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【關鍵詞】課程設計 學習遷移 CDIO
【中圖分類號】G642.0 【文獻標識碼】A 【文章編號】1672-5158(2012)11-0250-02
前言
課程設計是機械設計基礎課程重要的綜合性與實踐性環節。通過課程設計,可以使學生學會綜合運用機械設計課程和其它相關先修課程的理論,結合生產實際知識,培養分析和解決一般工程實際問題的能力,并使所學知識得到進一步鞏固、深化和擴展。
一、機械設計基礎課程設計現狀
減速器設計是當前機械設計基礎課程設計最常選用的一個題目。內容包括:傳動方案擬定、電動機選擇、傳動件及軸的設計、軸承選擇等,學生根據設計過程,編寫一份設計計算說明書,繪制裝配圖及部分零件圖。上述過程比較全面地涵蓋了機械設計基礎課程中所學習的主要內容。學生按照教師或指導書指定的方案與思路,參照指導書步驟,完成計算與部分制圖工作。這樣的課程設計雖然針對性、實踐性強,能使學生對機械設計的方法和步驟有一定程度的掌握,但單一題目趣味性不夠,使學生失去新鮮感和興趣,僅將課程設計作為任務來完成,獨立思考時間少,不能發揮學生的主觀能動性,不能充分激發學生的潛能、創新思維能力和解決問題的能力。如何通過傳統題目使學生學到更多外延知識?如何通過課程設計更好地提高學生的綜合能力是值得我們探討的問題。
二、轉變思路,切實提高課程設計效果
1.學習遷移,培養學生辯證思想能力
學習遷移是指一種學習中習得的經驗對其它學習的影響。任何一種學習都要受到學習者已獲得的知識、動作技能、情感和態度等的影響。只要有學習,就有遷移。遷移是學習的繼續和鞏固,又是提高和深化學習的條件。
課程設計的過程,不但體現了機械設計與相關先修課程之間知識的遷移,還體現了與更廣泛學科領域知識,如辯證唯物主義理論之間的遷移。通過轉變思路,可以通過完成傳統課程設計題目提高學生辯證思維能力。
齒輪的設計是減速器設計的一個重要環節。我們知道,齒輪有五種失效形式:輪齒折斷、疲勞點蝕、齒面磨損、齒面膠合和齒面塑性變形。設計齒輪就是要針對齒輪的主要失效形式進行。對于軟齒面閉式齒輪,齒面點蝕是主要失效形式。在設計計算時,通常按齒面接觸疲勞強度設計,再作齒根彎曲疲勞強度校核。對于硬齒面閉式齒輪傳動,輪齒折斷將是主要失效形式。在設計計算時,通常按齒根彎曲疲勞強度設計,再作齒面接觸疲勞強度校核。而齒面的硬度與選用的材料有關,材料不同,齒面硬度不同。同一材料,熱處理方式不同,也能得到不同的表面硬度。這就告訴我們處理問題時要善于抓住主要矛盾,特別要注意矛盾的轉化。齒輪大部分失效都不是突然發生的,以疲勞點蝕為例,當齒輪傳動過程中接觸應力超過齒面材料的接觸疲勞極限時,在載荷的多次作用下,齒面表層將產生微小的疲勞裂紋。隨著工作繼續,疲勞裂紋逐漸擴展,致使金屬微粒剝落,形成凹坑,即發生點蝕,點蝕嚴重將會引起齒輪失效。這個過程給學生揭示了量變與質變的辨證規律。為滿足已知條件,有些同學設計的減速器需要選用斜齒齒輪,而斜齒圓柱齒輪傳動可以通過當量齒輪傳動轉化為直齒圓柱齒輪傳動來進行分析。這說明自然界一切事物既有區別又有聯系,而且在一定條件下可以相互轉化,引導學生認識和掌握事物轉化的規律和辯證的思維方法。
帶傳動設計中,帶輪直徑取小值可使傳動結構緊湊,節省材料,但其值過小又會使皮帶彎曲應力過大、壽命降低,因此帶輪直徑的取值應大于或等于最小許用直徑。通過分析,向學生闡明了事物的對立統一和一分為二的辨證規律,在機械設計中,沒有最好的,只有在某些條件下最適合。因此,機械設計的答案不是唯一的,解決工程實際問題的途徑是多種多樣的。
