测控技术与仪器专业机械设计
分类：电子论文2019-12-24浏览量：169
“精密机械设计”是测控技术与仪器专业的一门专业基础课。在本文中，我们为学生就机械知识进行了广泛的训练，从课堂上的延伸教学知识到课后作业练习。通过教师的知识指导和机械设计成果的分享，使学生对机械的原理与结构有更深的理解，激发了学生的设计欲望。经过多年的拓展教学探索，学生的机械知识在实践中的应用能力得到了提高。本文对工程教育的发展提出了合理而有益的思路。
关键词:精密机械设计;测控技术;拓展教学
测控技术与仪器专业学生的毕业目标是要能够应用数学、物理学、电学、光学和机械工程学中的基本原理和相关专业知识，识别、表达、并可利用文献，研究分析仪器科学与测控技术领域的复杂工程问题，以获得有效结论[1～3]。而学生要实现毕业目标，那么对于理解控制对象的基本构成、运动原理，熟练掌握机械结构知识也是非常重要的。在测控技术与仪器专业中专业课程有47门，除基础课以外，与电子电路、信号处理，仪器设计有关的专业课有33门，但涉及到机械工程学的课程仅包括“工程制图”，“精密设计基础”、“仪器制造工艺性”3门课程。在教学过程中我们发现，测控专业的学生对于电子电路的设计得心应手，但是在面对仪器的结构设计时会无从下手。在面向工程性的综合性人才的培养要求中，我们的目标是希望学生能够在毕业后的工作岗位上能够充分展现自己的创新设计能力。在现有的条件下，如何弥补学生的薄弱环节，提高学生的工程实践能力，强化培养学生的工程能力和创新能力，这一直是我们的教学研究方向之一。对于强化培养学生的工程能力和创新能力、适应当前就业与工程应用也有着重要意义和应用价值。而在教学中培养适合工程需要的应用型人才也是我们高等教育中一直追求的目标[4～5]。本文描述在我校“精密机械设计”课程的教学过程中对于加强测控专业学生的机械设计能力进行的探索性研究。
1课程目标
测控专业的“精密设计基础”的教学内容包括有课堂授课、实验课程、课下自学和综合课程设计四个环节。在作为“精密设计基础”课程的授课教师，期望能够通过在授课、实验和课程设计的过程中，能够加强测控技术专业学生的机械设计能力。在布置自学内容的前提下，为综合课程设计的完成掌握必备的基础知识。在测控技术专业背景条件下，加强工程机械实用技能的训练，提高对精密机械基础的识图、绘图和设计能力。突出本专业电子电路的特色优势，应用交叉科学拓展应用，为学生的理论与实践能力打下基础，为创新精神与创业活力提供知识支撑。从学生的角度可以促进学生就业，促进学业进步。从测控技术专业的角度促进工程化教育，促进一流的专业的创新改革。
2研究方法
“精密机械设计基础”是我校二年级学生的专业基础课，学生已经完成的“工程基础绘图”课程的学习工作，还具备基本识图和绘图能力。从工程应用的角度，进一步提升测控技术专业学生的机械设计能力，拓展学生的知识面，在相关电子大赛、提升学业、就业等方面都会起到不同程度的促进作用。在测控专业机械知识拓展教学的探索性研究过程中，主要以工程实例认知、设计工具自学掌和实践自主设计为主要研究方法。在课堂教学的过程中，讲授基本的机械知识，通过已有的机械设计教具和仪器的展示认知，加强对机械零件的原理、构造、应用的认识。在掌握并完成书本中的知识性的问题之后，给每一位学生都布置相应的设计作业，例如使用绘图工具来完成相应的零件的设计工作。在完成设计作业的过程中，掌握绘图软件的基本操作，例如软件的三维图形绘制，工程图转换等。通过课上知识讲授、课后作业的完成，课下自学等方式进一步提升学生对知识的掌握与运用。根据课程的授课内容不同，采用不同的教学方法。