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摘要：随着社会的不断进步，創新型人才的需求量越来越大，工科高等教育在教学内容与教学方法需要进行改革。针对目前机械设计基础课程设计题目单一的问题，提出团队协作的课程设计方法，重点探究柔性化的课程设计题目，确定课程设计题目具体要求。在课程设计中，学生可以充分发挥其想象力与创造力，由小组论证确定详细的方案，完成结构设计，以不断培养学生的工程实践能力、创新能力和工程意识。
关键词：机械设计基础；课程设计；题目探索
作者简介：石永军（1973-），男，山东东营人，中国石油大学（华东）机电工程学院，副教授。（山东 青岛 266580）
基金项目：本文系中国石油大学（华东）教学改革项目（项目编号：JY-B201011）的研究成果。
中图分类号：G642.0?????文献标识码：A?????文章编号：1007-0079（2012）32-0055-02
机械设计基础主要面向中国石油大学机类和近机类本科学生，是石油工程、过程装备与控制、油气储运工程等专业的重要专业基础课，在教学体系中具有承上启下的作用。近年来，为了培养学生的动手能力与工程意识的养成，工科院校越来越重视实践教学。机械设计基础课程设计是机械课程教学中重要的实践教学环节，它涵盖了工程制图、机械CAD、机械设计基础、理论力学、材料力学、工程材料与机械加工基础等课程的知识。通过该课程的学习，以培养学生学会运用所学知识解决实际工程问题，逐步提升其动手能力、综合设计能力与创新能力。[1]但目前机械设计基础课程设计题目单一的问题比较突出，不利于学生工程意识的养成和激发大学生开展科学探索的兴趣。因此，探究柔性化的课程设计题目以提升课程设计的教学质量对于学生综合知识运用能力与创新能力的培养具有重要意义。[2]
一、目前课程设计分析
目前高等工科院校常用的机械基础课程设计题目是单级圆柱齿轮减速器和展开式二级圆柱齿轮减速器。减速器是工业中常用的典型传动装置，在油田抽油机、带式运输机、起重机和卷板机等有着广泛的应用。减速器设计过程需要查阅相关标准、规范、手册等技术资料，涵盖了机械设计基础中齿轮传动、带传动、轴承、轴、螺栓等主要通用零件的设计与计算，[3]包含了多门理论课程的内容，体现了一般机械系统的常用设计方法，具有很强的综合性。减速器设计的主要任务包括：进行传动方案的制订；电动机的选择、传动装置的运动和动力参数的计算；带传动与齿轮传动的设计计算；轴的结构设计以及低速轴的弯、扭组合强度校核；轴承的组合设计与寿命计算；键的选择及强度校核；联轴器的选择；减速器的润滑与密封选择等。[4]减速器设计的一般过程是：首先，指导老师布置任务；然后，学生完成减速器装配草图一张、减速器总装图一张、轴与齿轮等零件图以及6000～8000字设计计算说明书一份；最后进行课程设计答辩，按照图纸、设计说明书与答辩情况评定成绩。
减速器设计题目主要存在以下问题：题目单一，只是设计参数略有不同，学生可借鉴的资料很多，课程设计雷同现象比较严重，甚至出现一些抄袭现象；课程设计时间一般为2周，学生设计期间非常紧张，大多学生需要晚上加班才能完成。学生忙于应付完成课程设计，很少有学生主动去图书馆查阅相关的资料；老师一般需要指导2个班，工作量很大，老师很难保证照顾到每一位同学；课程设计的设计内容与传动方案长期不变，学生可以根据设计指导书按部就班地进行，无法调动学生的积极性与激发学生的创造性思维，不能满足现代工程教育创新训练的要求；每一个同学单独完成一个题目，同学之间的交流与讨论较少，团队协作精神难以培养。
二、课程设计题目探索
针对目前课程设计中存在的问题探索通过柔性化的课程设计题目调动学生的积极性，以激发学生的创造性。通过非固定的设计题目逐步锻炼学生的设计构思能力，使学生克服思维定势的影响，针对新的问题能够正确运用形象思维与抽象思维，找到问题的最佳解决途径。作为机械设计基础课程的实践性环节，为了使课程设计与机械设计基础课程紧密结合，非固定设计题目也要求包含机械设计基础理论课程的主要内容，要确保课程设计结束后使学生对机械系统的设计有一个清晰的思路，掌握机械系统的一般设计方法。因此，在课程设计过程中，尽管设计题目不同，但都要求包含传动方案制订、动力参数计算、传动的设计计算、总体设计、结构设计、关键零部件校核等环节。对于所有的设计题目，要满足统一的设计要求，如表1所示。