通過知識的遷移,學生在學習自然科學知識的過程中,同時受到辯證唯物主義思想教育,可以學會用發展的眼光看待事物,有助于突破傳統思想的束縛,有助于今后用正確的思維方式去分析和解決工作中的問題,有助于創新精神的培養和創新能力的提高。
2.引入CDl0理念,從全局出發,促進全面發展
CDIO理念以產品構思(conceive)、設計(D~Lon)、實施(Implemen)、運作(Oerate)的生命周期為載體,從全局的角度來學習工程的理論和實踐。其提倡的“基于項目的教育學習”,是以工程項目設計為主線,所有教學環節都圍繞項目設計這條主線展開,并與之融合在一起,形成一個有機的、系統的整體,從而調動學生學習的主動性和創造性,提高學生學習、應用理論知識的能力和實踐動手的能力。
貫徹CDIO理念,合理選擇課程設計題目是關鍵問題。所選題目要有效地建立課堂與社會的聯系,如外單位協作項目、設計競賽項目,也可以是通過鼓勵“挑毛病”列舉缺點和提出對產品的需求列出“希望點”方法,對已有產品的改進題目。同時,鼓勵學生認真觀察,勤聯想,多設問,從日常生活中發掘題材,根據經驗、興趣等自擬題目。教師的作用也將發生變化,從理論知識的灌輸者變為學習的輔導者。學生在學習過程中不是從教師那得到現成的知識,而是通過一些探索環節得到知識。
在課程設計的過程中,打破課程設計獨立完成的局面,而是將學生分成3-5人的小組,題目選定后,小組成員既要站在全局的高度,參與到整個設計過程,又要分工明確,各盡其能,進行收集信息、設計方案、實施設計、制作,并且參與最終的設計評價。在動手制作實物之前,可以鼓勵學生用計算機軟件建立所設計產品的三維模型,在虛擬環境中對其結構、受力、運動特性、是否干涉等進行仿真分析,充分發揮學生自學積極性和潛能。這樣,通過課程設計,能夠鍛煉學生多方面融入社會的能力,這些能力包括:創新能力、實踐能力、觀察能力、自學能力、管理能力、應變能力、交流能力等等。
三、教學實踐
參加機械設計大賽,以競賽題目作為課程設計內容,學生興趣高,主動性強,變“讓我做”為“我要做”,學習效果好。
例如,根據第五屆全國大學生機械創新設計大賽主題“幸福生活——今天和明天”作為課程設計的題目,一組學生設計了娛樂機械“快樂愚公”如圖1所示。
“快樂愚公”的創造靈感來自于玩具抓取機,相比之下具有體積小、可移動的特點。它以兩個連動的平行四邊形機構為主,模擬大臂、小臂的運動,可以靈活地完成上下俯仰動作。大臂在滑道上左右移動通過自行設計的電路板控制。
在設計的過程中,該組學生分工明確,又相互協作,共同經歷了原理方案和構思擬定、原理實現、零部件設計、參數和指標確定及實物制作過程,在發展了創新能力的同時,還培養了團隊合作精神。設計完成后,在評審過程中通過匯報和答辯,使學生的表達、溝通能力得到了鍛煉和提高。
P鍵詞:機械設計基礎;教學改革;大作業
基金項目:攀枝花學院教育教學研究和改革青年項目(JJ1364)
攀枝花學院教育教學研究和改革青年項目(JJ1409)
《機械設計基礎》課程是高等學校機械類專業開設的一門專業基礎課,其包括了機械原理和機械設計兩大部分,研究的是機械的基本理論問題和機械零件的設計與計算。《機械設計基礎》課程在課程教學設置中起承上啟下的作用,是學生在學完《高數》、《工程力學》、《機械制圖》等課程后進入專業課程學習前必須學習的一門課程。學好《機械設計基礎》課程對學生學好后續的專業課程起著重要作用[1]。
