《机械设计》教材使用情况及机械设计课程背景

机械设计

主编姓名:吴克坚，于晓红，钱瑞明

出版时间:2003年3月

出版单位:高等教育出版社

教材形式:文字＋电子

适用层次:本科

适用专业:机械类各专业

获奖情况:国家优秀教材二等奖，2004年；江苏省精品教材，2005年

作者简介:

吴克坚教授，男，1944年生。

主要教学经历:

曾任2001—2005年教育部高等学校机械学科教学指导委员会机械基础课程教学指导分委员会委员。

长期承担本科生“机械原理”、“机械设计”等课程的教学工作。近年来重点负责课程建设规划、立体化教材建设等。

主编及参编教材10本:《机械原理》（高等教育出版社，1997年第7版，主编）、《机器人机械学》（江苏科技出版社，1994年，主编）、《机械设计CAI系列软件》（高等教育出版社，1999年，主编之一）等。

负责教育部新世纪网络课程建设工程项目、“高等教育百门精品课程教材建设计划”一类精品项目等教改教研近10项。

获国家级教学成果二等奖2项（1997年，2005年），全国普通高等学校优秀教材一等奖1项（2002年），机械设计国家精品课程1项（2004年），江苏省多媒体教学课件二等奖2项（2002年，2006年）等。

主要科研经历:

高性能电脑刺绣系统，江苏省“八五”重点攻关项目，于1998年获江苏省科技进步三等奖（第1获奖人）。

节能灯生产线的研制，国家火炬计划专项项目。

半导体抗电涌器件的研制。

教材简介:

本书是教育部“高等教育面向21世纪教学内容和课程体系改革计划”的研究成果，被列为面向21世纪课程教材和高等教育“十五”国家级教材规划选题项目。为了适应机械类专业宽口径人才培养和新课程体系改革的需要，特编写此书。本书以机械系统设计为主线，将机械原理课程和机械设计课程的内容进行必要的整合和提高。

本书共4篇26章:第1篇机械设计总论（第1章～第6章），除介绍机械设计的共性问题外，还简要介绍了现代机械设计思想和方法等内容；第2篇常用机构及其传动设计（第7章～第14章），主要介绍连杆机构、凸轮机构、齿轮传动、链传动、带传动及其他常用机构的运动设计、工作能力设计计算和结构设计；第3篇通用零部件设计（第15章～第21章），主要介绍通用连接、轴及轴系零部件、弹簧、箱体及机座等设计；第4篇机械系统设计（第22章～第26章），重点介绍执行系统的方案设计、传动系统设计、机械系统动力学设计及动力机选择等内容。每章后附有思考题或习题，书末附有学习辅导光盘1张，以利读者学习。

本书主要作为高等学校工科机械类专业机械原理课程和机械设计课程的教材，可以合并授课，亦可分别开课，同时也可供有关工程技术人员参考。

教材的主要特色与创新点:

本教材是根据教育部“高等教育面向21世纪教学内容和课程体系改革计划”及普通高等教育“十五”国家级规划教材建设的精神，结合教育部高等学校机械基础课程教学指导委员会制订的机械原理课程和机械设计课程的教学基本要求，以机械系统设计为主线，创新能力培养为目标，从系统和整机的角度以及机械类专业宽口径人才培养的需要出发，在对机械原理课程和机械设计课程的体系结构与教学内容进行有机整合与提高的基础上新编的一本文字教材。

本教材在体系和内容上均具有独创性，其主要特色与创新点如下:

（1）以机械系统设计为主线，在介绍常用机构及其传动设计和通用零部件设计的基础上，辅以机械系统方案设计，使基本机械设计知识更加统一和完善，有助于提高学生整机设计的观念和能力。

（2）在简述创新思维及法则的基础上，结合具体章节介绍机械创新设计的方法，旨在培养学生的创新意识，提高创新设计能力。

（3）实现了机械原理课程与机械设计课程教学内容的有机融合和提高。特别在常用机构及其传动设计篇中，按照工作原理、运动设计、承载能力设计、结构设计的原则组织教学内容，既避免了现有两课程教材部分内容的重复，又充实了内容，统一和完善了常用机构及其传动设计知识。

