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機械設(shè)計的原理范文第1篇

關(guān)鍵詞：導(dǎo)盲 障礙物檢測 射頻識別

中圖分類號：TP249 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）04（c）-0065-03

在生活中，我們往往會忽視一樣我們的“心靈之窗”――眼睛，我們每人都會忽視它而不會保護它，但當(dāng)你體會了盲人的生活，你就會知道眼睛是多么的重要。當(dāng)我們蒙著眼睛去體會失去眼睛該怎么走路、日常工作時，才能真正體會盲人不能感知外界事物的痛苦。

作品的研究目標(biāo)是為了方便盲人行走，使其感覺障礙物方位和感應(yīng)路面情況的導(dǎo)盲裝置，辨別障礙方向的杠桿傳動機構(gòu)以及辨別路面凹凸情況的擺動導(dǎo)桿機構(gòu)可以使盲人學(xué)生在校園行動方便，不再因自己感覺不到障礙物而困擾。盲人朋友手持手柄即可以感觸到障礙物及路面凹凸情況。作品含有射頻識別裝置可以完成對路面導(dǎo)航標(biāo)簽的識別，達到導(dǎo)航的目的。

1 設(shè)計方案

1.1 作品底部行動機構(gòu)

行動機構(gòu)是由辨別障礙方向的杠桿傳動部分以及辨別路面凹凸情況的擺動導(dǎo)桿機構(gòu)構(gòu)成。其中零部件為感觸桿、萬向輪、鉸鏈、軟鐵絲、彈簧。6個萬向輪與地面接觸，其中鉸鏈上的5個感觸桿用來接觸障礙物，連接件上的萬向輪通過導(dǎo)桿機構(gòu)反饋地面凹凸情況。每兩個輪子之間的角度是45°，整體范圍為180°，鉸鏈與中間固定桿連接。

1.2 行動機構(gòu)中辨別障礙方向的杠桿傳動部分

行動機構(gòu)中辨別障礙物方向的杠桿傳動中，其中鉸鏈上的5個感觸桿用來接觸障礙物，這樣就構(gòu)成了一個力偶機構(gòu)。首先我們的鉸鏈和感觸桿L11，L21，L31，L41，L51的底端通過彈簧相連接，L11，L21，L31，L41，L51的頂端和軟鐵絲相連接，而軟鐵絲和球型鉸鏈相連接，這樣，就構(gòu)成了一個簡單的力偶矩結(jié)構(gòu)，形成一對方向相反的力偶。當(dāng)帶有杠桿傳動部分的感觸桿碰到某個方位的障礙物，這個障礙物時會相應(yīng)的給感觸桿一個力，然后桿L11的底端就會受到反作用力，方向指向靠近中間固定桿，由于兩個力偶的方向相反，L11桿的頂端就會受到一個遠離中間固定桿的力，這個力帶動軟鐵絲L12，繼而拉動手柄上的球型鉸鏈，手柄向障礙物相反的方向擺動，握著手柄的盲人同學(xué)就會感受到LII所在的方向碰到了障礙物。

當(dāng)這個感觸桿L21碰到障礙物時會受到一個外力，然后桿L21的底端就會受到一個遠離中間固定桿的力，這個力帶動軟鐵絲L22，繼而向相應(yīng)方向擺動，握著手柄的盲人同學(xué)就會感受到L2I所在的方向碰到了障礙物。同理L31，L41，L51等所在方向的應(yīng)用也是如此如圖1所示。

這里的彈簧起到支持、回復(fù)原狀的作用，當(dāng)路面無障礙物的時候，彈簧可以保持機構(gòu)穩(wěn)定，而遇到障礙物后，避開后則會恢復(fù)原狀。

1.3 作品底部辨別路面凹凸情況的擺動導(dǎo)桿部分

凹凸部分是利用擺動導(dǎo)桿機構(gòu)，實現(xiàn)路面凹凸感知功能的。如說明圖，圖2所示，5個圓形萬向輪與鉸鏈相連，鉸鏈與萬向輪連接部分可以上下轉(zhuǎn)動，因此當(dāng)發(fā)生路面的顛簸或者障礙物的阻擋情況時，萬向輪出現(xiàn)上下擺動，帶動導(dǎo)桿上下移動，繼而傳遞到手柄部分，盲人便可以通過手部的觸覺，感知路面的情況。在壓過凸起障礙物或者上坡時，萬向輪上翹，使導(dǎo)桿下移；在遇到坑陷或者下坡時，萬向輪下垂，使導(dǎo)桿上移。所以，使用者可以根據(jù)導(dǎo)桿的上下移動以及整體的受力情況，可以較為準確地推測出即將通過的相應(yīng)路面的實際情況（圖3）。

1.4 上部手柄方向轉(zhuǎn)動

上部手柄部分包括球型鉸鏈，手柄。當(dāng)杠桿傳動部分的感觸桿受到障礙物的作用力，帶動軟鐵絲，將力傳遞到手柄部分。具體流程是桿體通過球型鉸鏈與手柄相連，當(dāng)受到某個方向的力的作用時，鐵絲拉動球型鉸鏈上端帶孔裝置，而孔的方向與下部5個萬向輪方向一一對應(yīng)，位置上完全相反，這樣會使手柄轉(zhuǎn)動方向與障礙物的位置方向完全相反，方便身體感知。并且與導(dǎo)桿連接時，感受路面凹凸情況。例如左上方障礙物，手柄會向右下轉(zhuǎn)動。符合人體感受事物的方向特征，更直觀的感受障礙物方向，加之感受此處路段路面情況。

1.5 固定支架

如圖4，固定支架是由一個中間固定桿和連接件組成，其中萬向輪固定在連接件圓柱體部分中心。盲人校園通的支架起固定作品行動機構(gòu)的作用，支架地面的萬向輪與行動機構(gòu)的另外5個萬向輪組成一個平衡系統(tǒng)，使作品能夠在這個平衡力的作用下保持平衡并且靈活的使用。

1.6 射頻識別技術(shù)

射頻技術(shù)（RFID）可以完成對含有路面導(dǎo)航標(biāo)簽建筑物的識別，從而達到導(dǎo)航的目的。我們通過射頻識別技術(shù)使無線電訊號識別特定目標(biāo)并讀寫相關(guān)數(shù)據(jù)，在作品行動機構(gòu)部分里的萬向輪的連接件底部接入一個讀卡器（Reader），各個建筑、路標(biāo)等地安置路面導(dǎo)航標(biāo)簽即應(yīng)答器（Transponder）。讀卡器識別導(dǎo)向信息接收解讀數(shù)據(jù)，做相應(yīng)的處理后通過語音提示盲人目前位置，達到導(dǎo)航的目的。射頻識別的優(yōu)勢是無需識別系統(tǒng)與特定目標(biāo)之間建立機械或光學(xué)接觸，F(xiàn)ID技術(shù)可識別高速運動物體并可同時識別多個標(biāo)簽，操作快捷方便。

1.7 超聲波避障技術(shù)

超聲波避障技術(shù)可以完成對路面懸空障礙物的識別，已達到避障目的。超聲波避障技術(shù)通過超聲波由壓電陶瓷超聲波傳感器發(fā)出后，遇到障礙物被反射回來，再被超聲波傳感器接收從而識別懸空處障礙物，并通過單片機系統(tǒng)做相應(yīng)的處理后，語音提示盲人朋友，以幫助盲人躲避懸空處障礙物。

超聲波避障的優(yōu)點是實現(xiàn)方法簡單技術(shù)成熟，受外界環(huán)境因素影響小、靈敏性強，相對于其他傳感器，探測距離更長，精度更高等優(yōu)點。

1.8 語音技術(shù)

語音技術(shù)通過單片機系統(tǒng)、超聲波傳感器，射頻識別及語音模塊組成。射頻識別裝置接收信號后傳遞到單片機系統(tǒng)，單片機系統(tǒng)通過控制語音模塊進行語音導(dǎo)航提示，以幫助盲人朋友確定所在位置。其次是當(dāng)超聲波傳感器發(fā)出超聲波，遇到障礙物被反射回來后，信號傳到單片機系統(tǒng)并通過單片機系統(tǒng)控制的語音模塊進行語音提示，以幫助盲人朋友辨別障礙物所在位置，達到幫助盲人導(dǎo)航及避障的目的。從而為盲人朋友的行走提供便利。

語音模塊優(yōu)點是語音模塊能幫助盲人朋友在行走中擺托障礙物所帶來的困擾及黑暗世界給他們帶來的不便。

其次它是通過清楚明了的提示性語言為盲人朋友提供幫助，讓盲人朋友更加精確地辨別障礙物所處位置，以便能讓盲人朋友更好的避開障礙物。達到提示避障目的。

2 工作原理及性能分析

2.1 辨別障礙方向的杠桿傳動部分

障礙物時會受到一個外力，然后感觸桿L21的底端就會受到一個向里的力，而L21桿的頂端就會受到一個向外的力，這個外力就會拉動軟鐵絲L22，感觸桿拉動手柄，手柄就會向與障礙物相反的方向擺動動。