课程设计学生分两部分开展，一部分学生设计题目由老师确定的题目库中选取，另一部分学生可以根据老师的设计要求，结合实际工程需要或机电产品竞赛提出新想法自己拟订设计题目。老师确定的题目库主要来源于科研题目、历年的本科毕业设计与各类机械创新设计比赛。目前共收集了56个题目，每年根据实际情况适当增加。比如设计题目1“新型抽油机设计”，要求设计的抽油机效率高且受力均衡，已完成的设计：对电机换向抽油机的结构作了改进，配重箱由整体式改为分体式，导向轮设计为固定轴和浮动式双轮组成的自动平衡式，电动机通过电控系统控制实现正反转动，实现抽油杆上下往复运动，包含减速器、带传动与连杆机构。设计题目2“发电厂可俯仰式悬臂堆料机设计”，要求能够解决煤场的死角残煤问题，提高煤料的有效使用率与煤料堆取装置的工作效率，已完成的设计：堆料机的主要结构包括悬臂架、堆料胶带输送机、变幅机构、回转机构、驱动装置、配重、头部卸料滚筒等，堆料机俯仰动作通过液压驱动的油缸伸缩来实现。设计题目3“智能果汁机的设计”要求具有榨汁和搅拌功能并且易于清洗，已完成的设计：采用了低速双齿轮啮合和双螺旋挤压榨汁的方案，在此基础上进行了榨汁机的结构设计。设计题目4“风能汽车伸缩装置设计”，设计要求能够实现汽车风力发电设备的自动伸缩，已完成的设计：通过齿轮齿条转动实现滑盖的打开和风力发电机的举升，通过锥齿轮和涡轮蜗杆机构实现叶片的张开与收回叶片。为了避免影响学生的创新思维，上述已完成的设计不提供给学生，只给学生设计要求，让学生自己论证方案进行课程设计工作。 作为一个新的设计题目，需要进行方案的反复论证、设计计算、装配图与零件图的绘制等工作，工作量很大。此外，尽管学生在实验室或实习现场接触过机械产品，但缺乏机械产品设计方面相关的设计训练，单靠一个同学很难在2周内完成。为了顺利完成课程设计要求的内容，课程设计通过组队的方式进行，根据题目的难易程度确定3～5名同学为一组。学生以小组讨论的方式对设计方案进行论证，分工开展设计，指导老师进行指导，完成相关设计计算和详细的结构设计。在实际的企业产品研发中都是通过研发团队来完成，课程设计通过组队可以逐步培养学生的团队协作精神，有利于在以后的工作中快速融入到研发团队中。
答辩是课程设计的最后一个重要环节。答辩由各组组长负责总体介绍，主要介绍设计思路、计算与结构设计过程，各小组成员分别介绍其主要的工作，最后由答辩小组给出答辩成绩。答辩小组由3名指导老师组成。通过答辩可以明确小组成员的主要工作量，使學生发现设计与计算中的问题，有助于提高其解决设计工程问题的能力，同时也可以避免出现个别学生偷懒的现象发生。
三、课程设计成绩评定
课程设计的成绩涉及评价体系的公平性，也直接影响到学生的学习积极性，因此，必须要对课程设计的各个环节进行质量监控，建立一套行之有效的质量评价标准和评估指标。评价体系主要依据计算说明书、设计图纸与答辩情况确定。根据每一组同学的问题分析能力、设计能力、计算能力与创新能力进行评价。课程设计成绩主要包括两部分，指导老师评定成绩占80%，学生自评成绩占20%。指导老师评定成绩。评价指标主要包括：方案分析占20%，观测点是方案分析的合理性与创新性；设计计算占15%，观测点是装置运动与动力参数计算、主要传动计算、材料选择、关键零部件校核是否正确；装置结构设计占35%，观测点是结构设计的合理性、完整性以及图纸的规范性；个人在团队中的作用占10%，观测点是个人设计中的积极性和工作量。学生自评成绩主要由所有小组成员根据每个成员在课程设计中的贡献讨论确定。
四、结束语
培养具有创新意识的工程技术人才是一项复杂的系统工程。本文改变以往统一用减速器题目的传统模式，采用非固定题目的方式进行机械设计基础课程设计，对课程设计教学体系进行了有益的探索。学生在课程设计过程中遇到许多新问题，需要自己动手查资料，小组成员共同讨论解决，逐步培养学生解决新问题的思路和方法。由于许多设计题目是实际的工程技术问题，除了机械设计基础理论课程知识外，还涉及各专业的知识以及液控、电子等方面，对于学生利用所学知识解决实际问题能力的培养具有重要意义。
参考文献：
[1]管荣根，顾玲.《机械设计》课程的创新教学实践[J].高等教育研究，
2004，20（1）：85-87.
[2]徐淑珍.机械类专业学生创新能力培养的研究与实践[J].石油教育，
2008，（4）：44-46.
[3]安琦，郑丽华，刘伟，等.机械设计课程设计教改探索[J].高等工程教育研究，1999，（1）：95-96.
