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關鍵詞: 高職機械類專業 《機械設計基礎》 課程設計 改革措施
《機械設計基礎》課程設計是高職機械類專業學生的一項重要的實訓環節,是針對《機械設計基礎》所學專業內容進行的一項實訓環節,目的是讓學生了解和掌握常用機械零件、傳動裝置、簡單機械的設計方法和步驟,是培養學生機械設計能力的一次較全面的設計訓練,它對學生將來從事工程技術工作具有極其重要的意義和深遠的影響。基于實訓環節在高職教育中的重要地位和現行的教學方法的一些不足,我提出一些改革措施,旨在改進《機械設計基礎》課程設計的教學方法,提高《機械設計基礎》課程設計的教學地位,進一步提高學生進行機械設計的獨立工作能力和創新能力。
1.加強思想教育和引導,引起學生重視
以往的教學過程中存在一些問題,如有些學生對課程設計重視度不夠,在實訓的過程中往往依賴性較重,沒有充分意識到《機械設計基礎》課程設計對提高學生專業技術能力的重要性。因此,在課程設計一開始,教師就應當指出該課程設計的重要性,引導學生獨立完成設計任務。另外,《機械設計基礎》課程內容在教材中是各自獨立成章的,缺乏整機設計思想。課程設計為將這些知識有機串聯,創建整機設計理念提供了一個良好的平臺,將課程設計看成是學生解決實際工程問題的初始訓練。因此,《機械設計基礎》課程設計對學生將來進行畢業設計乃至工作實踐,都會產生重大影響,可見該課程設計是機械類專業學生解決工程實際問題的第一步實踐。
2.改變傳統的選題方式,注重選題意義
課程設計傳統的題目是減速器的設計,這是因為減速器作為機器中一個獨立部件,它的設計內容很具代表性,覆蓋了機械設計課程中的絕大部分內容,便于鞏固所學理論知識。然而,由于減速器畢竟只是一個部件,每屆學生都重復同樣的設計內容,缺乏創新精神,也不具備整機設計思想。因此,我認為應該將灌輸式布置任務的方式改為開放引導的方式。具體做法是:教師在課程設計任務書中只給出工作機的工作要求,而實現工作機功能的方案則由學生自己確定。教師引導學生在方案的實施過程中盡量采用課程學過的知識。課程設計選題十分重要,所選題目要注意以下幾點。
1)有可行性,學生能夠利用所學知識完成設計任務。
2)有一定的典型性和知識覆蓋面,能夠將理論學習的大部分重要知識應用在課程設計中。
3)有工程背景,能夠解決一些工程實際問題。
4)有創新空間,能夠調動學生的創造性。
5)有一定的趣味性,能夠調動學生的積極性。
3.強化整機設計思想,提高整機設計能力
各種機械設備都是由各種傳動裝置和各種零件組成,在理論知識學習中是在“化整為零”,在課程設計的學習中恰恰相反,是要把“零散”的知識通過一部完整的機器把它們串連起來。所以,在課程設計中,我們需要強化學生的整機設計思想,將機械傳動設計和機械零件設計有機結合起來,從原動機的選擇到中間傳動系統的設計,再到執行系統的分析設計,形成一個完整的機械概念。解決這一問題的關鍵還是選題,教師要根據學生的總體情況,深入實際,搜集與學生所學專業相關機械的原始數據,經過反復論證,編寫出課程設計指導書,經過兩到三屆的學生試用后,逐步修改定稿。
4.注重計算機繪圖,加強計算機技術應用
當下計算機繪圖已經十分普及,企業對這方面的人才需求也與日俱增,目前在機械領域經常用到的繪圖軟件有AUTOCAD、CAXA、PRO/E、UG等。我校《機械設計基礎》課程設計推薦使用AUTOCAD和UG軟件,平面的圖形可以用AUTOCAD繪制,立體的圖形可以用UG繪制。將繪圖軟件引入《機械設計基礎》課程設計,學生通過作零件圖和裝配圖,強化AUTOCAD和UG的使用能力,強化讀圖識圖的能力,也可以直接觀察到機構處于不同位置時構件的運動和動力學情況。用UG建立零部件的三維立體圖及零件裝配過程圖,這樣的訓練效果是其他方法難以達到的。
5.加強實訓管理,重視答辯環節
《機械設計基礎》課程設計一般為1―2周時間,需要完成機器的運動和動力分析,查找相關資料進行機器的傳動系統設計,確定傳動路線和方案,然后劃分各種傳動部分進行獨立設計,再進行各個零件的結構設計或選擇,最后要完成機器的總裝圖和各主要傳動零件的零件圖。整個過程設計內容多,時間緊,因此加強課程設計期間的管理顯得十分必要。從課程設計開始就應當嚴格做好考勤工作,對不認真和有疑問的學生應當給予及時提醒,認真輔導,幫助他們解決設計中遇到的問題,為了提高學生獨立設計能力,應當在課題布置上盡量做到“一人一題”,即使任務中要求機器完成的功能一樣,也要在初始數據上加以區別,或要求學生以不同的方案來設計一樣功能的機器設備。
答辯是課程設計的最后一個環節,也是課程設計中重要的考核階段。為了避免盲目抄襲,考查學生的設計思想和對設計的各個環節的認識程度,在答辯過程中需要嚴格把關。首先要對確認有抄襲行為的學生予以嚴肅處理,對每個學生的設計說明書、圖紙等認真考查后制作答辯提綱,做到對每位學生認真負責,在答辯過程中對每位學生作有針對性的提問和討論,了解學生的想法和對相關知識的了解程度,對不正確的予以糾正,令其及時修改。因此答辯也是一個質疑和答疑的過程。同時在答辯中能發現設計的不足,作為今后改進課程設計教學的借鑒,從這個意義上說答辯又是一個總結提高的過程。認真做好答辯工作意義重大,直接影響最終課程設計的總體質量,做好這一點關鍵需要指導老師本著嚴謹的教學態度,嚴格要求學生,認真把好教學質量關。
總之,高職《機械設計基礎》課程設計無論是對學生理論課程學習還是專業技能的提高都大有裨益,是機械類專業學生十分重要的實訓環節,做好這個環節的工作是我們專業課教師的職責,以上一些改革措施對提高課程設計的教學效果有很大幫助,值得借鑒。
參考文獻:
[1]胡家秀.機械設計基礎.機械工業出版社,2001.
[2]匡兵.《機械設計課程設計》改革與探索[J].桂林電子工業學院學報,2005.
