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《機械設計基礎》是機電類專業學生的主要專業基礎課程之一,也是一門能直接用于生產的設計性課程。該課程的教學目的不僅在于傳授通用零件和常用機構的基本知識、基本理論和基本設計方法,更主要的是培養學生具備一定的的實際機械設計能力[1]。課程設計是一項實踐性教學,是培養學生機械綜合設計能力、創新能力和工程意識的重要環節,是啟迪學生的創新思維、開拓學生創新潛能的重要手段,可以為以后的畢業設計奠定一定的基礎,在教學計劃中起著承上啟下的重要作用[2]。課程設計時需要查閱大量的國家標準、企業標準手冊等相關資料,通過課程設計,可以把《機械設計基礎》和《機械制圖》、《工程材料》、《工程力學》等所修課程進行有機的結合并綜合運用。可以使學生掌握一套完整的設計原則、步驟和方法。
根據教育部的有關規定,電大的脫產學生只能招收成人專科學生。由于近十年來,高校擴招及自考、網絡等各種辦學形式的多樣化,留給成人高考的生源比以往少,但成人高考這幾年并沒有減招,故而造成錄取線走低。總分450分的成專考試,2007年的錄取分數為125分,2008年的錄取分數為148分,2009年降到了116分,2010為125分。換算成百分制,30分不到就可以上大學了。較低的入學“門檻”,使有的學生毫不珍惜學習機會,曠課、遲到早退的現象都有,每年還有2%~3%的學生自動放棄學業。由于分數線過低,有些學生基礎較差,據統計,電大成人專科機電專業學生中,一元二次方程、三角函數這些初中數學內容都不會的學生占到80%以上。
根據實際情況,浙江省廣播電視大學對機電專科的教學計劃作出了一定的修改,比如減少了統考課程,取消了學習難度較大的《工程力學》,刪減了《機械制造基礎》的部分內容,調整了必修課、選修課及自選課學分的比例,在一定程度上加大了地方電大教學的自。但是具體的教學過程,還需地方電大自行酌情改革。
專科院校的教育以技術應用性人才為培養目標,因此《機械設計基礎》的教學改革,必須以全面機械設計素質培養為中心、實際機械設計能力培養為主線,對傳統的《機械設計基礎》教學內容體系和教學方法進行改革。
一、教學內容的整合
成人專科《機械設計基礎》教學內容改革,一方面要貫徹“夠用”原則,即為學生學習專業課程(在校的后繼學習)和終身學習(發展和創業)奠定堅實基礎;另一方面要突出機械設計主題,即培養學生的從業(從事實際設計)能力,實現高等技術應用性人才培養目標。為此,應從以下幾個方面入手對教學內容進行改革。
(一)刪減難度較大的理論推導和證明,及時修正過時的內容
成人高等教育的目標是培養技術應用性人才,其畢業生所從業的崗位決定了他們沒有必要對計算公式、定理、方法等的來龍去脈像培養研究型人才那樣搞得清清楚楚,而應注重于如何運用這些公式、定理和方法等來解決實際設計問題。因此,對一些過深的、不必要的理論推導、證明都可以予以刪除,以便使學生集中精力掌握這些公式、定理、方法的實際應用。例如:帶傳動中松邊拉力、緊邊拉力與最大摩擦力等之間的關系推導;齒輪齒面接觸疲勞強度計算公式與齒根彎曲疲勞強度計算公式推導過程等都可以刪除。與其他先修課程重復的內容、偏深偏難而又不實用的內容、因科學技術發展進步而落后的內容也應刪除。例如:用彎扭合成當量彎矩法對軸進行強度校核計算以及對軸的各項變形量的校核,對于沒有多少力學基礎的學生來說簡直就是天書,而90年代初編寫的教材,其軸承部分早已嚴重與時代脫節,必須予以修正。教材要以機械傳動、機械零件的設計為重點,保證實用性和先進性。
(二)完善設計所必須的基本知識和基本理論,培養較強的圖表查閱能力
課程設計是一項以《機械設計基礎》課程為基礎,根據實際生產要求,綜合運用眾多課程完成的一項較大的設計任務[2]。完成課程設計,僅僅依靠《機械設計基礎》的知識是遠遠不夠的,期間涉及到的知識有《機械制圖》、《力學》、《工程材料》、《公差配合與互換性測量》等相關知識[3]。根據浙江省廣播電視大學對機電專科教學計劃的修改及相關課程的改革,已經徹底刪除了《力學》、《工程材料》、《公差配合與互換性測量》等知識,僅僅依靠中央電大90出版的《機械設計基礎》,使得學生在設計時缺少相關知識而無法解決問題。
修改后的《機械設計基礎》教材,適當增加了《工程力學》中靜力學、材料力學的部分知識,增加了《工程材料》中材料力學性能的簡單介紹與資料查找,也增加了《公差配合與互換性測量》中偏差、公差、粗糙度、形位公差的介紹與查表選擇方法。
在企業中,普通工程師也被稱為“表工程師”。也就是說,工程師的重要能力之一就是能夠查閱有關圖表,從而結合有關公式解決一些生產實際問題。因此,機電成人專科學生的培養目標之一就是培養學生良好的查閱圖標的能力。
二、課程設計和課程講授有機地結合
以往的課程設計程序是:在設計任務下達之后,前三天的計算工作量相當大,教師和學生需要加班趕任務,有時甚至通宵達旦,十分勞累。學生也沒有思考的時間和余地,隨之會出現應付心態,出現問題馬上就問,過分依賴指導教師。也有一部分學生急于求成,做事馬虎,設計計算時喜歡照搬照抄,一錯皆錯,問題成堆。這對學生的設計質量和學習成績都會產生一定的影響。對于教師來講,課程設計的前三天,幾十位學生爭相提問,教師要對類似的問題不停地答疑講解,疲憊不堪。如此以往,學生的設計質量和工作進度都難有太大的進展。
為此,我們根據教學大綱,在不減少學生設計任務的前提下,把課程設計和課程的講授結合在一起,在學期開始不久就將設計任務書下達給學生,讓學生帶著任務,有針對性地學習。可以將課程設計的部分計算內容分成幾次大型課后作業來完成,比如帶傳動設計、齒輪傳動設計、軸的強度校核計算、軸承的選擇與校核、鍵的強度校核等。在課堂例題的模板下,學生大部分能較好地完成作業。同時教師在日常授課期間,通過批改學生的作業,適時發現學生計算中的失誤并敦促學生及時糾正。
課程設計的結構設計部分可以放在學生“裝拆、測繪減速器實驗”中進行。在裝拆、測繪實驗中,讓學生仔細觀察各類減速器的結構、軸的結構、軸承的安裝和固定方法,為以后對軸和箱體的結構設計和畫裝配圖打下基礎。
課程設計采用這種方法,使得大部分工作都是在學生的課余時間完成的。周期長,學生和教師都有了很大的回旋余地,學生遇到困難可以有足夠的時間思考,教師也可以從容不迫地指導學生通過查閱有關資料和學生一起解決設計中遇到的問題,提高學生發現、思考、分析問題和解決問題的能力,更主要的,是培養學生自主查閱資料的能力和機械設計的方法。
三、引入UG(Unigraphics)軟件,提高學生的空間想象能力
在以往的課程設計中,由于學生空間想象能力不足,往往依葫蘆畫瓢,導致學生對自己設計的減速器結構似懂非懂,影響了設計質量。在課程設計中引入UG軟件指導學生進行減速器的結構設計,可以增加學生的學習興趣,提高學生的空間想象能力。
UG技術提供的草圖功能、曲線曲面建模、基于特征的實體建模虛擬裝配建模機構運動仿真、分析等技術,給機構設計提供了極大的方便[4]。由于學生缺乏實際經驗,往往要對某些結構不合理的地方進行多次修改,采用二維設計,結構變動較大時則不得不重新設計并花費很多時間進行繪圖。而采用UG軟件進行三維設計,只需修改零件的某個參數的數值即可完成整體修改。學生在完成三維設計后,利用UG的制圖轉換功能,可將使用實體建模功能創建的零件或裝配模型引用到工程圖模塊中,快速轉換為二維的工程圖,再進行尺寸標注、注釋等等,最終完成課程設計所要求的圖紙,從而提高學生的專業專業制圖、識圖能力,加深學生對三維設計與二維工程圖之間關系的理解。