（4）增加了箱体、机械密封、动力机选择等其他系统设计的内容，以充实通用机械整机设计的基本知识，提高学生综合设计能力。

（5）对传统内容精简压缩，尽量避免重复，简化公式，演绎推导，重结论、重应用，同时适当引进反映现代机械设计理论与方法以及学科发展的新内容，并注意采用新标准、新规范。

（6）附有学习辅助光盘，其所含的丰富内容以及机械设计名词术语采用中英文对照，为学生的自主学习和实施双语教学提供了方便。

教材使用情况:

2003年3月首次印刷5000册，之后加印3次各5000册，累计发行量20000册。

本教材在正式出版前，曾以讲义形式在东南大学和北京科技大学试用4届；2003年3月由高等教育出版社出版后，两校又经过近5年的教学实践。在现行的教材发行方式下，出版社和编者均难以知道有哪些学校使用本教材，仅据编者初步了解，使用本教材的学校还有中国石油大学、重庆大学、南京农业大学、南京林业大学、湛江工学院、安徽工程科技学院、深圳大学、青岛理工大学、盐城工学院等近20所学校。

《机械设计》作为机械类本科各专业主干技术基础课程的教学主教材，深受师生的广泛好评，在教学实践中对学生知识、能力和素质的全面培养发挥了重要作用。使用学校任课教师和学生对该教材的评价为:该教材体系科学、先进，内容组织合理，整合力度大，符合人才培养目标及教学要求；反映了本学科国内外科学研究和教学研究的先进成果，并注重理论联系实际；突出了整机观、系统观以及学生创新设计能力和现代机械系统总体方案设计能力的培养；配有学习辅导光盘，便于学习；教材创新特色鲜明，学术水平一流，体系为国内首创，是一本优秀教材。在有关实践环节中已反映出学生系统设计能力、综合设计能力和创新能力的较大提高。

教材建设总结:

1.机械设计课程背景

为强化机械类专业本科学生机械系统方案设计能力和创新能力的培养，我们于1999年构筑了一门新的“机械设计”课程，并进行了教学实践。新课程融入多年来我们承担教育部、江苏省和东南大学教改项目的研究与实践成果，打破传统机械原理课程和机械设计课程的界限，从认知规律和满足工程设计各主要环节训练的需要出发，进行教学内容的整合和提高，在培养学生机构运动与动力设计、通用零部件工作能力设计与结构设计能力的同时，突出创新设计和现代机械系统总体方案设计的训练。鉴于新课程的教学内容从学科上隶属于机械设计范畴，故仍取课程名为“机械设计”。

“机械设计”新课程通过内拓、外延形成其框架结构:（1）由“设计基本理论”、“常用机构及其传动设计”、“通用零部件设计”和“机械系统设计”构成“四大模块”的知识体系；（2）由理论教学、实验课程、课程设计和课外综合实践组成“四位一体”的教学环节；（3）由专题研究、综合型大作业、科技创新活动和机械设计竞赛筑成“四路并进”的综合实践。

新课程在体系结构上突出了整机观、系统观、创新观和发展观，更加符合工程设计和人才培养的规律，体现了学生设计能力培养的循序渐进性。新课程的建设与实践情况曾在全国性和地区性机械原理、机械设计教学研讨会上作大会交流，受到同行专家的高度评价，已在全国产生较大影响。在当前提倡拓宽学科基础，降低专业重心，压缩课程学时，注重学生知识、能力与素质培养这一背景下，我们的改革理念反映了课程发展的趋势和方向，具有示范性和推广价值。