關鍵詞:職業教育 機械設計 教學改革
中圖分類號:G712 文獻標識碼:A DOI:10.3969/j.issn.1672-8181.2013.13.130
《機械設計》是機械類專業的一門承上啟下的技術基礎課,該課程學習的效果,直接影響對前面所學課程的應用與理解,并為后續課程與畢業設計等環節打下基礎。筆者在多年教學實踐中發現職業教育中的一些問題,并進行了一些理論研究與改革。
1 機械設計課程教學在高等職業教育中的現狀
雖然職業教育和普通本科的目標不完全相同,但是長期以來,許多學校在教學計劃、教材選用、教學方法等方面并沒有完全針對職業教育的特點,教師在課程教學中采用先講授理論課,強調系統性,后進行課程設計等實踐環節的模式,在理論和實踐的銜接上不能很好完成,使學生對設計問題感到迷茫,對于大多課后設計作業和課程設計,只是簡單按書上步驟進行計算,不能系統地了解設計方法。
2 機械設計教學改革的內容
2.1 整合教學環節
《機械設計》的教材雖然很多,但是一般是按照內容體系進行章節劃分,或者有針對性的增加實例,可機械設計理論相對比較成熟,理論知識的論述差別不大,雖然有的教材增加了實例,但是也很難將一個系統的實際問題用一個例子來進行總結。所以,為了提高學生的實踐能力,可以將實踐環節引入課堂教學,盡可能地讓學生將所學知識邊學邊用,增加理論知識活學活用能力。
2.2 引導學生掌握設計的方法、程序和應用,弱化理論與公式的推導
高職教育不同于本科教育,對普通本科學生的強調基礎理論學習的目的由于目標不同也應有所差異。職業教育應突出實用性和針對性的特點,強調學用結合,強調分析和解決實際問題等能力,著重培養能生產、服務第一線需要的技能型、技術型專門人才。整個職業教育的評價標準要堅持以就業為導向。
機械設計課本身也是重應用的一門課程,為了側重學生的實際應用技能的培養,應該將教學內容進行適當調整,強調如何進行設計,弱化公式的理論來源與推導,強調公式與資料的使用、圖表及工具書的查取方法,鍛煉他們的工程實際技能。
3 機械設計課程改革的實施方法
3.1 將課程設計融入到整個教學階段
機械設計課程設計往往放在課程理論教學全部完成后進行,這是因為課程設計很多內容是相關聯的,在沒有全面完成課程學習時,不便于進行課程設計,但這樣做也有一些缺點,諸如:課程結束時已是學期末,學生面臨較多課程的考核,很難靜下心完成課程設計,所以設計效果很差;另外,學期末老師也處于比較忙的階段,也很難比較細致地照顧學生進行設計。鑒于此,我們曾做過將課程設計放在下一學期初進行的嘗試,有一定積極效果,但是也存在學生有很多其他課程的作業,中間間斷時間有點長的缺點。我們也嘗試過,將課程內容的章節順序打亂,提前布置課程設計,避免了上述一些問題,從結果上有一定的效果,也為教學改革提供了一定的借鑒意義。因此,建議將課程設計在學期初就布置下去,規定進度,融入到整個教學階段,強迫學生查閱資料、提前預習,提高教學效果和實踐能力。
3.2 以適宜的工程設計問題作為課程設計任務,將課程設計與實際、教學緊密結合
很多高校的機械設計課程設計大多進行齒輪減速器的設計,究其原因,減速器的設計涵蓋了主要傳動方式、軸、軸承、鍵的設計,是一個相對比較全面的設計問題,所以大多高校多年以來均將它作為課程設計的任務。但是,由于減速器已經標準化,這樣的課程設計除了作為課程的基本練習之外,沒有太多實際應用的價值。另外,原本希望通過課程設計使學生有基本的機械設計的方法和程序的學習,也因為這類題目目前設計資源很廣,學生可以很方便地找到設計參考,而且設計資料也比較簡潔,只介紹結論,對其原因往往不做說明,所以對工程實際能力的提高效果也十分有限。
高職教育不同于本科教育,與普通本科學生強調基礎理論學習的目的不同,高職學生的教育目標更強調技能訓練、強調動手能力。筆者認為,即使在課程設計中沒有涉及到課本中的所有知識點,但如果能增加學生的實際設計能力,也是一種好的收獲。為了強調學生的實際應用技能的培養,我們應對教學內容進行適當調整:首先,進行工程設計的一般步驟、要求、常用的設計理論與方法的介紹,使學生對設計的實施有基本的了解;然后,結合課程設計任務,鼓勵學生進行分析,確定自己所缺少的理論知識,并進行資料的查閱。在課程講解中,強調如何進行設計,減少公式的推導,強調公式的使用與資料、工具書的查取,鍛煉他們的工程實際技能。
3.3 引入相關課程的知識,強調知識的系統性
機械設計是一門承上啟下的課程,通過學習能夠將前面所學的內容在設計中應用,尤其是工程制圖、力學、機械原理以及金屬材料等課程,使學生在設計中能將所學知識進行融會貫通,更好地理解。
另外,應力求突破傳統的教學模式,以工程實踐化為引導,跳出現有高職院校“模型教學”的圈子,在課程教學與實踐中,增加學生對零部件的結構、制造和裝配工藝的了解,使學生對機器設備、加工方法、加工與裝配精度等工程技術知識的全面認識,使學生能夠了解實際設計情況。
4 結語
目前,高職教育還存在一些不適應其培養目標的問題,希望通過本課程的教學模式的改革與研究,能為高等職業教育教學內容、教學方法改革的深化起到一定作用,最終提高學生的工程實際能力,培養的學生能順利就業,就業后能盡快適應工作崗位的要求,受到社會和用人單位的好評。
參考文獻:
[1]張慧鵬,鈕王杰,賈毅朝.機械類課程設計初探[J].高等教育與學術研究,2010,(10).
[2]周先軍.機械設計課程設計改革思考[J].吉林省教育學院學報,2010,(10).
[3]郝秀紅,邱雪松,王瓊,白文普.機械設計課程設計教學改革初探[J].教學研究,2011,(5).
關鍵詞:機械設計基礎;“1+N”評價體系;教學改革
中圖分類號:G624.0 文獻標志碼:A 文章編號:1674-9324(2015)36-0039-02
“機械設計基礎”是根據教育部頒發的《高等學校機械設計基礎課程教學基本要求》,并適應當前模塊化教學改革的需要而開設的,目的是為了培養厚基礎、強能力、高素質、寬口徑應用型人才,是機械類專業的一門非常重要的專業基礎課程。“機械設計基礎”課程主要包括工程力學基本知識,常用的平面機構基本概念、工作原理和常用的設計方法,各種機械傳動和軸系零部件的設計計算方法等。“機械設計基礎”課程是從理論性、系統性很強的基礎課向實踐性較強的專業課過渡的一個重要的環節,對學生學習專業課程起著承上啟下的橋梁作用,著重培養學生分析選用和設計常用機構、機械傳動裝置和簡單機械的能力,為學生從事機械的研究開發和設計打下必要的基礎。
一、“機械設計基礎”課程現階段的教學現狀
1.教學內容的繁多、知識點專業性強。“機械設計基礎”課程主要介紹工程力學、機械原理、機械設計的各種機械基本概念、基本知識點,這些機械知識點不僅涉及的內容多,涉及面廣,并且在知識結構體系上,是相互獨立、內容零散、孤立的進行介紹。由于課時所限,只能是對于基本知識點以及簡單的實際運用的介紹,缺乏對于機械系統和機器、機構各部分的內部聯系的整體認識,更不用說工程實例的實際應用,這就導致學生對“機械設計基礎”課程內容掌握不夠充分,不利于培養學生對于機械總體設計以及分析的能力。