在以往的教學安排中,本門課程的教學一般安排在第二學年進行,課時量控制在120―150學時左右,同時在期末配有一個星期的課程設計專用周。近年來,隨著企業用人需求的不斷變化和教學改革的不斷深入,中專學生按照教育部的要求,各專業都在第三年進行不少于一年的頂崗實習。這樣,各門專業課的課時均有不同程度的壓縮,《機械設計基礎》課時大都壓縮為90學時,課程設計專用周有些學校甚至取消,有些學校雖有安排,但時間安排在期末,容易受到復習考試的沖擊,學生在時間和精力上都難以保證。“課時少、任務重、容易受沖擊、質量難保證”現已成為課程設計普遍存在的問題,已引起相關部門和專家的重視,各地各校也在想盡辦法解決此類問題。
一、教改思路
寶雞職業技術學院從2002年以來,在認真調研、深入分析的基礎上,在歷屆教學當中、采取邊教學邊教改的辦法,逐項改革、穩步推進,進行了大膽的探索和實踐。面臨理論課時減少,但對學生實踐能力和操作技能要求不斷提高的實際情況,《機械設計基礎》課程設計不但不能減少、不能削弱,而且要克服困難、積極應對、強化課程設計本領,提高實踐操作技能,為頂崗實習和就業安置打下堅實的知識基礎。
總結起來,我們的教改做法是:“整體提出設計思路,分步完成設計作業,前期進行‘部件’生產,后期完成‘設備’安裝”。這種時間前移的思路,克服了理論教學與課程設計相互脫節的毛病,既節約了設計專用周寶貴的設計時間,同時又保證了正常的教學作業和大型課程設計的配套完成,使理論教學和課程設計互聯互通、相互促進,達到了二者雙贏的目的。
二、方案設置
結合三年制中專學生“年齡小、底子薄、實踐知識欠缺”的特點,課程設計任務一般選擇簡單的單級直齒圓柱齒輪減速器設計。它的主要內容包括:齒輪傳動設計、皮帶傳動設計、軸系部件設計、箱體設計、聯接類(聯軸器、鍵類、螺紋類)零件選擇、密封選擇等,基本可以涵蓋機械設計課程的全部設計內容。
按照前述設計思路,在課程教學進行到學期中期時,這時常用機構已基本講完,而通用零件剛開始講授。此時,我們就將本門課程的課程設計任務書下發給學生,并用適當時間向學生進行整體設計思路講解,使學生有一個概括的了解。然后結合教學課程的正常進行,在每一教學章節完后,逐項拆分設計任務并分步完成設計內容。這就像工廠生產設備一樣,將零件的制造(分步設計)提前分散到各車間制造完成。
大部分設計內容可隨著課程的進度進行,到學期末教學課程完成時,已基本完成分步設計。等到課程設計專用周時,學生即可按設計指導書的要求與步驟,利用3-4天時間,將分步設計內容進行整合,完成裝配圖繪制,同時編寫設計說明書,進行答辯及后期資料整理工作,這樣學生就可以輕松地完成整個課程設計任務。
三、方案分析
1.節省設計時間。按原有的方案,大量的設計內容集中在一周內完成,學生在短時間內要進行超強度的勞動,常常需要晚上進行通宵加班,才能按時完成設計任務,況且還要面臨期末復習考試的壓力。新方案由于大量的設計內容已預先隨著教學課程而完成,設計專用周只進行整體組合,完成后期資料整理,因而,在3―4天時間內,大部分學生都可完成設計任務。既減輕了學生負擔,又節約了設計時間。
2.保證設計質量。由于分步設計是隨著課程進度進行的,在此過程中,學生在消化課程內容的基礎上,設計思路比較清晰,設計計算時間相對較長,指導老師可以隨堂進行示教講授。同時教師可對設計結果和設計過程提前進行評審,學生改錯時間也較長,因而,設計質量都可以得到保證。
3.考試與設計互不沖突。原有方案的課程設計安排在期末。此時又面臨著別的課程的復習考試,學生既要進行高強度的課程設計,又要分心復習其余課程以迎接期末考試,容易引起二者的沖突,對此指導老師的意見也很大。現有方案由于設計時間的提前可以有效地解決這一矛盾,既保證了設計質量,又不影響學生期末考試,學生和教師比較滿意。
4.對課堂教學有促進。如果沒有課程設計和課堂教學的互聯互通、相互配合,課堂教學就顯得乏味且沒有針對性,尤其是涉及設計內容講得都比較空洞,學生接觸不到實際的東西,等到后期再進行課程設計時,就顯得無從下手。現有設計內容與課堂教學同步進行,二者可以起到互相促進、互相補充的作用。學生對課堂教學也愛學也能學得進,通過對幾屆學生的教學考核對比,課堂教學質量比以前有明顯提高。
四、需要注意的幾個問題
1.雖然課程設計內容與課堂教學同步進行,但課程設計只是對理論教學的強化,絕對替代不了課堂教學的主導地位,不能由于課程設計作業的提前布置而沖擊正常的教學。尤其是課堂教學的思考題、課余作業、答疑輔導等教學過程一樣都不能少,都應按照正常的教學進度執行,這一點尤為重要。
關鍵詞:真實項目 手扳封罐機 機械設計基礎課程設計
為了能有效地培養學生的機械設計能力,各高校在機械設計基礎課程結束后均設置了課程設計教學環節,它是提高學生綜合運用所學機械原理、機械設計、機械制圖、工程材料、公差與互換性等基本知識解決實際設計問題的一個綜合實踐環節,對加深學生對知識體系的理解、認知機械設計的路徑、方法與過程,尤其是提高學生對機械設計課程的學習興趣等等,都是理論教學無法做到的。機械設計基礎課程設計,各高校幾十年來延續的做法是對單級直齒圓柱齒輪減速器機械傳動裝置進行課程設計,這是因為減速器作為機器中的一個獨立部件,它所包含的零件覆蓋了機械設計課程絕大部分教學內容,對課程知識起到了復習、鞏固、工程應用的多重作用。但就目前而言,減速器設計項目已經成為非常成熟的課程設計,有關減速器設計的網絡資源、圖書、教材、工程圖、教參、音視頻資料數量眾多,來源廣泛。為改變以往單一的以減速器為課題的設計任務帶來的諸多弊端(如題目陳舊老套、思路單一、設計內容變化不大、缺乏拓展和創新的空間等),機械設計基礎課題小組對課程設計的內容和形式嘗試了教學改革、課程改革,本項目就是在此背景下產生的。
1 教學改革內容
1.1 課程設計任務的改變 一般而言,課程設計課題應具有普遍性和實踐性,所謂普遍性是指能夠充分反映課程的理論教學內容,即通過課題的完成能夠將課程大部分知識加以應用;實踐性是指課題的選擇要符合生產實際及要盡可能與專業相結合,也就是設計課題必須來源于本專業的企業真實生產產品。本次教改變化最大的就是課程設計任務的變化,課題組定的設計任務已不再延續減速器設計,而是結合溫州地域及經濟發展特色首先選擇行業方向,經課題小組第一次市場調研,入選的行業鎖定為包裝、印刷、食品、櫥衛行業,本次教改就定為包裝業。接著課題小組進行第二次市場調研,選擇機器設備,經過多方對比、咨詢、技術文獻檢索、企業實地考察,考慮到機器設計方案對學生起到的思路引導作用和創新要求,考慮到課程設計的難度、工作量及學生的水平,考慮到機器設備結構對課程知識面的覆蓋程度,課題組最終選定了手扳封罐機項目。這款設備符合溫州民營小微企業的生產特征,它來源于溫州日強機械設備有限公司,項目真實、新穎,貼近生活本源,它是易拉罐的卷邊封口包裝機械,學生對易拉罐非常熟悉,對封罐機實現的封罐功能動作有著莫大的興趣,正好用來印證興趣是最好的老師。溫州是座輕工業城市,有著包裝、印刷之都的城市名片,手扳封罐機項目無論是從封罐工作原理,還是從封罐機傳動裝置而言,都非常適合做機械設計訓練之用,機器設計難度適中,工作量適中。
