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時間:2022-02-11 08:45:58
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《機械設計基礎課程設計》是機械設計基礎課程實踐環節的一個必不可少的環節,旨在通過學生自主設計,培養工程類人才的分析能力、實踐能力、動手能力、應變能力、語言表達能力和團隊合作精神。針對現在課程設計中存在的一些問題,提出幾點改進的建議,以期學生能從課程設計環節取得更大的收獲,培養出更適應社會發展的工程應用人才。
關鍵詞:
機械設計基礎;實踐環節;工程應用
《機械設計基礎課程設計》作為《機械設計基礎》課程的延續,機械設計基礎課程的一個重要實踐教學環節,是工科院校機械類學生第一次獨立自主設計,主要考核學生分析查表、分析實際問題、繪圖和語言表達等方面的綜合能力。也是一次對理論與實踐相結合的新教學模式的探索。隨著社會和企業對人才需求的變化,要求機械類工程應用人才具有扎實的理論知識基礎、良好的動手操作能力、獨立思考能力,具有發現、分析和創新性的解決實際工程問題的能力。這也對我國大中專院校的教學質量提出了新的要求和目標。與此同時,機械設計基礎課程設計作為一個重要的實踐環節也凸顯出了更大的意義。本文圍繞培養與企業需求相符合的工程應用型人才這一目標,從機械設計基礎課程設計的教學內容、教學方法和考核制度等方面進行改進和實踐。
1“機械設計基礎課程設計”現階段存在的問題
1.1題目單一,束縛學生創新力
機械設計基礎課程設計設計題目多為以減速器為主體的傳動機械裝置。主要包括對傳動參數計算、齒輪傳動設計、帶傳動設計、軸的設計、軸承和鍵等常用零部件的選用。該裝置比較全面地反映了機械設計基礎課程教學內容,成為各大高校常用的典型課程設計題目。采用“教師隨機輔導,學生自主作業”的教學模式,主要考核學生分析查表、分析實際問題、繪圖和語言表達等方面的綜合能力。題目單一帶來的后果就是網上參考資料泛濫,或者往屆學生設計資料外流等各種原因造成的學生抄襲情況嚴重的現象。導致與學校開設這門課程的目的有所偏離,更重要的是這種現象嚴重束縛了學生的創新力。
1.2設計任務大,時間緊
機械設計課程設計實踐周期大多為三周,通常在理論課程后進行,根據學生專業基礎知識差異,可分為單級齒輪減速器和二級齒輪減速器。課程設計設計大量的參數計算,需要學生在掌握理論知識的基礎上能夠熟練使用設計手冊,而且在設計過程中還需要全面考慮強度、剛度、密封、以及加工工藝等方面的問題,學生在缺乏實際設計經驗的情況下很難順利完成設計計算。同時在整個設計過程中還融合了工程力學和幾何公差與測量方面的知識。這些課程開始時間與課程設計間隔過長,很多學生無法快速學會將這些知識運用到課程設計當中。初次之外,繪圖工作量較大,一般要求學生手工繪制一張A1的裝配圖和兩張A3的零件圖,書寫一本課程設計說明書。種種原因都導致學生時間緊迫,無法在有限的時間里面完成優秀的設計。
1.3管理方式存在差異
理論教學主要在課堂進行,有教師主導,嚴格按照教學計劃進度教學。而課程設計一般指定一個固定教室,以班級為單位。在課程設計期間,要求學生按照教學時間集中在教室進行學習,在此期間,教室隨機進教師對學生進行輔導和考勤。這種管理模式對學生的自律性要求極高,事實證明,大部分學生并不能嚴格按照要求時間節點完成設計任務,導致整個設計過程延后,設計質量下滑。
1.4學生態度不端正
課程設計考核以答辯形式為主,很多學生認為不管過程如何,都不會出現不及格的情況。這種心理使得大部分學生態度不端正,缺乏對該課程的重視。導致的后果就是最終的設計成果質量較差,甚至為學生抄襲提供的正當的借口。這與機械設計基礎課程設計開設的目的是相背離的。
1.5缺乏團隊合作精神
機械設計基礎課程題目大多為減速器傳動裝置,要求學生獨立完成。為了保證每位學生數據不會重復,一般可根據結構和數據不同劃分,這樣也可以減少抄襲現象。然而,機械設計基礎課程設計時間長,工作量大;涉及的理論知識相對寬泛,且學生又都缺乏實踐經驗。這樣問題都會影響設計進度和質量。一般課程設計都會安排教師進行指導,為培養學生獨立思考和分析問題的能力,教師一般都其監督和引導作用。一旦遇到疑難問題,而指導教師又不能及時出現并予以解答,學生只能束手無策。作者通過對學生觀察,發現大部分學生在設計過程中獨自為營,遇到問題只會埋頭思考,反復琢磨卻無處求解,對很多設計過程要么不求甚解,要么抄襲其他人。最終在這個環節的收獲也是寥寥無幾。
1.6考核標準存在差異
機械設計基礎課程設計的最后成績主要由課堂考勤、進度檢查、數據計算準確與否、作圖質量和答辯等幾部分組成,分為優、良、中、及格和不及格五個檔次。與筆試形式的考核不同,這種考核方式沒有一個明確的評分標準。由于每位指導老師評估成績時的側重點不一樣,導致考核時上述各部分所占的比重也不盡相同。為此而產生的影響就是經常有學生對自己獲得的成績與預期有所偏差。這種現象也極大地打擊了部分學生的積極性,對該課程環節在全校的印象產生消極作用,不利于對下一屆學生課程的開設和管理。
2提高“機械設計基礎課程設計”水平的方法
2.1從題目改革入手,培養學生創新力
