《机械优化设计》课程教学方法

摘 要：简要介绍了《机械优化设计》这门课程,并阐述了在《机械优化设计》课程教学中采用的一些方法.在教学中采用这些方法将能提高学生的学习兴趣,开拓学生的创新思维,增强学生的工程实践能力.

关 键 词：《机械优化设计》；形象化；实践；教学方法

中图分类号：G642.4文献标志码：A文章编号：1674-9324（2013）39-0098-02

优化设计是20世纪60年代初发展起来的一门新学科,它是将最优化原理和计算技术应用于设计领域,为工程设计提供一种重要的科学设计方法.利用这种新的设计方法,人们可以从众多的设计方案中寻找出最佳设计方案,从而大大提高设计的效率和质量.最优化设计成功运用于机械设计还是在20世纪60年代后期,虽然发展时间不长,但是发展迅速.在机构综合、机械零部件设计、专用机械设计和工艺设计方面都得到了应用并取得了一定的成果[1-3].目前国内许多高校机械专业都开设了《机械优化设计》这门课程.通过《机械优化设计》这门课程的学习,首先应当使学生具有优化的思想,了解一些优化方法的原理,掌握一些优化的方法,为以后更好的工作打下扎实的基础.但是本课程中一些枯燥的数学推导及公式难以引起学生的学习.如何提高学生的学习热情,并使学生较快掌握一些优化方法,一直是笔者在从事《机械优化设计》课程教学中思考的问题.下面介绍笔者在从事《机械优化设计》课程中采用的一些方法和经验.

一、培养学生学习本课程的热情

学习《机械优化设计》这门课程的学生早已先修了机械原理、机械设计等课程,笔者在教学之初常常告诫同学,对于一名工程师设计人员来说,仅仅具有机械原理机械设计方面的知识是远远不够的,只能进行一些传统的设计.而传统的设计只是重复分析产品的性能,而不是主动地去设计优化产品的参数.从某种意义上讲它没有真正体现“设计”的含义.因此,对一个工程设计人员来讲,应当在产品设计的过程中始终要有优化的思想.当然光有优化的思想仍然是不够的,还要有优化的能力,掌握一些优化方法.笔者在开课之初,通常会给学生这样一个检测设.如果甲、乙两位同学供职在同一个企业,企业老板让两人分别提出他们的方案来解决公司中某一产品的问题.甲很快将自已的解决方案提交给公司老板.乙经过分析考虑,在甲之后也提交了方案,乙的方案不仅解决了产品问题,而且优化了产品的参数,降低了成本.笔者问学生甲、乙两位同学谁将会被重用,谁将获得更多的职位升迁的机会.这个答案是不言而喻的.通过上述的检测设,使学生懂得具有优化的思想和优化设计的方法还与他们个人在工作岗位的升迁机会有关.这极大地提高了学生学习这门课的热情,也让优化思想概念植根于学生思想之中.

二、采用形象化的教学方法

《机械优化设计》中许多枯燥的公式和推导,学生一时会难以掌握,有时会导致学生丧失学习的兴趣.在教学中笔者注重采用形象化的教学方法,例如一维搜索方法中的确定搜索区间的外推法可以用盲人探路的方法来加以引导[4].具体可以表述为：一个盲人想去一个山谷谷底,他向前探出一步,如果发现在上坡,说明前进方向错误,谷底应在身体后方,应该转身再前行.如果探出一步,发现是下坡,表明谷底在前方,可以继续前行,直至走出一步出现上坡的感觉,据此可以判断谷底就在最后两步之间.

三、课堂教学与生产实践相联系

课堂教学与生产实践相联系,提高学生学习兴趣,提高学生走上岗位解决问题的能力.例如坐标轮换法,坐标轮换法是每次搜索只允许一个变量变化,其余保持不变,即沿坐标方向轮流进行搜索的寻优方法.在介绍坐标轮换法思想时,笔者以注塑产品为例加以介绍,注塑产品的质量与温度、喷嘴压力、保压时间、注塑速度等工艺参数有关.在试模过程中为了获得较好的产品质量,需要调试出这些工艺参数值.有经验的注塑人员往往采用坐标轮换法思想以节约试模时间.首先逐渐改变某一个工艺参数值,而其余工艺参数保持不变,观察注塑产品质量.在注塑产品质量不再提高时甚至开始降低时,再调整另一个参数值,直至注塑产品质量达到要求为止.如果同时对这些工艺参数进行调整,很难确定调整这些工艺参数的方向,会花费较长时间才能调试出合格的注塑产品.

四、加强与学生的互动

现代教学论指出：教学是教师的教与学生的学的统一,这种统一的实质就是师生之间的互动.《机械优化设计》课程师生之间的互动可充分发挥学生的主体作用和主动精神,提高学生的学习,进一步提高学生的优化设计能力、创新思维.在课堂上笔者注重与学生之间的互动.经常提出一个问题,让学生思考如何采用优化的方法去解决这一问题,以提高学生采用优化方法解决问题的能力.笔者常常让学生走上讲台,介绍他们采用的优化方法,并让学生们充分讨论思考有没有更好的优化方法,充分调动学生的积极性.在课堂教学最后,笔者完全将讲台交给学生,让学生们介绍学习《机械优化设计》这门课的心得和体会.通过课堂的互动,调动了课堂学习的气氛,学生在互动中学到了一些优化方法,牢固了优化设计的思想,提高了优化设计的能力.

虽然《机械优化设计》的基本寻优思想和方法在20世纪60年代已近完备,但是仍有需要改进之处,特别是该课程的教学方法.教学方法的优劣将会影响学生的接受程度.采用各种生动的方法将会提高学生的学习兴趣,牢固掌握一些优化的方法,让优化的概念植根于学生思想之中,为他们走上工作岗位更好地工作打下扎实的基础.笔者通过采用上述的教学方法发现,学生学习《机械优化设计》课程的兴趣提高了,分析问题解决问题的工程实践能力也得到了增强.有些毕业了的学生在与笔者联系时,提到他们工作时常常想到并主动去优化.优化创新思维已成为他们固有的一种思维模式.