本次教改另一個顯著的特征是做機器整機設計。在課程設計內容上,課題組提出以整機設計為要求的設計任務,為了在真正意義上實現學校教授內容與企業生產產品的“零距離”,課題組決定設計課題必須來源于教師科研或企業現行的真實產品,注重工程設計環節(工作原理與方案設計——運動設計——承載能力設計——結構設計)的訓練以及創新能力的培養。手扳封罐機就是一整的機器設備,不象減速器只是一個傳動部件,完整的機器設計可以讓學生更深刻地認識機械,可以對學生的機械工程觀念起到進化作用;完整的機器設計可以在任務分配上更好地細拆(拆分成部件),達到讓每位同學的工作任務不一樣(工作量相當),但全班組合起來就是一套完整的機器技術文件。
1.2 機器方案設計的多元及創新 本次教改的機器設計方案不是唯一的,學生通過頭腦風暴法、分組討論法提出了2種手扳封罐機設計方案,繪制出機器傳動系統圖,從中擇優。這種做法把學生從減速器單一的設計思路中解放出來,讓學生的思維多元化,起到實質性的創新鍛煉。
1.3 課程設計形式的改變 在課程設計教學形式上,學生以團隊為單位完成一個具體的設計任務,每組4~6人,學生以各種方式查找課程設計參考資料,組內討論確定設計方案,參加由指導教師主持的課程設計討論會。團隊內部各成員分工合作,各自完成一部分設計任務內容,組內合并、整理修改后,就完成了團隊設計任務。以前的課程設計,全班每位學生的工作量及工作任務完全一樣,本次教改改變了這種傳統做法,采用了錯開機制,使得每位學生的工作任務都不一樣。
方法1:裝配圖按照團隊內學生自己確定的設計方案繪制,零件設計每位同學是不一樣的,每人畫4-5張不同的零件圖,團隊就可完成(4-5)x6=24-30張零件圖,整合后重要的機器零件都繪制了零件圖,培養了學生的團隊協作精神。方法2:把機器拆分成幾個部件,每個團隊承擔一個部件的設計任務,每位同學承擔的零件設計任務也是不一樣的,團隊內整合就是一個部件,全班整合就是一整的機器設計文件。
1.4 學生工作能力的培養 本次教改在學生工作任務的分配上采用了錯開機制,使得每位學生承擔的工作任務都不一樣,但整合起來就是一整的機器設計文件,鍛煉了學生的團隊合作能力、交流溝通能力;本次教改的設計任務不象減速器設計,有關減速器設計的資料數量眾多,如網絡資源、圖書、工程圖、教材、教參、音視頻等等,來源廣泛,而封罐機資料不多,查找也不易,但可以培養學生對技術文獻、技術資料的檢索能力,培養學生的研究能力;經歷了工程設計路徑、方法與過程的鍛煉,達到了培養學生設計能力、機械制圖能力、創新能力以及對項目駕馭能力的目的;課題小組一改以往重結果的單一考核模式,采用了設計方案、設計過程、設計結果并重的考核模式,并讓學生鍛煉了如何答辯。
2 教學改革過程
課程設計前,課題小組利用課余時間給學生講解課程設計的任務、要求、內容、方案、進度,讓學生先行了解,并通過作業形式做了一些前期準備(如設計計算、零件結構設計等)。具體做法就是把課程設計和課程的講授結合在一起,即在機械設計基礎課程教學過程中就將課程設計任務下達給學生,將課程設計的部分內容放在課程教學中或者作為課后作業完成,讓學生帶著任務有針對性地學習。比如課程講授彈簧的特性及設計后,就可以安排手扳封罐機升降機構的設計;講授齒輪傳動、軸、軸承知識后,就可以布置學生進行減速裝置的設計等。
在課程設計期間,課題小組與學生共同執行了機械設計基礎課程教學整體設計、機械設計基礎課程教學案例的要求,共同執行了教學改革項目實施方案與進度,效果良好,正是因為課題小組的努力、學生的努力,使得教改工作能夠順利開展,取得了相應成果,當然也發現了不足。
3 教學改革成果與問題
課題小組按照機械設計基礎課程教學整體設計、機械設計基礎課程教學案例的要求,本著過程、結果并重的思路,從設計方案、設計計算、裝配圖、零件圖、設計說明書、答辯等環節對課程設計進行了全過程指導、考核,著力培養、打造學生的機械工程觀念,使得教改項目取得了三點創新、三項成果,當然也發現了三處不足。
3.1 三點創新 ①本教改項目是設計一整的工作機器——手扳封罐機,沒有限定設計思路,可以有不同的設計方案,讓學生有拓展和創新的空間。②本教改項目是設計易拉罐封口機器,機器有具體的封罐功能動作,容易激起學生的探索興趣,且學生非常熟悉易拉罐,新項目貼近生活本源。③本教改項目在學生工作任務分配上采用錯開方法,使學生分別承擔不同的設計任務(工作量相當)。
3.2 三項成果 ①每個學生都以文件袋的形式有了一套技術文件(設計任務書、裝配圖、零件圖、設計說明書),全班整合后就形成了手扳封罐機全套技術文件。②課題小組積累了大量教改原始數據、資料及經驗,形成了課題研究報告,使教改項目的后續改進、完善有了明確的工作方向。③課程設計使學生有了綜合實踐的平臺,有了理論聯系實際的工作,有了查找資料、檢索文獻的能力,使學生向著機械工程又邁進了一步。
3.3 三處不足 ①雖然本次教改提倡機器方案設計的多元及創新,通過頭腦風暴法、討論研究法,學生對手扳封罐機確實提出了2種設計方案,繪制出了機器傳動系統圖,但根據設計方案擇優原則,最后全班統一選擇了企業樣機的設計方案。這種做法雖然在一定程度上把學生從減速器單一的設計思路中解放出來,讓學生的思維多元化,但最終結果仍然沒有起到實質性的創新鍛煉。②雖然本次教改強調了過程考核,但收效不是很明顯,如何對學生進行過程考核還有待思考、加強。③學生完成的技術文件(裝配圖、零件圖、設計說明書)總體而言質量不是很高,如何在有限的時間內提升設計質量也是要亟待解決的一大問題。
課題組在后續的教學工作中還要持續去改進,努力去完善,最大限度地把問題的影響降到最低,讓師生均通過教改受益,課題組也會考慮擴大教改項目的使用班級,讓更多的學生參與到教學改革中來,讓更多的學生受益。教改實踐證明,機械設計基礎課程設計新的教學內容和形式,有利于培養學生的主動實踐能力和團隊合作精神,有利于培養學生的研究能力以及對實際項目的駕馭能力;使學生對所學科目如機械制圖、機械原理、機械零件有更深刻和更明確的認識,加深了學生對機械結構設計、機械傳動精度分析、公差配合選用的理解;使學生在自主實踐中熟悉產品從市場調研、方案設計、結構設計到繪制圖紙的整個設計流程,讓學生懂得工程設計的路徑、方法與過程;達到了培養學生設計能力、機械制圖能力、團隊合作能力、交流溝通能力的目的,提高了學生學習的主動性與創新意識,為今后從事機械專業工程技術工作打下堅實的基礎。
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關鍵詞:機械設計基礎;課程建設;實踐
一、引言
機械設計基礎一大任務即為培養學生自主分析及解決工程實際問題的能力。因而在機械設計基礎課程教學過程中,一方面應要求學生掌握基本的理論知識,一方面更應注重對學生動手設計能力及創新思維的培養。機械設計基礎作為機械類、近機類相關專業必修的專業基礎課,該課程的建設是專業建設中至關重要的一環。由此可見,對機械設計基礎課程建設的實踐與探索開展研究,有著十分重要的現實意義。
二、機械設計基礎課程建設中存在的主要問題