國外高校注重實踐創新能力的培養,建立創新激勵機制和多渠道、多層次開展實踐創新活動。培養學生創新能力是世界上許多科技強國高等教育改革的目標。日本把科學技術中創造力作為一個重要的發展戰略。德國將學生開拓創新能力作為新世紀教育的重要部分之一。我國的高等教育也提出深化教育改革,加強素質教育,開展提升創新的教育。提高學生的實踐能力,培養求異思維;注重個性發展,是培養他們的創新精神和創新能力的必要途徑。傳統的機械設計基礎課程目的是鞏固所學理論知識,重在引導學生將課堂所學融入到設計當中。因此,減速器設計基本滿足這一要求,這也是課程設計題目常年不變的原因所在。題目和數據不變導致的后果就是學生思維受限,缺少對新事物的好奇心以及解決問題的新方法的探索。最終完成的作品大都中規中矩,缺少創新點。21世紀的人才培養模式是:“低重心、寬口徑、重實踐、強能力”。為此我們必須更新教育思想和觀念,加強機械設計課程設計的改革和建設,著重培養學生的協同創新能力。為達到這樣一個目標,我們可率先從課程設計題目改革開始。減速器傳動裝置所包含的設計內容確實能全面的概括機械設計基礎這門課的是知識點,不需要刻意回避對改題目的選用,但參與課程設計的學生專業各有不同,包括機械設計制造及其自動化、車輛工程、工業工程和材料專業的學生。我們可以從學生的專業不同入手,結合各專業的學習重點對題目適當調整,例如車輛工程專業主要培養的是與汽車工程有關的設計人才,學生對汽車的認識和興趣也相對較大。為此我們刻意將減速器設計改為變速器的設計,這樣既能與學生所學專業聯系起來,也能考核學生對機械設計基礎課程理論知識掌握情況,以此類推,對材料專業可在考核機械傳動零件的設計同時側重考核對減速器的材料選擇和結構優化。這些細微的改動既符合課程設計開始的目的,又能結合學生專業的特點。除此之外,教師還可以自主擬題,或者將一些適合學生的大學生創新比賽的題目引入課程設計當中去,讓學生又更多的選擇空間。同時,這些新題目參考資料較少,更能激發一部分學生對未知的挑戰,激勵學生發散思維,提出更多有創新的想法,最終設計出具有創新力的優秀作品。
2.2合理安排設計時間,保證設計質量
課程設計題目通常都是幾個學生做一個題目,只在數據上有所不同。課程設計的開設一般都在機械設計基礎課程之后,理論與實踐環節相對獨立,而對于在設計過程中需要運用的其他相關課程的知識,也與課程設計開設的時間相距較大。這些客觀原因都給學生的設計帶來不便,除去設計所花費的時間,學生還要花費大量的時間來回顧以前學習的課程知識。這樣造成的后果就是時間不夠,最終只能敷衍了事。解決這個問題的關鍵在于如何安排時間。首先,傳統課程設計的任務下達時間較晚,學生準備不充足,容易手忙腳,這是由理論教學和實踐環節脫節而導致的。為此可將課程設計任務融入理論教學當中,分階段的穿插在教學過程中,使學生能夠明確設計要求,帶著設計任務進課堂。既有利于學生掌握課程內容,又能培養學生理論聯系實際的能力。同時,學生還可以利用課余時間研究課程設計任務,及時請教老師。這樣既能縮短設計時間,也能減輕教師的指導任務。逐步培養學生發現問題并解決問題的能力。其次,就作者觀察,大部分學生在接到設計任務開始,或是埋頭思考,或是無所適從,缺乏交流和溝通。而現代企業對人才的需求上更多的是要求協同合作,在實際生產中,任何一個機械設備也不可能單靠一個人設計完成,也不可能單靠一個人的設計方法完善所有功能,必須融合團隊所有人員的思想。因此,必須在學生階段培養學生協同合作的能力。最后,課程設計任務中要求學生手工繪制裝配圖和零件圖,工作量較大。而且與現代企業的設計模式存在差異,為避免學生與企業脫軌,可適當引入計算機輔助軟件,培養學生的繪圖能力。
2.3改革考核制度,啟發學生創新思維
傳統的課程設計考核方式主要是答辯形式,一方面考核學生對設計任務完成的情況,一方面考核學生的語言表達能力。由于指導教師不同,每個人心中的考核標準存在一定差異,導致最終學生的成績也各有不同。解決方法之一是統一考核標準,在組織答辯之前,所有的指導教師可以集中討論,對評分標準有一個統一認識;其二是根據學生選題難度劃分不同評分標準,如:選擇常規題目和自選題目的學生在創新性上存在差異,可將創新能力作為評分標準;個別學生在繪圖過程中使用的計算機輔助工具,可將對軟件的操作作為評分標準;或者由學生組織團對設計并參與相關賽事,可將團隊合作作為評分標準。這些新型的評分標準可極大地激勵學生靈活應用計算機工具,創新性的分析和解決工程實際問題。最終培養出適應企業模式的綜合性機械類應用人才。
3結論
本文結合了我國經濟發展和現代企業的對人才的需求,對機械設計基礎課程設計這一實踐課程存在的題目單一、設計任務大、時間緊、理論是實踐脫節、學生態度不夠端正、缺少團隊合作精神、考核標準存在差異等方面的問題提出相關的解決方法,為提高機械設計基礎課程設計水平提供一定借鑒。
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關鍵詞:機械設計課程;設計教學;質量
0引言
機械設計是機械類專業的一門主干課程,該課程在學生綜合能力培養中起著重要作用。為此,許多學校都在機械設計教學中下足了功夫,但是整體來看,我國機械設計教學中始終存在內容單一、創新性差等問題,這不得不引起我們的重視。
1機械設計課程設計教學存在的問題
1.1內容陳舊
長期以來,機械設計課程設計的題目都以減速器設計為主,課程設計題目可謂是千年不變。多年不變的題目,只能導致抄襲現象越來越嚴重。一些學校為了避免學生抄襲雖然會在減速器設計中更改一些數據,但是許多學生在減速器設計中,都是直接從網上下載設計說明書,對數據尤其是圖紙標注數據稍加修改,就不再理會其他東西。這種機械式的模仿設計,必然會影響學生的學習主動性和思考積極性,這對學生長遠發展極其不利。
1.2學時少,教學壓力大
近年來,隨著新型機械、技術工藝的興起,一些新的課程也逐漸進入到機械類課程體系中來,機械設計課程設計教學課時也隨之被壓縮。而另一方面,機械設計課程設計教學內容卻沒有任何變化,教師要在更少的科室內完成教學任務,學生在較少的課時內仍要學到同樣多的東西,這對他們來說是一個不小的挑戰,機械設計課程設計教學質量也可能會因此而大打折扣。