2.机械设计课程纸质主教材的建设

（1）教材建设基础

我校机械设计课程组教师长期重视教材建设，并有很好的继承性。数十年来修订和新编了十多部在全国有广泛影响的主教材以及学习指导、实验指导等辅助教材，并多次荣获国家级和部级奖励。如先后由黄锡恺、郑文纬、吴克坚等教授主编的《机械原理》教材已出7版，发行量达100万余册，位居全国同类教材发行量第一，其中1956年第1版是国内机械原理课程的第一本全国通用教材，第5版于1988年获全国第一届高等学校优秀教材优秀奖，第6版于1997年获国家级教学成果二等奖；由杨可桢、程光蕴教授主编的多学时《机械设计基础》教材已出5版，发行量达130多万册，位居全国同类教材发行量第一，其中第2版于1988年获国家教育委员会高等学校优秀教材一等奖；由卢玉明、余长庚教授主编的《机械设计基础》教材已出6版等等。上述成果为新一轮的课程建设和教材建设奠定了坚实的基础。

（2）机械设计课程纸质主教材及其特色

教材是开展教学活动的基础，课程改革与建设的新理念必须通过教材加以固化，以便于教学实践和推广。为此我们从1999年开始，基于“机械设计”新课程的改革与建设基本思想和四大模块的体系结构，首先编写了《机械设计》新教材讲义，并用于教学。该讲义经完善后于2003年3月由高等教育出版社出版（主编:吴克坚、于晓红、钱瑞明），并被列为面向21世纪课程教材和普通高等教育“十五”国家级规划教材。

《机械设计》新教材通过下列教学内容的组织，充分反映了“四大模块”的体系结构和特色:

①设计的基本理论

主要介绍机械设计的要求和设计的一般过程；机构结构学、运动学和动力学的基础知识；机械零部件的工作能力和设计准则；机械零件的强度理论；摩擦、磨损和润滑理论；机械结构设计准则、方法以及零件材料选用等。另外，扼要地介绍现代机械设计思想和方法。

②常用机构及其传动设计

常用机构包括连杆机构、凸轮机构、齿轮传动、蜗杆传动、带传动、链传动、间歇运动机构及其他常用机构等。这些机构是传动系统和执行系统的基本组成单元，用于实现运动和动力的传递及运动形式的改变。常用机构设计主要包括以下三个方面:运动设计，包括机构的类型、工作原理、运动特点、运动参数及几何尺寸计算等内容；工作能力设计，包括受力分析、失效分析、设计准则及承载能力设计计算；零件结构设计、材料选择及润滑等。

③通用零部件设计

通用零部件主要指用于连接和支承的常用零部件，介绍它们的类型、特点、工作原理、工作能力设计、结构设计、组合设计以及标准零部件的选用等。

④机械系统设计

概述机械系统总体设计，重点介绍执行系统方案设计和传动系统设计、典型的传动装置以及机械系统的动力学问题。简略介绍动力机选择等其他系统的基础知识。

3.机械设计课程立体化教材的建设

随着现代教育技术和手段的不断发展，教育观念的不断更新，传统的教材编写与出版在内容、形式和手段等方面正面临着新的挑战。运用现代教育技术，将各种相互作用、相互联系的媒体和资源进行有机整合，形成以立体化形式呈现的教材系列，已成为当前教材建设的发展方向。立体化教材的表现形式多样，主要有静态的纸质教材、音像制品和动态的电子、网络出版物，其中电子、网络出版物是以软盘、光盘或网络服务器的硬盘为载体，以网络为传输手段的新型出版物，其内容可分为电子教案、电子图书、CAI课件、试题库、资源库和网络课程等。

近几年来，我们在积极开展机械设计新课程建设的同时，努力探索教材表现形式的多元化和有机配套。由本课程组教师负责的、以立体化形式呈现的“机械设计课程教材”和“机械设计基础课程教材”均于2003年7月列入“高等教育百门精品课程教材建设计划”一类精品项目，并是国内机械原理、机械设计类教材中唯有的两本一类精品建设教材。针对机械设计新课程，在教材的立体化、系列化方面，我们主要做了如下工作:

（1）与《机械设计》纸质主教材相配套，同步出版了电子版（光盘）《机械设计学习辅导》（高等教育出版社，高等教育电子音像出版社，2003年3月；主编:吴克坚、于晓红、钱瑞明），内含下列内容:①学习须知；②学习指南，包括各章基本要求、重点难点指导、典型例题分析、复习思考题、自测题、文献阅读指南等；③提高扩展内容；④附录；⑤机械设计名词术语中英文对照。该辅助教材为学生的自主学习和实施双语教学提供了很大的方便。

（2）作为国家“九五”重点科技项目（攻关）计划的主持单位之一，开发了“机械设计CAI系列软件”，并于1999年8月通过教育部主持的鉴定，鉴定结论为国际先进水平。其单机版和网络版于1999年11月由高等教育出版社出版，于2002年10月获全国普通高等学校优秀教材一等奖。该软件按照内容提示、教学要求、重点难点、工程应用及问题思考五个模块组织内容，在表现形式上充分利用了多媒体技术、动态仿真技术和交互性技术，可作为教师组织教学和学生自主学习的辅助工具。

（3）作为教育部新世纪网络课程建设工程项目的主持单位之一，开发了“机械设计基础试题库”，并于2003年通过验收。该试题库主要用于教师组题出卷和学生在线测试。

（4）作为教育部新世纪网络课程建设工程项目，由吴克坚、钱瑞明等负责开发了“机械设计网络课程”，共有课程内容、网上答疑、在线讨论、自我测试、学习资源、笔记本和主题搜索等7个模块，已在高等教育出版社网站——“新世纪网络课程建设工程网络教学平台”环境下运行5年多。“机械设计网络课程”与《机械设计》纸质主教材相呼应，以网页的形式表现课程的教学内容和教学活动。学生通过网络浏览器访问网络课程，浏览教学内容，检索相关知识，进行自我测试，参与在线讨论。该网络课程于2002年12月获江苏省高校“方正奥思杯”多媒体教学课件竞赛二等奖，于2003年11月通过教育部组织的验收。

（5）针对机械设计新课程的教学内容，按照课堂教学活动组织和学生认知的普遍规律，负责开发了开放式ppt电子教案，设计和收集了近400个avi播放文件，利用多媒体技术和动态仿真技术来充分展示复杂机械的结构、机构运动过程、传动机构设计原理与步骤以及工程应用现场等信息，由此增加了教学信息量并提高了教学效益，同时电子教案的多媒体形象化特点和生动性、趣味性也大大激发了学生主动学习的积极性，加深了对所学内容的理解，从而提高了整体教学质量和水平。作为“机械设计立体化教材建设”内容之一，该电子教案已列入高等教育出版社出版计划。

（6）作为教育部新世纪网络课程建设工程项目“高等教育机械学科教学资源库”的主持单位之一，开发完成了“机械原理子库”和“机械设计子库”，并于2006年7月通过高等教育出版社组织的专家验收。

（7）为满足学生课外学习的需要，同时充分发挥教学资源的广泛作用，我们建有东南大学机械设计课程网站，主要模块有:课程简介、网络课堂、综合实践、中英名词术语对照、网上答疑、在线讨论、创新园地等。其中网络课堂模块提供的教学资源包括学习须知、教学大纲、考试大纲、电子教案、学习指南（含各章学习要求、重点难点指导、典型例题分析、复习思考题、文献阅读指南等）、扩展内容、习题、自我测试、参考文献、网络课程等；综合实践模块包括课程实验、课程设计、专题项目、专题讲座等，为学生创造了很好的网络学习环境。“机械设计课程网站”于2006年12月获江苏省高校第三届“天空教室杯”多媒体教学课件竞赛二等奖。

4.结束语

“机械设计”是高等工科院校机械类各专业培养学生设计能力和创新能力的一门主干技术基础课程，其教材建设对于整个机械类专业的教学改革和教学实践有着举足轻重的作用。近年来，我们基于本学科几代教师数十年积累的教材建设经验与成果，结合机械设计新课程的体系构建，加大了教材建设的力度，基本形成了机械设计课程教材的系列化、立体化，在教学实践中发挥了很好的作用。对于我们的立体化教材建设成果，高等教育出版社和校外同行专家给予了高度评价，并已在全国产生了较大影响。