1.設計題目大同小異課程設計對象大多以減速器為主,各屆學生均被要求開展減速器設計,除去參數存在一定差異外,其他工作原理、設計步驟則大都如出一轍。長此以往,新鮮感必然會不斷喪失,一方面使得教師產生一定的疲倦感,一方面使得教師在教學上缺乏創新,進而對學生創造性思維培養造成負面影響。除此之外,因設計題目大同小異,多個學生面對同一項目,進而引發嚴重的抄襲現象。2.學生自主設計能力不足在設計期間,學生僅需依據教材相關要求開展操作即可,教材中對各項設計步驟均有明確介紹。如此一來,極易使得學生產生固定思維,設計內容缺乏創新,操作趨向于模式化。學生個性化特性未能得到有效凸顯,學生特長難以得到有效發揮,進而對學生創造能力發展造成極大制約。除此之外,因設計時間有限,教師教學任務繁重,為了完成課程,教師面對學生的求助往往是有問必答。長此以往,必然會對學生獨立思考能力培養造成不利影響。3.學生對課程設計缺乏有效認識一些學生片面認為機械設計基礎只不過是一門考察課程,只是對各項專業知識開展串聯,學習意義不大。為了完成教師布置的設計項目,東拼西湊、上網抄襲,學習態度不端正,缺乏對課程設計的有效認識。
三、機械設計基礎課程建設的實踐與探索
高校在時展新形勢下,要緊跟社會發展腳步,不斷開展改革創新,在先進教學理念、成功發展經驗的支持下,逐步推進機械設計基礎課程建設的實踐與探索。如何進一步促進機械設計基礎課程建設有序開展,可以將下述內容作為切入點:1.構建課程新體系,優化課程內容首先,高校應結合結合機械設計基礎課程特征,對該課程教學改革思路予以有效明確,即為革新教育教學思想觀念,緊緊圍繞技術人才培養目標,推進課程體系優化調整,構建機械設計基礎課程全新教學體系;注重對學生工程實踐能力、設計創新能力及綜合設計能力的培養,構建集課程教學、設計訓練、實驗教學等于一體的教學體系。基于此,通過對機械設計基礎課程的學習,使學生切實掌握機械設計的基本知識、基本理論及基本技能能力,提高學生的機械設計能力,并為后續專業課程學習奠定良好基礎。2.優化教學方法優化教學方法是提高機械設計基礎課程教學質量的重要一環。首先,應轉變教學觀念,提高對以學生為中心教育思想的有效認識,在教學過程中真正意義上做到以學生為主體、以教師主導,盡可能調動起學生學習主觀能動性。在教學期間,推進基礎理論與設計實踐、生產實際的有機相融,結合技術人才培養需求,有序引入前沿技術、前沿成果,拓寬學生設計視野。在教學期間,結合機械設計基礎課程不同章節實際特征,可逐一引入小組討論式教學、項目任務教學、工程案例教學等教學方式。與此同時,還可運用工學結合教學、課外競賽激勵等教學方法,以調動起學習主觀能動性,并推動學生自主學習能力的有效發展。3.強化實踐教學活動創新機械設計基礎課程實踐教學環節由實驗教學、課程設計、設計訓練等內容組成。在實驗教學過程中,應當注重對學生動手操作能力的培養,借助機械設計基礎實驗室、機械零件陳列室等教學環境,依托課內外有效結合的教學體系及分項目、分模塊的實驗教學內容,有效培養學生理論結合實際的動手操作能力、問題分析解決能力,促進收獲良好的教學成效。在課程設計教學過程中,應對課程設計內容予以有效深化,提高設計題目的多樣性。依托設計主線,既涵蓋傳動裝置設計的傳統題目,有引入生產實踐中最新開發的新題目;對制作完畢設計圖紙,既可通過手工繪圖方式完成,又可通過計算機輔助繪圖方式完成,經由一些設計實踐,提高學生設計實踐能力,培養學生創新能力、問題分析解決能力。在設計訓練過程中,為了推進基礎理論與設計實踐的有效相融,可引導學生開展“軸系零件”測繪、上機開展計算機輔助設計等設計訓練,進而提高學生計算機輔助設計能力、機械結構設計能力,為接下來的專業課程學習奠定堅實基礎。
四、結束語
總而言之,要想收獲良好的機械設計基礎教學成效,培養學生動手實踐能力,就要不斷推進課程設計模型改革,并科學設置課程設計實踐,逐步調動起學生對課程設計的主觀能動性,培養學生動手、動腦能力。鑒于此,相關人員務必要不斷鉆研研究、總結經驗,清楚認識機械設計基礎課程建設內涵,全面分析機械設計基礎課程建設中存在的主要問題,“構建課程新體系,優化課程內容”、“優化教學方法”、“強化實踐教學活動創新”等,積極促進機械設計基礎課程建設有序開展。
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[2]劉桂花.高職精品資源共享課程建設初步探索與實踐———以高職《機械設計基礎》課程為例[J].亞太教育,2016,06(36):157-158.
1.明確課程在專業教育中的重要性。《機械設計基礎》課程實踐性強,涉及范圍廣,涵蓋的內容多,并且與工程力學、工程制圖等先修課程聯系緊密,在建筑環境與能源應用工程專業課程教育中具有重要地位。它不僅要求學生掌握常用機構和通用零件的基本概念、理論及設計方法,更重要的是培養學生具有一定傳動創新能力與創新思維。在以往的教學中,由于學生對于該課程的重要性缺乏認識,往往重視不夠,在一定程度上造成學習積極性不高。在實際的教學過程中若能考慮專業對課程的特殊要求,在講機械設計基礎時,將一些涉及所學專業的具體應用與課程內容結合在一起,這樣一定會在一定程度上激發學生的興趣和學習熱情,進而使學生對該課程在建筑工程中的作用和重要性有比較全面的認識。在學生明確學習目的,提高學習興趣以后,學生的學習狀態相應地就由“要我學”轉變為“我要學”。而在課程安排上,對教學大綱進行適當調整,尤其是要考慮專業綜合的要求,同時為了降低課程的學習難度,讓學生具有有一定的基礎理論,要將課程安排在部分基礎課之后。
2.精心組織教學內容,適應專業的變革。建筑環境與能源應用工程專業為非機類專業,對于非機類專業,課程的應用性是非常重要的,該專業學生學習的目的不是為了設計機器,而是為學習如何使用和選擇專業機械,所以,建筑環境與能源應用工程專業的《機械設計基礎》教材要對一些繁雜的公式推導、論證過程以及理論分析進行適當取舍,力爭讓學生不必要花太多的時間和精力在相關公式與定理的推導上,但是要強化工程設計思維的有關內容,尤其是關于機械設備零部件結構性能與使用、安裝調試與維護方面的內容,重點讓學生掌握相關理論的實際應用。從而培養學生運用所學理論解決實際問題的能力,這樣做定會取得更好的教學效果,更容易實現該專業的培養目標。《機械設計基礎》課程教學內容主要與機械設備相關聯,與工程實踐聯系緊密,在教學過程中老師應做到結合工程實際,力爭真實地再現實際機械的工作過程,并按照這一理念對課程進行開發和設計。對于建筑環境與能源應用工程專業,就應該以建筑設備相關產品為載體,對課程內容進行全面的規劃設計,科學設計各種類型工作任務,重點讓學生通過學習型工作任務學習掌握該課程的主要內容,拓展學生的知識面。同時還要大力推動教學內容改革,緊跟最新科學技術發展水平,以建筑環境與設備工程在現代建筑中的設計、運行、管理需要為出發點,了解最新的機械設計方法及先進的相關專業機械,增加課堂信息量,在一定程度上拓寬學生的知識面和培養學生的創新思維,逐步向高等教育國際化水平邁進。
3.改革教學方法和教學手段。該課程內容具有知識面寬、知識點多,且綜合性強的特點,因此要求任課教師在教學活動中采用靈活的教學方法。在實際課堂教學過程中,最好采用啟發性教學,以增強與學生間的互動,由于在啟發式課堂教學中,學生能主動思考問題,從而能收到良好的教學效果。另外,還要多組織開展課堂討論,從多方面來調動學生學習的積極性。在課堂教學模式方面,應將多媒體技術與傳統教學方法有機結合,充分利用各種教學手段以提高教學效果。多媒體技術作為一種現代教育技術,能夠將各種教學素材進行科學合理編排,采用文字、圖像、動畫和聲音等多種手段展示教學內容,并能夠形象具體地表現抽象難懂的知識點,已經得到非常廣泛的應用。但其也有自身的缺點,由于多媒體教學方法信息量大,在一定程度上造成教學進度變快,同時學生沒有思維跟隨,往往跟不上教師的講解進度。而傳統教學方法中,與多媒體教學相比,板書更能適應學生的思維方式,由于很多學生有記筆記的習慣,傳統教學在這方面與多媒體教學相比也有一定的優勢,同時教師可以在板書的時候隨時觀察學生的反應,主動地調整講授速度。教師應改變過分依賴PPT的教學模式,適當增加課堂板書的內容,將傳動教學與多媒體技術結合起來,取長補短,取得最佳的教學效果。