[4]徐艳敏，郑国芬，欧阳秀兰.机械设计基础课程改革的探索与思考[J].广州航海高等专科学校学报，2010，18（4）：46-48.
（责任编辑：王祝萍）
关键词：机械设计基础；课程设计；题目探索
作者简介：石永军（1973-），男，山东东营人，中国石油大学（华东）机电工程学院，副教授。（山东 青岛 266580）
基金项目：本文系中国石油大学（华东）教学改革项目（项目编号：JY-B201011）的研究成果。
中图分类号：G642.0?????文献标识码：A?????文章编号：1007-0079（2012）32-0055-02
机械设计基础主要面向中国石油大学机类和近机类本科学生，是石油工程、过程装备与控制、油气储运工程等专业的重要专业基础课，在教学体系中具有承上启下的作用。近年来，为了培养学生的动手能力与工程意识的养成，工科院校越来越重视实践教学。机械设计基础课程设计是机械课程教学中重要的实践教学环节，它涵盖了工程制图、机械CAD、机械设计基础、理论力学、材料力学、工程材料与机械加工基础等课程的知识。通过该课程的学习，以培养学生学会运用所学知识解决实际工程问题，逐步提升其动手能力、综合设计能力与创新能力。[1]但目前机械设计基础课程设计题目单一的问题比较突出，不利于学生工程意识的养成和激发大学生开展科学探索的兴趣。因此，探究柔性化的课程设计题目以提升课程设计的教学质量对于学生综合知识运用能力与创新能力的培养具有重要意义。[2]
一、目前课程设计分析
目前高等工科院校常用的机械基础课程设计题目是单级圆柱齿轮减速器和展开式二级圆柱齿轮减速器。减速器是工业中常用的典型传动装置，在油田抽油机、带式运输机、起重机和卷板机等有着广泛的应用。减速器设计过程需要查阅相关标准、规范、手册等技术资料，涵盖了机械设计基础中齿轮传动、带传动、轴承、轴、螺栓等主要通用零件的设计与计算，[3]包含了多门理论课程的内容，体现了一般机械系统的常用设计方法，具有很强的综合性。减速器设计的主要任务包括：进行传动方案的制订；电动机的选择、传动装置的运动和动力参数的计算；带传动与齿轮传动的设计计算；轴的结构设计以及低速轴的弯、扭组合强度校核；轴承的组合设计与寿命计算；键的选择及强度校核；联轴器的选择；减速器的润滑与密封选择等。[4]减速器设计的一般过程是：首先，指导老师布置任务；然后，学生完成减速器装配草图一张、减速器总装图一张、轴与齿轮等零件图以及6000～8000字设计计算说明书一份；最后进行课程设计答辩，按照图纸、设计说明书与答辩情况评定成绩。
减速器设计题目主要存在以下问题：题目单一，只是设计参数略有不同，学生可借鉴的资料很多，课程设计雷同现象比较严重，甚至出现一些抄袭现象；课程设计时间一般为2周，学生设计期间非常紧张，大多学生需要晚上加班才能完成。学生忙于应付完成课程设计，很少有学生主动去图书馆查阅相关的资料；老师一般需要指导2个班，工作量很大，老师很难保证照顾到每一位同学；课程设计的设计内容与传动方案长期不变，学生可以根据设计指导书按部就班地进行，无法调动学生的积极性与激发学生的创造性思维，不能满足现代工程教育创新训练的要求；每一个同学单独完成一个题目，同学之间的交流与讨论较少，团队协作精神难以培养。
二、课程设计题目探索
针对目前课程设计中存在的问题探索通过柔性化的课程设计题目调动学生的积极性，以激发学生的创造性。通过非固定的设计题目逐步锻炼学生的设计构思能力，使学生克服思维定势的影响，针对新的问题能够正确运用形象思维与抽象思维，找到问题的最佳解决途径。作为机械设计基础课程的实践性环节，为了使课程设计与机械设计基础课程紧密结合，非固定设计题目也要求包含机械设计基础理论课程的主要内容，要确保课程设计结束后使学生对机械系统的设计有一个清晰的思路，掌握机械系统的一般设计方法。因此，在课程设计过程中，尽管设计题目不同，但都要求包含传动方案制订、动力参数计算、传动的设计计算、总体设计、结构设计、关键零部件校核等环节。对于所有的设计题目，要满足统一的设计要求，如表1所示。
