摘要
对近年来国内理工类院校在工业设计专业下开设的机械设计基础课程的教学内容和模式进行了研究，归纳了教学过程中存在的问题，并在实际教学中综合利用现代信息技术对教学内容、教学手段、实验和课程设计做出了一些有益的改革探索。
关键词
工业设计；机械设计基础；教学改革
从我国开办工业设计专业教育至今，“机械设计基础”课程（部分学校设为“工业设计工程基础”）是我国绝大多数高校工业设计专业的必修课程。其包含了“机械原理”和“机械零件”两部分内容，主要针对产品设计过程中机构运动原理、能量传递、受力特点、零部件间的连接及结构形式展开学习与讨论，是产品设计中将概念转换为实际可加工、可使用的产品的关键[1]，这方面的技能也是企业工作岗位所关注的，因此该工程类课程的开设，为培养适应社会需要的工业设计专业毕业生是很有必要的。
1当前教学中存在的问题
尽管工业设计专业在我国高等教育中发展了三十多年，但是整个教学体系和内容并不完善，且在实际的教学中，我们发现存在着这样一些问题：
1.1偏重理论推导，学生理解困难
由于工业设计专业的特殊性和传统教学偏于工科的理论讲授，“机械设计基础”课程知识点多而抽象，所要求的先修课程，如“理论力学”和“材料力学”等课程要么未开设，要么学时数很少，课程基础的薄弱使得学生理解起来非常困难，造成该课程与专业框架下的其他课程脱节，孤立的知识点和抽象的概念使学生对产品设计中的工程问题很难形成全面系统的认识，造成学生对自身能力的不自信甚至对专业的反感。
1.2教学案例与工业设计专业结合不够紧密
该课程的教材大多以工业设计专业学生很少接触到的冲床、内燃机、牛头刨床等工程机械设备为案例，而该专业学生将来的研究对象多为交通工具、家居产品、电子数码产品等，两者结合不够紧密，这造成了学生在认知和理解上的很大障碍。尤其是该专业先导课程注重艺术素养的培养，使得学生更是觉得“机械设计基础”课程抽象、空洞，无法实际运用到今后的学习、工作之中。
1.3实验学时少，走过场现象普遍
由于实验条件和实验环境等多方面的限制，每个学生接触实验设备和操作实验的机会仍然很少，大多数学生是在看实验而不是在操作实验，简单走过场似地完成任务，这使得教学效果不够理想。同时某些关键实验，如“机构运动简图测绘”，该实验往往选择重工设备或其部件作为实物分析对象，而工业设计专业的同学更为关心和更有吸引力的轻工设备和家用设备则涉及较少。
1.4课程设计重计算，轻方案
“机械设计基础”课程除了一般课堂教学外，还包含课程设计环节。目前课程设计题目以减速器设计为主，题目中已经给定方案，学生的主要任务是进行传动计算和相对固定的结构设计。减速器包含了“机械设计基础”课程中所讲授的大部分零件，其设计过程是学生对所学的课本知识进行巩固和应用的过程。但由于这种课程设计过多地强调了对理论知识的深入理解，并没有与工业设计中所要求的造型与色彩、形式与外观有机结合起来，与该专业学生的培养目标不太一致。
2教学模式和方法改革的措施
针对上述问题，本课题对工业设计专业“机械设计基础”课程现有的教学模式进行有针对性的创新调整，利用现代信息技术将计算机辅助几何设计、三维造型设计和虚拟仿真技术引入“机械设计基础”教学中，构建新的教学模式和教学环境，提高学生的学习兴趣，深化与工业设计专业其他课程的交叉融合，以符合工业设计专业人才培养的目标，并满足专业长远发展的需求。
2.1引入基于CAD工具的机构设计图解法