2.2 辨別路面凹凸情況的部分

利用擺動導(dǎo)桿機構(gòu)，實現(xiàn)路面凹凸感知功能，每個萬向輪帶動導(dǎo)桿上下移動，在壓過凸起障礙物或者上坡時，萬向輪上翹，使導(dǎo)桿下移；在遇到坑陷或者下坡時，萬向輪下垂，使導(dǎo)桿上移。

2.3 上部手柄感知部分

上部手柄部分包括球型鉸鏈，手柄。當(dāng)杠桿傳動部分受到障礙物的作用力，拉動軟鐵絲，將力傳遞到手柄部分。

2.4 射頻識別技術(shù)

利用射頻識別技術(shù)，在作品行動機構(gòu)部分里的萬向輪的鉸鏈底部接入一個閱讀器（Reader），各個建筑、路標(biāo)等地安置導(dǎo)向電子標(biāo)簽即應(yīng)答器（Transponder），利用射頻識別裝置，當(dāng)路過貼有導(dǎo)向電子標(biāo)簽時，讀卡器讀取導(dǎo)向信息，通過語音提示盲人所在位置，以及周邊道路和建筑物的信息，達到導(dǎo)航的目的。

2.5 超聲波避障技術(shù)

利用超聲波避障技術(shù)，在作品中安裝了超聲波傳感器，通過超聲波的回聲定位的特性確定懸空處是否有障礙物及障礙物所在位置，從而通過語音提示盲人朋友避開障礙物，達到避障目的。

3 創(chuàng)新點及應(yīng)用

3.1 辨別障礙物方向

杠桿受到前進阻力，上下兩端形成一個方向相反的力偶，帶動軟鐵絲，使手柄向與障礙物方向相反方向擺動。

3.2 辨別路況信息

利用擺動導(dǎo)桿機構(gòu)，實現(xiàn)路面凹凸感知功能，每個萬向輪帶動導(dǎo)桿上下移動，在壓過凸起障礙物或者上坡時，萬向輪上翹，使導(dǎo)桿下移；在遇到坑陷或者下坡時，萬向輪下垂，使導(dǎo)桿上移。

3.3 語音導(dǎo)航功能

射頻讀卡器，讀取路面導(dǎo)航標(biāo)簽，進行語音提示導(dǎo)航。

4 結(jié)語

在國內(nèi)外，沒有很好的儀器來幫助盲人，而且盲道周圍的狀況并不好，平時總能看到自行車停在盲道上，或者是樹枝垂落在盲道上空，可想而知，這樣的狀況是不能方便盲人行走的。而且對于沒有自理能力的盲人來說，導(dǎo)盲犬的價格也不是每一個盲人能夠承受的起的，在這樣的情況下，我們這樣一個新穎的設(shè)計必能給盲人帶來新的曙光，低廉的價格和實用性都是此設(shè)計的巧妙點。本作品為原創(chuàng)方案，我們設(shè)計的初衷是幫助盲人用最小的成本、最方便地行走在盲道上，減少他們的不便。在設(shè)計中，我們也人性化地考慮到了盲人行走的速度，這樣提示的時效性就更為明顯了本作品的價格對于盲人朋友可以接受，并且操作簡單，可以得到大量的推廣使用。并且我們認為經(jīng)過我們進一步完善我們作品，此作品可以在社會上得到大量推廣占有一定的市場。

參考文獻

[1] 劉鴻文.材料力學(xué)[M].北京：高等教育出版社，2004.

[2] 徐錦康.機械設(shè)計[M].北京：高等教育出版社，2004.

[3] 孫恒，陳作模，葛文杰.機械原理[M].北京：高等教育出版社，2006.

機械設(shè)計的原理范文第2篇

關(guān)鍵詞：卓越教育；機械原理；機械設(shè)計；精品課程；課程改革

作者簡介：張洪雙（1976-），男，吉林梅河口人，河海大學(xué)機電工程學(xué)院，講師；樓力律（1973-），男，浙江湖州人，河海大學(xué)機電工程學(xué)院，副教授。（江蘇 常州 213022）

基金項目：本文系2013年江蘇省高等教育教改研究立項課題（課題編號：2013JSJG121）、面向“卓越計劃“的機械設(shè)計課程教學(xué)改革研究和實踐（項目編號：XZX/13A001-25）的研究成果。

中圖分類號：G642.0 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）05-0067-03

我國提出的“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”（簡稱“卓越計劃”）旨在培養(yǎng)造就一大批創(chuàng)新能力強、適應(yīng)經(jīng)濟社會發(fā)展需要的高質(zhì)量各類型工程技術(shù)人才。河海大學(xué)是首批卓越計劃的試點高校，同批的高校包括清華、北航、浙大、南大等重點高校，目前國內(nèi)各高校在機械原理和設(shè)計課程上主要從課程的教學(xué)體系、課程內(nèi)容、教學(xué)方法、課程的配套教材、課程的師資隊伍建設(shè)、教學(xué)管理等方面進行努力和嘗試，提高學(xué)生的創(chuàng)新意識和能力，提高學(xué)生的工程實踐能力。[1]國外和國內(nèi)“卓越計劃”相近的工程教育模式為CDIO：[2]構(gòu)思（Conceive）、設(shè)計（Design）、實現(xiàn)（Implement）、運作（Operate）。該工程教育模式由麻省理工學(xué)院和瑞典皇家工學(xué)院等四所大學(xué)自2000年起，經(jīng)過四年的探索研究后提出的，是近年來國際工程教育改革的最新成果。

機械原理及機械設(shè)計是以高等數(shù)學(xué)、機械制圖、理論力學(xué)、普通物理、材料力學(xué)和工程材料等先修課程為基礎(chǔ)的，并為學(xué)習(xí)有關(guān)機械類專業(yè)課程奠定必要基礎(chǔ)的一門課程。通過課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生需要掌握機構(gòu)學(xué)和機械動力學(xué)的基本理論、基本知識和基本技能；初步具有擬定機械系統(tǒng)方案、分析和設(shè)計機構(gòu)的能力；掌握通用機械零、部件的設(shè)計原理、方法和機械設(shè)計的一般規(guī)律，具有設(shè)計通用機械零件和簡單的機械裝置的能力；具有運用標(biāo)準、規(guī)范、手冊、圖冊和查閱有關(guān)技術(shù)資料的能力等。因此本課程具有從理論性課程過渡到結(jié)合工程實際的設(shè)計性課程，從基礎(chǔ)課程過渡到專業(yè)課程的承先啟后的橋梁作用。機械原理及設(shè)計課程理論性較強和實踐結(jié)合緊密，且各章節(jié)相對較獨立，內(nèi)容多，因此在其教學(xué)過程中應(yīng)注重貫徹少而精原則，不強調(diào)面面俱到，知識點要突出，適當(dāng)增加寬廣度，注重機械發(fā)展的新概念和新方向。

國家提倡的精品課程建設(shè)是以一流教師隊伍、一流教學(xué)內(nèi)容、一流教學(xué)方法、一流教材、一流教學(xué)管理等為特點的示范性課程。面向卓越工程師的機械原理及設(shè)計精品課程建設(shè)的目的是針對卓越教育的特點，從教學(xué)隊伍建設(shè)、教學(xué)內(nèi)容和課程體系改革、先進的教學(xué)方法和手段、教材建設(shè)、理論與實踐結(jié)合、課程建設(shè)全面規(guī)劃等方面進行努力和發(fā)展，使卓越教育的機械原理課程教育教學(xué)在各方面符合國家示范性課程的要求。[3]

一、課程建設(shè)方法

根據(jù)精品課程建設(shè)的要求，并結(jié)合河海大學(xué)（以下簡稱“我校”）自身的發(fā)展和基礎(chǔ)條件，從以下幾個角度進行了相關(guān)工作：

1.面向工程應(yīng)用的課程設(shè)置

機械原理及設(shè)計是機械類專業(yè)的一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，在整個專業(yè)培養(yǎng)和課程體系中具有十分突出的地位，是從基礎(chǔ)課過渡到專業(yè)課、從理論性分析為主過渡到工程實踐為主的一門課程。該課程是學(xué)生接觸工程化的第一個實踐環(huán)節(jié)，因此如何深化工程化的概念對于機械原理的教學(xué)十分重要。