二、實踐教學
《機械設計基礎》是建筑環境與能源應用工程專業的一門專業基礎課,由于該專業學生在以后的工作中會遇到各種專業機械,因此理論與實際的結合,特別是要跟工程實際中所接觸到的各種專業機械結合,對該課程來說顯得尤為重要,從而讓學生通過這門課程的學習,了解一些專業機械的基本特點和組成。我校該專業本課程的實踐教學環節主要有實驗教學和課程設計兩部分內容,下面分別介紹。
1.實驗教學。機械設計基礎實驗課是教學過程中的非常重要的環節,是培養學生將課堂所學理論與實際相結合、提高分析問題和解決問題的能力以及開拓學生的創新思維和創新潛能的重要手段。因此對于建筑環境與能源應用工程專業這類非機械專業的學生,為了幫助他們加深對機械的理解,安排一定量的實驗教學是非常必要的。在實驗教學環節,我們學校根據實際情況,為了提高教學效果,讓學生對機械加工的各個環節有更直觀的認識,并加深對課堂講授知識的理解安排建筑環境與能源應用工程專業學生進行為期1周的金工實習。
2.課程設計。機械設計基礎課程設計是與機械設計基礎相配套的一門重要的實踐類課程,是學生第一次較全面接觸機械基礎設計方法的課程,其目的是訓練學生復習鞏固機械設計基礎、工程材料、工程力學、工程制圖等多個課程的知識,并做到綜合運用,同時培養學生正確使用各種標準、規范、手冊和圖冊等相關資料的能力,進而掌握機械設計的基本方法和技能。該課程在培養學生的工程設計意識、綜合應用理論知識的能力和創新思維能力等方面起著重要作用。要達到這一目的,在課程設計教學中要做到:第一,在課程設計任務布置時,首先要將設計的目的、要求進行詳細講解。其次對于設計過程,應針對學生不同水平采取分類指導方法,因為講得太詳細,不利于發揮學生的獨創能力和獨立思考能力。反之,對于學習差的學生,教師要付出更多的耐心進行講解,力爭做到所有學生的設計進度基本一致;第二,推薦一些必要的參考書。在課程設計中,學生需要用到一些標準、規范以及其他參考資料,因此合適的參考書也是非常必要的;第三,教師在指導課程設計的過程中要經常提問學生,多與學生互動,解決設計中遇到的問題。在設計指導過程中通常會出現下列問題,比如一些學生生搬硬套參考資料中的設計案例,通過經常提問,可以發現學生在設計過程中遇到什么問題,幫助學生理解分析問題,進而解決問題,從而提高他們機械設計的能力。機械設計基礎課程設計時間一般是一周或兩周,時間緊學生人數多,大部分學生往往很難考慮和回答較多的問題,對于指導老師而言,全面了解所有學生掌握知識面的情況也比較困難,這勢必會影響最后成績的評定。我們采用分組答辯與個人回答問題相結合的方法來進行評分。這樣既可以引起每個學生對課程設計的重視,也可以杜絕少數學生沒有實質參與課程設計的情況。
三、結語
(一)對教學的探索過程
1.初期的教學過程。對這部分內容初次教學時,本人認為給學生把所有的內容講透講清楚,把所有知識點的來龍去脈介紹給學生,學生就能掌握好。結果由于講的內容多,沒有突出重點,方法不當,學生學習該內容沒有達到教學大綱要求的目標。學生不能用所學知識進行設計計算,不會查取參數,各公式在什么樣條件下運用心里沒有底。在講例題過程中,我不得不把所學內容再講一遍,雖然是結合例題又一次講解,但效果還是不好。
2.尋求方法和總結經驗的過程。初期的教學過程中,我雖然經歷了很多失敗,但沒有氣餒,而是向有經驗的教師請教,向他們學習教學方法,多聽他們的課,吸取他們的經驗。同時查閱有關資料,學習其他學校教師在機械設計課程教學方面的案例,另外對本課程教學大綱及課程內容進一步深入研究,找出各節課的重難點及達到的目標。通過學習教學方法和研究課程內容,使自己在教學過程中的思路清晰了,所講的內容學生也容易掌握了。但我并沒有以取得這么一點成績感到滿足,而是在教學過程中進一步探索和研究,在對齒輪設計計算內容的每一次教學中都有目的地采用不同的教學手段,并從中總結出一些好的教學方法,取得了一定的教學效果。
(二)通過探索總結出的教學方法
1.對公式正確說明。齒輪設計計算部分公式很多而復雜,有些公式來自其它課程中,由于學生知識面有限,所以學起來不好理解。針對這種情況,我采取了對公式推導和來源進行淡化處理,而對公式里的參數重點講解。比如,齒面接觸應力計算公式怎么推導出來的,不要求重點講解,而是讓學生知道該公式來自彈性力學,用于兩圓柱體承受正壓力時,求兩圓柱體接觸處的最大應力,因此也可以通過該公式求兩齒輪齒面接觸處的應力。學生明白為什么要用這個公式后,對公式里的各參數要進行詳細說明,特別是公式用于齒輪計算時,一些參數的變化要重點說明,比如載荷系數、齒寬系數、傳動比、材料系數、節點嚙合系數等。除了齒面接觸應力公式外,還有很多其他公式,同樣,這些公式的推導不是重點,但對這些公式的用法、公式里的參數也要詳細說明,使學生切實掌握。
2.正確使用公式。學生了解公式后,要學會正確使用公式,特別是一些公式的使用場合,使用時有什么條件,使用中要注意些什么等內容必須講清楚。比如,齒面接觸強度計算公式和齒根彎曲疲勞強度計算公式適用場合是不一樣的,在不同條件下用不同方法計算。閉式軟齒面齒輪傳動主要失效形式是齒面疲勞點蝕,設計計算時應按齒面接觸強度計算公式進行計算,按齒根彎曲疲勞強度計算公式進行校核;閉式硬齒面齒輪傳動主要失效形式是齒根疲勞折斷,設計計算時應按齒根彎曲疲勞強度計算公式進行計算,按齒面接觸強度計算公式進行校核。讓學生掌握這個原則,在實際設計計算中,要根據材料熱處理情況判別軟硬齒面,從而正確使用公式進行設計計算。其它公式也是一樣,在搞清楚使用場合,附加條件的情況下應用于實際計算中。
3.正確選用參數。齒輪設計計算公式中使用的參數很多,除了掌握參數意義外,還要正確選用參數。因此在教學中讓學生重點掌握選取參數的方法,對于每一種參數都要舉例說明參數應怎樣選取,特別是通過圖表選取參數的方法要詳細講解。比如,齒面接觸疲勞極限和齒根彎曲疲勞極限查取時,必須注意齒輪所用的材料是什么,根據所用材料來查圖和查曲線,要防止查取的圖形或曲線不對,而得出錯誤的取值;又如,查取齒形系數時要注意標準齒輪和變位齒輪,一般是按標準齒輪查圖選取,如果是變位齒輪,要注意變位系數,按變位系數曲線查取;再如,動載荷系數和載荷分布系數,查取時要注意齒輪精度和齒輪的布置情況,要按對應的曲線查取;學生只有學會了參數的選取方法,才能正確選取參數并套入計算公式進行設計計算。
4.通過實例進行鞏固訓練。通過以上教學過程,學生雖然初步掌握了設計計算方法,但不通過實例進行強化訓練,在實際設計計算中,就達不到運用自如的目的。因此,必須通過實例進行設計計算過程的說明,在實例講解過程中,必須使用互動式教學模式,要讓學生參與進來,讓學生動腦思考,把所學理論內容用于實際設計中,而教師不要講的太多,只給學生起引導的作用。通過學生動手設計計算,可以提高學生設計計算的熟練程度,也進一步鞏固學生學到的設計計算知識,同時也可以提高學生的學習熱情,培養學生敢于應對挑戰的能力和創新能力。