2.教學模式單一、學習興趣不高。在先修課程的不足之下,用傳統的教學模式已經不能滿足需求了,現在的“機械設計基礎”課程雖然在課堂上加入了多媒體演示教學,但它的知識結構煩瑣復雜,基礎理論內容較多,多圖表、多公式、多原理,內容單調枯燥,信息量大,學生沒有實際的運用和接觸,只會覺得學的吃力,學到的知識沒有及時思考和總結,難以消化。并且課程中的實驗課程開設較少,讓學生聯系課程中的知識點,自己動手做實驗的內容也不多,學生的學習興趣就會下降。
3.考核方式單一、綜合能力評估不足。在“機械設計基礎”課程考核過程中,學生成績的考核評定通常都是采用期末考試成績(70%)、實驗成績(10%)、平時成績(20%)三個部分組成在一起,作為最終的綜合成績。但由于“機械設計基礎”課程是學生接觸到的第一個專業基礎課程,它所培養的是將機械基本理論、基本知識、基本技能和創新思維綜合的多種能力,注重理論聯系實際,體現應用特色,最終使學生成為具有機械綜合設計及分析能力的人才。那么這種簡單評定標準就無法全面反映學生的綜合能力的水平,也不能激發學生學習的積極性。
4.與工程實踐結合少,實際技能得不到綜合運用。“機械設計基礎”的課程其教學目的是培養學生具有分析常用機構的工作原理,能夠進行簡單的機械結構設計,選擇常用零件并對其進行強度計算的能力。這些能力在“機械設計基礎”的課程設計中也有所運用,但現代企業中實際產品、實際案例結合的較少,學生在學習運用中沒有實際的運用和聯想帶入,在以后走向工作崗位時,就會出現學得多、用得少,學得廣、用得不精的情況。
二、“機械設計基礎”的教學改革
針對人才培養對“機械設計基礎”課程的要求,在教學觀念上,將先進性與實用性有機結合,注重“理論聯系實際”;在教學的內容上,以“必需”、“夠用”為度,淡化公式推導,注重強調理論聯系實際,以機械系統結構為中心,內容上相互聯系,結合機械工程實例,加以實際運用;在教學模式上,以學生為中心,輔助利用現代的多媒體教學,聯系實際運用的實驗課程和課程設計,改進教學手段;通過新型“1+N”的考核方式,建立新機制下的“機械設計基礎”課堂教學和實踐教學模式,全面提高“機械設計基礎”課程的教學質量。
1.教學內容改革。面向企業需求的“機械設計基礎”課程教學內容分為兩個部分:(1)知識理論部分。由于“機械設計基礎”課程是從理論性、系統性很強的基礎課向實踐性較強的專業課過渡的一個重要的環節,主要介紹工程力學的基本知識,常用平面機構的基本概念、工作原理和常用的設計方法,各種機械傳動和軸系零部件的設計計算方法;在這些原有的理論基礎上,優化整合理論教學內容,對于基礎的機械系統整體認識,在講解過程中輔助運用現在企業的工程實例進行教學,將理論與實際結合,拓寬學生的知識面和眼界。(2)實踐部分由基本的教學實驗、結合企業案例的培訓、針對機械創新設計類大賽進行設計與制作三部分組成。針對不同類型學生而設,從教學實驗、課程設計開始,鍛煉學生運用所學的知識完成設計方案,再針對企業的實例對機構設計和機械設計進行強化和有針對的練習,培養學生獨立思考、學習的能力,以及培養學生的創新精神和創新能力,為參加機械創新設計類大賽奠定基礎。
2.教學模式建設。現代在教學課堂上,教學過程以學生為中心,輔助利用現代的多媒體教學,但是運用多媒體教學的缺點就是信息量大,學生在課前若沒有預習,課堂上就無法消化完。這就需要將教學模式進行改革,提高學生的自主學習能力,使之能夠對知識點進行系統地把握,增強學生的學習興趣。
新型的教學模式的內容分為四個模塊,不僅滿足教學大綱對于教學的基本要求,也能讓學生可以系統的學習“機械設計基礎”課程的知識。模塊一,主要還是以老師的教學為主,在教學課堂上,以學生為中心,輔助利用現代的多媒體教學,多用機械動畫演示,聯系實際運用,讓學生對復雜的機械機構可以直觀的看到動態演示,并進行記憶,這個是對傳統課堂教學的一種改進。模塊二,主要針對“機械設計基礎”課程中基本知識點散亂,學生課堂上難消化,需要提前預習的問題,在教學模式中設計小型課堂教學,針對于課程中的知識點進行提前預習,由學生自發的組織學習,以及準備上課教案、PPT。由一名代表上臺進行講課,將課堂交給學生,結束后,由學生提問,老師點評,進行輔助的補充。模塊三,基于“機械設計基礎”課程中知識結構的復雜性,需要做到及時的復習,在教學模式中設計出隨堂測試。針對教學中的重難點部分,在老師講課結束后,給出復習時間,在一章結束后,出1~2個練習題,在課堂上,用10~15分鐘讓學生當堂解答。這樣既可以鞏固知識點,也可以讓學生有學習的緊迫感,起到及時復習消化知識點的作用。模塊四,實驗課程和課程設計。在后期的課程設計中,課程設計的內容廣泛,而且所涉及問題的答案不是唯一的,可能有多種方案可供選擇和判斷。所以結合課程設計和具有企業特色的案例就可以更深入的掌握和運用所學的知識。
改革教學模式,增加教學手段,通過新型“1+N”的考核方式,綜合培養學生的應用能力,以此探索與研究應用性人才培養相適應的教學方法與手段,整理并總結出具有專業特色的一流教學內容和方法,將課程的理論和實踐在內容上統一規劃。
3.評價體系建設。改革考核方法,實際上就是針對新型的教學模式,在課堂上,以學生為主體,進行多樣的評價、考核。考核的內容:考勤占5%、平時作業占10%。針對“機械設計基礎”課程中,基本知識點散亂,學生課堂上難消化,需要提前預習的問題,在教學模式中設計小型課堂教學,考核占15%,以及在課程中知識結構的復雜性,需要做到及時的復習,在教學模式中設計出隨堂測試。也就是說考核占10%、實驗占10%、課堂主動回答問題加分、期末考試成績占50%。
這種新型的“1+N”考核模式,加大了行程性考核,需要完善各項目的考核辦法,設計各環節的考核標準和相應的考核表格,形成對基本知識的掌握、實踐技能、團隊合作能力等綜合評價體系。以利于突出應用型、創新性人才的培養,與新型教學模式,相互補充,形成一個有機的整體,完成課程的教學改革。
三、結語
由于“機械設計基礎”涉及的知識點內容多,并且在知識結構體系上,是相互獨立、零散的,缺乏對于機械系統的整體認識以及工程實例的實際應用。針對這些問題通過對于“機械設計基礎”課程的教學內容、教學模式、評價體系的改革,得到改善。
在“機械設計基礎”課程教學改革過程中,還有可以繼續補充和深化的內容。例如,課程設計的題目內容可以進行細化的分類,有針對機械機構的設計以及機械零件的設計;結合具有企業特點的案例,例如走訪蕪湖奇瑞的模具廠,設計院等,對于車身結構、懸架進行設計和分析,以及湖北中航對于汽車內部的座椅進行設計和調試等。結合企業的具體案例,在課堂上進行分析講解,豐富教學改革的內容,在今后的教學過程中不斷改進,以期培養學生自主學習的興趣,增加學生對于機械機構的觸感,培養學生對于機械總體設計以及分析能力,最終達到全面提高學生綜合素質的目的,建立以綜合、設計、創新能力培養為中心的教學新體系。
參考文獻:
[1]王繼煥.機械設計基礎[M].武漢:華中科技大學,2011.
[2]陸萍,宋可總,欒瑩,孟劍鋒.機械設計基礎課程教學改革研究與實踐[J].高等理科教育機械,2006,(1).