1 《機械設計基礎》課程教學過程中增加大作業環節的必要性
《機械設計基礎》課程的實踐性和綜合性都極強,傳統的《機械設計基礎》課程教學已很難滿足現在的教學要求,學生很難理解并掌握所學的《機械設計基礎》課程要求及知識內容,因此在教學過程中增加大作業環節,使學生邊學邊設計計算,學的過程中理論聯系實際,學生既能充分掌握理解理論知識,又能提高實踐能力、動手能力,并為后續的課程設計、畢業設計做準備,有助于提高學生參加學科競賽、創新實驗的積極性及參與過程的能動性。
2 《機械設計基礎》課程大作業的設置方案
2.1 方案設計思想
《機械設計基礎》課程分為機械原理和機械設計兩大部分,故分別在機械原理與機械設計部分設置2-3個大作業,以分組的形式進行,最后以小組考核結論為每個成員的考核成績[1],也可根據具體情況,每個學生設置不同的題目。在大作業設計過程中,可根據學院專業特色,大作業題目與專業特色相結合,與學生專業相結合,使知識系統化,并提高學生學習興趣。大作業題目也可根據學生情況,在難易程度上分層布置。具體大作業設置如下。
2.2 機械原理大作業設置
《機械設計基礎》的前半部分是機械原理部分,其內容主要包括了機構的結構分析、平面機構的運動分析、平面機構的力分析、連桿機構、凸輪機構、齒輪機構等。該部分內容比較抽象,學生如果只是通過單純的聽課、作業,不能很好的理解各種機構的工作原理并與實際應用結合[1]。因此分別在連桿機構及其設計和凸輪機構及其設計章節設置大作業環節。
連桿機構的應用十分廣泛,在工程機械、農業機械及汽車工業中都有廣泛應用,如起重機、轉向機構、車門開閉系統等都有連桿機構的應用。因此選擇連桿機構設計為《機械設計基礎》課程的第一個大作業題目。學生通過對題目的分析,按照課堂所學理論知識,首先對平面機構的運動進行分析,然后建立包含各尺度參數和運動變量在內的解析式,最后根據已知的運動變量求機構的尺度參數[2]。
凸輪機構廣泛應用于自動化和自動控制裝置中,常見的凸輪機構應用如內燃機配氣機構、自動機床進給機構等。因此選擇凸輪機構設計為《機械設計基礎》課程的第二個大作業題目。學生根據大作業題目,首先根據工作要求、結構條件選定凸輪結構的形式、基本尺寸、轉向及推桿的運動規律后,就可根據凸輪設計方法對凸輪輪廓曲線進行設計[2]。
2.3 機械設計大作業設置
在《機械設計基礎》課程的后半部分為機械設計部分,其主要講述通用零件的工作原理和設計過程,其內容主要包括了機械零件的工作能力和計算準則、螺紋聯接、軸承、軸等。這部分內容龐雜,各章節似乎獨成體系,互不關聯。傳統的在課堂上進行陳述性的知識學習的教學方法,學生在學習過程中,學習沒有系統性,對于零件的設計知識,只有大致的了解,知識掌握并不深入[1]。因此,在機械設計部分布置2-3個大作業題目。
機械設計部分主要是零件的設計,大作業題目可結合專業實驗室進行實驗設備裝置的改進與設計,傳統學生做實驗時,只是按照實驗步驟進行,很多學生對實驗目的不明確,學生在做實驗時,鼓勵學生多思考,不按部就班的按實驗步驟做實驗,可對實驗設備裝置進行改進與設計,如此既使學生對實驗內容、目的等理解透徹,同時提高學生的實驗能力。大作業題目也可設計小型的機械,設計小型機械或結合專業實驗室實驗設備裝置的改進與設計都可運用項目式教學法,利用師生創新項目等實踐環節,強化學生動手能力,將有利于提高學生的工程實踐能力,提高教學質量,形成地方高校教育特色[3]。如學生參與的機械創興大賽,相應的設計就可融合到大作業中,學生很好的把實際與課堂理論聯系在了一起,即可以鼓勵學生多參與創新項目,又提高學生的學習能動性;同時指導學生參與教師科研項目,大作業題目與項目內容契合,通過科研項目逐步提高學生機械設計的能力,學生在學習的同時提高自己的科研能力。