1.3教學手法單一
機械設計基礎課程教學內容不僅包括常用機械機構、通用零件的工作原理、結構特點和機械設計理論和計算方法等內容,還涉及高等數學、工程制圖、工程力學、金屬材料及加工等方面的知識。整體來說,機械設計課程設計教學內容具有概念多、公式多、圖表多、內容枯燥等特點,這給教師的教學能力和教學技巧都提出了較高的要求。但是,許多教師在教學中都存在照本宣科的思想,除了必要的教輔工具,他們很少會借助其他工具、資料來教學。有的教師因為教學經驗不足,難以設計一些全局問題來引導學生進行問題討論和研究,導致機械設計課程設計教學目標難以實現。
2提高機械設計課程設計教學質量的策略
2.1全面進行課程設計
系統論告訴我們,所有的課程及課程教學都是一個系統的工程,機械設計課程設計教學也不例外,并且,機械設計課程設計教學對課程教學設計的系統性要求更高。因此,在機械設計課程設計教學中,學校要遵循系統論原則,做好課程整體設計,明確機械設計課程設計教學目標,細分機械設計課程設計教學能力目標、認知目標。然后,將理論教學與課程設計教學結合起來,做好課程全面、系統的設計,立足于課程設計任務之上提升設計教學的高度,要求學生不僅要根據設計題目分析參考材料,深入進行設計研究,還要進行設計比較和創新,設計出多種可行性方案并從中篩選出最優方案。如在平面連桿機構類型和應用教學中,教師可以舍棄教材所用的演化法,借助多種演變途徑將各種平面連桿機構演變出來,并本著創造性設計理念,分組合利用多媒體課件或者模型演示平面連桿機構,對兩連架桿的類型進行歸納總結。這樣不僅消除了學生的理解障礙,還能提高教學質量。
2.2合理安排課時,科學選擇教學內容
機械設計基礎課程知識點繁多,內容瑣碎,機械設計課程設計教學目標的實現,要以一定的課時、科學完善的教學內容為基礎。因此,在機械設計課程體系建設中,學校既要多開設一些自然工程課程,還要建立健全機械設計課程設計教學管理機制、保障機制、監督考核機制,明確機械設計課程設計教學目標和教學任務,保障機械設計課程設計課時,為機械設計課程設計教學打好基礎。與此同時,做好課程內容選擇和組織工作,設計理念和思維遷移到生產、生活的各個領域,啟發人們的創造性思維和創造性活動。比如,將機械設計課程設計理念向服裝造型設計領域滲透,采用衣片組合方式、變異法進行機械設計。在高校機械設計課程設計基礎教學中,教師還要科學進行課程設計教學時間管理,如提前下發課程設計要求,將課程設計過程和機械設計課程同步進行,以確保課堂教學有序進行。在學生完成課堂課程設計的條件下,教師還要鼓勵學生根據自已的需要選擇課程設計題目,選取機械設計大賽中的工程對象為設計題目,引導學生積極參與社會實踐和自主學習,爭取使學生在開放性的設計中鍛煉和提高自身的創新設計能力。
2.3創新教學手法,提高教學質量
新穎有趣的教學手法,是提高教學質量的關鍵。這就要求機械設計課程設計指導教師應積極參加工程設計、研究工程課題,努力學習機械設計課程設計教學手法和技巧,不斷豐富自己的工程設計知識,提高自己的教學能力,以滿足機械設計課程設計教學需求。在機械設計課程設計教學中,教師既要注意機械設計細節知識和知識的連貫性,做好教學設計,巧妙導入新知識。還要引入多種教學方法,并使多種方法相互滲透,如教師可將傳統的講授法與目標教學法、探討互動式教學法與多媒體教學法、情境教學法結合起來,針對不同內容采用不同方式進行教學,使學生愉快地投入到學習中去。如講述與數據推理、運算有關的知識時,教師要利用板書來演示整個推理的過程。而在講述與齒輪受力分析有關的知識時,教師可以將分析討論法與多媒體教學法結合起來,先講述齒輪受力和運動情況,再用多媒體演示相關內容,讓學生對所講的知識有一個全面、感性的認識。在此基礎上,教師還可以借助課程設計總結和討論,讓學生提出自己不懂或感覺含糊的問題,然后借助生生討論、師生交流等幫學生釋疑解惑,以使學生有更大的收獲。
3結語
卓越工程師教育培養計劃是落實我國教育改革和人才發展規劃的重要舉措,其目的在于為創新型國家建設和人才強國戰略提供高質量的工程技術人才保障。高等學校作為工程教育的高地,在培養具有扎實基礎理論知識的高素質人才方面發揮了極大作用。但我國高等教育體系長期以來存在重理論輕實踐、重模仿輕創新的弊端,在面臨工程實際問題的時候,學生思考問題、解決問題的能力明顯不足,難以適應現代社會的發展需求。因此,目前高教界正在積極探討培養學生創新意識、創新能力的方法和途徑。
2機械設計基礎課程教學現狀
機械設計基礎課程具有涉及知識面廣、理論聯系實踐的特點,主要由理論教學、實驗教學和課程設計三個環節組成。以我校機械設計基礎課程教學為例,理論教學依然以教師多媒體講授為主,主要原因:①多媒體圖文并茂,動畫、視頻豐富;②教師備課相對容易,但這也忽視了多媒體重難點不突出的弊端,學生短時無法接受大量的信息。在教學方法上忽視案例教學、問題導向式教學等方式的運用,影響教學質量和學生能力培養。機械設計基礎課程設計以帶式輸送機傳動裝置設計為任務,其設計對象仍為一級圓柱齒輪減速器,概因減速器設計理論成熟,可以做到有章可循,而且減速器中齒輪、軸、軸承等零件的設計恰是機械設計基礎課程研究的主要內容之一。但從課程設計教學效果看,還存在以下不足:①學生缺乏工程實踐,對減速器認識也僅是“聽說”,特別是結構設計時完全依靠指導書中例圖,沒有自己設計思路;②學生對力學、圖學等先修課程知識綜合運用能力較差,特別是繪圖質量不高;③教學模式單一,設計任務相同僅設計數據不同。學生在設計過程中缺少交流與協作,個別學生抄襲別人資料,學生分析問題和解決問題的能力得不到鍛煉。
