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摘要：针对高职院校《机械设计基础》课程传统教学方法的弊端，文章分析了课程内容与知识特点，提出基于三维软件应用的课程项目化教学设计与课程资源开发模式，对机械类专业基础课程的项目化教学改革与资源开发具有一定的参考价值。
关键词：三维模型与运动仿真；机械设计基础；课程改革
一、引言
高职院校的《机械设计基础》课程，主要讲授机械中常用机构和通用零件的工作原理、结构特点、基本设计原理和计算方法，是由理论性认知过渡到实际工程设计的专业基础课程。本课程传统的教学方法和教学手段是利用多媒体、实物教学模型和挂图，再辅以各类教具在黑板上绘制结构图形。因为大多数学生没有工程实践经验，课程学习中的零部件设计以二维图加工程计算为主，设计过程过于抽象化，学生容易感到枯燥乏味。同时，零部设计缺乏全面考虑，设计结果不能验证，自己很难查出问题[1]，这让学生逐渐丧失学习兴趣。所以，传统的理论教学模式完全不能适应当前高等职业教育知识技能融合的要求，基于项目任务驱动的课程改革势在必行。一线教学工作者对《机械设计基础》课程改革进行了大量研究和实践。一方面，引入项目任务驱动法，即根据课程教学内容设置项目任务，实施“以任务为主线、教师为主导、学生为主体”的课程教学模式，激发学生学习兴趣，提高学生的学习参与度[2-5]；另一方面，在教学过程中引入机械三维软件，组织学生通过三维软件进行真实案例的操作和模拟训练，从而强化学生剖析问题和解决问题的能力[6-8]，也取得了一些成效。但在教学改革过程中主要存在以下两个难点：（1）课程的很多知识点为认知和理解比较有难度的抽象理论，项目任务设计载体不好选定；（2）课程资源开发受到人力、物力的限制，课程素材开发需要专业的课程团队和专项经费支持，而且开发周期长，资源更新慢。基于Pro/E、UG、Inventor等常用的机械CAD/CAE集成软件，以三维模型与仿真为主线构建项目任务驱动的《机械设计基础》，既可突破实物载体的限制，又能在教学实施过程中不断积累与更新课程资源和素材，同时对高职学生理论联系实际、提高机械设计动手能力有很大的帮助。
二、基于三维模型与仿真的教学项目开发
（一）课程开发的前提条件
基于三维模型与仿真的《机械设计基础》课程教学改革，首先需要教师具备较强的三维软件应用能力：熟悉掌握机械零件的3D建模、装配、运动仿真及动画制作。其次，学生也要具备一定的三维软件应用基础，掌握机械零件的三维建模、三维装配，了解运动仿真及动画制作过程。所以，本课程开设之前要完成《机械制图》《机械测量》《机械三维建模》等课程的学习，使学生在本课学习中能将三维软件作为设计工具和学习工具以完成课程项目。
（二）课程主要内容分析
《机械设计基础》课程的主要内容为[9]：（1）平面机构；（2）平面连杆机构；（3）凸轮机构；（4）间歇运动机构；（5）带传动与链传动；（6）齿轮传动；（7）蜗杆传动；（8）齿轮系；（9）螺纹连接；（10）轴与轴承；（11）联轴器、离合器和制动器；（12）弹性连接。这些内容可以分为两大类：一是熟悉机构的结构类型以及工作运动原理，了解基本设计过程及相关工程计算，可称为结构运动型；二是熟悉零部件或机构的结构类型与装配关系，了解基本设计过程及相关工程计算，可称为结构认知型。
（三）课程项目设计
分析课程内容的主要知识点后再进行教学项目及任务的设计，设计时既要考虑知识的系统性和全面性，也要考虑项目的可操作性。项目载体的设计思路要遵循学生基本认知规律：由简单到复杂，由单一到综合。结构运动型的内容以三维装配和运动仿真为主，结构认知型的内容以三维建模和虚拟拆装为主。通过三维建模，学生掌握零部件的结构、形状及尺寸参数等；三维装配，使学生掌握部件装配关系、约束条件等；运动仿真，使学生对零部件设计作品进行验证并深化其对运动原理的理解；虚拟拆装，使学生了解机械部件的装配关系与装配顺序，并提供演示动画。根据课程项目设计要求，进行课程资源的开发。课程教学的关键资源为项目任务书、项目操作手册、项目基础资料等。例如，在项目“平面机构3D装配与运动仿真”中，项目任务书要明确项目任务：学生根据提供的3D零件模型和运动类型确定平面机构的约束类型，完成机构的3D装配和虚拟运动，绘制机构简图，计算自由度并与3D虚拟运动进行对比，让学生在教师的指导下完成该任务，必须提供随时让学生参考的操作手册等工具书。同时，课前提供各类平面机构零件的3D模型。对于项目“凸轮机构3D设计与运动仿真”，主要任务是让学生完成凸轮零件设计、3D装配及运动仿真验证，任务书要明确凸轮机构的基本类型、从动件运动行程等，让学生绘制凸轮轮廓线并完成凸轮的3D实体建模、装配及运动仿真。后期经过多轮教学实施和改进，可开发出一体化的《机械设计项目化教程》教材，教材体例可设置为项目基础知识、项目任务与分析、项目实施、项目总结、项目拓展，将相关理论知识放置在项目基础知识中，项目实施则为引入三维软件的设计任务操作。之后，再配套以AR链接、模型动画链接、知识点微课链接、项目操作演示链接等，形成系统完整的课程教学资源。在教学过程中，优秀学生作品可以通过网络课程平台进行冠名展示，激发学生的学习兴趣。同时，课程资源可通过教学项目的实施不断积累和丰富，让师生都成为课程资源的开发者，借助课程信息化教学平台，实现课程资源的不断完善和更新。
三、结束语
万事开头难。基于三维模型与运动仿真对传统《机械设计基础》课程进行项目化教学改革，需要课程教师团队具备较强的三维软件应用能力和项目化课程教学设计能力。一旦他们克服困难，启动教学改革与教学实施，可以极大地提高课程教学效果，培养出适应新时代3D技术大众化要求、具备较强专业能力与3D创新能力的机械类专业人才。
作者:彭广威 单位:湖南汽车工程职业学院