現代大學生多已是年滿十八周歲的成年人,心理和生理都迅速走向成熟,已具有一定的生活閱歷,對事物初具獨立的判斷和處理能力,他們具有積極的探索精神和強烈的好奇心。《機械設計基礎》課程作為機械類學科的一門基礎課程,其教學目的不僅在于傳授學生一定的機械基礎知識,更重要的是培養學生對機械學科的興趣,激發學生在機械方面的創造能力。例如,在講授齒輪的相關知識時,“齒輪”這個名詞對于每一位大學生都不陌生,不管是兒時的玩具汽車還是現在隨處可見的轎車上,都有它的存在。之前,學生對齒輪的認識只是主觀上的“知道”。現在,在課堂上我們要教會學生從原理上認識齒輪、學會齒輪的特點、使用或設計齒輪。所以,我們要充分利用大學生的生活閱歷和強烈的好奇心等特點進行分組討論式教學,給學生思考的機會,讓他們產生對齒輪的第一映像和最初認識。可以先讓學生分成小組,相互討論大家見過的齒輪,總結其特點和使用等,然后老師充當揭秘者,對齒輪的相關知識進行總結和介紹。如此,不僅活躍了課堂氣氛,避免課堂上打瞌睡等現象出現,還能激勵學生積極思考,發展思維,培養學生對機械學科的興趣。“齒輪”這個名詞會在學生的腦海中留下具體的形象,對知識的掌握更加牢固。另外,現代社會已是一個分工明確、團隊合作的社會。個人能力固然重要,但要完成一個項目更重要的是集合團隊的力量。在各種招聘會現場,“善于溝通,團隊協作”的字樣頻現,由此可見,團隊合作不僅是社會發展的趨勢也是現代企業需求。現在的大學生是未來各行各業的精英,學校應該肩負起培育精英的重擔,讓他們走出校園為社會創造更多的財富。分組討論式教學,能夠讓學生定位自己在團隊中的地位,協調與組員之間的關系,發現別人的優點與自己的不足,培養自己的團隊合作能力。
2.自學檢測式教學
大部分的大學生都經過高考的洗禮,對新知識具有一定的自學能力。學生大學畢業后,不管是繼續深造還是進入企業工作,必須要有更強的自學能力。我國大學生的培養模式正逐漸向“產學研聯合培養”模式轉變:(1)以科研項目為依托,以開發成果為目的與企業進行聯合;(2)在學校(科研院所)或企業設立人才培養基地進行大學生的聯合培養;(3)聘任企業的高端人才作為聯合導師進行聯合培養[5]。而企業更是以“產”為主,所以,為了適應未來的發展,學生必須具有較好的收集信息、整理信息、學習新知識的能力,這時,自學能力顯得尤為重要。在《機械設計基礎》課程的課堂上,再優秀的老師也不能教給學生他們以后全部要用的東西,能傳授的只是冰山一角。所以,我們要在教授機械學科基礎知識的同時,把重心放在培養學生的自學能力上。例如,在講授“螺旋傳動”的知識點時,我們可以采用自學檢測式教學。首先,讓學生借助課本和參考資料進行自學,然后老師按照教學要求對他們進行測試,并納入成績考核范圍。如此,不僅鍛煉了大家的自學能力,同時,督促學生積極主動的去學習,避免學生敷衍了事現象的出現。
3.實踐教學
《機械設計基礎》是一門偏向于實際應用的課程,理論學得好并不意味著學生能把所學的東西應用于實踐,去為社會創造財富,空談理論沒有意義。為了加強課堂理論教學與實際應用的聯系,必須在《機械設計基礎》課程的教學環節中增加實踐環節。有條件的學校可以帶領學生到工廠、學校的加工中心、實驗室等地點參觀學習,看看課堂上學的軸承、齒輪、聯軸器等零件是用在機器的什么地方、起什么作用等,深化對課堂理論的理解。理論與實際的綜合聯系能夠讓學生對機械學科有更好的認識。老師還可以給學生提供一些組件,讓大家動手拆卸組裝,鍛煉動手能力。《機械設計基礎》課程設計的設計題目一直比較單一,均為一級圓柱齒輪減速器的設計。減速器是一個非常典型的機器,包括了大部分理論課程中給學生講授的內容,比較符合學生的課程設計任務要求。但符合要求的典型零部件不只是減速器一種,題目的單一往往使一些學生抄襲他人成果,極大限制了學生的創新思維。此外由于學生的基礎參差不齊,如工程制圖、工程力學(理論力學,材料力學)、工程材料、公差配合等這些課程的成績差別很大,有些非專業的學生甚至沒有學過這些課程,導致做出的課程設計水平千差萬別,極大的影響了課程設計的質量。針對不同層次的學生,選擇不同的設計題目,使每個學生都有適合自己的目標,教師則可以根據學生個體目標因材施教。
4.改進成績評定方式
傳統的通過卷面考試來評定課程學習成績的方法只能在短時間內強化學生對部分知識點的掌握,它只是讓學生對《機械設計基礎》課程的知識點進行一次總結和記憶,對機械相關基礎知識的掌握情況,短期效果良好,但從長遠看并沒有意義。這種記憶式的知識掌握,將隨著時間的迅速淡忘。為了更好地讓學生真正掌握機械設計基礎知識,鞏固課程學習成果,可適當取消課程結束后的卷面考試,將自學測試環節的測試成績與最終的設計實驗環節相結合,對學生綜合評價。課程即將結束時,老師應該讓每位學生開拓自己的思維,設計一種具有一定實際意義的簡單機械,提交設計報告,以設計報告的完整性,創新性等為標準評定每位學生的課程學習成績。按照設計實驗的要求,不管學生是對已有的機械結構進行改進還是原始創新設計,這都將促使學生將所學的理論知識應用到實際中去。學生將以一位機械設計工程師的身份去體會機械行業從業者該有的素質,培養學生的整體素養。在設計實驗過程中,學生需要復習已修課程《機械設計基礎》等相關課程的知識、需要查閱《機械設計手冊》等工具書、需要繪圖,甚至是三維建模。這將使學生在很好地掌握書本知識的同時學會收集整理信息,獨立解決問題。這種能力是未來發展中必不可少的。
5.總結
課程體系綜合設計研究
將機械原理、機械設計課程設計內容進行整合,探索機械原理、機械設計課程設計中如何培養學生的機械運動方案設計、機械創新設計和解決工程實際問題的能力,提出適合創新人才培養目標的機械原理、機械設計課程設計實施方案,并完成2008級機制班機械基礎課程綜合設計教學實踐。同時,考慮機制、模具、汽車、機電方向的不同,選擇適合不同方向的綜合設計題目,以設計對象為主線,嘗試在綜合課程設計中引入機構運動演示,要求學生用計算機仿真驗證機構運動設計的合理性[4],嘗試在綜合課程設計中引入機械方案創意設計模擬實驗,要求學生利用運動方案進行模型拼裝創新實驗,驗證機構運動設計的科學性、合理性。通過機械基礎設計課程改革,加強學生創新能力培養。把機械原理、機械設計課程設計時間由原來的分開設計整合為一,機械原理、機械設計兩門課程的課程設計題目選擇范圍加大,同時增加設計時間,激勵學生對這類題目產生較大的興趣,每一位學生都積極思考,差不多每人都提出一到幾種運動方案,然后通過小組討論,挑出最佳方案后,由各組確定自己的最終機械系統運動方案。通過這些創意設計活動,可大提高學生的創新設計能力,改革課程體系綜合設計手段,加強CAD、CAM、CAE等技術應用[5]。運用虛擬樣機技術,可以大大縮短產品的開發周期,因而受到了制造廠商、科研機構、大學、公司的極大重視。其中ADAMS是美國MDI開發的非常著名的虛擬樣機分析軟件。嘗試以ADAMS為工具,讓學生對自己設計出的機構進行建模與仿真,真實地仿真機構的運動過程。改革設計手段,將給課程設計賦予新的活力。
課程體系綜合設計的實踐及應用
1改革設計題目,注重學生素質的培養
機械CAD能力、綜合應用與設計能力和創新設計能力是新世紀高素質機械工程技術人才的重要素質。因此,機械基礎課程綜合設計訓練主線則是以典型機械系統設計為內容,并將機械原理和機械設計的兩課程設計貫通,由根據設計要求到機械運動方案及其運動與動力設計(即機械運動簡圖設計),再到機械系統結構設計和工作能力設計(即裝配圖及零件工程圖的設計),從而形成一條加強機械系統設計和綜合設計能力訓練的設計訓練主線[6]。使學生經過原理方案的設計、執行機構的設計、傳動方案的設計、結構設計等過程,加深對機械系統的整體認識,加強設計中的工程意識,培養綜合創新設計的能力。目前各高校都在進行課程設計改革實踐,但兩門課程設計合在一起的課程設計指導書還很少見[7]。因此,根據我校實際情況,編寫了適合于本科機械類的機械基礎課程綜合設計指導書,指導老師可根據不同方向教學班次選用設計題目。