3機械設計基礎課程教學改革思路
3.1融合實驗實踐內容于理論教學、引入工程實例
機械設計基礎課程主要內容包括兩部分:①研究常用機構的機構組成、運動特點、設計方法等;②研究一般條件下通用零部件的類型、作用、設計計算方法。實際教學中對第一部分內容注重于機構結構分析內容、圖解法內容和單個機構而不是機械系統的介紹;對第二部分內容仍將機械零件分成:常用傳動(齒輪傳動、帶傳動、鏈傳動)、機械連接(螺紋連接、鍵連接、銷連接)、機械支承(軸、軸承)、其它零部件(機座、箱體)幾部分,部分和部分之間缺少一定的聯系,知識點比較零散。為此,應融合實驗、實踐內容于理論教學,在課程教學之初就提出機械設計的最終目的是“設計機械”,以兩種典型的機器——四沖程內燃機和機械傳動裝置——減速器為例,介紹內燃機的結構組成、工作原理、運動特點,從而提出內燃機的機構組成包括三大機構:連桿機構、齒輪機構、凸輪機構,它們是機械設計基礎課程的重點內容;從機械制造的角度介紹減速器的零件組成:齒輪、軸、軸承、螺栓、箱體等,從而引出課程的另一部分重要內容——機械零部件的設計計算。對教材的內容根據授課專業的不同進行適當取舍,由于我校的一些近機類專業如材料、安全工程等專業力學、金工實習等先修課程開設的不足,在帶傳動設計、齒輪傳動設計中若一味地講解受力分析,學生勢必難以接受,應拋開推導過程而重點強調應用。將案例作為課堂教學的基本素材,把學生引到工程問題的現場,借助于多媒體的情景再現,首先讓學生用工程語言描述工作過程,其次讓學生提出工程問題并構思解決問題的方案。這不僅有助于學生提高感性認識,更重要的是讓學生體會知識應用的成就感。
3.2重點改革實踐教學環節
基于減速器應用的廣泛性、教學示范效果的典型性、設計方法的成熟性,減速器設計仍是檢驗學生理論知識掌握和運用熟練程度的最好的載體。但應該改變以往在給學生布置設計任務時就給出設計方案的作法,而是僅給出工作機的工作要求和工作參數,對原動機、傳動裝置由學生自己選定。由于學生對機械的感性認識和工程實踐知識十分缺乏,不能將所學的知識與實際聯系起來,更不會應用于工程實際,因此將減速器拆裝測繪綜合實驗安排在課程設計任務下達之后進行。通過實驗讓學生對減速的功用、結構組成有一個直觀的認識,對提高課程設計質量有直接的幫助。實驗結束之后,在組織學生討論之前提出的幾種不同設計方案,比較各方案中各傳動裝置的形式及布置的先后順序并確定出最優方案。這樣每一位同學都有提出自己設計思路的機會,通過交流發言使每一位學生認識到自身學習的主體地位,在課程設計之初就積極參與到解決工程實際問題的過程中來。在以往指導教師分配給學生的數據不同,可以避免學生抄襲。但由于現代信息的發達,網絡上只要提供數據就可以提供設計過程,這就造成了部分學生的“信手拈來”。可以根據班級學生數量將其分成5~6個設計小組,每個小組一組數據所算得的傳動裝置運動和動力參數應該是一致的,而在傳動比分配時各級傳動比又可以是不同的。學生一邊計算一邊交流,不僅了解了其他人的設計思路,發現自身問題也可隨時解決。
3.3機械設計基礎課程考核方式改革
學生最關心的必然是課程考核成績,因此機械設計基礎課程的改革與探索必須得到學生的配合與支持。如果課程考核方式不能客觀地反映出學生的學習狀態,優秀學生的學習積極性必將受挫。隨著社會對人才能力需求的提升,機械設計基礎課程內容的廣泛性、能力要求的全面性與有限的學時之間的矛盾就日漸顯現出來,一方面教師教學中要保證課程內容的系統性、全面性;另一方面學生學習時又感到時間緊、任務重,因此傳統的教學模式及考核評價方法與機械類卓越工程師能力要求已不相適應。在我校,機械設計基礎的總評成績由兩部分組成,其中考試成績占70%,平時成績(包括出勤和課堂表現、作業、實驗)占30%。近年來針對課程考核方式也進行了改革。但平時成績在總評成績中占的比重仍較小,且平時成績的組成仍比較簡單,缺少行之有效的評價內容體系。應以機械類卓越工程師培養對機械設計基礎課程教學的能力培養目標為依據,適當增大平時成績的比例,并尋求可以定量化考核的評價內容。因此可以提高平時成績的比例到40%,增加課堂討論發言、創新機構設計、大作業等環節,其占總成績比例為10%,通過這種形式提高學生學習的主動性和參與性,提高學生的動手創新設計能力,達到課程教學目的。
4結束語
機械設計基礎課程教學是培養具有創新意識和實踐能力的機械類卓越工程師的重要環節。隨著社會對機械類人才綜合素質要求的逐步提高,各高校對機械設計基礎課程相繼進行了改革,但無論如何都是基于創新能力培養的核心。在機械設計基礎課程教學中對課程內容體系、課程設計和課程考核評價方法等方面都進行了積極的探索,這些措施的實施收到了大量有益的效果。將繼續按照制定的基于卓越工程師培養對機械設計基礎課程教學的知識和能力目標要求,完善機械設計基礎課程的教學方法和體系。
作者:陳國輝 楊松華 宋勝偉 單位:黑龍江科技大學機械工程學院
參考文獻:
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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。
參考文獻:
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關鍵詞 機械設計基礎;教學改革;獨立學院
中圖分類號:G642.0 文獻標識碼:B
文章編號:1671-489X(2013)30-0085-02
