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摘要
對近年來國內理工類院校在工業設計專業下開設的機械設計基礎課程的教學內容和模式進行了研究，歸納了教學過程中存在的問題，并在實際教學中綜合利用現代信息技術對教學內容、教學手段、實驗和課程設計做出了一些有益的改革探索。
關鍵詞
從我國開辦工業設計專業教育至今，“機械設計基礎”課程（部分學校設為“工業設計工程基礎”）是我國絕大多數高校工業設計專業的必修課程。其包含了“機械原理”和“機械零件”兩部分內容，主要針對產品設計過程中機構運動原理、能量傳遞、受力特點、零部件間的連接及結構形式展開學習與討論，是產品設計中將概念轉換為實際可加工、可使用的產品的關鍵[1]，這方面的技能也是企業工作崗位所關注的，因此該工程類課程的開設，為培養適應社會需要的工業設計專業畢業生是很有必要的。
1當前教學中存在的問題
盡管工業設計專業在我國高等教育中發展了三十多年，但是整個教學體系和內容并不完善，且在實際的教學中，我們發現存在著這樣一些問題：
1.1偏重理論推導，學生理解困難
由于工業設計專業的特殊性和傳統教學偏于工科的理論講授，“機械設計基礎”課程知識點多而抽象，所要求的先修課程，如“理論力學”和“材料力學”等課程要么未開設，要么學時數很少，課程基礎的薄弱使得學生理解起來非常困難，造成該課程與專業框架下的其他課程脫節，孤立的知識點和抽象的概念使學生對產品設計中的工程問題很難形成全面系統的認識，造成學生對自身能力的不自信甚至對專業的反感。
1.2教學案例與工業設計專業結合不夠緊密
該課程的教材大多以工業設計專業學生很少接觸到的沖床、內燃機、牛頭刨床等工程機械設備為案例，而該專業學生將來的研究對象多為交通工具、家居產品、電子數碼產品等，兩者結合不夠緊密，這造成了學生在認知和理解上的很大障礙。尤其是該專業先導課程注重藝術素養的培養，使得學生更是覺得“機械設計基礎”課程抽象、空洞，無法實際運用到今后的學習、工作之中。
1.3實驗學時少，走過場現象普遍
由于實驗條件和實驗環境等多方面的限制，每個學生接觸實驗設備和操作實驗的機會仍然很少，大多數學生是在看實驗而不是在操作實驗，簡單走過場似地完成任務，這使得教學效果不夠理想。同時某些關鍵實驗，如“機構運動簡圖測繪”，該實驗往往選擇重工設備或其部件作為實物分析對象，而工業設計專業的同學更為關心和更有吸引力的輕工設備和家用設備則涉及較少。
1.4課程設計重計算，輕方案
“機械設計基礎”課程除了一般課堂教學外，還包含課程設計環節。目前課程設計題目以減速器設計為主，題目中已經給定方案，學生的主要任務是進行傳動計算和相對固定的結構設計。減速器包含了“機械設計基礎”課程中所講授的大部分零件，其設計過程是學生對所學的課本知識進行鞏固和應用的過程。但由于這種課程設計過多地強調了對理論知識的深入理解，并沒有與工業設計中所要求的造型與色彩、形式與外觀有機結合起來，與該專業學生的培養目標不太一致。
2教學模式和方法改革的措施
針對上述問題，本課題對工業設計專業“機械設計基礎”課程現有的教學模式進行有針對性的創新調整，利用現代信息技術將計算機輔助幾何設計、三維造型設計和虛擬仿真技術引入“機械設計基礎”教學中，構建新的教學模式和教學環境，提高學生的學習興趣，深化與工業設計專業其他課程的交叉融合，以符合工業設計專業人才培養的目標，并滿足專業長遠發展的需求。
2.1引入基于CAD工具的機構設計圖解法