2機械傳動方案設計,培養學生創新能力
機械傳動方案設計是一個重要的環節。在這一環節中應充分體現以學生為主體,以教師為主導的指導思想。教師在指導時,應因材施教、因人施教,對不同層次的同學要有所區別。在選題方面,提倡設計能力較強的同學選擇指導書以外的題目。在指導方面,對這些同學應適當增加設計的難度和深度。方案設計時重點是要把握創新點[8]。在方案分析過程中,為了實現一個確定的設計目標,要求學生至少提出3種可行的方案,并對方案進行分析、比較,總結出其優點與不足。然后確定出設計者認為最優方案作為本次課程設計方案。最后對此方案進行詳細設計,包括其運動過程和運動尺寸的確定,進行結構設計和強度設計直至計算。
3引入虛擬樣機技術進行機構分析
虛擬樣機技術又稱為機械系統動態仿真技術,是國際上20世紀80年代隨著計算機技術的發展而迅速發展起來的一項計算機輔助工程技術。運用虛擬樣機技術,可以大大縮短產品的開發周期,受到了制造廠商、科研機構、大學、公司的極大重視。其中ADAMS是美國MDI開發的非常著名的虛擬樣機分析軟件。基于貫徹實施培養卓越工程師思想,在機械基礎課程綜合設計中引入ADAMS軟件對插床導桿機構、沖壓機構、擺動式運輸機機構、牛頭刨床擺動導桿機構等進行運動學和動力學分析,自動繪制刀具的位移、速度、加速度曲線,自動繪制曲柄受到的平衡力矩曲線圖等,能通過后期處理繪制最大動態剩余功曲線圖,使曲線結果清晰、精確。導桿機構動態仿真時,觀察在各位置時所對應曲線含義,加深對課本關于機構有關運動學、動力學相關參數優化設計的理解。ADAMS軟件還能對機構采取參數化建模,學生可以通過輸入機構不同原始參數,進一步比較不同結果。與過去用圖解法或自編程序法進行機械原理課程設計相比,利用計算機對機械進行輔助設計,實現了教學創新,學生普遍反映用ADAMS軟件進行課程設計快捷、方便、直觀,課程設計能達到滿意效果。
4理論聯系實際,修改設計對象
在實際工程應用領域中,推薦采用的大多數齒輪減速器都是采用硬齒面。隨著工業的發展,新技術新工藝不斷涌現,在齒輪行業,特別是隨著硬齒面齒輪加工技術的成熟,加工設備的完善,硬齒面齒輪減速器已經成為齒輪減速裝置的主流,得到了廣泛的實際工程應用,而軟齒面齒輪減速裝置有被逐步淘汰的趨勢。因此,應結合實際,采用硬齒面齒輪減速器設計的題目來進行實踐環節的訓練。由于硬齒面齒輪減速器的設計與實際結合緊密,學生的自覺性與積極性得到了很大提高[9]。與此同時,有關硬齒面齒輪設計的資料無法從現有資料中直接利用,這迫使學生主動查找相關資料,詢問老師,學生的實際設計能力得到了更大的提高。從改用硬齒面齒輪減速器設計結果來看,整機的重量減輕、體積縮小,使用材料大幅減少,相應的造價也隨之下降。這使學生認識到科技的進步給生產實際應用帶來的巨大影響。
機械設計基礎課程是工科院校的重要技術基礎課,本文通過對各教學環節教學資源的整合與優化,豐富教學內容,改善教學實踐環節,實現課堂開放、實驗室開放,引導大學生參加機械設計創新大賽,并借助網絡平臺實現資源共享。
關鍵詞:
機械設計基礎;資源優化與共享;機械創新設計;網絡平臺
機械設計基礎課程包括機械原理、機械設計、實驗及課程設計,機械設計基礎是工科院校中機械類、近機類專業的重要技術基礎課,在本科教學工作中占據相當重要的地位。通過學習這些課程,培養學生的“工程綜合”和“工程應用實踐”能力[1,2]。近年來,隨著普通高校的擴招,學生的個性差異較大,許多高校本科生為多批次錄取,雖為本科,但學生的學習水平參差不齊。在社會培養應用型人才的方針指導下,以學生為本,進一步推進教學改革,把教學資源進行整合優化,借助多媒體網絡平臺的實用性和時效性等特點實現資源共享。
1.課程教學資源的優化與共享
機械原理、機械設計為技術基礎課程,屬于本科生的必修課程,該課程與工程應用聯系緊密,具有公式多、圖表多、圖形多等特點,由于學生學習能力差異的存在,過去單一的教學方法已無法滿足培養需求[3],因此,機械基礎課程教學方式應由過去以教師和教材為中心向以教師為主導、學生為主體,課堂為主導、學生自主學習為中心,教材為主導、課程資源為中心轉變。新時期的大學生應在教師的指導下,充分利用課程資源實現自主、自助學習。為此,課程組充分利用網絡資源及兄弟院校的優良經驗,從教學方法、教材建設、課件設計等方面進行資源的優化整合。隨著多媒體技術的深入發展,教學方法要改革,要綜合分析運用。傳統教學中教師與學生心與心的碰撞與情感交流,是任何媒體不及的;借助多媒體,可以節省時間,信息量大,利用動畫功能,形象、直觀地反映機構的運動關系,較靜態圖片易于理解,使不便于描述的難點有所突破。為此,課程組進行大量調研,借助課程研討會與兄弟院校交流經驗,合理制定教學大綱,編寫教學要求,制作多媒體課件,為適應不同專業、不同層次學生的要求,同時考慮不同教師的教學特點,教學課件以求大同存小異為原則。同時,在課件的制作過程中,讓不同層次的學生參與,使學生在學習中便于理解和掌握,制作滿足不同層次和不同教學需要的教學課件,提高資源共享率。多媒體技術的運用可以刺激學生的感官,動畫部分可以激發學生的好奇心,進一步調動學生學習的積極性,尤其突出的是連桿機構和凸輪機構和輪系等。如果整個授課過程全部采用多媒體課件,時間長了,學生容易產生視覺疲勞,產生教學形式過于單一的感覺,可采取例題用黑板講述,或講課過程中增加實例討論,實踐證明多種教學方法的綜合應用會產生良好的效果。總之,在課堂教學過程中,教師將多媒體課件與板書有機的結合運用,將增進師生間的情感交流和良好互動,使得學習氣氛和諧,達到比較理想的教學效果。大學生的學習不僅僅局限于課堂學習,尤其是每年有許多學生要參加研究生入學考試,機械基礎課程作為專業技術基礎課是所考科目之一,學生需要課下學習和鞏固所學知識。為此,課程組編寫了相應的教材,有《機械原理》、《機械設計》和《機械設計基礎》,教材中增加了實踐環節的內容,即在每章后附加實踐環節練習,此練習通過學生動手、動腦熟悉和應用所學知識的一個過程練習,比如在學完“鏈傳動”一章之后,設計的一個實踐環節為:“觀察一輛變速自行車的滾子鏈傳動,分析有幾種傳動比,松緊邊的位置,鏈接頭形式,并觀察張緊輪的位置,如何調整鏈條的松緊程度。”這個環節可以由老師帶著做,也可以由學生課下自己做。同時,為方便學生自學,課程組專門為學生制作多媒體課件,該課件模擬教師課堂教學流程,深入淺出地詳細講解,例題量大且題型多,并附加基礎知識測試,重點、難點明確,放置于我校網絡平臺上“機械原理”、“機械設計”精品課中,學生可以借助網絡平臺的輔助學習功用實現自主、自助學習。“知之者不如好之者,好之者不如樂之者”,通過教學資源的優化與共享,學生方便靈活地廣泛涉獵知識,提高能力,激發學習興趣,為應用型人才的培養打下良好的理論基礎,以便更好地服務社會。
2.改革工程實踐教學體系,實現資源的優化與共享
實踐教學是高等學校實現培養人才目標的重要環節,知識來源于實踐,能力來自于實踐,各種實踐教學環節對培養學生的實踐能力和創新能力尤其重要。我國的某些理工科重點高等院校如清華大學、華中科技大學、武漢大學、武漢理工大學,針對“重實踐”提出的教學理念、教學方式和方法及教學內容的改革已經全面展開。因此,應針對我校特點對實踐教學資源進行優化整合,實現共享,為應用型人才的培養打下良好的基礎。
2.1對實驗資源整合優化,加快實驗室建設。