機械設計基礎是一門理論與實踐緊密結合的課程,是學生由理論基礎學習轉向專業課程學習的重要橋梁和紐帶。機械設計基礎課程的主要內容是研究機械中的常用機構和通用零件的工作原理、結構特點、基本的設計理論和計算方法[1]。課程的主要任務是培養學生具有設計通用零件和機械傳動裝置的能力,掌握重要機械參數的測定并具有運用標準、規范、手冊、圖冊和查閱有關設計資料進行初步的工程設計能力,培養學生分析問題和解決問題的能力、動手實踐能力及創新設計能力[1-2]。機械設計基礎課程涉及的基礎理論內容較廣且相對獨立,實踐性較強,學生缺乏工程意識和實踐能力,因此學習起來較困難,容易失去學習興趣,導致學習效果不理想。這就要求教師在課堂上采用多種教學手段與方法,使學生在課堂學習中能更多地接觸實踐,更有興趣地學習這門課,更好地培養工程素質[3]。
1 機械設計基礎教學改革思路與目標
高等教育肩負著科教興國和人才培養的雙重使命,必然要適應社會經濟發展對人才的要求。傳統的以傳授知識為中心的教學理念很難實現這一目標,因此必須要建立一種新的教學理念來指導機械設計基礎課程教學,以培養學生的工程實踐能力和創新思維為最終目的,使學生能了解本學科的發展趨勢,具備從事工程技術方面工作所必需的基本理論知識和基本技能,能夠運用所學的知識自主地發現問題、分析問題和解決問題。為此必須靈活采用多種教學方法和教學手段,激發學生的學習興趣,使學生愉快而自主地進行學習。同時要加強實踐教學環節,培養學生的創新思維和工程設計能力,使機械設計基礎教學融知識傳授、能力培養、素質教育和服務社會于一體,為學生就業奠定良好的基礎。
2 教學內容的改革
機械設計基礎課程內容繁雜,基本概念、公式、圖表等繁多,而且公式的推導過于冗長,缺乏系統性,導致學生學習興趣不高,信心不足。因此,結合成都理工大學高素質應用型人才的培養目標,以工程應用為主線,以“必須夠用”為原則,對教學內容進行精選和優化整合,刪除落后的內容及復雜公式的推導過程等,加強基礎知識和基本設計方法的講解,重點強調公式的理解與應用,總結前后內容的系統性和規律性,注重零件參數確定的方法與零件結構的合理設計,盡可能選用典型性和啟發性的工程實例,加強對學生解決工程應用問題能力的培養。同時適時地更新教學內容,保持教學內容的先進性和科學性,拓展學生的知識面,加強工程觀念和綜合分析應用能力的培養,使學生既具有扎實的理論基礎,又能很好地將所學知識應用于實際設計中。
3 改進教學方法,采用先進教學手段
以教師課堂講授為主的傳統教學方法,往往偏重于教師單方面知識的傳授,忽視了學生的自主學習,教學效果不佳。因此必須采用靈活多變的教學方法和教學手段,加強與學生之間的互動與交流,激發學生主動學習的積極性。
3.1 互動式教學方法
傳統的灌輸式教學方法忽視了學生的主體地位,只重視教師的“教”,忽視了學生的“學”,不利于學生自主學習和主觀能動性的培養。互動式教學方法可使師生間單方向知識傳授轉變為雙向互動。教師在遵循學生認知規律的前提下,充分發揮主導作用,創設學習環境,精心設計啟發性問題,激發學生的思維,引導學生積極思考,喚起學生發現問題、探索問題的興趣。
例如,教師在講授帶傳動能夠將回轉運動變成直線運動時,可以設置問題:還有什么傳動方式也可實現相同的運動轉換?這樣就可將前面所學到的齒輪齒條傳動、螺旋傳動、鏈傳動等與帶傳動聯系到一起,不但能有效調動學生的學習積極性,還將前后知識聯系到一起,便于理解和掌握。通過互動式教學方法,教師的職責不再只是簡單的傳授知識,更重要的是要引導學生去積極思考,突出學生的主體地位,激發學生積極思考,引導學生進入有意識學習的心理狀態,變被動學習為主動學習,真正地實現教與學的互動。
3.2 加強多媒體教學與板書相結合
采用多媒體教學方法能夠有效增加課堂教學信息量,并有效解決教學內容多、課時少的問題。通過形象生動的動畫、視頻等多媒體手段,可將復雜的運動逼真地展現給學生,幫助學生理解和接受其運動規律。例如,通過動畫演示桿長的變化、機架的改變等來講授平面四桿機構類型的變化情況;將四桿機構的一些應用實例如攝影平臺、飛機起落架、縫紉機踏板、雷達調整機構等做成動畫,能使枯燥的內容變得形象生動,學生更容易理解和接受。
多媒體課件應按照教學內容進行設計,要突出重點和難點,能將抽象的、難以理解的內容變得簡單直觀,演示效果好,但不能過于花里胡哨,否則會適得其反。為了充分發揮多媒體教學的優勢,學院對多媒體教學制定了相關要求:教師進行多媒體教學時不能坐著,應面對投影屏幕或學生,要加強與學生的互動與討論,不能脫離板書教學,而且要加強精煉板書教學,對重要的知識點、公式的推導等要以板書為主。通過形象生動的多媒體教學和板書教學相結合,培養了學生的學習興趣和主觀能動性,收到良好的教學效果。
3.3 采用現場教學方法
教師可針對教學內容的不同,合理組織現場教學,做到理論聯系實際。例如,進行齒輪加工實驗時,可安排學生直接到工廠進行現場參觀學習,教師根據齒輪加工的實際情況,可提出一些問題讓學生思考討論,并解答學生的疑問,這樣既能加深理解和鞏固,又有利于提高學生的學習興趣和學習積極性。
4 加強學生工程意識和創新能力的培養
創新是科技發展和社會進步的源泉,創新能力的培養是我國21世紀人才培養的核心內容[4]。在教學過程中,特別是實踐教學環節,要注重加強學生動手實踐能力和創新能力的培養。
4.1 實驗教學方面
在學院的支持下,機械設計基礎實驗教學條件得到了很好的改善,打破了傳統的以單一性、驗證性實驗為主的模式,增加了綜合性和創新設計性實驗。認知性和驗證性實驗主要是幫助學生加強理論知識的理解,鞏固所學的知識;綜合性實驗使學生了解典型機械零件的實驗方法,掌握機械參數的測定原理,提高學生的機械設計能力,加強學生動手能力及分析解決問題能力的培養;創新設計實驗著重培養學生的創新能力,如通過平面機構任意組合實驗臺和軸系結構設計實驗臺等創新設計實驗設備,學生可自主設計實驗項目,自己動手完成實驗內容,并對實驗結果進行分析和總結,培養了學生的創新思維,并使學生在此過程中掌握了創新設計的基本方法,提高了機械設計能力。