隨著各高校的擴招，年輕教師的數(shù)量越來越多，而且具有博、碩士學(xué)位的比例越來越高。目前各校新引入的年輕教師主要是從學(xué)校到學(xué)校，缺少工程經(jīng)驗；企業(yè)導(dǎo)師具有豐富的工程實踐經(jīng)驗，但在理論高度和課程教育上又有所欠缺，所以工程化教育的師資隊伍建設(shè)成為時展的需求。結(jié)合國家級“河海大學(xué)—寶菱重工卓越工程實踐中心”的建設(shè)，為增加年輕教師的工程實踐經(jīng)歷，在學(xué)生進駐企業(yè)的同時，各專業(yè)指導(dǎo)教師需要全程陪同，參與到企業(yè)的實踐項目建設(shè)中。建立企業(yè)內(nèi)實踐的各學(xué)習(xí)模塊，為各模塊配備校內(nèi)教師和企業(yè)導(dǎo)師，采用雙導(dǎo)師制，企業(yè)導(dǎo)師負責(zé)實踐教育，校內(nèi)教師負責(zé)理論教育，相互學(xué)習(xí)，既提高了校內(nèi)教師的實踐能力，也為企業(yè)帶來了較新的理論分析方法。而為了提高課堂教學(xué)時課程中工程應(yīng)用的比例，進一步借鑒了蚌埠學(xué)院的相關(guān)做法：[4]優(yōu)先引進同時具有高學(xué)歷和工程實踐背景的師資人才，聘請企業(yè)內(nèi)高級技術(shù)人員做校外兼職導(dǎo)師；集合學(xué)院乃至校區(qū)的力量，積極參與常州市及周邊地區(qū)的建設(shè)，增強校企聯(lián)合；鼓勵專利、產(chǎn)學(xué)研結(jié)合和技術(shù)服務(wù)，而不僅僅是理論研究和科技論文。

2.課程實施條件

在課程建設(shè)的具體實施過程中，主要從教師隊伍建設(shè)、教材規(guī)劃、教學(xué)條件保障等方面入手。

（1）主講教師：從機械原理及設(shè)計的教學(xué)人員構(gòu)成來看，任課教師中有1名教授、1名副教授、3名講師，學(xué)歷均在碩士以上，年齡從35歲到50歲，結(jié)構(gòu)合理、年富力強，形成了一個教師梯隊。課程的主講教師在本科教育教學(xué)、教改研究等方面具有十分豐富的經(jīng)驗。為了提高教育教學(xué)效果，全體任課教師定期召開教學(xué)例會、集中備課、針對教學(xué)過程中出現(xiàn)的問題及時處理和分析，不斷總結(jié)經(jīng)驗。

（2）教材規(guī)劃：理論課教學(xué)選用了由東南大學(xué)出版、吳克堅編著的《機械設(shè)計》教材。該書是教育部“高等教育面向21世紀教學(xué)內(nèi)容和課程體系改革計劃”的研究成果，是面向21世紀課程和普通高等教育“十五”國家級規(guī)劃教材。該教材以機械系統(tǒng)設(shè)計為主線，將機械原理和機械設(shè)計內(nèi)容進行有效的整合。精品課程建設(shè)中，教材規(guī)劃參考天水師范學(xué)院的立體化教材建設(shè)方法。[5]立體化教材包括主教材、教師參考書、學(xué)習(xí)指導(dǎo)書、電子教案、CAI課件、網(wǎng)絡(luò)課程、試題庫等。該教材的建設(shè)與機械原理和機械設(shè)計的課程內(nèi)容、改革體系相結(jié)合，電子教案和課件能夠及時反映教學(xué)改革的要求，網(wǎng)絡(luò)課程建設(shè)促進教學(xué)改革的嘗試，逐步提高機械原理及機械設(shè)計的教學(xué)水平。

（3）教學(xué)保障：卓越機械原理及機械設(shè)計的教育依托于本科教學(xué)平臺，能夠充分保障課程教學(xué)的教學(xué)要求。20多年來，學(xué)校不斷加大投資力度，完善建設(shè)，學(xué)院的教學(xué)設(shè)備先進、設(shè)施齊全。學(xué)院設(shè)有本科教學(xué)的機械基礎(chǔ)省級實驗教學(xué)示范中心、河海大學(xué)常州校區(qū)工程訓(xùn)練中心、機械基礎(chǔ)省級實驗教學(xué)示范中心，其中省級實驗教學(xué)中心在2007年立項建設(shè)，2010年順利通過江蘇省驗收；專用與通用儀器和設(shè)備價值達2000余萬元；學(xué)院實驗室占地4000余平方米，擁有實驗設(shè)備儀器1200余臺套。目前實驗室開設(shè)的實驗課程主要包括：機構(gòu)運動簡圖測繪、齒輪參數(shù)測量和范成、機構(gòu)運動參數(shù)、螺栓連接、軸系零件組合、減速器拆裝和自行車拆裝等基礎(chǔ)實驗，以及機構(gòu)運動拼接和機構(gòu)組合實驗等多個創(chuàng)新型實驗環(huán)節(jié)。通過基礎(chǔ)實驗環(huán)節(jié)，學(xué)生能夠加深對課程內(nèi)容的理解和把握；通過創(chuàng)新型實驗環(huán)節(jié)可以進一步提供學(xué)生的創(chuàng)新實踐能力。除了校內(nèi)的實驗環(huán)節(jié)，還依托“河海大學(xué)—寶菱重工卓越工程實踐中心”，對企業(yè)內(nèi)部的設(shè)備、設(shè)計、工藝和檢驗等環(huán)節(jié)進行跟蹤學(xué)習(xí)，讓學(xué)生深入到車間生產(chǎn)一線，切身體會和了解企業(yè)內(nèi)生產(chǎn)流程，為更好地適應(yīng)企業(yè)環(huán)境打下良好的基礎(chǔ)。

（4）網(wǎng)絡(luò)化教學(xué)：為了提供一個自主的學(xué)習(xí)平臺，提高教師對學(xué)生的教學(xué)管理能力，增強學(xué)生全方位的素質(zhì)，完善了網(wǎng)絡(luò)化教學(xué)模式。[6]我校機械原理及機械設(shè)計的精品課程網(wǎng)站內(nèi)容（圖1）主要包括課程簡介、教學(xué)管理、教師隊伍介紹、教學(xué)資源等。其中教學(xué)資源主要包括助學(xué)式課件、思考題、練習(xí)題、習(xí)題答案、課程重點及難點解析等。網(wǎng)站中設(shè)有留言信箱，方便同學(xué)對于課程的疑問和問題能夠及時與老師溝通、聯(lián)系。

3.課程評價體系

課程評價圍繞課程培養(yǎng)目標(biāo)，不僅要評價學(xué)生掌握的知識與技能，而且還要評價學(xué)生課堂的表現(xiàn)、出勤率和學(xué)習(xí)過程。評價時以課程考試為主要的評價方式，并輔助以課堂表現(xiàn)和出勤率等，力求評價方式的多樣化。[6]單純的期末考試不能完全反映學(xué)生對課程的掌握程度，目前各高校大多都采用多種方式，如課后作業(yè)、報告、實驗、小測驗、考試等進行考核，表1所示為根據(jù)我校卓越教育的特點采用的評分標(biāo)準和比例。多樣化的考核方式使學(xué)生必須注重平時的學(xué)習(xí)積累，不能通過突擊的方式完成課程考試，學(xué)生有了積極學(xué)習(xí)的壓力和動力，更能均衡地反映學(xué)生學(xué)習(xí)的實際水平和學(xué)習(xí)效果，符合正態(tài)分布。

表1 多樣化的考核方法

考核項目

作業(yè) 實驗 隨堂測驗 企業(yè)實踐 期末測試

20% 15% 20% 15% 30%

4.課程改革與創(chuàng)新

機械原理及設(shè)計課程具有較強的實踐性和可動性的特點。即課程研究的所有問題都來源于生產(chǎn)和生活中實際的機構(gòu)與機器。因此學(xué)習(xí)方法要注意課程的特點，在學(xué)習(xí)過程中尤其應(yīng)注意理論知識與實踐應(yīng)用的相結(jié)合、機構(gòu)運動簡圖與具體實物的結(jié)合、機構(gòu)的靜態(tài)分析與動態(tài)分析相結(jié)合、形象思維與邏輯思維相結(jié)合，將理論分析內(nèi)容和工程軟件的應(yīng)用相結(jié)合。

機械原理及設(shè)計的課堂教學(xué)、教學(xué)方法與手段等方面力求創(chuàng)新改革，探索適合卓越計劃學(xué)生學(xué)習(xí)的課程體系和教學(xué)方式，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、創(chuàng)新思維和獨立分析問題、解決問題的能力。

