械設計,2018,35(S2):264-266.
[3]濮良貴.機械設計[M].北京:高等教育出版社,2006.
[4]高江紅.基于工程教育理念下機械設計課程教學的思考[J].教育教學論壇,2019,(16):230-231.
[5]李飛,梁永麗,侯雨雷,等.機械設計課程實驗教學改革探索[J].教育教學論壇,2019,(18):138-139.
作者：馬登秋 葉振環 安玉 付娟 單位：遵義師范學院