此外,為了更充分發揮學生的主動性,目前正計劃將部分實驗室進行定時開放,學生可根據自己的興趣愛好和知識結構,自主進行實驗項目設計與改進,自主選擇設備并調試,獨立完成實驗操作,寫出實驗報告。開放實驗室對進一步提高學生的積極性,培養學生的工程意識和創新設計能力具有重要意義。
4.2 課程設計教學方面
機械設計基礎課程設計是學生綜合運用基礎理論知識和查閱相關資料進行工程分析和機械設計的重要實踐環節,能幫助學生進一步鞏固所學的理論知識,同時還有利于培養學生理論聯系實際的能力。
課程設計以減速器設計作為設計題目,由于學生缺乏工程實踐經驗,為了增強學生做好課程設計的積極性和主動性,課程設計開始前,先組織學生進行減速器的拆裝,使學生對減速器的結構和工作原理有初步的感性認識,然后再下達課程設計任務書。設計任務書打破傳統的給定參數和設計方案的做法,只給定功能要求,由學生根據功能要求進行分析,自行擬定設計方案,然后分組討論、分析、比較優化,最終確定本次課程設計的設計方案,再進行零件的設計計算、校核以及圖紙設計。鼓勵有能力的學生運用現代設計方法和手段對所作課程設計做進一步的設計與分析。如指導學生運用二維CAD軟件繪制減速器裝配圖和零件圖,運用Pro/E、Solidworks等完成三維設計,并進行計算機模擬仿真,對自己的設計結果進行驗證。
在課程設計過程中,要逐漸培養學生樹立正確的設計思想,鼓勵學生勇于提出自己的設計方案,敢于否定不合理的方案和結構設計,培養學生的工程意識和創新能力。
5 構建合理的成績評定體系
成績評定方式對學生的學習態度和學習興趣有重要的影響,因此必須改變傳統的以期末考試決定成績的不合理做法,要重視學生的平時成績,將成績評定貫穿于課程教學的始終。具體方法是:總評成績=平時成績(20%)+作業成績(10%)+實驗成績(10%)+期末考試成績(60%)。其中,平時成績指學生的出勤及回答問題等方面。新的成績評定方法更有利于對學生整個學習過程和應用能力進行檢查與評定,能夠有效避免學生平時不努力考前突擊的弊端,能較全面地反映學生對課程內容的理解和掌握情況。
6 結束語
機械設計基礎作為一門重要的必修課程,必須以全新的教育理念,全面推動教學內容、教學方法與教學手段等的改革,并在改革中不斷總結經驗,使之有利于培養學生的綜合能力,促進學生的全面發展,滿足對21世紀人才培養的需要,更好地為國家建設和社會經濟發展服務。
參考文獻
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關鍵詞CDIO;機械設計類課程;教學改革
引言
CDIO(構思(Conceive)、設計(Design)、實施(Implement)和運行(Operate))是由美國麻省理工學院聯合瑞典幾所高校共同開發的一種全新工程教育理念和實施體系,其核心理念就是以產品運行的生命周期為載體,讓學生以主動的、實踐的方式學習工程,培養學生的理論知識、個人素質、協作能力、工程-社會大系統適應及調控能力,①其理念正好與工程教育認證的標準是契合的。因此,為切實支撐專業認證,培養具有工程理念的高素質、創新型工程人才奠定基礎,倡導CDIO工程理念,重構機械設計系列課程體系和課程內容,開展教育教學改革具有非常重要的理論和實用意義。
1優化課程體系和教學內容
機械設計系列課程具有較強的理論性,同時又要與實踐緊密結合,基于CDIO理念的機械設計系列課程教學改革首先需要重構課程體系和優化教學內容。課程體系要凸顯整機設計,強化工程理念,將各門課程有機地結合起來,進而構建一種集專業理論知識、工程能力和綜合素質培養于一體、體現理論教學和實踐教學無縫對接的課程體系。②以CDIO從最初的產品構思到最后機器成品運行的工程教育理念為“主線”,建立基于整機設計的機械設計系列課程體系如圖1所示。
1.1以各門課程為子系統,進行課程內容的優化重構
以往課程內容的理論學時偏多,實踐學時匱乏,重理論輕實踐的現狀難以培養學生解決問題所需要的綜合能力,容易造成“學而無用”。為充分體現學科和技術的內在聯系,使得理論與實踐有機結合,課程內容的整合要突出設計性和工程實用性,強調基礎知識學習服務于工程實踐。以機械設計課程為例,原有的一些教學內容過分強調理論公式的推導和論證,在有限的教學學時內,使得培養工程應用和實踐能力的教學內容不斷弱化,因此,在新的課程內容優化重構中,需要弱化一般性公式的詳細推導,重在設計思路和設計方法的介紹,如“齒輪傳動”一章內容優化為:簡化設計計算公式的推導,重在設計準則、設計思路以及對設計過程中各環節的把握,并將齒輪傳動的強度計算、查表、數據處理和結構設計等融入例題中詳細講解。在講述齒輪傳動的受力分析時,將直齒圓柱齒輪、斜齒圓柱齒輪、錐齒輪和蝸輪蝸桿等各類傳動的受力分析整合在一起進行講述,這樣便于學生類比掌握受力分析的要點和方法。
1.2以工程應用為主線,實現課程體系教學內容的縱橫整合
知識是由淺入深的,學習也是循序漸進的,因此,每門課程內容的設置要考慮與前續課程知識點的聯系。“縱向整合”就是將機械設計系列課程體系中各門課程建立前后內在聯系,要講新帶舊,要引舊聯新,使學生“溫故而知新”。“橫向整合”就是各門課程要彼此聯系,有機整合。例如:機械設計課程中關于零部件的教學內容要與機械原理課程的機械傳動系統方案設計相聯系;機械設計的零件結構設計要與機械制造基礎課程中有關精度和工藝的知識點相聯系;機械產品設計制作要與機械設計和機械制造基礎課程的相關內容相聯系。總之,通過各門課程教學內容的縱橫整合,要貫穿整機設計的理念,使學生對專業理論有系統而完整的把握。