(1)教材知识的掌握:所选教材涵盖了精密机械设计中全部基础内容。课程改革过程中对于课程的目标要求所有对于课程的内容会有取舍，授课教师可结合自身的项目科研经历能够更生动地讲述不同机构的功能特点，例如仪器中机械结构与测控技术的结合、机械计量与电子计量的不同，机械传动与驱动控制的结合等。增强课堂教学知识的趣味性与实践性，这都与授课教师不断提升自身的科研水平、集体备课，持续学习是分不开的。(2)掌握绘图设计工具:当前的设计工作都采用计算机辅助设计，建议学生能够基本掌握一种常用的计算机辅助设计绘图工具软件，例如Solid-Works，UG，ProE等三维绘图软件。软件工具相对功能较复杂，通过给每一位同学布置的零件设计作业，从图片中转换到零件三维图和工程图，如图1所示是布置给同学的部分零件图纸。通过图纸的转换绘制工作，学生能快速掌握绘图软件的基本应用。常用绘图软件的学生版本或者试用版本基本能够满足学习的要求。要求绘制的零件多为授课教师在科研中实际的机械设计结构的零件和部件，这既便于授课教师指导学生，又可让学生从实际工程应用入手，认识工程实践中的零件的三维模型建立、零部件的装配、工程图的转换等工作。这有效的弥补了课堂知识的学习到实际的检测仪器设计过程中转化环节的不足。这对于学生建立工程设计意识是至关重要的。(3)教师分享研究成果:作为授课教师将自己科研中的设计、以及平时收集到的机械设计的相关资料，例如设计产品模型，机械设计资料通过网盘的形式分享给学生，让学生能够通过课下的时间通过网络资源来丰富自己的机械知识。同时授课教师实际的工程经验不仅在课程设计的过程中给予学生指导，而且还会在各类竞赛中给予学生一些有益的建议，促进学生的创新意识，拓展学生的创新思路，并在大赛中取得了优异的成绩。(4)课程实践能力拓展:通过课程实践了解机械型的测量仪器的使用方法，工作原理。在课程实践中，利用教学改革和课程实践的资助，购买多种类型的机械式的测量仪器与工具，例如百分表、开伞器、测厚仪、经纬仪等精密仪器设备供学生拆装、研究，如图2所示。通过课程实践，将提供给学生更多的实践经验，来丰富学生最缺乏的实践知识与动手经历。对于测控专业机械知识拓展教学的研究的总体框架如图3所示。
3成果展示
让学生从实际工程应用入手，学生们能够利用绘图软件完成三维模型的建立、系统的装配、工程图的转换等工作。学生通过进一步的自学，可以利用三维演示看到机械机构是否有干涉、并可以对机械机构进行力学分析、结构仿真等工作。这将改善测控技术专业学生在“机械”方面的薄弱环节。从2014年至2017年经历的四轮的教学工作，在测控专业机械知识拓展教学的研究过程中取得了一些成果，学生们的机械设计也较往届学生有更深入的认识，图4展示部分学生的课下作业完成的零件。图5是课程设计中设计的百分表的零件的图纸。在精密机械设计课程的教学过程中，应用理论与实践相结合，从实际的设计内容出发，采用了实例教学方法，使得测控专业学生能掌握基本的机械设计技能，也是作为授课教师们所期望的目标。而机械知识的灵活运用也为测控技术专业学生在大学生创新实验、大学生创新设计大赛等方面取得优异成绩奠定了基础。
4结语
测控技术专业的机械知识拓展教学是以“精密机械设计”课程为基础的。在教学过程中，通过多年对课堂教学、作业训练、课程设计等内容的设计完善，学生能由浅入深地不断探索和研究机械设计知识，学生的机械设计能力也不断提升，这为学生今后的工程实践和就业打下扎实的基础。本项目将在后续教学过程中不断探索，完善教学内容，总结教学方法，不断提高学生的工程应用能力。
作者：秦勇 刘二亮 王丽杰 单位：哈尔滨理工大学 测控技术与通信工程学院 机械动力工程学院
