机械设计是机械类学生的一门核心专业基础课程，主要包括连接部分、传动部分、轴系部分等的学习内容。该课程教学课时量较大，涵盖内容较多且重要。按照教学大纲要求，该课程要求学生不仅学会相关理论知识，也要提高设计与动手能力，能根据所提出的任务设计出相关机械系统[1]。在授课过程中，应尽可能列举日常生活生产中常见的实例展开讲解，这样学生在学习过程中易于接受，有较好积极性。虽然理论学习方面融入适当的教学方法（如翻转课堂、雨课堂等），可取得较好效果，但该课程实验次数有限，历年来传统的课程设计也是以减速箱为例，学生在后期的设计及运用时，存在着理论与实践操作的脱节：对典型零部件的认识较为良好，但后期整个机械系统的设计以及制作实体时（如毕业设计）较为吃力，如对实现某一功能的机构设计方面思路狭隘，不能较好地将机械原理与机械设计中所学的相关知识灵活运用到设计与实体制作中去[2]。

本文提出基于机械创新设计大赛实体制作与实物展示的教学方法，以毛毯清洁机为例，通过让学生参与机械创新设计大赛，制作相关实体，并将实体展示（有条件可在课堂展示），让学生实实在在运用机械设计相关知识，开动脑筋，亲自动手制作实物。指导教师更多地充当辅助角色，尊重学生思路并与学生一起探讨完善，以此提高学生设计与动手能力。

1 教改背景与案例

该赛项每隔一年举办一次，该比赛项目每次举办前会提出相关主题，如2020 年第九届机械创新设计大赛主题为“智慧家居、幸福家庭”。另外，该比赛与大学生综合能力竞赛恰好交替进行，学生可借此机会每年都可尝试设计与制作，将机械设计所学知识运用到设计与制作中去，制作出的作品可用于机械类学生的展示，适合做教具的还可结合机械设计课程用于课堂展示与讲解，较为优秀的作品可拿来参加比赛。

值得注意的是：学生参与比赛的定位为将理论知识运用到实际中去，加之是初步运用，摸索成分较多，应以鼓励为主，切不可苛刻要求学生力求完美，应允许错误与不足，并在制作过程中不断与学生客观评价与探讨，尽可能让学生自行发现错误与不足，通过学生亲自“折腾”不断接受教训，获取知识，不断进步。

现以毛毯清洁机为例，详述设计与指导教师指导过程。

1.1 发现问题，提出思路

根据主题，展开思考。由大赛主题可知，设计实物须给家居生活提供一定便利，解决现有家居生活中存在的问题。针对该主题让学生去发现问题，提出问题，并针对该问题进行小组讨论，提出一解决方案。以其中一设计毛毯清洁机的小组为例，该小组提出家居生活中，地毯、窗帘等不适合用洗衣机清洗，设计了一款集喷洒、清洁、吸垢功能于一体的毛毯清洁机，理论上可一定程度解决该问题，方便快捷。

1.2 针对问题，设计方案

针对上述问题，该小组提出了3个子功能的解决原理，通过小水泵与喷头解决清洗液体的喷洒任务（须使用专用干洗清洁液），用电机带动毛刷方式进行清洁任务，利用吸尘模块将清洗下的污垢吸取除去。具体如图1 所示，其中喷雾装置1 用于将毛毯润湿并涂抹毛毯专用清洁液，毛刷5 在电机带动下高速旋转，将污渍刷掉，吸尘装置3 将污渍吸到集尘室，最终使毛毯清洁。

图1 多功能地毯清洁机结构Fig.1 The structure of multifunctional carpet cleaner1.水槽；2.喷雾装置；3.吸尘装置；4.毛刷电机；5.毛刷；6.集尘室；7.吸尘电机

1.3 组员合作：虚拟样机建立

通过SolidWorks 软件建立毛毯清洁机的个零件三维图，最终装配成三维虚拟样机。图2 为毛毯清洁机三维虚拟样机。

图2 毛毯清洁机虚拟样机Fig.2 The virtual prototype of blanket cleaner

1.4 实物制作

指导学生依附于塔里木大学机械电气化工程学院实训中心具备的激光切割、3D 打印技术以及手工制作技能，将实物搭建。限于时间与客观因素限制（疫情影响），此次制作较为粗糙，但仍有其设计价值。主要是用密度板材经过激光切割作支撑整体机架，通过矿泉水瓶承装专用地毯清洗液。毛刷装置是通过激光切割的亚克力板结构与毛刷粘接而成。

通过上述过程，学生在SolidWorks 软件建模技术、CAD使用技能、3D 打印与激光切割技术等方面均有所提高，能将自身在课堂上所学知识，结合实际情况，运用到设计类任务中去，并在设计过程中不断摸索，发现问题及时完善，在挫折中提升自己，同时也在大大小小的成就中提升兴趣。