矿山机械设计论文

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第1篇

Key words： outstanding engineers；Basic Mechanical Design；mining engineering

中图分类号：G423.07 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2016）07-0202-02

0 引言

知识经济时代，教育的使命在于知识的创新和创新型人才的培养。《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010-2020年）》以及《国家中长期人才发展规划纲要（2010-2020年）》中，均把“卓越工程师教育培养计划”列为重大改革项目，以促进我国由工程教育大国向工程教育强国转变。《黑龙江省高等教育综合改革试点实施方案》把我校列为实施卓越工程师教育培养计划试点学校之一。“卓越计划”的核心便是对学生工程能力和创新能力的培养。2012年，黑龙江科技大学最先在采矿专业成立了采矿卓越班。从基础课教学的角度考虑，怎样配合卓越计划来开展课程教学，这是一个值得思考的问题。

1 采矿卓越班的学生状况

采矿卓越班学生大部分来自农村，且班级没有女生，因此班级学习气氛比较浓厚，班级具有很强的凝聚力，学生对机械有很大的兴趣，并有一定的动手能力，对新鲜事物有很强的求知欲。

2 机械设计基础课程的特点

机械设计基础课程具有一定的理论性和很强的实践性，是介绍机械基础知识和培养学生设计能力的课程，主要以组成机器的常用机构及通用零部件为研究对象。课程的主要任务是培养学生设计通用零件和机械传动装置的能力，掌握重要机械参数的测定以及运动标准、规范、手册、图册和查阅有关设计资料进行初步的工程设计能力，培养学生分析问题、解决问题、动手实践和创新设计能力。

3 针对采矿卓越班的教学改革

3.1 合理设置授课内容

机械设计基础课程涉及知识面广、知识点多，因而结合采矿专业的特点和需求，在授课内容方面尽可能贴近专业背景即从教学内容的设置、教学实例的选取、典型机械设备在行业中的应用，到相关实践环节的安排，都尽可能贴近采矿专业背景；学时的安排上应该压缩太专业的理论学时而提高实际应用能力的学时。如在讲解各种常用机构如齿轮时，结合采矿专业的特点重点讲解其组成、特点、工作原理及应用，对理论性较强的公式等内容则只强调公式中个参数的选取，意义即可，不必过多讲解公式的推导；在引入案例时侧重于与采矿专业相关的设备，如矿山机械、起重机械、带式输送机等，极大激发了学生的学习兴趣，加强了知识的连贯性和统一性，对后续专业知识的学习奠定了基础，并且培养了学生的工程实践能力。

3.2 案例教学，激发学生的兴趣

在传统的黑板教学、实物和图像等课堂讲授的基础上，充分利用现代化的教学手段，采用多媒体教学，将课程教学内容条理化、简明化和形象化，用学生日常生活中用的或常见的实物案例和录像增加学生的理解，如在讲解运动副时可通过教室内的风扇，门的合页，校园内的运动器材等形象生动地让学生了解转动副的组成及其工作原理，拓展教学空间，增加教学信息，尽量达到化繁为简和化难为易的目的，丰富教学内容。

为了让学生能更好地了解机械零部件在矿山设备中的应用，机械设计基础课程教师利用各种机会到各地矿山、井下、矿山机械厂，煤机厂等进行实地考察学习，拍摄了大量的矿山设备及其关键零部件（齿轮、轴、轴承、带、带轮、链条、链轮和箱体等）相片，并录制了真实的相关机器的作业视频画面，把搜集到的大量资料整理后插入到多媒体课件中，从而在一定程度上丰富了课程内容。同时，也为提高课程的讲授质量提供了有力保障。

3.3 课后作业与具体实际问题相结合

课后作业的主要作用是使学生进一步理解和巩固课堂上教师所讲授的知识，但如果作业的内容仅限于抽象的公式推导和数据分析，学生势必以完成任务的心态去完成课后作业，而不会进行深入思考与观察，因此学生不仅对课后作业的兴趣不高，而且可能产生逆反心理。为此课程组编撰了一系列与生活及工程实际相关的习题，包括钟公交车车门开闭机构运动见图的绘制，汽车变速箱钟齿轮机构的各档传动比计算，螺旋式千斤顶的自锁条件等，此类结合生活实用装置与生产实际的题目大大激发了学生的兴趣，对学生起到了良好的课后训练作用。

3.4 发挥虚拟仿真技术在课程教学中的作用

机械设计基础课程具有很强的实践性，即使在课程讲授中采用多媒体动画和实验等多种方式，但学生的实践经验明显不足，通过虚拟仿真技术在课堂中的应用，可在一定程度上弥补相片或视频的不足，提高学生对相关知识的理解。

针对机械中的典型零部件如齿轮、轴和轴承等，通过课堂讲授可以让学生了解掌握其特点，组成及工作原理，但学生并不能真正的了解它们真实的、具体的工作过程与实际应用，通过虚拟仿真技术模拟现实设备，一方面，让学生置身与计算机还原出的虚拟设备中，可以解剖开整个设备，并从各个角度了解、掌握其内部结构及各个组成零部件的机构特点，弥补了相片或视频的不足，从而让一些抽象知识直观化，具体化，加速学生对相关知识的理解、消化与吸收；另一方面鼓励学生参与机械设计基础教学内容相关的虚拟设计，建立资源库，不仅可以丰富教学素材，也可以提高学生的学习兴趣与应用能力。