工业设计专业学生的培养，主要是学习设计产品外观造型与工程结构，而对于产品（机械）内部工作原理层面的知识点的背诵和计算题、应用题的解答均不是其培养重点。在学习机构分析和设计的方法中，图解法比解析法更加直观和易于理解，但传统的手工绘图存在修改不方便和精度较低的缺陷，而采用CAD软件绘图则可避免这种缺陷。使用CAD软件进行二维绘图和三维造型设计的能力是工业设计专业学生的基本功之一，因此在教学过程中，引入切合工业设计学生知识结构特点的计算机辅助图解法进行机构设计，并应用于作业、设计性实验和课程设计环节中，对于促进学生进行设计实践有重要意义。除了让学生掌握基本的图解法原理之外，我们还基于UG软件开发了一套机构分析和设计的图解法软件，学生只须通过简单的几步操作即可完成诸如铰链四杆机构和凸轮机构的分析和设计。将该软件应用于课程设计环节，学生可以快速方便地对机构方案进行分析和对比，从而投入更多的时间精力进行结构等方面的设计。
2.2增加适合案例
利用现代CAD技术，以贴近生活、适合工业设计专业的缝补机械类、交通工具类、运动健身器材类、儿童运动玩具类和服务机器人等灵巧机械产品为主，构建三维虚拟的应用情景教学环境。通过构建相关机构和零件的立体模型，从而设计出面向辅助教学和自主学习的虚拟仿真多媒体教学系统，这样一方面可以帮助老师更好地讲解课堂知识点，加深学生对知识点的理解和掌握，激发学生的学习兴趣；另一方面学生可以课后针对课堂知识点，尤其是知识难点进行学习，利用该辅助多媒体教学系统进行知识点的消化和吸收。
2.3开发虚拟实验，虚实结合
与学院机械基础实验室相结合，构建虚拟实验室，开展网络实验教学。例如在机构运动简图测绘实验中，我们利用Unity3D开发了挖掘机执行机构的交互操作小游戏，学生可以通过键盘控制铲斗、前臂和大臂的运动来实现各种动作，在游戏中理解铰链四杆机构的运动形式及类型演变和极位等概念,在充分了解其运动原理后，绘制运动简图。在零件结构和装配虚拟实验室中，学生利用计算机进行面向工程对象的虚拟装配设计，在虚拟环境中直接操作和设计，这样不仅能帮助学生进行装配设计的学习，加深学生对课堂知识的理解和掌握，而且能将课堂知识灵活地运用到工程实践中去。虚拟装配完成后再对现实中的实验设备进行实际装配，来验证虚拟装配的正确性，同时可以提高学生的动手操作能力。通过虚拟实验和实体实验相结合的方式，这样不仅能帮助学生验证课堂知识点在工程中的应用，还发挥了学生的创新意识，增强了学生学习的积极性和主动性，提高了实践教学效果。
2.4开发课程设计网络平台，改革课程设计模式
开发课程设计网络平台，该平台集成了课程设计所需的各种资源，包括相关标准和规范、机构分析的图解法工具、方案评价工具、各种传动零件的强度计算工具等。利用这些工具学生可以有效地减少计算所花的时间，从而把精力投入到方案创新设计上。改变传统的课程设计一题多参数的教学模式，实现多题多方案。除老师指定的题目外，还可利用网络平台征集学生感兴趣的课程题目，从中挑选出有教学意义和教学内容的题目作为课程设计的对象。允许学生展开想象,自由发挥,最后通过展示和点评把学生引导到机械设计的原则轨道上来,以此形成生动、开放的教学氛围和积极的师生互动关系,激励学生主动思考、合理思考。老师也要对学生的疑点难点进行解答，最后帮助学生顺利完成他们的设计题目。
3结语
“机械设计基础”是工业设计专业的主干课程，运用传统的教学方法或相关的教学资料来教授或学习均不能完全达到该专业对本门课程的要求，因此对教学内容、教学方法乃至教学模式的改革势在必行。本文针对我校该课程教学改革的一些探索做了分析介绍，希望这些教学改革的方法能为其他高校提供一些借鉴，以此来丰富和完善该课程的教学，使其能在特定专业下与艺术、人文等相关课程进行有机结合，为我国培养出优秀的工业设计人才。
作者：王黎辉 刘志强 朱永梅 单位：江苏科技大学机械工程学院
参考文献
[1]陈昊.工业设计专业“机械设计基础”课程教学创新与探索[J].大众文艺,2012(15).
[2]吕凤霞,别锋锋.工业设计专业“机械设计基础”课程教学改革探索[J].时代教育,2010(6).
[3]帅玉妹.工业设计专业“机械设计基础课”程教学实践[J].科技创新导报,2010(31).