5.在實踐中得到運用和強化。學生所學的知識如果不和實踐緊密結合,學生會認為所學知識沒有多大用處,會使學生失去學習的熱情,而機械設計課程為學生創造了這個平臺,就是學了這門課后有一個課程設計的過程。機械零件課程設計是機械設計課程非常重要的實踐性環節,學生通過課程設計,達到理論與實踐相結合的目的。課程設計中,齒輪設計計算也是很重要的部分,學生為了完成課程設計任務,會再一次運用所學的齒輪設計計算知識。如果學生在學習齒輪設計計算內容時又不清楚的地方,那么在課程設計中,通過教師指導,同學之間的討論,會得到解決。另外,通過理論與實踐相結合,使學生所學的齒輪設計計算知識進一步得到強化。同時也能使學生認識到自己所學的知識是有用的,只有掌握好了這些知識,才能運用它對機械零部件進行設計計算,才能成為一名設計工作者,從而進一步激勵學生努力學習專業知識。
以上是本人在多年教學過程中的初步探索,通過應用,使學生學習熱情提高了,學生參與教學的互動性明顯增長,學習的主動性也有了顯著提高,掌握的齒輪設計計算知識比較牢固,能把所學的齒輪設計計算知識較熟練地運用于實際設計計算中。
參考文獻:
[1]季明善.主編機械設計基礎[M].北京:高等教育出版社,2005.
【關鍵詞】機械設計基礎;教學思路;理論聯系實際
80年代末90年代初一直延續至今,我國已經成為世界著名的“制造大國”,在我們還來不及為這樣的“殊榮”歡呼雀躍時,“制造大國”背后掩藏的問題已經日益凸顯出來,技術力量薄弱,環境污染嚴重,資源浪費驚人。國家也越來越重視技術創新,也在不斷加大力度力爭從“中國制造”轉變到“中國設計”。未來科學技術的競爭,歸根結底是人才的競爭。作為機械類教學工作者要在我們平時的日常教學當中不斷培養學生理論聯系時間的能力。
1 課程特點
1.1、基礎性
《機械設計基礎》課程在理論方面,涵蓋的內容包括高等數學、材料力學、機械制圖、機械原理、機械設計等等,是學生們進行其他機械類課程學習以及應用的基礎;《機械設計基礎》課程在技術應用方面,對常用機械零部件如機床、工程機器中常用機構和機械零部件,包括刨床中的橫向進給機構,沖床上的曲柄滑塊機構以及軸、軸承、萬向節等都有很詳細的描述。通過本課程的學習,學生對基本的理論知識和技術應用知識會有一定的了解,具備分析簡單機械的工作原理和設計簡單機構和零件的能力。
1.2、針對性
高職高專辦學目標是向社會輸送優秀的技能型人才,針對我們學生的實際情況,《機械設計基礎》作為機械課程體系架構下的專業基礎課程,為培養學生的崗位技能積攢了“內力”,使得他們在今后不管面臨多么復雜的機械裝置都能夠找出最基本的原理所在,從而更好的開展自身的工作。
1.3、實踐性
動手能力是對學生能力評估的硬性指標。“理論聯系實際”是亙古不變的真理。《機械設計基礎》中不但有對原理的闡釋,也有對機器或機構在實際生產中碰到的問題進行描述及解釋。學校同樣對學生的實際應用能力提出了需求,實訓課和課程設計就是很好的佐證,旨在培養學生們的崗位技能。每個章節的結束都會要求學生動手設計相關零部件或機構,需要學生們拿出成果,或是簡單的機構簡圖又或是設計說明書及設計圖紙,以訓練及考察他們對課程的掌握程度。
2 課堂教學思路
就機械制造業而言,中職生是企業產品生產的操作者,更多的是“低端”產品或“技術含量低”的操作者;本科生是企業產品設計者或技術管理者;介于兩者之間,高職高專生必定是高素質技能型操作者,知曉設計初步,會操作更會“精”操作,這就要求具有高職高專特色的培養目標。
2.1、結合實際,調動興趣
根據學生們所處的年齡段的特點——愛動,活躍,青春,想要讓他們靜下心來學習鉆研機械理論幾乎是一件不大可能的事情,但如果在課堂中結合實際案例則會起到不一樣的效果。
筆者在給學生講授一部完整機器的組成時,聯系到日常生活中常見的自行車,人是自行車的動力部分,鏈條是傳動部分,車頭是控制裝置,車輪則是執行部分。這樣不僅很快的調動了學生們的興趣,而且使他們更好的了解掌握了這些名詞。
在給學生講授漸開線直齒圓柱齒輪幾何尺寸時,給學生設計了一個情景:在前不久,一臺車床出現故障,此設備運行時會有噪聲,陳師傅打開主軸箱發現一個齒輪磨損嚴重,因此交給小王一個任務:帶著一張寫著模數、齒數及相關參數到倉庫去找一個齒輪進行更換。小王拿著師傅寫的條子奔到倉庫,結果愣住了……
同學們在看到這個情景時,都非常感興趣,積極討論,各抒己見。
這個情景完全就是一個實際生產實例,涉及到的知識點有標準直齒圓柱齒輪幾何尺寸的計算、用千分尺測量直齒圓柱齒輪的幾何尺寸、齒輪的失效形式等等。通過這個情景同學們不僅能夠很好的掌握理論知識,而且在將來的工作崗位上碰到類似的問題,他們解決實際問題的能力將不可低估。
2.2、邊學邊練,理論聯系實踐
“紙上得來終覺淺,絕知此事要躬行”,職業教育具有自己的特性,動手能力的強弱直接決定了學生的就業。學校也非常重視學生實踐能力的培養,實訓基地的創建,校辦工廠的運營等等都為培養學生實踐能力提供了條件。
曾聽過有些企業抱怨一些學生動手能力差,對于每批新進的員工企業都必須安排幾個月的時間在生產一線進行培訓,而不能直接拿來就用。我們學校每學期每個班都有四五周的時間去實訓中心學習,不僅如此,學校還同企業積極聯系,帶領學生進入企業進行生產實習,不斷提升自身能力,為將來進入社會做好鋪墊。在實訓中心和企業的鍛煉促進了《機械設計基礎》課程的學習,《機械設計基礎》課程學習使學生的實習效果更佳。
2.3、緊抓科技前沿,拓寬知識面
作為老師要以自己廣博的知識量,盡量讓學生們在有限的教學中了解更多。這對于我們教師來說更具挑戰,不僅要對自己的專業知識精通,還要不斷關注最新的前沿技術,不僅僅是局限于一個行業而是要對所有的制造行業都進行了解,只有這樣才能夠在課堂當中根據學生們不同的興趣以及要求來進行教學。
教師通過對前沿科技進行提煉之后以淺顯易懂的原理來教授給學生,任何看似多么復雜的機械都是由簡單的機械原理所形成的,機械無論是簡單如自行車亦或是復雜如航天器都是根據簡單的機械原理所設計出來的。將復雜的、前沿的機器賦以最基本的原理使學生們更好的掌握《機械設計基礎》這門課程。
3 結束語
《機械設計基礎》是機械工程類各專業的主干課程之一,是培養學生機械設計能力的重要技術基礎課。高職院校的學生,畢業之后就面臨走向生產第一線,作為學生的引導者,要在平時的課堂教學當中融入案例,培養學生理論聯系實際的能力。課堂教學中可以采取:結合生產實例,邊學邊練、參加校內實訓和企業實習,了解科技前沿、拓寬知識面等思路,努力將高職學生培養成社會需要的高技能人才。
參考文獻:
Abstract: Mechanical Design course is one of the important professional courses for electrical major. Aiming at the common problems in the teaching process of Mechanical Design, this paper proposed the reform in teaching content, teaching methods and assessment methods to stimulate student's interest in learning and improve teaching quality.