2精心“設計”教學環節,改進教學方法
CDIO開放式的教學模式首先需要教師轉變原先在教學中純粹的以教為主的角色,更重要的是需要教師更新教學理念和教學思想,因此教學方式和教學方法的改革是課題研究的重點和難點。(1)根據工程教育專業認證的需求,圍繞學生工程能力和素質的培養,重新進行教學環節的設計,課程組教師要深入研究當前國內外工程教育的發展形勢,在教學方法與手段上不斷改革和創新,在傳授給學生專業理論知識的同時,引領學生理論聯系實際,形成一種學與做有機融合的學習方式,從而加深學生對專業理論知識的理解。(2)探索“CDIO做中學”的教學模式,課堂教學多引入工程設計案例,課程的推進采用設計任務驅動模式,例如在課程開始之初,就布置有關機械產品綜合設計的課題給學生,根據課程教學進度,安排學生以小組學習和討論交流的方式進行課題分階段設計,通過這種方案分析、小組學習和項目實訓的方式,貫徹CDIO在做中學的理念,培養學生主動學習和團隊合作能力,提高工程意識和設計技能,這樣既能夠有效調動學生的學習積極性,激發學生的工程設計興趣,培養學生具備較強的工程實踐能力,而且能夠培養學生良好的團隊協作能力和精神。(3)搭建開放式課堂,在時間、空間和教學內容上加以擴展和延伸。對于實踐性和工程性強的教學內容,可以走出教室,把課堂搬到實驗室、工程訓練中心和工廠,從而創造一個開放的課堂空間和開放的教學環境,使得學生更易于吸收和消化課堂的知識內容。為了訓練學生的工程設計和實際應用能力,除了充分把握好第一課堂教學,還要搭建更廣闊和豐富的第二課堂,教師要指導學生參加大學生機械創新設計大賽、大學生工程訓練綜合能力競賽和參與教師的科研項目等,培養學生的實戰經驗,在第二課堂,使創新能力培養與第一課堂的教學融于一體,從而探索出一條集理論研究與工程能力培養相互促進的途徑。
3重點改革實踐教學,凸顯整機設計理念
課程設計是培養學生工程能力的重要環節,而以往課程體系中各門課程的課程設計內容基本上是各自獨立的,缺少相互關聯。例如“機械原理課程設計”中,主要是從運動的角度,訓練機械系統的原理方案設計能力,沒有考慮具體的材料和結構,更沒有考慮制造工藝和經濟性等要求;到了“機械設計課程設計”,主要訓練學生對機械系統中各零部件的設計和計算能力,設計對象基本是齒輪減速器,運動方案一般是固定的,容易讓學生墨守成規,限制了創造性思維的發展;輪到機械制造技術基礎課程設計,內容又是與前序設計對象無關聯的工藝設計;最后在機械產品設計制作階段,對象又變化了,于是就照貓畫虎,用現成的圖紙和工藝進行加工,這種各自為陣的課程設計安排顯然違背了整機設計的思想,學生的能力培養只能趨于碎片化,而真正需要的整機綜合設計和應用能力不能得以鍛煉和培養。因此,為了切實提高學生的工程意識和設計技能,改革選擇課程設計實踐環節為突破口,通過課程設計內容的重新整合和優化,使得各個課程設計內容前后關聯和有機結合。③為了凸顯整機設計理念,訓練學生的綜合設計技能,將圖1所示課程體系中的四大課程設計實踐環節聯合起來進行,依次按方案設計、技術設計、工藝設計和產品實物制造編排課程設計的內容,做到課程設計的完整性、系統性和綜合性,從而訓練學生從機械產品方案設計、技術設計、性能仿真、工藝設計到加工制造和組裝調試的整機設計能力。在課程設計過程中,成立獨立穩定的設計團隊,期間配備專門的指導教師,每個團隊的設計對象固定,始終貫穿于各個課程設計,具體以典型機械產品的設計和制造為載體,例如無碳小車或是機械創新設計大賽設計對象等,要求分階段完成對象的各項設計任務,即依次設計、制作、安裝、調試一臺機械產品,讓學生從一開始就注重整機設計,增強綜合分析問題的能力。④機械原理與創新綜合課程設計為機械設計課程設計提供系統方案、運動和動力參數計算和分析,在接下來的機械設計課程設計中,通過設計計算和選型,將前序設計得到的方案具體實物化,繪制出相應的裝配圖和零件圖,同時又為機械制造技術基礎提供了圖紙和精度設計技術文件,而機械制造技術基礎課程設計的內容又為最終的機械產品設計制作提供了工藝指導,從而大大提高課程設計實踐環節的連貫性和實用性。為了保障以上改革的順利實施,根據我校的實際情況,依托學校的大學生素質教育中心的加工設備制造出實物,使得學院的理論教學與大學生素質教育中心的實訓實現無縫結合,也使得教學資源得以充分利用。
4結束語
[關鍵詞]材料化學;機械設計基礎;教學方法;教學內容
1機械設計基礎課程特點以及教學過程中遇到的問題
1.1機械設計基礎課程特點。機械設計基礎課程是以一般尺寸通用零件的設計為核心的基礎設計性課程,是一門理論性、實踐性很強的技術基礎課程。與材料化學專業其他課程相比,該課程具有明顯不同的特點。該課程知識面廣,具有“關系多”、“要求多”、“門類多”、“公式(符號)多”和“圖表多”等特點[1]。“關系多”指該課程與多門先修課程關系密切。在課程的學習中需要用到高等數學、機械制圖、材料成型基礎、理論力學等多個先修課程的內容來解決通用化的機械零部件的設計問題。然而,由于專業培養目標的特殊性,該課程的部分先修課程,如高等數學、理論力學等,同該課程安排在同一學期進行講授學習,這就造成課程和知識體系之間不能很好的銜接。“要求多”需要學生在設計過程中從零件的強度、剛度、壽命、工藝、經濟性和安全性等諸多方面統籌考慮。“門類多”則是指不同的零部件具有不同的特點,其設計方法也不盡相同。此外,“公式多”是指計算多,有解析式、半解析式、經驗的、半經驗的及定義式,不同公式具有不同的應用范圍。“符號多”、“圖表多”則要求學生在學習過程中充分認識符號物理意義以及圖表的正確識別和應用。