工業設計專業學生的培養，主要是學習設計產品外觀造型與工程結構，而對于產品（機械）內部工作原理層面的知識點的背誦和計算題、應用題的解答均不是其培養重點。在學習機構分析和設計的方法中，圖解法比解析法更加直觀和易于理解，但傳統的手工繪圖存在修改不方便和精度較低的缺陷，而采用CAD軟件繪圖則可避免這種缺陷。使用CAD軟件進行二維繪圖和三維造型設計的能力是工業設計專業學生的基本功之一，因此在教學過程中，引入切合工業設計學生知識結構特點的計算機輔助圖解法進行機構設計，并應用于作業、設計性實驗和課程設計環節中，對于促進學生進行設計實踐有重要意義。除了讓學生掌握基本的圖解法原理之外，我們還基于UG軟件開發了一套機構分析和設計的圖解法軟件，學生只須通過簡單的幾步操作即可完成諸如鉸鏈四桿機構和凸輪機構的分析和設計。將該軟件應用于課程設計環節，學生可以快速方便地對機構方案進行分析和對比，從而投入更多的時間精力進行結構等方面的設計。
2.2增加適合案例
利用現代CAD技術，以貼近生活、適合工業設計專業的縫補機械類、交通工具類、運動健身器材類、兒童運動玩具類和服務機器人等靈巧機械產品為主，構建三維虛擬的應用情景教學環境。通過構建相關機構和零件的立體模型，從而設計出面向輔助教學和自主學習的虛擬仿真多媒體教學系統，這樣一方面可以幫助老師更好地講解課堂知識點，加深學生對知識點的理解和掌握，激發學生的學習興趣；另一方面學生可以課后針對課堂知識點，尤其是知識難點進行學習，利用該輔助多媒體教學系統進行知識點的消化和吸收。
2.3開發虛擬實驗，虛實結合
與學院機械基礎實驗室相結合，構建虛擬實驗室，開展網絡實驗教學。例如在機構運動簡圖測繪實驗中，我們利用Unity3D開發了挖掘機執行機構的交互操作小游戲，學生可以通過鍵盤控制鏟斗、前臂和大臂的運動來實現各種動作，在游戲中理解鉸鏈四桿機構的運動形式及類型演變和極位等概念,在充分了解其運動原理后，繪制運動簡圖。在零件結構和裝配虛擬實驗室中，學生利用計算機進行面向工程對象的虛擬裝配設計，在虛擬環境中直接操作和設計，這樣不僅能幫助學生進行裝配設計的學習，加深學生對課堂知識的理解和掌握，而且能將課堂知識靈活地運用到工程實踐中去。虛擬裝配完成后再對現實中的實驗設備進行實際裝配，來驗證虛擬裝配的正確性，同時可以提高學生的動手操作能力。通過虛擬實驗和實體實驗相結合的方式，這樣不僅能幫助學生驗證課堂知識點在工程中的應用，還發揮了學生的創新意識，增強了學生學習的積極性和主動性，提高了實踐教學效果。
2.4開發課程設計網絡平臺，改革課程設計模式
開發課程設計網絡平臺，該平臺集成了課程設計所需的各種資源，包括相關標準和規范、機構分析的圖解法工具、方案評價工具、各種傳動零件的強度計算工具等。利用這些工具學生可以有效地減少計算所花的時間，從而把精力投入到方案創新設計上。改變傳統的課程設計一題多參數的教學模式，實現多題多方案。除老師指定的題目外，還可利用網絡平臺征集學生感興趣的課程題目，從中挑選出有教學意義和教學內容的題目作為課程設計的對象。允許學生展開想象,自由發揮,最后通過展示和點評把學生引導到機械設計的原則軌道上來,以此形成生動、開放的教學氛圍和積極的師生互動關系,激勵學生主動思考、合理思考。老師也要對學生的疑點難點進行解答，最后幫助學生順利完成他們的設計題目。
3結語
“機械設計基礎”是工業設計專業的主干課程，運用傳統的教學方法或相關的教學資料來教授或學習均不能完全達到該專業對本門課程的要求，因此對教學內容、教學方法乃至教學模式的改革勢在必行。本文針對我校該課程教學改革的一些探索做了分析介紹，希望這些教學改革的方法能為其他高校提供一些借鑒，以此來豐富和完善該課程的教學，使其能在特定專業下與藝術、人文等相關課程進行有機結合，為我國培養出優秀的工業設計人才。
作者：王黎輝 劉志強 朱永梅 單位：江蘇科技大學機械工程學院
參考文獻
[1]陳昊.工業設計專業“機械設計基礎”課程教學創新與探索[J].大眾文藝,2012(15).
[2]呂鳳霞,別鋒鋒.工業設計專業“機械設計基礎”課程教學改革探索[J].時代教育,2010(6).
[3]帥玉妹.工業設計專業“機械設計基礎課”程教學實踐[J].科技創新導報,2010(31).