课程设计学生分两部分开展，一部分学生设计题目由老师确定的题目库中选取，另一部分学生可以根据老师的设计要求，结合实际工程需要或机电产品竞赛提出新想法自己拟订设计题目。老师确定的题目库主要来源于科研题目、历年的本科毕业设计与各类机械创新设计比赛。目前共收集了56个题目，每年根据实际情况适当增加。比如设计题目1“新型抽油机设计”，要求设计的抽油机效率高且受力均衡，已完成的设计：对电机换向抽油机的结构作了改进，配重箱由整体式改为分体式，导向轮设计为固定轴和浮动式双轮组成的自动平衡式，电动机通过电控系统控制实现正反转动，实现抽油杆上下往复运动，包含减速器、带传动与连杆机构。设计题目2“发电厂可俯仰式悬臂堆料机设计”，要求能够解决煤场的死角残煤问题，提高煤料的有效使用率与煤料堆取装置的工作效率，已完成的设计：堆料机的主要结构包括悬臂架、堆料胶带输送机、变幅机构、回转机构、驱动装置、配重、头部卸料滚筒等，堆料机俯仰动作通过液压驱动的油缸伸缩来实现。设计题目3“智能果汁机的设计”要求具有榨汁和搅拌功能并且易于清洗，已完成的设计：采用了低速双齿轮啮合和双螺旋挤压榨汁的方案，在此基础上进行了榨汁机的结构设计。设计题目4“风能汽车伸缩装置设计”，设计要求能够实现汽车风力发电设备的自动伸缩，已完成的设计：通过齿轮齿条转动实现滑盖的打开和风力发电机的举升，通过锥齿轮和涡轮蜗杆机构实现叶片的张开与收回叶片。为了避免影响学生的创新思维，上述已完成的设计不提供给学生，只给学生设计要求，让学生自己论证方案进行课程设计工作。 作为一个新的设计题目，需要进行方案的反复论证、设计计算、装配图与零件图的绘制等工作，工作量很大。此外，尽管学生在实验室或实习现场接触过机械产品，但缺乏机械产品设计方面相关的设计训练，单靠一个同学很难在2周内完成。为了顺利完成课程设计要求的内容，课程设计通过组队的方式进行，根据题目的难易程度确定3～5名同学为一组。学生以小组讨论的方式对设计方案进行论证，分工开展设计，指导老师进行指导，完成相关设计计算和详细的结构设计。在实际的企业产品研发中都是通过研发团队来完成，课程设计通过组队可以逐步培养学生的团队协作精神，有利于在以后的工作中快速融入到研发团队中。
答辩是课程设计的最后一个重要环节。答辩由各组组长负责总体介绍，主要介绍设计思路、计算与结构设计过程，各小组成员分别介绍其主要的工作，最后由答辩小组给出答辩成绩。答辩小组由3名指导老师组成。通过答辩可以明确小组成员的主要工作量，使學生发现设计与计算中的问题，有助于提高其解决设计工程问题的能力，同时也可以避免出现个别学生偷懒的现象发生。
三、课程设计成绩评定
课程设计的成绩涉及评价体系的公平性，也直接影响到学生的学习积极性，因此，必须要对课程设计的各个环节进行质量监控，建立一套行之有效的质量评价标准和评估指标。评价体系主要依据计算说明书、设计图纸与答辩情况确定。根据每一组同学的问题分析能力、设计能力、计算能力与创新能力进行评价。课程设计成绩主要包括两部分，指导老师评定成绩占80%，学生自评成绩占20%。指导老师评定成绩。评价指标主要包括：方案分析占20%，观测点是方案分析的合理性与创新性；设计计算占15%，观测点是装置运动与动力参数计算、主要传动计算、材料选择、关键零部件校核是否正确；装置结构设计占35%，观测点是结构设计的合理性、完整性以及图纸的规范性；个人在团队中的作用占10%，观测点是个人设计中的积极性和工作量。学生自评成绩主要由所有小组成员根据每个成员在课程设计中的贡献讨论确定。
四、结束语
培养具有创新意识的工程技术人才是一项复杂的系统工程。本文改变以往统一用减速器题目的传统模式，采用非固定题目的方式进行机械设计基础课程设计，对课程设计教学体系进行了有益的探索。学生在课程设计过程中遇到许多新问题，需要自己动手查资料，小组成员共同讨论解决，逐步培养学生解决新问题的思路和方法。由于许多设计题目是实际的工程技术问题，除了机械设计基础理论课程知识外，还涉及各专业的知识以及液控、电子等方面，对于学生利用所学知识解决实际问题能力的培养具有重要意义。
参考文献：
[1]管荣根，顾玲.《机械设计》课程的创新教学实践[J].高等教育研究，
2004，20（1）：85-87.
[2]徐淑珍.机械类专业学生创新能力培养的研究与实践[J].石油教育，
2008，（4）：44-46.
[3]安琦，郑丽华，刘伟，等.机械设计课程设计教改探索[J].高等工程教育研究，1999，（1）：95-96.
[4]徐艳敏，郑国芬，欧阳秀兰.机械设计基础课程改革的探索与思考[J].广州航海高等专科学校学报，2010，18（4）：46-48.
（责任编辑：王祝萍）