由于材料化學專業學生在以往的知識構架中沒有相關的概念,學生學習基本符號、公式和相關設計計算的難度較大。此外,針對于抽象的機械構型和物理運動方式,構思并分析其結構和運動過程也相對較為復雜,因此該課程的學習具有較大的難度[2]。1.2教學過程中遇到的問題。以往的機械設計課程教學過程中,老師多以講授和討論的方式進行教學,忽略了材料化學專業的知識體系與其他專業知識架構之間的差異和學生的個體差異。學生的基本讀圖能力、零件的精度要求、理論力學中的材料應力、應變、剛度、強度等多方面基礎均較為薄弱。采用板書、多媒體課件和簡單的實物教具等途徑很難直觀地將抽象的物理概念、機械構型和運動過程展現給學生,進而很難在課堂上引發學生共鳴,導致教學效果較差。比如在齒輪傳動章節,直齒輪的嚙合傳動相對簡單,傳動過程較為容易理解;但是斜齒輪和錐齒輪的傳動過程則相對復雜,理解起來較為困難。在這一部分的課程學習過程中能夠明顯感覺到學生學習狀態的差異。相對于文字或公式較多的多媒體課件,包含flash動畫、視頻影像的課件內容則能夠激發學生學習興趣,在一定程度上增加學生對于復雜運動過程的理解。對于零部件的設計計算、強度校核等問題,學生學習仍然較為吃力。比如V帶傳動設計、螺紋連接設計和強度校核等內容,不僅要求學生從多個角度分析設計問題,同時計算過程復雜,一般需要用到多個公式并查詢數個參數圖表。這就導致學生在零件的設計計算和強度校核的教學過程中往往不知所云,喪失學習興趣,難以達到人才培養大綱既定的教學目標。重新組織教學內容,設計合理的教學方法和教學過程對于提升學生的學習興趣和學習效果顯得至關重要。
2教學內容的再組織和教學方法的探索
2.1教學內容的再組織。材料化學專業機械設計課程的教學目的在于培養材料化學專業學生工程知識能力的和創新素養,其專業目標在于培養應用型的技術型人才。因此,在課程教學過程中沒有必要進行復雜的理論推導過程,只需要讓學生明白如何使用公式以及公式的適用范圍和情況即可。比如,在滑動軸承章節中涉及到的“流體動力理論基本方程”和“油膜承載機理”的推導過程。這一推導計算過程中涉及到流體力學、微積分等知識,超出學生的已有知識范圍。因此在教學過程中該內容可以酌情略去,保留液體動壓油膜形成的必要條件。即只需要讓學生明白液體動力軸承正常工作的必要條件。學生學完后能夠運用這一基本原理進行相對應的工況分析。經過教學內容的重新組織,不僅能夠讓學生感受到學有所用,學以致用,還能夠增強學生學習的信心、獲得感和成就感。基于以上分析和考慮,在滿足人才培養目標的基礎上,將教材中內容進行適當縮減顯得十分必要[3]。在綜合考量學生學習能力和課時安排的基礎上,摒棄以往的“填鴨式”教學。以學生的接受能力為出發點,在保證知識體系完備的情況下,進行教學內容的再組織。輕理論分析,重應用實踐,力求講授內容少而精,深入淺出,對于提升教學效果具有重要作用。2.2教學方法探索。目前,多數機械設計課程的講授仍然采用傳統的教學方式,即以教師為教學活動的主體。這一教學方法存在諸多缺點。比如,“滿堂灌”式教學過程缺乏互動,學生被動接受知識,學生在課堂中的參與度較低,課堂氛圍較差。不僅如此,教師也很難把握學生的學習情況,也就不能適時調整教學內容和教學進度。如果這些問題得不到解決,機械設計課程很難取得良好的教學效果。確保學生在教學過程中的主體地位、采用線上線下混合教學模式以及安排合理的課程設計對于提升教學效果具有重要作用。(1)強調學生主體,增加課堂互動。學生始終是教學的對象和主體,學生的有效參與是課堂良好教學效果的保證。如何增加學生的課堂參與度,將學生置于課堂的主體地位值得教師在教學過程中不斷探索和調整。隨著教學改革的深入,諸如案例教學法、問題教學法等教學方法不斷涌現,結合課程特點和章節內容特點,嘗試適用的教學方法能夠增加師生互動,提升學習效果[4-5]。比如在學習滾動軸承的組合設計一節時,教師先對一個典型的軸系固定形式進行講授,拋磚引玉,然后組織學生分組討論,并分析給出其他組合設計中軸系時如何實現固定的,最后則由學生完成其他組合設計內容的講解[6]。這一過程不僅能夠活躍課堂氣氛,增加師生互動,防止學生在課堂上“置身事外”。同時以學生為主體地位的課堂,顯著增加了學生在課堂的參與度,提高學生在課堂上的學習效率。(2)線上線下混合教學模式的應用。針對于課程內容多,課時安排少的基本情況,采用線上線下混合教學模式,充分調動學生在課外時間的學習積極性。借助河南城建學院“學在城建”網絡教育平臺,教師課外在教學平臺上傳學習資料,供學生課外時間學習。部分簡單知識通過這一線上平臺后,作為學生預習或自學的內容。課后,通過平臺上傳相關習題測驗,進行教學效果把控。此外,教師在平臺教師端口還可以掌握學生在課下的學習行為,而且能夠對學生課下學習情況進行綜合評判。將這一評判結果與課程的平時成績進行掛鉤,進而帶動學生課下參與的積極性。此外,還可以依據平臺反饋結果適時調整后續課堂的教學內容。(3)重視課程設計。課程設計作為機械設計基礎課程教學重要的一個環節,其目的在于培養學生運用基礎知識進行綜合設計的能力[7]。基于專業培養目標適當調整課程設計內容,并將其與其他專業課程進行關聯,不僅有助于機械設計課程的融會貫通,也有利于學生加深對其他專業課程的理解。此外,新穎的設計題目能夠避免學生從網絡上直接下載課程設計結果。比如,電極材料涂布機減速器的設計,這一課程設計完成的先決條件在于學生了充分解電極材料涂布機的基本工作原理和電極材料涂布的工藝參數,在此基礎上進行相關設計參數的收集。通過參與這一課程設計,不僅能夠加深其對新能源材料相關內容知識的掌握程度,又能夠滿足機械設計課程的綜合能力培養,進而達到既定的教學目標。