（1）教學(xué)內(nèi)容的創(chuàng)新：針對卓越計劃教育中學(xué)生的理論學(xué)習(xí)時間壓縮而需要提高實際應(yīng)用能力的學(xué)習(xí)特點和需求，在機械原理及機械設(shè)計課堂教學(xué)中的主要內(nèi)容為：機械運動方案選型設(shè)計、機構(gòu)運動分析與尺寸綜合、機械動力學(xué)分析和設(shè)計、常用零部件的選擇、常用機構(gòu)選擇及設(shè)計、機械系統(tǒng)設(shè)計等。此外還要重視介紹學(xué)科發(fā)展的新動態(tài)、新方向、新內(nèi)容，注重激勵學(xué)生的學(xué)習(xí)欲望，調(diào)動學(xué)生的積極性，讓學(xué)生了解更多更新的理論、技術(shù)與方法。實踐教學(xué)方面主要包括小項目和專題、實驗教學(xué)、課程設(shè)計、課外創(chuàng)新等。[7]近年來國家以及江蘇省組織了大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練計劃、機械創(chuàng)新大賽等，在創(chuàng)新競賽的過程中提高了學(xué)生的創(chuàng)新意識，使學(xué)生得到了實踐鍛煉的機會，開闊了眼界。

（2）教學(xué)方法的創(chuàng)新：機械原理及設(shè)計教學(xué)方法配合教學(xué)內(nèi)容的改革，加強與學(xué)生的互動，將以教師為主的‘灌輸式’教學(xué)向以啟發(fā)式、問題式、討論式教學(xué)為主的新的教學(xué)方法轉(zhuǎn)變，讓學(xué)生從被動學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃訉W(xué)習(xí)，真正成為教學(xué)活動的主體。

鼓勵學(xué)生應(yīng)用成熟的工程軟件進行相關(guān)課程內(nèi)容的學(xué)習(xí)中。例如在原理部分章節(jié)中涉及到的圖形法采用AutoCAD軟件來分析和設(shè)計，既可以得到比手工繪圖精確得多的解，又可以鍛煉利用AutoCAD軟件繪圖的能力。在解析法中可以結(jié)合matlab軟件教學(xué)，既可以直接利用matlab編程的方法，具有豐富的庫函數(shù)、編程簡單、可視化功能強，又可以采用simulink和simMechanics進行機構(gòu)的運動學(xué)和動力學(xué)分析。[8]如圖2所示，某曲柄搖桿機構(gòu)中，各桿件長度分別為l1=120mm，l2=40mm，l3=70mm，l4=100mm，在曲柄運動角速度250rad/s，利用simulink分析得到桿件BC和CD的角速度曲線。零件的強度分析是機械設(shè)計中的一個重要內(nèi)容，應(yīng)用有限元軟件可以得到非常直觀的應(yīng)力及位移圖形。[9]如圖3所示為應(yīng)用ANSYS 13.0對某齒輪進行強度分析的應(yīng)力和位移圖，其中齒輪模數(shù)mn為2mm，齒數(shù)z為24，螺旋角β為10°，材料45鋼，在輪齒上受到20Mpa的力。對于這類專業(yè)軟件有時學(xué)習(xí)起來比較困難，耗時間，可以采用一些其他三維造型軟件自帶的一些插件進行近似的分析，如Solidworks Simulation等，雖然結(jié)果上有一定的差異，但對于受力的整體變形趨勢的分析仍然有很大的參考價值。

（3）教學(xué)手段的創(chuàng)新：在教學(xué)手段上，著重培養(yǎng)學(xué)生對機械系統(tǒng)的整體認識，突出課程重點，有效分析課程難點，課堂教學(xué)過程能夠吸引學(xué)生的注意力，注重學(xué)生的參與，啟發(fā)學(xué)生的思考和聯(lián)想，加深學(xué)生對課程基礎(chǔ)理論的理解。培養(yǎng)學(xué)生主動應(yīng)用課程所學(xué)內(nèi)容，鍛煉其獨立解決工程實際問題的能力。教學(xué)方法得當(dāng)，充分利用多媒體教學(xué)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提高教學(xué)效果。[10]多媒體課件中除了課程的文字性內(nèi)容外，還要包括自制的動畫課件和機械相關(guān)的視頻信息，如企業(yè)內(nèi)各種設(shè)備、工具和零部件及加工錄像等。此外，在機械原理及設(shè)計課程中有關(guān)結(jié)構(gòu)分析、運動分析、常用零部件選型、強度分析和計算等方面的教學(xué)還應(yīng)該注意多媒體和板書的綜合利用。

二、總結(jié)歸納

機械原理及設(shè)計課程在“卓越計劃”教育的課程體系中處于承上啟下的地位，因此加強卓越班級機械原理及設(shè)計的精品課程建設(shè)具有非常重要的意義和作用。在課程建設(shè)過程中，從面向工程化、保證課程實施、課程評價體系以及課程改革和創(chuàng)新等方面采取不同的措施和方法，可進一步提高卓越計劃的教育教學(xué)質(zhì)量，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和自主性，提高學(xué)生的實踐能力和創(chuàng)新能力，使學(xué)生能夠牢固掌握機械原理及設(shè)計中的相關(guān)基礎(chǔ)知識和內(nèi)容，為機械類后續(xù)課程的學(xué)習(xí)打下良好基礎(chǔ)。

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機械設(shè)計的原理范文第3篇

[關(guān)鍵詞]特色專業(yè) 機械原理 雙語課程 教學(xué)改革

[中圖分類號] G642 [文獻標(biāo)識碼] A [文章編號] 2095-3437（2013）10-0077-03

近年來，隨著我國高等教育由精英教育向大眾化教育的發(fā)展，人才培養(yǎng)質(zhì)量與經(jīng)濟社會發(fā)展不相適應(yīng)的矛盾引起全社會的高度關(guān)注。以提高教學(xué)質(zhì)量為核心的教學(xué)改革工程正全面展開，高等教育已逐步從數(shù)量滿足型向質(zhì)量提高型轉(zhuǎn)變，專業(yè)人才培養(yǎng)也由原來的“趨同”向“特色”轉(zhuǎn)變。高等學(xué)校特色專業(yè)建設(shè)是優(yōu)化專業(yè)結(jié)構(gòu)，提高人才培養(yǎng)質(zhì)量，辦出專業(yè)水平和特色的重要措施。[1]國內(nèi)許多高校都在把特色專業(yè)建設(shè)作為求生存、求發(fā)展、提升競爭力的一項重要教學(xué)改革內(nèi)容。[2]作為機械類專業(yè)的重要技術(shù)基礎(chǔ)課程之一，機械原理課程對本專業(yè)人才的培養(yǎng)具有重要的意義，國內(nèi)部分高校已逐步開展機械原理雙語教學(xué)，并就教材建設(shè)、教學(xué)方法等做了有益的探討。[3-6]由于我國相當(dāng)一部分高等院校的機械類專業(yè)具有特定的行業(yè)背景，所建設(shè)的機械類特色專業(yè)也具有鮮明的行業(yè)特色，在此背景下開設(shè)的機械原理雙語課程如何適應(yīng)特色專業(yè)建設(shè)的要求是值得探討的課題。

長江大學(xué)機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)2010年獲批教育部高等學(xué)校特色專業(yè)建設(shè)點，并于2012年入選卓越工程師教育培養(yǎng)計劃。該專業(yè)的前身是江漢石油學(xué)院石油礦場機械專業(yè)，具有濃厚的石油行業(yè)背景。近年來，石油工業(yè)國際化合作越來越深入，為了促進學(xué)科發(fā)展， 辦出專業(yè)特色，本專業(yè)就機械原理雙語課程的教學(xué)進行了積極有效的改革。

一、教材及教學(xué)內(nèi)容選取

從學(xué)習(xí)英文專業(yè)術(shù)語和表達方法的角度出發(fā)，機械原理雙語課程最好選用國外原版教材，目前較好的原版教材有《Design of Machinery》（Fifth Edition）、《Mechanism and Machine Theory》、《Mechanical Engineering Design》等。但上述教材的覆蓋面太寬，知識體系龐雜，不但囊括了國內(nèi)機械原理教材的所有知識點，而且包含人機工程學(xué)、引擎動力學(xué)等內(nèi)容，大大超過了國內(nèi)普通高校對機械原理的教學(xué)要求，不符合國內(nèi)機械原理的教學(xué)實際。因此在本專業(yè)開設(shè)機械原理雙語課程時，根據(jù)專業(yè)定位和人才培養(yǎng)目標(biāo)，選用了福州大學(xué)葉仲和等編寫的《Mechanism and Machine Theory》作為教材，該教材主要教學(xué)內(nèi)容與國內(nèi)普遍使用的《機械原理》（西北工業(yè)大學(xué)）相近，部分章節(jié)順序作了適當(dāng)調(diào)整。該教材難易適中，學(xué)生在預(yù)習(xí)、復(fù)習(xí)時困難不大，同時其結(jié)構(gòu)體系與西工大的機械原理接近，便于教師從漢語教學(xué)向雙語教學(xué)過渡。

