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摘要：針對高職院?！?a href="http://www.www-68455.com/shejilunwen/jixieshejilunwen/141582.html" target="_blank">機械設計基礎》課程傳統教學方法的弊端，文章分析了課程內容與知識特點，提出基于三維軟件應用的課程項目化教學設計與課程資源開發模式，對機械類專業基礎課程的項目化教學改革與資源開發具有一定的參考價值。
關鍵詞：三維模型與運動仿真；機械設計基礎；課程改革
一、引言
高職院校的《機械設計基礎》課程，主要講授機械中常用機構和通用零件的工作原理、結構特點、基本設計原理和計算方法，是由理論性認知過渡到實際工程設計的專業基礎課程。本課程傳統的教學方法和教學手段是利用多媒體、實物教學模型和掛圖，再輔以各類教具在黑板上繪制結構圖形。因為大多數學生沒有工程實踐經驗，課程學習中的零部件設計以二維圖加工程計算為主，設計過程過于抽象化，學生容易感到枯燥乏味。同時，零部設計缺乏全面考慮，設計結果不能驗證，自己很難查出問題[1]，這讓學生逐漸喪失學習興趣。所以，傳統的理論教學模式完全不能適應當前高等職業教育知識技能融合的要求，基于項目任務驅動的課程改革勢在必行。一線教學工作者對《機械設計基礎》課程改革進行了大量研究和實踐。一方面，引入項目任務驅動法，即根據課程教學內容設置項目任務，實施“以任務為主線、教師為主導、學生為主體”的課程教學模式，激發學生學習興趣，提高學生的學習參與度[2-5]；另一方面，在教學過程中引入機械三維軟件，組織學生通過三維軟件進行真實案例的操作和模擬訓練，從而強化學生剖析問題和解決問題的能力[6-8]，也取得了一些成效。但在教學改革過程中主要存在以下兩個難點：（1）課程的很多知識點為認知和理解比較有難度的抽象理論，項目任務設計載體不好選定；（2）課程資源開發受到人力、物力的限制，課程素材開發需要專業的課程團隊和專項經費支持，而且開發周期長，資源更新慢。基于Pro/E、UG、Inventor等常用的機械CAD/CAE集成軟件，以三維模型與仿真為主線構建項目任務驅動的《機械設計基礎》，既可突破實物載體的限制，又能在教學實施過程中不斷積累與更新課程資源和素材，同時對高職學生理論聯系實際、提高機械設計動手能力有很大的幫助。
二、基于三維模型與仿真的教學項目開發
（一）課程開發的前提條件
基于三維模型與仿真的《機械設計基礎》課程教學改革，首先需要教師具備較強的三維軟件應用能力：熟悉掌握機械零件的3D建模、裝配、運動仿真及動畫制作。其次，學生也要具備一定的三維軟件應用基礎，掌握機械零件的三維建模、三維裝配，了解運動仿真及動畫制作過程。所以，本課程開設之前要完成《機械制圖》《機械測量》《機械三維建模》等課程的學習，使學生在本課學習中能將三維軟件作為設計工具和學習工具以完成課程項目。
（二）課程主要內容分析
《機械設計基礎》課程的主要內容為[9]：（1）平面機構；（2）平面連桿機構；（3）凸輪機構；（4）間歇運動機構；（5）帶傳動與鏈傳動；（6）齒輪傳動；（7）蝸桿傳動；（8）齒輪系；（9）螺紋連接；（10）軸與軸承；（11）聯軸器、離合器和制動器；（12）彈性連接。這些內容可以分為兩大類：一是熟悉機構的結構類型以及工作運動原理，了解基本設計過程及相關工程計算，可稱為結構運動型；二是熟悉零部件或機構的結構類型與裝配關系，了解基本設計過程及相關工程計算，可稱為結構認知型。
（三）課程項目設計
分析課程內容的主要知識點后再進行教學項目及任務的設計，設計時既要考慮知識的系統性和全面性，也要考慮項目的可操作性。項目載體的設計思路要遵循學生基本認知規律：由簡單到復雜，由單一到綜合。結構運動型的內容以三維裝配和運動仿真為主，結構認知型的內容以三維建模和虛擬拆裝為主。通過三維建模，學生掌握零部件的結構、形狀及尺寸參數等；三維裝配，使學生掌握部件裝配關系、約束條件等；運動仿真，使學生對零部件設計作品進行驗證并深化其對運動原理的理解；虛擬拆裝，使學生了解機械部件的裝配關系與裝配順序，并提供演示動畫。根據課程項目設計要求，進行課程資源的開發。課程教學的關鍵資源為項目任務書、項目操作手冊、項目基礎資料等。例如，在項目“平面機構3D裝配與運動仿真”中，項目任務書要明確項目任務：學生根據提供的3D零件模型和運動類型確定平面機構的約束類型，完成機構的3D裝配和虛擬運動，繪制機構簡圖，計算自由度并與3D虛擬運動進行對比，讓學生在教師的指導下完成該任務，必須提供隨時讓學生參考的操作手冊等工具書。同時，課前提供各類平面機構零件的3D模型。對于項目“凸輪機構3D設計與運動仿真”，主要任務是讓學生完成凸輪零件設計、3D裝配及運動仿真驗證，任務書要明確凸輪機構的基本類型、從動件運動行程等，讓學生繪制凸輪輪廓線并完成凸輪的3D實體建模、裝配及運動仿真。后期經過多輪教學實施和改進，可開發出一體化的《機械設計項目化教程》教材，教材體例可設置為項目基礎知識、項目任務與分析、項目實施、項目總結、項目拓展，將相關理論知識放置在項目基礎知識中，項目實施則為引入三維軟件的設計任務操作。之后，再配套以AR鏈接、模型動畫鏈接、知識點微課鏈接、項目操作演示鏈接等，形成系統完整的課程教學資源。在教學過程中，優秀學生作品可以通過網絡課程平臺進行冠名展示，激發學生的學習興趣。同時，課程資源可通過教學項目的實施不斷積累和豐富，讓師生都成為課程資源的開發者，借助課程信息化教學平臺，實現課程資源的不斷完善和更新。
三、結束語
萬事開頭難?；谌S模型與運動仿真對傳統《機械設計基礎》課程進行項目化教學改革，需要課程教師團隊具備較強的三維軟件應用能力和項目化課程教學設計能力。一旦他們克服困難，啟動教學改革與教學實施，可以極大地提高課程教學效果，培養出適應新時代3D技術大眾化要求、具備較強專業能力與3D創新能力的機械類專業人才。
作者:彭廣威 單位:湖南汽車工程職業學院