關鍵詞: 機械設計;教學;改革
Key words: Mechanical Design;teaching;reform
中圖分類號:G642.0 文獻標識碼:A 文章編號:1006-4311(2013)20-0284-02
0 引言
《機械設計》是一門理論性和實踐性都很強的課程,是高等學校機械類專業開設的一門主干專業技術基礎課,是對學生進行設計能力、創新能力、工程意識訓練的主要課程[1]。通過本課程的學習,不僅要求學生掌握畢業后從事機械行業工作的基本知識和基本技能,也為本專業學生學習后續課程打下堅實的基礎。目前,在實際的教學過程中主要存在以下問題:一是機械設計的教學內容覆蓋面廣,而學時相對較少;二是教材使用不科學,有些內容對培養學生的應用能力方面作用不大,但仍占用一定的課時;三是教學手段不夠靈活多樣,現代教育手段得不到正確使用,學生學習積極性不高,影響了教學效果;四是學生對實驗教學重視不夠,獨立性不強,缺乏創新性;五是考核方式單一,容易造成高分低能現象。
針對上述問題,本文在教學內容、教學方法、考核方式三個環節上進行了課程教學改革,以期使學生不僅具備機械設計的理論知識,善于發現、分析和解決問題,同時具備一定的實踐創新能力,為日后的學習深造和就業上崗打下堅實基礎。
1 教學內容改革
教學內容的改革首要任務是課程體系以及教材的改革。既不能遺漏知識點,又要避免重復。在內容的處理和編排上要以“需要”為準繩,以“夠用”為尺度,以“會用“為目標[2]。因此,機械設計的教材內容應圍繞“掌握概念、突出技能、重在應用”展開。但目前的教材中,教學內容多而課時相對少,這就要求在教材的選擇上既要有內容上的先進性,又要注意理論知識的深度把握;既要注意理論知識的學習,又要強調實際能力的培養,內容應“少而精”,制定合理的教學計劃,做到有的放矢、學以致用,對于一些過深的、不必要的理論推導和證明應該刪掉。例如齒輪傳動中按齒面接觸疲勞強度和齒根彎曲疲勞強度設計公式的推導過程;帶傳動中帶即將打滑時緊邊拉力與松邊拉力之間關系式的推導等內容應該刪去。同時,在科學地使用教材的同時,應與時俱進,跟蹤科學技術發展在工農業生產領域中產生的新成果、新方法、新成果并及時補充到教材中去,開闊學生視野,啟發學生學習的積極性和創造性。
2 教學方法和教學手段改革
傳統的教學方法仍然是以課堂講授為主,老師在教學中滿堂灌,教與學的互動較少,不能很好的調動學生的學習積極性,更談不上創造性。
新型的教學模式要求“以學生為主體,教師為主導,以能力培養為主線,以素質培養為目標”,因此要求我們豐富教學方法和教學手段。首先,應該將教學方式由以教師為中心轉變為以學生為中心,實行課堂講授討論、學生獨立思考的雙向模式教學,加強師生之間的互動,師生可以共同的設問思考、問題延伸、知識拓展,從而激發學生學習的積極性和創造性。第二,采用啟發式、類比式等多種教學方法來激發學生學習興趣,加深知識點的理解與應用。比如,在軸的結構設計中,引導學生分析多種布置方案,從而找到最佳的方案,使學生運用發散性思維來考慮問題,強調學生的主動參與。第三,理論教學與實踐教學相結合。在教學的過程中可以打破先理論后實驗驗證的陳舊模式,課堂教學也可從實驗入手,再從實驗中引入問題,這樣具體而真實。比如講解機構的機構運動簡圖畫法時,可以讓學生走入實驗室,對著模型來學習機構運動簡圖的畫法。這樣的模式可以激發了學生的學習熱情,增加學生學習的成就感。在課堂理論教學時,也可有選擇性地將一些元器件帶到課堂上去。第四,要將多媒體課件與黑板教學相結合。多媒體教學作為現代化教育手段應加以充分的運用。對于關鍵的理論推導、重要例題,教師可以在黑板上進行,而對于大量的概念以及圖形,使用多媒體課件就可以省下很多時間。總之,多媒體課件以大量的視聽信息、高科技的表現形式以及圖形、圖像的三維動畫效果沖擊了學生的思維興奮點,使情景學習理論在教學中得到充分體現,激發了學生的學習興趣,提高了教學質量。第五,可以經常聘請工程技術人員開設講座,他們會給教學帶來最新、最直接的知識以及人才需求,便于我們把生產第一線的科技信息帶到課堂上去,使我們的教學真正能夠與時俱進,符合社會發展需求。
3 重視實踐教學
適用性和實踐性是機械設計課程的特點,所以實踐教學環節是本課程的重要環節[3],應該予以重視。實踐教學主要包括實驗和課程設計。
目前開設的實驗主要是認知性、驗證性實驗。這些實驗不利于學生培養全面思考問題的能力和創新性、發散性的思維能力,更不利于學生過硬技術應用能力的形成。因此,有必要對實驗教學作一改革。首先,加強應用性的基礎實驗,例如組織學生裝拆與專業相關的機器,這樣可以鍛煉學生的操作能力。第二,開設創新性和綜合性實驗[4],如對常見結構進行創意組合,由學生自己設計機構用途,畫出機構簡圖,并分析其可行性。第三,開創大學生創新實踐項目,組織學生自己設計新機構或對已有的機器機構進行改進,然后自己整理成論文、申請實用新型專利等等。
課程設計環節是機械設計教學過程中必不可少的環節。改革課程設計的教學模式,加強學生創新設計能力的培養也尤為重要。可以組成興趣設計小組,讓學生在設計過程中對現有的問題提出創新性解決方案;課程設計中要以學生為主,教師只起指導作用,引導學生將所學習過的理論知識應用到課程設計中;重視答辯。這樣學生才會真正重視課程設計,才會真正獨立完成。
4 完善考核方式
傳統的考核方式就是閉卷考試,這樣容易使學生平時不好好學習、不重視實驗,考前臨時抱佛腳,造成高分低能的現象。因此,考核方式可以改革成由閉卷考試、實驗實訓成績、平時成績三部分組成。其中閉卷成績占60%,實驗成績占30%,平時成績占10%。實驗實訓成績的考核主要以實驗實訓操作及實驗實訓報告是否規范準確為主要依據。對開展探索性、綜合性實驗的學生要提交論文;對于有創見的學生,成績從優。平時成績的考核則可以從考勤、每次的作業完成情況來進行。考核方式的多樣化可以使學生平時按時認真地學習,重視每次的作業和實驗實訓,使學生累積好扎實牢固的知識基礎,從而提高教學效果和質量。
5 結論
機械設計是一門理論性和實踐性都很強的課程,而機械設計是設計,是有別于別人的東西,培養學生的創新能力和綜合素質還是需要我們教師不斷地在實踐中摸索和思考從而不斷改進理念和教法的。幾年下來,通過對課程改革的研究和探索,在黃河科技學院確實取得了較好的效果,但是我們還應該在以后的漫長教學過程中不斷完善和深化,從而不斷提高教學質量和教學效果。
參考文獻:
[1]趙小平.機械設計基礎改革探討[J].裝備制造技術,2013(2): 211-212.