3.5 增加创新设计大赛

结合课程特点与专业特色，针对实际生产生活中的实例，在班级设置创新设计大赛，以提高学生发现问题、分析问题及解决问题的能力，具体方式可以采用计算机应用或实际小制作，从而提高学生的软件应用能力和实际动手能力。引导学生自学机器或机械方面的小发明、新型传动、机器人等知识，并在学生的创新设计作品中选出优秀的参加学校组织的创新大赛，并相应在平时成绩中给予适当加分措施，提高学生的积极性。

3.6 微信助学

卓越班虽然是小班上课，但也是1名教师面对30名学生，而且考虑学生的个性不同，仅凭课堂的交流时间，教师并不能掌握所有学生的学习状态，学生存在的问题也不能及时反馈给教师并获得解答。

通过微信，教师在课堂教学之外，可以把本次课程的重点难点内容上传到微信互动平台以供学生课下反复学习，学生可以随时发表评论和回答问题，并对于个别不自信的学生还可以通过私聊方式获得教师的解惑；教师可以了解到学生的学习状态，知识掌握程度，并且因此不是面对面交流，可以使学生与教师之间的沟通更随性，更拉近教师和学生的距离，师生互动变得容易，从而进一步提高学生学习的积极性。

3.7 考核方式的改革

培养卓越工程师的核心思想是在加强文化知识的基础上，强化工程实践能力、设计能力和创新能力，因此在课程考核方式上也应该有所体现，即平时成绩占50%，期中考试成绩占20%，期末成绩占30%。在考核中应该重视学生能力，在平时成绩中出勤及课堂表现占10%，作业10%，实验10%，创新设计10%，其他10%（包括小制作、小发明，和科技论文等等），在平时表现中采取适当加分策略鼓励学生主动思考，积极发言；卷面考试分两次期中和期末考试，机械设计基础课程内容杂，章节之前关联性不是很大，学时多，一般为60学时，因此当课程快结束时，学生为了期末考试只能拿出大量时间和精力来复习书本上的知识点，考试内容也多为课本知识点的再现，学生是为了考试而学习，造成了学生重知识而轻能力，而这与卓越计划相违背，因此为了提高学生能力的培养，在卷面考核中增加期中考试，可以减轻学生学习负担，把更多时间和精力解放出来，放在实验、创新设计、小制作小发明上，从而提高学生的操作动手能力、创新能力。通过考核方式的改革，卓越班学生与普通采矿班学生的成绩相对比，卓越班的平均成绩，优良率和及格率都比普通班要高（见表1），具有一定的推广价值。

第2篇

关键词：卓越计划；课程设计；校企合作；系统化设计

课程设计是教学中非常重要的实践环节，它不仅仅是培养学生分析问题、解决问题的能力，提高实践创新的能力 [1 ]，而且是学生将所学的专业理论知识应用于实际的最佳途径 [2 ]。然而，目前针对课程设计进行改革实践的研究并不多，大多集中在毕业设计改革上。课程设计是实践教学环节中最为关键的教学环节之一，在整个实践教学中起到了承上启下的作用，既是专业课程的综合应用，又是毕业设计的基础和铺垫。因此，课程设计要具有综合性强和接近工程实际的特点，通过课程设计，培养学生的实践创新能力及团队合作精神，实现符合产业需要的高素质应用型人才培养要求。因此，课程设计工程化改革已势在必行，使其具有综合性强和接近工程实际的特点。

一、 “卓越工程师”教育培养计划

教育部“卓越工程师教育培养计划”是贯彻落实《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010-2020年）》和《国家中长期人才发展规划纲要（2010-2020年）》的重大改革项目，也是促进我国由工程教育大国迈向工程教育强国的重大举措。该计划旨在培养造就一大批创新能力强、适应经济社会发展需要的高质量各类型工程技术人才，为国家走新型工业化发展道路、建设创新型国家和人才强国战略服务 [3 ]。“卓越计划”具有三个特点： 一是行业企业深度参与培养过程；二是学校按通用标准和行业标准培养工程人才；三是强化培养学生的工程能力和创新能力。

在中国从制造大国向制造强国转型的关键时期，工科院校创建以培养机械类卓越工程师为导向的教育模式，更加强化了学生的服务企业的工程意识及工程素质 [4 ]。

二、教育理念的深刻变革

结合学校办学定位和人才培养目标定位，我校在实践中凝炼出“大德育、大工程、大实践”（简称“三大”）教育理念，其中，“大德育”是先导，体现做人的素质，“大工程”是背景，体现社会需求，“大实践”是核心，体现做事的能力 [5，6 ]。