我校是由幾所學校合并而成的,許多實驗資源重復,如機構動態演示臺就有多套、同類減速器若干臺、動平衡機多臺、齒輪范成儀多臺等,并且多而雜的教學模型占據大量的實驗室空間,為此,對實驗室進行整合,淘汰落后和多余的模型和儀器,改進現有設備,對“機器與機構陳列柜”研發配置聲控裝置,并與機構的測繪實驗實現互補,使實驗內容更翔實、有趣。為豐富實驗內容,加強實踐訓練,購置一些新型的實踐教學設備,更新實驗教學內容,完善實踐教學體系,開設出能夠培養工程意識和綜合能力的實驗。購置了QM-ZXI型組合式軸系結構設計與分析實驗箱,通過此套設備學生可以自主設計拆裝軸系。通過購進HK2B-Ⅱ型機構組合創新實驗臺,開設了“機構系統創新綜合實驗”,利用此平臺,學生可以進行創新設計,再到實驗平臺上搭接組裝,然后對機構進行分析改進,加深對所學理論知識的理解和運用。實驗課程增強了自選性、綜合性、設計性實驗,增強了學生的想象力、創造力,充分調動了學生學習的積極性和創造性,提高了學生獨立開展科學研究工作的素質。實驗室向全校師生開放,鼓勵學生學而優則創,在教師的指導下由學生自主研發設計的“高壓電線除冰裝置”獲得2010年河北省首屆大學生機械創新設計大賽河北省一等獎,“火災逃生地震避險多用桌”、“救援千金頂”獲得2010年河北省首屆大學生機械創新設計大賽河北省三等獎,“社區太陽能路燈電池板清潔裝置”獲得2012年河北省大學生機械設計創新大賽三等獎;“自行車一體化鏈式充氣筒”獲得2012年河北省大學生機械設計創新大賽二等獎。
2.2建立網絡實踐教學系統。
多媒體技術的發展,為網絡實踐教學提供了便利條件。利用計算機技術、三維造型技術,虛擬現實技術、仿真技術等創建虛擬實驗室,進一步豐富精品課網絡實踐教學的內容。如“桿機構動態分析”可以改變構件尺寸觀察運動軌跡變化,“軸系裝配工藝”可以清楚說明零件間的相互位置關系、零件裝配工藝等,“軸系結構改錯”指出尺寸的合理性及如何修正錯誤結構。將大量的實例分門別類,不但在不增加教學設備的情況下加大了實踐教學比重,而且實現了學習環境的靈活性,激發了學生的學習興趣。
2.3完善課程設計實踐教學內容。
課程設計是非常重要的實踐環節,能夠培養學生的工程意識。以往課程設計安排在課程教學結束后進行,現在將課程設計任務安排在相應課程的教學過程中,將任務書下發給每一位學生,教師以課程設計為主線組織教學,讓學生在學習的同時利用課外時間收集資料和考慮各種復雜問題,充分發揮學生的主觀能動性進行創新思維。學生在學習的過程中設計方案,利用實驗室資源,不斷完善自己的設計方案,通過課程設計主線,使學生感受到本課程各部分內容的有機聯系。同時,將學生合理的設計方案補充到實踐教學中,使課堂教學不再停留在課本上。根據我校的實踐教學特點,結合國內外高校應用型人才培養戰略,編寫《機械原理課程設計》、《機械設計課程設計》、《機械設計基礎課程設計》教材,并將有關內容置于網絡平臺上,方便學生自主學習,也為畢業設計提供有益的幫助,深受學生的好評。
3.結語
通過對機械設計基礎課程資源優化與共享的研究,提高教學信息資源收藏質量,對現有資源進行整合和深加工,豐富教學內容,完成網絡平臺建設,多手段、多方法地調動學生的學習積極性和創造性,最終達到實現教學信息資源的共建、共知與共享的目的。今后將不斷地總結經驗,對教學內容進行補充和完善,為人才的培養提供更優質的資源,進行交流與共享。
作者:張君彩 陳青果 單位:河北科技大學機械工程學院
參考文獻:
[1]于雷.面向應用型人才培養的機械類實踐教學體系的構建[J].制造業自動化,2010,32(3):90-92.
[2]高慧琴.機械原理[M].北京:國防工業出版社,2009.
[3]濮良貴,紀名剛.機械設計[M].北京:高等教育出版社,2006.
[4]毛平淮.互換性與測量技術基礎[M].北京:機械工業出版社,2011.
關鍵詞 機械設計基礎;創新能力:TRIZ理論
中圖分類號 G642.0
文獻標識碼 A
文章編號 1005-4634(2012)05-0081-03
0 引言
《機械設計基礎》是天津城市建設學院非機類專業學生所學的一門專業基礎課,主要研究機械的常用機構和通用零件的工作原理、結構特點、基本設計理論和計算方法,具有較強的理論性、實踐性和應用性。現代社會需要具有創新能力的人才,所以結合天津城市建設學院非機類專業特點,并針對本課程特點,提出具體的改革方式來加強學生創新能力的培養。
1 《機械設計基礎》課程中存在的問題
《機械設計基礎》課程通常采用課堂教學、實驗和課程設計方式實施教學。如今的教學中存在以下問題。
1)教學內容多,課時少;
2)教學模式比較陳舊,現代教育手段得不到正確使用;
3)學生的自主性和創新性差;
4)實驗教學環節重理論、輕實踐;
5)學生對課程設計的重視度不夠、依賴性強,無創新性。
總體而言,現在的學生會背書、有技能,但缺乏創新能力。因此,在《機械設計基礎》課程教學中,培養學生掌握設計的基本原理和最新方法,還應注重培養學生的創新能力。創新思維的探索在國內外從沒有停止過,并已取得許多可喜的成果,如試錯法、頭腦風暴法、形態分析法、焦點對象法、多角度思考法、檢核表法等。但上述創新方法基本以心理機制為基礎,且邏輯性不嚴密。TRIZ是前蘇聯G.enrich S.Altshuller和他的同事,經過50多年對數以萬計的專利文獻和自然科學知識進行研究、整理和歸納,最終建立的一整套系統化的、實用的、解決發明問題的理論和方法體系。TRIZ理論的原理、法則、程序、步驟、措施等,來源于人類長期探索與改造自然的實踐經驗的總結,具有嚴密的邏輯性,而且應用的有效性較高。ZLOTIN把知識從0級到4級分為了5個等級(0級最低,4級最高),不同級別的知識可以用于解決不同級別的問題,如表1所示。使用TRIZ理論解決問題時,其步驟如圖1所示。
2 《機械設計基礎》課程改革措施
充分考慮天津城市建設學院教學的實際情況和本課程特點,基于TRIZ,對《機械設計基礎》課程提出具體的改革措施。
1)優化教學內容,構建培養創新能力的教學體系。(1)選取來源于現實生活的教學素材,并使教學內容貼近非機類各專業方向;(2)傳統和現代技術手段相結合,注重教師的引導作用,采用學生的融入式教學;(3)融入TRIZ理論,如講解齒輪機構在當今國內外的發展狀況時,引導學生采用TRIZ理論中40個發明原理中的問題模型進行分析:應用最廣的是直齒漸開線齒輪,但其壽命短、承載能力有限。因此,人們嘗試在同樣厚度的齒輪上,增加接觸線長度的斜齒,即斜齒輪。但斜齒輪在傳動過程中,易產生對傳動系統不利的軸向分力,所以,誕生了人字齒輪,可是人字齒輪的加工復雜。同時,講解齒輪機構的設計及其在生活中的應用時,穿插TRIZ理論及其有關的創新實例,并讓學生在課堂及課后應用TRIZ理論進行思考,啟發學生在原有基礎上不同角度的創新。
2)優化實驗內容,培養學生創新能力。(1)組織學生拆裝與專業相關的機器,為學習專業課打下良好基礎;(2)開設創新性和綜合性實驗…,如機構創意設計實驗,主要對常見的機構進行創意組合,由學生自己設計機構用途和機構簡圖,再根據其機構簡圖搭建機構,并分析其合理性。在實驗中,學生可使用TRIZ理論中的合并、分割、嵌套、替代等發明原理,解決設計的機構如何達到機構功能的要求;(3)從各自專業出發,鼓勵學生構想出一些新的機構、機器或對現有機器的不合理部分提出改革設想,然后進行設計并付諸實施。
3)改革課程設計的教學模式,加強學生創新設計能力的培養。(1)組成興趣設計小組,讓學生在設計過程中對現有的問題提出創新性解決方案;(2)TRIZ理論中的39個標準工程參數與機械產品有著非常密切的關系,所以,課程設計中要以學生為主,教師只起指導作用,引導學生將TRIZ理論中的39個標準工程參數應用到課程設計中,為以后的實踐性工作打下基礎;(3)重視答辯。
4)構建第二課堂,培養學生的創新能力。結合專業優勢,鼓勵學生積極參與教師課題和各級挑戰杯及創新大賽。(1)參與教師課題,使學生接觸學術發展的尖端知識,并增加他們的求知欲和探索欲;(2)對于各種競賽活動,采用自主研究模式,即由教師指導學生應用TRIZ理論提出問題和解決問題,搜集資料制定研究計劃,最后提交研究成果(論文或生產成品)。自始至終,指導教師不應直接參與其中,更不應把自己的觀點強加給學生,只在必要時給予一定的技術指導。