在教學(xué)過程中，我們發(fā)現(xiàn)該教材在機構(gòu)的組成原理、運動分析及機構(gòu)綜合方面的內(nèi)容基本滿足教學(xué)需要，但對機器動力學(xué)及機構(gòu)現(xiàn)代分析和綜合方法講解不夠深入，難以有效指導(dǎo)學(xué)生利用計算機技術(shù)解決工程問題；同時由于該教材面向通用機械專業(yè)，書中實例偏少且缺乏針對性，對學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)和將來面向石油行業(yè)就業(yè)的作用不大。為解決上述矛盾，我們在教學(xué)內(nèi)容上做了適當(dāng)調(diào)整，增加了國外原版教材《Design of Machinery》中第11章“Dynamic Force Analysis”的部分內(nèi)容，并將該書中“Oil field pump”等與石油機械相關(guān)的實例引入課堂教學(xué)。此外我們還將教學(xué)與科研實際相結(jié)合，如以新研制的鉆機用多級行星變速器為例說明行星傳動的組成及設(shè)計要點，既做到理論聯(lián)系實際，又豐富了教學(xué)內(nèi)容，還突出了本課程的石油機械特色。

二、教學(xué)方法改革

教學(xué)方法是教師和學(xué)生為了實現(xiàn)共同的教學(xué)目標(biāo)，完成共同的教學(xué)任務(wù)，在教學(xué)過程中運用的方式與手段的總稱。我校機械原理雙語課程的教學(xué)目的是，使學(xué)生掌握機構(gòu)學(xué)和機器動力學(xué)的基本理論，學(xué)會常用機構(gòu)的分析和綜合方法，具有進行機構(gòu)系統(tǒng)運動方案設(shè)計的初步能力，同時通過讀、聽、寫、說等方式，培養(yǎng)利用英語學(xué)習(xí)新知識和進行學(xué)術(shù)交流的基本能力。

為達到上述教學(xué)目的，在教學(xué)方法上應(yīng)做到以下幾點：首先，應(yīng)注重培養(yǎng)學(xué)生的主觀能動性。在教學(xué)中將以“教”為主轉(zhuǎn)變成“教”與“學(xué)”并重，在發(fā)揮教師主導(dǎo)作用的同時又充分體現(xiàn)學(xué)生的認知主體作用。在課堂上，我們注重給學(xué)生安排適當(dāng)時間，讓學(xué)生提問題、進行小組討論、完成課堂作業(yè)等，使每個學(xué)生都參與到聽說讀寫環(huán)節(jié)，鞏固課堂教學(xué)成果。其次，注重將傳統(tǒng)的板書教學(xué)與現(xiàn)代化多媒體教學(xué)手段相結(jié)合。我們充分利用本特色專業(yè)的校外實習(xí)基地資源，通過拍攝照片、視頻和制作動畫等方式，積累了大量機構(gòu)原理和應(yīng)用方面的多媒體素材，并適當(dāng)配以英文說明，將靜態(tài)的、抽象的機構(gòu)模型轉(zhuǎn)變?yōu)樾蜗蟮?、動態(tài)的機構(gòu)實例，不但能夠充分發(fā)揚多媒體教學(xué)形象直觀的優(yōu)點，而且為將來到上述企業(yè)就業(yè)的同學(xué)預(yù)先提供了熟悉相關(guān)產(chǎn)品和設(shè)備的機會。同時，在授課過程中，將重要知識點和結(jié)論書寫在黑板上，可彌補多媒體教學(xué)呈現(xiàn)較快、不利于學(xué)生思考、記筆記和聽課不能同步的缺點。最后，在雙語教學(xué)中遵循循序漸進的原則。我校開設(shè)雙語課程的要求之一是課堂上英文比例不少于50%，但執(zhí)行過程中我們發(fā)現(xiàn)，如果從第一節(jié)課起就嚴格執(zhí)行此標(biāo)準，不少學(xué)生會因不適應(yīng)雙語教學(xué)環(huán)境、英語聽力不足等原因產(chǎn)生抵觸情緒。因此，我們采用由雙語交叉滲透教學(xué)到完全滲透教學(xué)的方式，前15-20個學(xué)時課程中，英語比例逐步由30%上升到50%，易于理解的部分用英文講解，重難點部分用漢語講解，允許學(xué)生提問和回答問題時兼用英語和漢語，逐步培養(yǎng)學(xué)生主動適應(yīng)英語授課的意識。在后50-55個學(xué)時的課程中，則進一步增大英語的比重，力爭達到授課、討論、練習(xí)和考試的全英語化，只對少數(shù)難以理解的內(nèi)容適當(dāng)用漢語引導(dǎo)。

三、考核手段改進

在機械原理課程雙語教學(xué)中，科學(xué)合理的考核方式對檢驗教學(xué)質(zhì)量起著重要作用。傳統(tǒng)考核方式主要依據(jù)考試成績和平時成績進行，其中考試成績占80%，平時成績（包括作業(yè)、考勤、課堂提問等）占20%，這種考核方式在一定程度上反映了學(xué)生對重要知識點的理解和掌握，但存在以下缺點：（1）考試題目以基本概念和公式為主，題型呆板，不能體現(xiàn)特色專業(yè)建設(shè)中對學(xué)生解決實際問題能力的培養(yǎng)要求。（2）考試成績所占比重太大，存在嚴重的“一卷定乾坤”現(xiàn)象。（3）考試內(nèi)容單一，短時間內(nèi)死記硬背也可應(yīng)付，助長了部分學(xué)生的投機心理。因此，傳統(tǒng)的以考試為主的考核手段，難以全面反映機械原理雙語課程的教學(xué)效果，不利于雙語教學(xué)的發(fā)展。

鑒于此，對機械原理雙語課程的考核方法作了如下改進：（1）增加平時成績在考核結(jié)果中的比重，相應(yīng)降低考試成績的比重，有效激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，強化了持續(xù)學(xué)習(xí)的動力，提高了課堂互動效果，消除了期末突擊復(fù)習(xí)的種種弊端。（2）實行半開卷考試，增加應(yīng)用型題目的比重。在半開卷考試中，學(xué)生可攜帶一頁書寫有與本課程相關(guān)內(nèi)容的A4紙張進入考場。這樣可減少大量機械背誦的負擔(dān)，但一頁紙所記載的信息量是有限的。學(xué)生要想取得好成績，就必須認真理解課本內(nèi)容，用心領(lǐng)會教師在課堂上加入的新知識，將重要知識點進行篩選、綜合和整理，濃縮于一張A4紙上。整個過程有利于提高學(xué)生的獨立思考能力和對知識進行分析、歸納、綜合的能力。增加應(yīng)用型題目的比重則進一步側(cè)重于考核學(xué)生運用機構(gòu)分析和綜合的理論知識解決實際工程問題的能力，有利于學(xué)生在平時的學(xué)習(xí)中認真觀察、思考，做到學(xué)以致用。（3）將機械原理實驗成績列入考核范圍。在以往機械原理教學(xué)中，實驗作為教學(xué)環(huán)節(jié)的一部分，但未納入考核范圍，致使少數(shù)學(xué)生敷衍應(yīng)對。為此，我們將實驗成績以10%的權(quán)重納入考核范疇，使學(xué)生產(chǎn)生一定的壓力和動力，有利于培養(yǎng)學(xué)生的動手能力和創(chuàng)新能力。

四、課程設(shè)計改革

機械原理雙語理論課結(jié)束以后，學(xué)生將接受為期兩周的機械原理課程設(shè)計訓(xùn)練。機械原理課程設(shè)計是使學(xué)生較全面系統(tǒng)地掌握和深化本課程的基本理論的方法，是培養(yǎng)學(xué)生初步具有機械運動方案設(shè)計和分析能力的重要教學(xué)環(huán)節(jié)，也是培養(yǎng)學(xué)生工程設(shè)計，特別是機構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計能力的重要實踐環(huán)節(jié)。在我校機械設(shè)計制造及其自動化特色專業(yè)建設(shè)中，提高學(xué)生的綜合設(shè)計與創(chuàng)新能力是基本建設(shè)任務(wù)之一。為此提出如下改革方法：（1）課程設(shè)計題目圍繞石油機械主線，彰顯石油特色。我們擬定了“游梁式抽油機連桿機構(gòu)的分析與綜合”及“往復(fù)泵動力端傳動機構(gòu)設(shè)計和分析”這兩大類題目，并根據(jù)實際設(shè)備給定不同的已知參數(shù)，做到了同班學(xué)生之間不重題，既有利于學(xué)生之間互相討論學(xué)習(xí)，又有效避免了抄襲現(xiàn)象。（2）鼓勵學(xué)生自報題目，培養(yǎng)創(chuàng)新氛圍。對于平時學(xué)習(xí)表現(xiàn)良好、有明確意愿參加機械創(chuàng)新設(shè)計大賽且已確定題目的學(xué)生，鼓勵其以創(chuàng)新設(shè)計大賽題目進行課程設(shè)計。（3）鼓勵學(xué)生采用英文撰寫課程設(shè)計報告，鞏固雙語教學(xué)效果。由于機械原理課程設(shè)計報告中大篇幅的文字論述較少，以公式推導(dǎo)和結(jié)論性敘述較多，所以對學(xué)生而言，難度并不大，在2周的時間內(nèi)能夠完成。對于采用英文撰寫報告的學(xué)生，適當(dāng)拔高其報告成績。這樣可有效激發(fā)學(xué)生進一步學(xué)習(xí)和鞏固機械原理課程中相關(guān)英文專業(yè)術(shù)語和表達方法的熱情。