“三大”教育理念要在课程设计中加以落实，使卓越工程师培养与课程设计更好地结合，是应用型本科院校不可忽视的重要问题。课程设计要面向社会需求，核心是培养学生创新和工程实践能力，确保知识、能力、素质的综合发展，把学生能力培养贯穿到课程设计的全过程中。

三、课程设计依托校企合作

目前多数学校都在一定规模进行校企合作，且多集中在毕业设计阶段。在近几年毕业设计的指导过程中，我们发现多数学生的机械专业基础知识还比较扎实，但工程素质较差，对性能指标的要求、成本控制等没有概念，仅仅局限于要求功能的实现，这是不满足“卓越工程师”培养计划要求的。

我校作为黑龙江省唯一一所以矿业工程为特色的本科院校，立足“大矿业”特色，根据专业特色加强与煤矿企业的联系，与黑龙江省四大矿业集团都建立了多方位的人才培养基地。通过与鸡西煤矿机械有限公司合作，成功申报了国家级工程实践教育基地。工程实践教育基地的建设和发展为实践教学改革提供有力的保障。在制定课程设计规范和要求时，聘请企业的专家和技术人员共同拟定符合社会需求的，体现应用性和创新性的课程设计文件规范。

选择和适当简化企业的真实项目，引入课程设计，开发出一系列与生产实际紧密相关的课程设计题目，实现实践教学与企业接轨，要求学生进行系统全面的调研和分析，确定设计方案。

四、系统化的设计原则

课程设计采取小组分工形式，组内成员分别调研后讨论，确定总体设计方案，再由组长根据组内成员的特长进行局部计算和结构设计等的分工，每个小组成员之间的工作都是相互关联的，这样达到互相监督、共同进步的目的。同时也培养了学生的团队合作意识和互帮互助的工作作风。

对于矿山机械课程设计，分为提升运输机械设计、采掘机械设计和矿井通风机械设计三部分，学生根据个人兴趣和就业意向选择其中的一部分进行设计。例如进行矿井提升设备选型时，要求学生对当前矿井所用的提升设备进行调查，吸取实践经验以改进设计工作。做设计要有发展的观点，既要考虑到当前，也要考虑到长远。对于主提升设备，一般对第一水平要留有20%左右的富余能力。另外在选型设计时往往要提出几个方案进行比较。再如顺槽带式输送机的选型设计，首先应清楚顺槽运输多为几台带式输送机搭接运输，所以必须根据现场的实际情况，即按要求的输送能力并考虑各台设备之间搭接转载运输时结构及尺寸上的要求，合理地确定每台带式输送机的形式及铺设长度。原则是设备投资及运转费用最少，即最经济同时也要便于管理。井下电机车运输选型设计，应考虑运输量、采煤方法，装煤点集中、贮煤量大和运距较长时，应选用较大吨位的机车，否则选用小吨位机车。另外还考虑运输人员、材料和线路维修等业务配备小吨位机车。本课程设计包括选型计算和绘图两部分，学生可按设计任务书中给定的原始数据进行计算。绘图部分，如提升机房布置图、机房布置形式及带式输送机装置图可参考相关手册选用，并结合调研情况进行相应的设计。设计及计算步骤力争完整、清晰、简洁，图纸绘制符合制图标准及相关要求。

对于液压传动课程设计，考虑学时及设计工作量，将典型液压系统的设计分解为总体设计和典型的液压元件的选型和设计。将学生分成几个小组，组内成员协作完成整个课程设计内容。其中液压缸是液压传动中的典型的应用最广泛的元件，因此每组内都要求有液压缸的设计计算和绘图。液压缸是液压传动的执行元件，它与主机及主机的工作结构有着直接的联系。不同的机型和工作机构对液压缸则有不同的工作要求。因此在设计液压缸之前，首先应了解主机的用途和工作条件、工作机构的结构特点、负载值、速度、行程大小和动作要求、液压系统所选定的工作压力和流量等作为设计原始依据的主要内容，这就要求学生在设计前充分到企业和生产实际中了解和分析总结。

五、课程设计改革实践效果

经过对我校机械工程学院两届学生进行课程设计改革试点，发现多数同学能够按照指导教师要求深入企业，详细调研，全面分析，确定出合理的设计方案。计算内容完整，图纸绘制规范。这期间，企业教师的指导起到了非常关键的作用，他们将设计经验无私地告诉学生，使学生少走了许多弯路。学生由循序渐进地完成一个系统设计，掌握了系统设计思路，大大提高学生综合设计能力。

参考文献：

[1]曹贺，孙月华，赵存友等. 机械设计专业创新训练体系的构建与实践[J].实验技术与管理，2011，7：171～173.

[2]刘波粒，刘泽军. 浅析本科生毕业设计（论文）质量滑坡的原因及其对策[J].中国高教研究，2007，7：89～90.

[3]教育部启动实施“卓越工程师教育培养计划” ――面向工业界、面向世界、面向未来，培养卓越工程师后备人才[J].中国大学教学，2010，7：4～5.

[4]吴雪峰，薛铜龙. 基于卓越工程师培养计划的“机械设计”课程设计改革[J]. 中国电力教育，2013，13：107～108.