在參加天津市高校第二屆機械創新設計大賽的時候,學生提出問題:出門需帶東西多時,只有拉桿箱和塑料袋為伴,可是塑料袋提東西重了手會疼,拉桿箱拖東西輕松,但是不方便攜帶。這個問題屬于TRIZ理論中的物理沖突,即為了實現某種功能,一個子系統或元件應具有一種特性,但是同時出現了與該特性相反的特性。現在要求既能載重物,又要攜帶方便。在TRIZ理論中,Mann曾經提出:解決物理沖突的分離原理與解決技術沖突的發明原理之間存在關系,對于一條分離原理,可以有多條發明原理與之對應,如表2所示。
所以,上述問題屬于時間分離,根據表2中的發明原理15動態化:使一個物體或其環境在操作的每一個階段自動調整,以達到優化的性能。按照此原理,學生設計了多功能小拖車,鋁合金材料,折疊前尺寸為95×35cm,折疊后尺寸為40×35cm,如圖2所示。小拖車功能如下:
(1)拉桿的伸縮設計(如圖3)。伸縮設計可自由調節拉桿長度,當老人使用時,調節到拐杖的長度,用于老人暫時的站立休息;
(2)底板旋轉設計(如圖3)。底板沿水平面旋轉90度與拉桿成一條直線,拖車可被折疊;
(3)底板腿的伸縮設計(如圖4)。底板腿的伸縮設計使拖車折疊成小板凳,走路累的時候可以坐在上面休息。
3 結束語
將上述改革措施應用到天津城市建設學院各專業的《機械設計基礎》課程教學中,經過近兩年的實踐,取得了良好的效果。
1)充分調動了學生學習《機械設計基礎》課程的積極性和求知欲,提高了教學質量;
2)提高了學生分析問題與解決問題的能力,為專業課程的學習打下了良好的基礎;
關鍵詞:機械設計 教學內容 學習興趣 課程設計
機械設計是機械及相關專業一門重要的技術基礎課,具有很強的綜合性和實踐性。在課程的學習過程中,需要綜合運用多門先修課程中有關的知識與技能,教材中涉及的公式、圖線、表格、數據眾多,各章節之間沒有明顯的邏輯關系,從宏觀上看,缺乏系統性和規律性。而且,在研究該課程的相關問題時,思維活動往往需要沿多條線路交錯進行:既要分析機構的工作原理、運動情況、零件的載荷狀態,還要探討如何選材、如何保證良好的工藝性及經濟性等相關問題,設計者還要考慮到從設計到制造、使用及維護等方方面面的環節,十分復雜。學生在進行設計計算時,設計參數選擇的靈活性很大,設計結果不是唯一,評價設計結果的標準也不能簡單的用“對”或“錯”來衡量。這些特點都使得初學者難以適應,也給教學者帶來了很大的困擾。為此,我將日常教學中的做法及想法做了如下總結,以求探索更好的教學方式來提高學生的綜合設計能力。
一、教學內容更加合理和具有針對性
機械設計是既注重理論又非常注重實踐的一門課程。但是,對于不同的辦學層次有著不同的要求。高職教育突出的是應用型教育,因此,在課程內容的設置上要難易適中,結合實際,實用夠用。在保證知識結構系統性和完整性的前提下,盡量縮減理論推導,把抽象的知識直觀化。如對一些繁難的公式會用就行,不必深究。在傳授基本知識的基礎上,適當引入新知識,在課堂上增加一些現代設計方法的基本概念和基本方法的傳授。如在結構設計的內容中穿插三維造型設計;在典型零件的規范化設計中運用計算機輔助設計來實現等。一些具有可比性的零部件可以合并講授,例如滑動軸承和滾動軸承,螺紋聯接和鍵聯接,直齒輪設計和斜齒輪的設計等。
針對機械設計內容多、雜、散的特點,采用“主線式”教學,即:
介紹類型結構及特點工作情況分析失效形式及原因受力和應力分析確立設計準則選擇材料及熱處理方式設計計算結構設計繪制工作圖等,讓學生在設計不同對象時掌握一些共通的設計方法和步驟。
二、采用啟發式教學,培養學生的學習興趣和創新能力
興趣是一種主觀能動性的體現,有了興趣就有了想認知和進一步認知的動力,只有充分挖掘出學生學習中的主動性,才能真正使之全面而透徹的掌握機械設計這門課程。傳統中平鋪直敘、滿堂灌的教學方式已經落伍,應將教學過程組織成創設矛盾和充滿討論的過程,通過一定的由淺入深的問題激發矛盾,推動思維活動的展開,把學習的外向動機向內向動機轉移,變學生的客體地位為主體地位,對一些知識點通過一系列的提問和啟發,讓學生利用已掌握的知識自己去尋求答案,對他們得到的結論給以積極而客觀的評價,把他們從自己得出的結論引向實際,進而繼續發現問題并解決問題。這樣,在培養學生的理論水平的同時也加強了他們的素質教育,提高了他們的自學能力,使得他們有了創新的渴求。創新是高科技發展的動力和源泉,是一個民族進步的靈魂,也是我國21世紀人才培養的核心目標,在機械設計課程中可以增加機械零件認知實驗、機械性能實驗和機械創新實驗,加強學生的動手能力,學校可以定期將實驗室開放,讓同學們自己選擇儀器、自主對實驗項目進行改進、設計等。
三、教學手段多樣化、現代化
課堂教學中充分利用實物模型、掛圖和多媒體等教學手段,課堂外可以采用現場教學、實地參觀等多種教學手段,多角度、多方位地培養學生。計算機多媒體技術聲畫并茂,圖文交互,包含大量的信息;對同一個內容的處理可以采用語言、音樂、圖片、動畫等不同的方式呈現并有機結合在一起;能夠充分發揮多種感官功能,減少學習抽象概念的困難,大大提高了教學效率。如每一章的概述都會介紹各種傳動機構或通用零件的類型、特點及應用,如果單純用語言描述,枯燥又抽象。如果能制作成動畫或截取一些實物的影象資料,就會使內容簡練而生動。當然這離不開好的課件,課件要與課堂充分結合在一起,要把知識點和教學環節有機的進行結合,提高課件的交互性。但是機械設計課程涉及的內容繁雜,特點不一,也不能單純用多媒體,老師講解加板書對于一些復雜的推導可能給學生留出了更多的思考空間和時間,邏輯上更清晰一些。另外,現場教學也應引起重視,通過現場案例教學,可以提高學生的學習熱情減少他們的精神壓力,減少理論和實際的脫節,如果能進行一些簡單的拆裝或機器的操作就能起到事半功倍的成效。
四、改革課程設計
課程設計是機械設計教學的最后一個環節,其基本目標是培養學生綜合運用基礎理論知識的能力,工程分析能力和運用資料等基本設計能力,同時,也是對整個課程學習成果的檢驗。
目前,我們課程設計的題目仍然采用的是一級減速器的設計,由于資料不齊全,學生基本上是在經過大量的計算,翻手冊之后,就照葫蘆畫瓢了。設計題目太過陳舊,跟不上時展,易使學生墨守成規。對此,其改進措施是:針對一些基礎薄弱的同學可以繼續選擇做減速器的設計或減速器結構的優化設計;而針對一些基礎好的同學,可以讓學生選擇一些老師自己以前的科研課題的一部分加以改進;或讓學生自己找感興趣的課題由老師加以指導來加強創新能力和工程實踐能力的培養。
在內容上,還可以將原來的機械原理和機械零件的課程設計合在一起進行,要求學生從總體方案設計到零部件結構設計一起完成,使設計更系統,完整,為鼓勵學生創新,我們可向學生提供多個設計方案參與,學生也可提出自己更合理的設計方案。
對于結構設計,不給學生過多的限制,而應充分發揮學生的想象力和創造性,為了解決學生對機械結構知識普遍缺乏的問題,讓學生在設計前參觀機械傳動陳列室和實訓中心,對學生進行結構設計有所啟發。
對于學生中普遍存在的工藝知識和公差知識的缺乏,應結合課程設計實際進行必要的講解和補充,使學生通過設計全面掌握和鞏固機械設計的相關知識。在課程設計中我們還可以嘗試用課程設計CAI課件來指導學生進行設計,提高學生的積極性,另外,我們還積極鼓勵學生利用CAD軟件在計算機上進行設計,使學生通過課程設計來掌握現代化的設計手段和方法。
五、結束語
機械設計教學方法還需要不斷地改革,才能更適應高職教育培養高級應用型人才的需求。這是一個系統工程,涉及課程教學環節上的綜合配套。只有不斷地實踐,才能找到更加合適和有效的方法,我們應該朝著這個目標不斷地努力。
參考文獻:
[1]趙亮培.計算機多媒體技術在“機械設計”教學中的應用.中國職業技術教育,2004.