五、教學(xué)效果

近年來我校機械原理雙語課程的教學(xué)改革收到了良好的效果。從歷年對學(xué)生發(fā)放的調(diào)查問卷來看，77.8%的學(xué)生表示完全接受全英文課件，92.6%的學(xué)生認可機械原理雙語課程的教學(xué)安排，93.5%的學(xué)生認為本課程緊密聯(lián)系實際，體現(xiàn)了石油特色。本課程的主講教師在學(xué)生的評教中得分均在90分（優(yōu)秀）以上，說明絕大部分學(xué)生對機械原理雙語課程的改革持肯定態(tài)度。從近5年來我校學(xué)生課外科技活動成果來看，“后置三角擺架式長沖程抽油機”獲得“挑戰(zhàn)杯”全國大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競賽一等獎，“基于反饋原理的高樓緩降器”獲全國大學(xué)生機械創(chuàng)新設(shè)計大賽二等獎，“含油污水分離器”等20余項作品在省級競賽中獲獎，在此基礎(chǔ)上產(chǎn)生了“一種雙驢頭前置式異相曲柄長沖程節(jié)能抽油機”等11項國家專利，30余篇，不但其中大部分成果涉及石油裝備及設(shè)備，而且是學(xué)生在學(xué)習(xí)機械原理雙語課程之后創(chuàng)作產(chǎn)生的，充分體現(xiàn)了機械原理雙語課程在我校機械設(shè)計制造及其自動化特色專業(yè)中所起的重要作用。

六、結(jié)束語

通過機械原理雙語課程的教學(xué)改革，我?？傮w上摸索出了一套適應(yīng)機械設(shè)計制造及其自動化特色專業(yè)建設(shè)要求、培養(yǎng)既懂專業(yè)又通英語、在石油機械方面具有明顯優(yōu)勢的機械類高級工程技術(shù)人才的教改方案。由于目前雙語課程本身在國內(nèi)存在的時間并不長，在理論和實踐方面尚存在一定爭議，所以給特色專業(yè)建設(shè)環(huán)境下的機械原理雙語課程提出三點建議：（1）大力培養(yǎng)具有良好專業(yè)素質(zhì)和外語素質(zhì)的教師，尤其要加強青年骨干教師的培養(yǎng)力度。（2）在教學(xué)中應(yīng)始終將傳授專業(yè)知識放在第一位，外語知識放在第二位，不可本末倒置。（3）無論何時都不應(yīng)忽視對學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

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機械設(shè)計的原理范文第4篇

關(guān)鍵詞：OBE；工程教育；《機械原理》課程設(shè)計

中圖分類號：G642.0 文獻標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）21-0057-02

為了推進工程教育改革，促進中國工程教育的國際互認，培養(yǎng)與國際接軌的中國工程師，由專門的職業(yè)或行業(yè)協(xié)會（聯(lián)合會）、專業(yè)學(xué)會針對高等教育機構(gòu)開設(shè)了工程類專業(yè)實施專門性認證，工程教育認證強調(diào)工科專業(yè)人才培養(yǎng)質(zhì)量達到行業(yè)提出的基本質(zhì)量標(biāo)準要求，是一種合格性評價[1，2]。工程教育專業(yè)認證強調(diào)的三個核心理念：產(chǎn)出導(dǎo)向（Outcome based education，簡稱OBE）、學(xué)生為中心、持續(xù)改進，這些理念代表了工程教育改革的方向，是一種先進的教育理念[3]。我國若要成為《華盛頓協(xié)議》正式簽約組織，就必須基于OBE理念，深化我國的工程教育改革和工程教育認證體制。

《機械原理》是機械類專業(yè)必修的一門重要的技術(shù)基礎(chǔ)課，它是研究機械的工作原理、構(gòu)成原理、設(shè)計原理與方法的一門學(xué)科，而《機械原理》課程設(shè)計是緊隨《機械原理》課程之后的實踐性教學(xué)環(huán)節(jié)，是《機械原理》課程的延伸[4]?；贠BE工程教育認證的12條畢業(yè)能力要求及課程規(guī)劃，《機械原理》課程設(shè)計需培養(yǎng)的主要能力包括：1）掌握工程基礎(chǔ)理論知識并能將其應(yīng)用于工程問題（畢業(yè)要求1）；2）具有分析和解釋數(shù)據(jù)，得到合理、有效結(jié)論的能力（畢業(yè)要求2）；3）具有綜合運用機械設(shè)計理論和技術(shù)手段設(shè)計復(fù)雜機械系統(tǒng)、部件和過程的能力（畢業(yè)要求3）。

本文基于OBE工程教育理念對《機械原理》課程設(shè)計課程能力的上述四條要求，結(jié)合近年實踐經(jīng)驗，闡述我?！稒C械原理》課程設(shè)計改革模式，并為其《機械原理》課程設(shè)計改革提供參考。

一、機械傳動系統(tǒng)設(shè)計能力

《機械原理》內(nèi)容包括兩部分，其一是對現(xiàn)有機構(gòu)的學(xué)習(xí)，包括構(gòu)型分析、運動學(xué)和動力學(xué)的學(xué)習(xí)；其二是針對具體任務(wù)，利用所學(xué)機構(gòu)學(xué)知識，設(shè)計傳動方案。前者稱為分析，后者稱為型綜合，《機械原理》學(xué)習(xí)的最終目的，就是要達到型綜合的高度，《機械原理》課程設(shè)計正是鍛煉綜合能力的實踐教學(xué)。

遺憾的是，傳統(tǒng)的《機械原理》課程設(shè)計，體現(xiàn)不出OBE所要求的設(shè)計系統(tǒng)的能力，復(fù)雜機械系統(tǒng)更無從談起，因此，改革勢在必行。

基于OBE教學(xué)理念的課程設(shè)計改革使設(shè)計題目多樣化，調(diào)動學(xué)生設(shè)計的積極性而不限制其思維，并且課程設(shè)計只提出最終要求而不限制方法，為了讓學(xué)生在規(guī)定的時間內(nèi)獨立完成設(shè)計任務(wù)，題目不宜太深太復(fù)雜，其原則為：題目具有綜合性，以運動方案設(shè)計為主；題目要覆蓋《機械原理》課程的主要內(nèi)容；題目應(yīng)結(jié)合生產(chǎn)實際，是學(xué)生在日常生活、生產(chǎn)實踐中所熟悉的；題目的設(shè)計結(jié)果應(yīng)包括兩到三種基本機構(gòu)，也允許選用其他常用機構(gòu)或組合機構(gòu)；題目要有一定的靈活性和創(chuàng)新性，有利于發(fā)揮學(xué)生的創(chuàng)造力。

在設(shè)計題目確定后，需對已選題目提出三種運動方案，并經(jīng)反復(fù)論證，確定一種最佳運動方案進行設(shè)計和分析。這種自由選題的模式可大大提高同學(xué)的興趣。設(shè)計方案由學(xué)生獨立提出，經(jīng)獨立地分析、比較后確定最佳方案，以發(fā)揮其主觀性、創(chuàng)造力，使學(xué)生受到一次真實的設(shè)計訓(xùn)練，進而提升其機械傳動系統(tǒng)設(shè)計能力。

此外，改革后的課程設(shè)計，學(xué)生們可以自由組合，每個小組自由選擇設(shè)計題目，小組成員分工協(xié)作，共同完成設(shè)計任務(wù)。從選題、論證、設(shè)計到最后提交設(shè)計成果，共同討論、研究，各自發(fā)揮自己的長處，不僅培養(yǎng)了創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力，也使他們體會到團隊合作的作用。這也符合OBE培養(yǎng)大綱中工程畢業(yè)生個人能力和人際團隊能力培養(yǎng)的要求。