[2]吳琳.電工電子技術課程改革教學的思考[J].中國科技信息,2010(16):260-261.
關鍵詞:《機械設計基礎》課程;教學內容;教學模式;課程特色
《機械設計基礎》課程是高等院校機械類或近機械類各專業的一門重要的專業基礎課,具有很強的理論性和實踐性,是專門培養學生具有一定機械設計能力的課程。《機械設計基礎》課程于2010年被學院確立為精品課建設項目,2012年12月通過驗收。經過兩年多的建設,在優化教學內容、改進教學方法與手段、改革實踐教學環節、創建“立體化”、“系列化”教材等方面形成了一定的特色也取得了一定的效果。在學院成功改設為沈陽工學院這個新形勢下,對《機械設計基礎》課程教學有以下幾方面的設想:
1. 修訂教學目標
基本知識目標基本相同,在能力目標上達到:
(1)具有繪制機構運動簡圖的能力、具有分析常用機構運動特性和應用常用機構的能力、具有合理確定機械系統(執行系統和傳動系統)方案的能力;
(2)具有合理選用和設計常用機械零部件及簡單機械傳動裝置的能力;
(3) 具有運用標準、規范、手冊、圖冊等有關技術資料的能力。
在素質結構目標上達到:
(1)培養學生具有發現問題、分析問題和解決工程實際問題的能力;
(2)培養學生具有創新設計思維的能力;
(3)培養學生職業素質和崗位技能。
2. 構建新的課程體系
今年,在新的教改形式下,學院各專業在基礎教育階段實行大學科前提下的統一授課的教學模式。在這樣的背景下,專業基礎課也應轉變教學理念,建設適應性強、易于實施創新的專業基礎課程群,從根本上改變課程教學被動適應的局面,開創充滿活力和新意、基礎寬厚、專業適應性強的課程教學新局面。
機械與運載學院各專業基礎課程有:工程制圖與計算機繪圖、互換性與技術測量、工程力學、機械設計基礎。此專業基礎課群也采用統一授課的教學模式,這樣依托一定的項目訓練將相關課程按其應用重新規劃和重組,使相關知識有機結合,互為補充,互相照應,既避免了內容重復,又強化了彼此關聯,更重要的是它們以相互關聯的形式出現,有利于實施項目教學或案例教學,提高學生綜合應用能力、實際思考能力和創新設計能力。建立專業基礎課群也利于教學組織和管理,真正做到教、考分離。
專業基礎課群在相同學時的理論教學中,注重基本原理和基本方法,在實踐環節設置中,通過不同的項目及時間的長短來體現各專業人才培養目標。對專升本和考研的同學可以另行開班。
3. 教學內容體現應用與創新
根據本門課程的教學目標,將本科的各專業教學計劃基本整合為96學時,其中包含6學時的課內實驗。理論教學側重常用機構和通用零部件的選擇及常用機構和通用零件設計。在教學內容中穿插一些由工作經驗編制而成的案例,以工程案例、實驗和課程設計為主線,重點突出應用,如平面四桿機構類型中,每種類型都有應用并以選擇題的形式進行能力測試;在常用間歇機構中,以牛頭刨床、電影放映機等講解應用;在輪系功用中,以汽車變速器和汽車后橋差速器為例講解輪系的變速變向功用和運動合成與分解功用,并能融合職業崗位培訓內容,講解一些設備維修和維護的知識。配合新的課程體系,依托項目的機械設計基礎課程建設安排了多個項目:顎式破碎機各構件尺寸設計、內燃機配氣機構凸輪的設計、牛頭刨床中擺動導桿機構及棘輪機構的設計、牽引機中單級圓柱齒輪設計、萬能分度頭的蝸桿傳動設計、汽車變速器各檔傳動比的計算、分路傳動中各齒輪傳動比的計算、離心機普通V帶傳動系統設計、粘膠自動篩濾機連接螺栓及鍵的設計、二級圓柱齒輪減速器輸出軸及軸承設計。
4. 改進教學方法與手段
(1)運用多媒體教學課件、動畫演示等手段進行直觀高效、生動形象的教學,將抽象的內容形象化,提高學生學習的主動性和積極性,充分調動學生潛在的創造性思維能力。
(2)側重講解一些特殊的設計方法來體現創新內容,例如:在平面機構的結構分析中,講解拆分桿組法、在同類型機構的演化中,講解轉換機架法、在凸輪機構輪廓曲線設計和周轉輪系傳動比計算中,講解反轉法。在創新內容中還應注意引導學生的發散思維,即一個原理或一種方法舉出不同的應用實例,使學生的思維更活躍,并采用對比的方法說明不同原理或不同方法之間的區別,以便正確選用。
(3)采用對比方法講解概念、原理及設計方法的不同點,達到理解后記憶。
(4)以工程案例、實驗和課程設計為主線,運用啟發式、討論式、提問式等教學方法,講練結合。
(5)加強綜合性設計實踐環節的開發,組織學生構建機械運動方案創新設計案例展示、典型機械零部件結構表達展示以及評選優秀課程設計作品競賽等活動,以培養學生的工程綜合應用能力和創新能力。
(6)教學內容的改革相應的考試方法也隨之進行了改革,其中平時成績占50%,期末考試占50%,平時成績中期中考試占20%,采用開卷或口試方式,提高學生的應用能力。
5.改革實踐教學環節
在實驗教學環節上,加大實驗項目的開發,構建必修、選修和開放性實驗教學體系。機械設計基礎課程目前可以開出必修實驗項目5項,10學時:(1)齒輪幾何參數測量實驗;(2)齒輪范成原理實驗;(3)機構運動簡圖的測繪與分析;(4)減速器拆裝實驗;(5)軸系零件組合設計。開出選修實驗項目1項:機構運動方案創新設計。各專業結合本專業的特點合理制定實驗學時和項目。通過這些設計型、創新型實驗的開發,可激發學生學習本門課程的興趣,培養設計能力和實際動手能力以及創新思維能力。
在課程設計的實踐環節上,增設一周的機械原理部分課程設計,設計題目有插床機械、壓床機械和牛頭刨床。機械設計部分的課程設計題目仍為二級圓柱齒輪減速器設計,但類型設定為直齒和斜齒,工作條件分為三種,工作機的各參數數據有三十余種,能夠做到同一時間做課程設計的學生一人一題。還可以讓少數學習好的學生自愿選擇圓錐齒輪減速器和蝸輪蝸桿減速器題目進行設計[1][2]。
6. 創建“立體化”、“系列化”教材
(1)根據機械專業基礎課群新的課程體系需要編寫以項目為依托的《機械設計基礎》主教材。教材注重聯系工程實際和新技術的應用,在“以應用為目的,以必須夠用為度“的原則基礎上,各專業統一使用。
(2)配套教材
按照教材建設的需要,編寫各項目的設計說明書、編寫《機械設計基礎》實驗指導書等配套教材。
(3)多媒體課件
按照新課程體系的需要,重新修訂《機械設計基礎》教材配套的多媒體課件。
學生獲得知識的豐厚程度和工作能力是教學改革是否成功的標準。為適應新形勢下的需要,通過對教學目標、課程體系、教學內容、教學方法與手段、實踐教學環節等方面的改革,必將取得較好的效果,為《機械設計基礎》精品課建設做出應盡的貢獻。■
參考文獻