突出工程觀點機械設計課程是一門實踐性很強的課程,而學生缺乏實踐經驗和感性認識,因此我們充分利用實驗課、課程設計等實踐環節,培養學生應用工程觀點提高分析問題和解決問題的能力。實驗課在傳授知識和技能方面有著理論課無法替代的作用,它的特點是觀察目標明確、清晰,原理結構易懂、有針對性,可動手操作等。我們要求學生仔細觀察、分析,并將實際結果和有關原理進行分析、對比和歸納總結。如動平衡實驗、螺栓組連接實驗等幾個驗證性實驗,目的就是驗證理論知識,培養實驗動手能力,同時提高學生應用工程觀點分析問題的能力。課程設計是本課程及相關課程知識的一次綜合運用,是學生第一次較全面的設計訓練,是對學生設計思想、設計方法和設計能力的一次鍛煉和檢查。在此過程中,前一階段教學中存在的問題會顯露出來,因此這是系統培養和強化學生工程觀點的一次難得的機會。
將單個零部件的設計與整機設計結合起來在實際的工業應用中,零部件往往不是單獨使用的,它們要相互連接、配合形成系統進行工作。因此,機械設計課程教學的目標決不僅僅是為了能夠進行單個零部件的設計,而是面向實際機械系統的設計。但目前國內高校機械設計課程的內容在編排上都是以零部件進行分塊講解,各個零部件之間沒有很好地建立有機的聯系,學生在學完整個課程之后雖然能夠進行單個零部件的設計,但面臨整機設計中的零部件之間相關問題設計往往無所適從。為此,我們在教學中每講到某一個零部件的設計時總要抽出一定的時間詳細介紹一下該零部件與其他零部件之間的關系、設計中如何進行相互協調等。
合理使用教學方法與教學手段
1采用多媒體教學,提高教學效果學校在多個校區建立了設備先進,條件優越的多媒體教室,能保證全校機械設計課程的多媒體教學。從2000年開始研究利用信息技術進行教學手段和教學方法的改革,進行多媒體課件的研制工作,完成了《機械設計基礎》、《機械工程基礎》、《機械設計》三門課程的多媒體課件,所用素材內容豐富、經典生動,學生反映良好,使用方便省時高效;使教師授課空間由二維的黑板擴展到了更真實、自然的多維空間,為改革傳統的教學方法和教學手段提供了新的發展機遇。
2多樣化的課堂教學幫助學生掌握重點、克服難點理論課加強啟發式,采用多媒體和黑板相結合,并輔以配套電子版教材,幫助學生聽課與復習;習題課通過抓住典型習題,舉一反三,以點帶面;討論課以實際工程為背景,使學生在分析能力提高中理解重點;實驗課充分發揮開放實驗室的作用,使學生在自主動手能力提高中突破難點。
3建設“機械設計”省級精品課程網站利用校園網提供的網絡教學平臺,為學生提供了教學課件、學習指導、復習思考題、練習題等大量的學習資源,節省了學時,提高了教學效率和教學質量,也培養了學生的自學能力。
3開放主題的小論文,培養學生主動獲取知識的能力
由于學時的限制,在講授機械發展史等內容時,只能給學生一些很粗淺的認識。我們嘗試讓學生對這部分內容進行自學,并且給學生獲取比教材上內容更豐富和具體的知識的途徑,要求學生以“各種機械的發展史”為主題寫成學習小論文。學生通過查閱相關資料,對各種機器的相關技術及發展有了較深入的認識,并完成了諸如“機器人的發展”“、抽油機的發展”、“聯合收割機的發展”、“輪式拖拉機的發展”等小論文的寫作,并編輯成冊,培養了學生主動獲取知識的能力。
工程實踐能力和創新能力的培養
以機械設計課程體系的教學內容為背景,以強化設計型、綜合型和加強學生動手能力培養為目標,我們將原“機械設計”的實驗環節從課程中剝離出來,于2006年構建了單獨設置、學分單列的機械設計實驗課程,并新編了“機械設計實驗指導書”和“機械設計實驗教學大綱”,按五大模塊體系設置了5個實驗項目,其中:創新設計型實驗1個,綜合型實驗3個,驗證型實驗1個。對每個實驗項目規定了難度等級,要求每位學生至少完成3個實驗項目,其中包括2個必做項目和1個選做項目,便于因材施教和培養學生個性發展。為進一步提高本科生科研能力、創新能力和實踐動手能力,進一步激發學生的科技創新熱情,依托西南地區較早建立的機械創新設計實驗室,我校每年都舉辦大學生機械創新設計大賽,學生可根據自身的興趣愛好和創新需求自由申請項目,也可申請參加教師從現有教學、科研、生產和管理研究課題中細化出來的項目或企業界設立的項目,學校給予經費支持,機械基礎教學部配備指導教師。近幾年來,學生的科技創新活動如火如荼的進行,優秀作品曾多次獲得四川省“挑戰杯”、全國“挑戰杯”、全國大學生機械創新設計大賽獎項以及全國機器人足球錦標賽冠、亞軍。
加強師資隊伍建設
機械設計課程教學組鼓勵和支持青年教師在職提高學位,實行指導教師責任制,安排富有教學經驗的老教師在教學和科研上對新進教師進行指導和幫助,實行一對一的傳、幫、帶,并訂有明確具體的培養計劃,幫助他們提高教學能力,過好教學關。要求新進教師必須經過聽課、輔導答疑、批改作業、指導實驗、指導課程設計、試講、點評、講近機類課程等階段后,才能講機類課程。經常開展有關本課程的教改與建設、教材建設、教學方法與手段運用以及老教師示講、試講等教學法活動;鼓勵青年教師在教學方法、教學手段等方面勇于創新,創造條件鼓勵教師參加各種學術會議。鼓勵青年教師積極參與本課程組主持或參加的校級及省教育廳立項的課程建設與教改研究項目。另外,加大引進具有豐富實踐經驗的高級工程技術人才,把不同經歷的教師融為一個有機整體,使教師間共同磋商,相互學習,取長補短。