二、工程基礎(chǔ)理論知識應(yīng)用能力

傳統(tǒng)的《機械原理》課程設(shè)計中，方案確定之后，其相關(guān)運動參數(shù)也隨之給定，每個學(xué)生需要做的就是繪制機構(gòu)運動簡圖，利用圖解法和解析法對所選機構(gòu)的位移、速度、加速度及力進行分析，并繪制機構(gòu)運動線圖和作誤差分析，最后編寫課程設(shè)計說明書。從本質(zhì)上來說，這樣的設(shè)計僅能算一次作業(yè)，效果并不理想。盡管學(xué)生都能按部就班地完成設(shè)計任務(wù)，但卻調(diào)動不了學(xué)生的設(shè)計興趣，對工程基礎(chǔ)理論知識的應(yīng)用缺乏深刻理解，談不上對學(xué)生的畢業(yè)能力的培養(yǎng)。

基于OBE教學(xué)理念的課程設(shè)計改革使設(shè)計題目多樣化，只提出最終要求而不限制方法，學(xué)生可以充分地利用所學(xué)的理論知識去解決實際的問題?？紤]到《機械原理》課程設(shè)計時間較短，教師在《機械原理》課程教學(xué)中，需提前做出安排，如現(xiàn)代工具的使用、軟件的學(xué)習(xí)、各種方法的比較、綜合性作業(yè)安排等。

任務(wù)的不確定性導(dǎo)致解決方法的多樣性。學(xué)生需要根據(jù)所選擇任務(wù)，基于所學(xué)的機構(gòu)學(xué)知識，甚至查閱相關(guān)文獻去設(shè)計解決方案，當(dāng)多個設(shè)計方案確定后，需要比較各方案的優(yōu)缺點，必然會深入了解每個所設(shè)計的傳動方案，最終方案確定后，需對其進行結(jié)構(gòu)、運動學(xué)和動力學(xué)分析，因有了方案設(shè)計的深刻理解，設(shè)計的目的已非常清楚，在相應(yīng)分析時，對方法的選擇和掌握自然水到渠成，加深了對所學(xué)理論知識的認識，明確了理論知識的實際應(yīng)用，從而不至感覺學(xué)無所用。

三、分析和解釋數(shù)據(jù)能力

在我國的工程教育認證中，第二條畢業(yè)要求學(xué)生能夠應(yīng)用數(shù)學(xué)、自然科學(xué)和工程科學(xué)的基本原理，識別、表達并通過文獻研究分析復(fù)雜工程問題，以獲得有效結(jié)論[5]。傳統(tǒng)課程設(shè)計整個傳動方案為教師所指定，分析方法固定，無需學(xué)生深入了解，只需按部就班完成畫圖和分析即可，可見，傳統(tǒng)課程設(shè)計在第二條畢業(yè)能力要求上基本沒起到培養(yǎng)作用。

改革后的課程設(shè)計，從設(shè)計任務(wù)到設(shè)計方案的確定，均需要學(xué)生根據(jù)具體情況進行分析，然后根據(jù)所學(xué)知識，自己設(shè)計傳動方案，并需要通過多方案的比較而得出可行方案。在方案確定后，詳細設(shè)計傳動系統(tǒng)時，需要根據(jù)實際任務(wù)確定各參數(shù)，最后對機構(gòu)進行分析，并對數(shù)據(jù)進行誤差分析。為了更真實地讓學(xué)生理解數(shù)據(jù)的意義和正確性，要求學(xué)生對所設(shè)計的傳動方案進行全部或者部分的搭接實驗，通過搭接實物并測量參數(shù)，再與理論分析數(shù)據(jù)進行對比，找出誤差存在原因，從而得出相應(yīng)結(jié)論。

四、考核方式的改進

評估學(xué)習(xí)產(chǎn)出是OBE教育模式中十分重要的環(huán)節(jié)，如何合理地對各項能力進行客觀評價，對課程的改革及持續(xù)改進有非常重要的作用，與課程設(shè)計所培養(yǎng)能力相對應(yīng)，《機械原理》課程設(shè)計成績分為四部分：選題成績、平時成績、設(shè)計成績及答辯成績。各部分成績分值及考核依據(jù)如下。

選題成績占總成績的30%。主要考查設(shè)計機械傳動系統(tǒng)方案能力。每個團隊均需通過PPT形式，結(jié)合參考文獻查閱或調(diào)研情況，對自己團隊的設(shè)計任務(wù)進行說明，根據(jù)所定任務(wù)設(shè)計兩到三種機械傳動方案，每個方案中必須包含兩至三種典型傳動機構(gòu)，并且必須包含四桿以上連桿機構(gòu)。根據(jù)傳動方案是否合理、考慮是否周全、有無創(chuàng)新點、是否實用進行綜合考核。

平時成績占總成績的10%，主要依據(jù)設(shè)計階段的出勤情況和態(tài)度評定，這是設(shè)計正常進行的基本保證，也是初步對畢業(yè)要求9中個人與團隊能力的培養(yǎng)。

設(shè)計成績占總成績的40%，主要評估工程基礎(chǔ)理論知識應(yīng)用能力與分析和解釋數(shù)據(jù)能力，根據(jù)所選擇分析方法、數(shù)據(jù)分析的正確性、模型建立、運動仿真、簡圖繪制等進行評價。

答辯成績占總成績的20%，各組將集中設(shè)計階段的工作及成果以PPT形式作匯報，主要介紹組員分工及完成情況，組員自評分，搭接視頻等，并回答提問，據(jù)此評判答辯成績。

通過此類考核方式，對畢業(yè)生的能力9（個人與團隊）和10（溝通，包括撰寫報告和陳述發(fā)言、清晰表達或回應(yīng)指令）也起到初步培養(yǎng)的效果。

此外，上述基于OBE工程教育理念的考核方式對教師的教學(xué)投入提出很高要求。例如：教師需要投入較多的精力和心血研究繁瑣的教學(xué)目標(biāo)分解和教學(xué)方法選擇，要求其自身具有扎實的專業(yè)理論知識、較廣博的基礎(chǔ)知識面、較強的動手能力及計算機應(yīng)用能力。對設(shè)計中可能出現(xiàn)的各種方案及其特點要有充分認識，能夠正確引導(dǎo)學(xué)生，使他們經(jīng)過認真思考和分析比較后，可以選擇一個適當(dāng)?shù)姆桨?。這樣才能適應(yīng)當(dāng)前實踐教學(xué)改革和發(fā)展的需要，從而有效引導(dǎo)學(xué)生積極思考，培養(yǎng)他們的創(chuàng)新能力。

五、結(jié)束語

經(jīng)過近兩年的實踐，發(fā)現(xiàn)根據(jù)OBE教學(xué)理念改革后的《機械原理》課程設(shè)計，為學(xué)生機械傳動系統(tǒng)設(shè)計能力、工程基礎(chǔ)理論知識應(yīng)用能力、分析問題和解決問題的能力以及團隊合作和工程實踐能力的鍛煉和提高提供了很好的平臺，并確實取得了較好的效果。然而，OBE工程教學(xué)模式是一個系統(tǒng)的工程，無論是在設(shè)計內(nèi)容，還是在設(shè)計方法和評估方式上，還有很多需要完善之處，需要進一步的改革和探索，持續(xù)改進，以更好地培養(yǎng)學(xué)生相應(yīng)的畢業(yè)能力，實現(xiàn)培養(yǎng)與國際接軌的中國工程師的目標(biāo)。

參考文獻：

[1]中國工程教育專業(yè)認證委員會.工程教育認證一點通[M].北京：教育科學(xué)出版社，2015.

[2]余天佐，劉少雪.從外部評估轉(zhuǎn)向自我改進―美國工程教育專業(yè)認證標(biāo)準EC2000的變革及啟示[J].高等工程教育研究，2014，（6）：28-34.

[3]顧佩華，胡文龍，林鵬，等.基于“學(xué)習(xí)產(chǎn)出”（OBE）的工程教育模式――汕頭大學(xué)的實踐與探索[J].高等工程教育研究，2014，（1）：27-37.

機械設(shè)計的原理范文第5篇

鞋類造型設(shè)計主要涉及到特征部件造型、鞋跟造型以及輔助部件造型設(shè)計三方面，而這三方面都直接或間接受到楦體造型的制約，因此，統(tǒng)一與變化原理在鞋類造型設(shè)計中的應(yīng)用，主要考慮這三方面與楦體造型的統(tǒng)一、變化關(guān)系。1特征部件造型與楦體造型的統(tǒng)一與變化鞋類的特征部件主要是指能體現(xiàn)鞋類款式特征的部件，如耳式鞋的鞋耳部件、淺口鞋的口門部件、舌式鞋的鞋舌部件，以及能體現(xiàn)前幫楦體頭式的前幫部件如鞋蓋部件、包頭部件等。在進行這些部件的造型設(shè)計時，主要把握大統(tǒng)一下小變化的原則。楦體的頭式是指跖趾關(guān)節(jié)部位之前的楦體的幾何形態(tài)，一般有方、圓、尖、歪、扁、高等多種，他們都具有各自獨特的基調(diào)，這對鞋類特征部件形態(tài)設(shè)計主要是部件輪廓線條的設(shè)計具有制約作用，具體表現(xiàn)有如下一些規(guī)律：（1）方頭這種楦體的頭式其基調(diào)是方和直，在進行特征部件輪廓處理時，部件輪廓線條應(yīng)該直一些較好，如包頭線、口門輪廓線、前幫圍蓋輪廓、鞋耳輪廓等等均應(yīng)該在把握統(tǒng)一直的情況下進行一些局部變化。（2）圓頭這種楦體的頭式其基調(diào)是圓弧，在進行特征部件輪廓處理時，部件輪廓線條應(yīng)該以圓弧線條為基礎(chǔ)，對于較寬大的圓弧頭式，由于他的跖趾部位楦面比較平坦，所以這種情況下的特點部件輪廓線條，可以采用較直的形態(tài)。如包頭線、口門輪廓線、前幫圍蓋輪廓、鞋耳輪廓等等均應(yīng)該在把握統(tǒng)一圓弧或直弧的情況下進行一些局部變化（3）尖頭這種楦體的頭式其基調(diào)是圓、直都有，在進行特征部件輪廓處理時，部件輪廓線條應(yīng)該縱向直一些，橫向圓弧一些較好，盡可能與頭式“尖”保持統(tǒng)一。如口門輪廓線、前幫圍蓋輪廓、鞋耳輪廓等等均應(yīng)該在把握統(tǒng)一尖的情況下進行一些局部變化。（4）扁頭這種楦體的頭式其基調(diào)是扁薄，基調(diào)中的圓弧程度很少，在進行特征部件輪廓處理時，部件輪廓線條應(yīng)該直、方一些較好。如口門輪廓線、前幫圍蓋輪廓均應(yīng)該在把握統(tǒng)一直且方的情況下進行一些局部變化。（5）高頭這種楦體的頭式其基調(diào)是高而且圓，在進行特征部件輪廓處理時，部件輪廓線條應(yīng)該圓弧一些較好，如包頭線、口門輪廓線、前幫圍蓋輪廓均應(yīng)該在把握統(tǒng)圓弧一直的情況下進行一些局部變化。如圖2所示。另外，楦體造型有肥、瘦之分的，對于瘦型楦體鞋幫特征部件應(yīng)該安排少一些較好，線條盡可能彎曲一些，這樣會給人一種豐滿的感覺；對于肥型楦體鞋幫特征部件應(yīng)該安排多一些較好，線條盡可能直一些，并且把部件安排的靠后一些，這樣會給人產(chǎn)生一種瘦的感覺。2鞋跟造型與楦體頭式造型的統(tǒng)一與變化由于楦體造型在整個鞋類造型設(shè)計中處于支配地位，而鞋跟造型處于配合地位，因此，鞋跟的造型設(shè)計應(yīng)與楦體造型在保持統(tǒng)一的前提下獲得變化，主要規(guī)律有以下三點：（1）跟柱造型較纖細、跟面造型較小的鞋跟適合安排在小型頭勢如尖頭、小圓頭、小方頭的低腰滿幫楦體或高腰楦體。（2）跟柱造型較粗、跟面造型較大的鞋跟適合安排在頭勢較大的如方頭、大圓頭、歪頭等滿幫低腰楦體或高腰楦體上。（3）一旦楦體后翹高低于30mm的話，此時忌諱搭配跟柱較細、跟面較小的錐型鞋跟。3輔助部件與特征部件的統(tǒng)一與變化輔助部件主要是指與特征部件一道構(gòu)成鞋類款式的小部件，如中幫的裝飾件、橫條和后幫的后包跟、后筋條等部件。這些部件的設(shè)計主要把握在與特征部件保持統(tǒng)一的前提下獲取較大的變化，通常是在輪廓相似的情況獲得細部裝飾性變化。

2統(tǒng)一與變化原理在鞋類色彩設(shè)計中的應(yīng)用

統(tǒng)一與變化原理在鞋類色彩設(shè)計中的應(yīng)用，從搭配原理和搭配方法上（鞋類色彩設(shè)計的依據(jù)）分析，不外乎存在兩種應(yīng)用，具體規(guī)律如下：1統(tǒng)一原理在鞋類色彩設(shè)計中的應(yīng)用統(tǒng)一原理在鞋類色彩設(shè)計中的應(yīng)用是通過在統(tǒng)一的前提下進行小變化實現(xiàn)的，變化的目的是為了統(tǒng)一顯得和諧，常見方式規(guī)律如下：（1）統(tǒng)一融和法這種色彩搭配規(guī)律主要運用整體統(tǒng)一的原理，顯得和諧融和。如整鞋采用白色給人一種冰清玉潔、神圣而純潔的感覺。（2）深淺襯托法這種色彩搭配主要運用整體兩種色彩統(tǒng)一的前提下獲得變化的原理。（3）賓主呼應(yīng)法這種色彩搭配主要運用多種色彩統(tǒng)一前提下的變化對比原理，他是在鞋類的某些部位之間的色彩都含有同一種色素，形成內(nèi)在統(tǒng)一的聯(lián)系。例如，鞋蓋、鞋耳、鞋口三部件的滾邊用同一種色彩的材料。（4）點綴顯耀法這種色彩搭配方法是在整體統(tǒng)一的前提下局部細微變化的原理，他常常在統(tǒng)一色調(diào)中或素靜的冷色調(diào)中，點綴暖色調(diào)。2變化原理在色彩設(shè)計中的應(yīng)用變化原理在色彩設(shè)計中的應(yīng)用是通過在變化的前提下實現(xiàn)某種對比，變化的目的是為了生動、活潑，常見方式規(guī)律如下：（1）緩沖淡化法在對比較為強烈的色彩搭配中運用緩沖淡化的方法使整個鞋類融和協(xié)調(diào)，常運用在運動鞋、童鞋中，采用黑、白、灰、金、銀色進行強烈對比的緩沖淡化。（2）塊面拼接法在對比較為強烈的色彩搭配中運用塊面分割或采用幾何形狀明顯的紋理材料達到調(diào)和的效果，如運動鞋中色彩搭配常采用此類方法。

3統(tǒng)一與變化原理在系列鞋設(shè)計中的應(yīng)用

系列鞋是指在突破單雙鞋表現(xiàn)主題的基礎(chǔ)上，通過一組鞋的形體來表現(xiàn)設(shè)計主題。因此，這一組鞋形體之間存在著統(tǒng)一與變化原理，這種原理是在統(tǒng)一系列鞋類設(shè)計主題的前提下，達到各種鞋款在設(shè)計統(tǒng)一原理的基礎(chǔ)上進行其他設(shè)計要素的變化。其規(guī)律主要有以下一些：1楦體系列的統(tǒng)一與變化楦體系列的統(tǒng)一與變化主要通過以下兩種規(guī)律實現(xiàn)：（1）楦體型號系列。通過改變楦體型號來實現(xiàn)即改變楦體肥瘦來實現(xiàn)。（2）楦體頭式系列。通過改變楦體頭式的形狀來實現(xiàn)。2跟底系列的統(tǒng)一與變化底跟系列的統(tǒng)一與變化主要是通過以下兩種規(guī)律來實現(xiàn)的：（1）底型系列化。通過改變外底色彩、材料、工藝以及底板花紋來實現(xiàn)。（2）跟型系列化。通過改變鞋跟造型、材料、工藝以及裝飾來實現(xiàn)。3部件系列的統(tǒng)一與變化部件系列的統(tǒng)一與變化主要是通過以下規(guī)律來實現(xiàn)的：（1）部件輪廓系列化。通過部件輪廓造型的系列變形來實現(xiàn)。（2）部件工藝系列化。通過部件組合工藝、裝飾工藝的系列變化來實現(xiàn)。（3）部件材質(zhì)系列化。通過部件的材料搭配系列變化來實現(xiàn)。4色彩系列的統(tǒng)一與變化色彩部件系列的統(tǒng)一與變化主要是通過以下規(guī)律來實現(xiàn)的：（1）單色系列化。通過改變某種色彩的明暗、飽和度來實現(xiàn)，如黃色系列化可以是：谷黃、土黃、金黃等等。（2）多色系列化。通過改變某種或某些色彩的明暗、飽和度和搭配順序來實現(xiàn)。

4結(jié)論