2.4 引入三維設計方法
為補充課堂教學,并聯系實際提高學生的設計能力,在大作業過程中,鼓勵學生借助計算機設計,引入三維設計方法補充課堂教學。要求學生在完成參數選擇、計算校核的基礎上,根據計算機繪制出裝配圖和主要零件的零件圖,同時要求學生應用Pro-E、UG等三維設計軟件,進行三維實體建模,強化學生的三維設計能力,開拓學生就業渠道[3]。
3 結論
通過在《機械設計基礎》教學過程中增加大作業的環節,使學生進一步加深對《機械設計基礎》中的機構原理及設計、零部件設計方法等理論知識的理解,顯著提高學生的設計水平,提高學生的學習積極性,學生的實踐能力及其學生的科研能力,為學生增強就業競爭力打下基礎[3]。
參考文獻
[1]起雪梅,張健,張敬東. 機械設計基礎課程考核方式改革與實踐[J].牡丹江大學學報,2016,(8):168-170
關鍵字:機械基礎 課程設計 教學改革
【中圖分類號】 G640
隨著社會經濟的快速發展,教育在不斷地改革和完善。然而在職校教學過程中,《機械基礎課程設計》是一門實用性較強的學科,可見讓學生學好這門課程是非常的重要的,因此,在經濟全球化的今天,對其教學進行改革已成為當前重要的教學任務之一。機械基礎課程設計是職業院校機械專業的一門基礎課程之一,是連接學生理論知識和專業知識的橋梁,也是職業院校機械類專業的學生獨立進行的一次工程實踐活動,具有很強的實踐性和綜合性。那么如何做好課程設計,并且通過好的課程設計使學生的設計能力、實踐能力、協作能力等綜合能力有所提高。筆者結合自身的教學經驗認為在機械基礎課程設計中,要想使學生學有所成,就必須對其教學進行一定的改革,從而提高學生的工程素質和培養學生各方面的能力,使學生終身受益。
一、機械基礎課程設計的內容改革
1.1課程設計的目的。機械基礎課程設計是職業院校機械專業的一門基礎課程之一,是連接學生理論課和專業課的橋梁,也是職業院校機械類專業的學生獨立進行的一次工程實踐活動,具有很強的實踐性和綜合性。其教學的目的是增強學生的實踐能力、理解能力、交際能力以及協作能力,從而使學生快速、有效地學習,為以后的學習打下堅實的基礎。
1.2課程設計的內容改革。課程設計的理念是培養具有良好職業道德的實踐動手能力,適應經濟發展地區的生產、建設、管理、服務的技術應用型職校人才。要對課程設計的內容進行改革,其中選題是關鍵,應以“工作過程的人才培養”為原則,重視學生的實踐動手能力和專業水平的培養。在教學過程中教師應該盡可能的選擇學生能夠懂的、易掌握的題材將其課程設計中,從而使學生能夠完全掌握,在此基礎上教師還可以更深層次的介紹相關專業知識。在教學過程中,教師不應該用傳統的教學觀念將機械原理和機械課程設計分開來進行實驗,應對機械基礎課程設計進行改革,即將機械原理和機械課程設計融合為整個機械基礎課程設計,不要分開實施。改革后的課程設計有利于同學們實踐能力、協作能力、溝通能力、等綜合能力的提升,從而達到教學目的――建設綜合型人才。
二、改善教學的方法,重視各種能力的培養
2.1增加結構設計的訓練,提高學生感性認識與動手能力的培養。《機械基礎課程設計》是一門實用性較強的學科,也是機械內專業學生的第一次全面的設計訓練,它的結構比較復雜難懂,然而受職校生生源差這一因素的影響,對其來說學習機械設計基礎課程更是如此。分別從以下兩方面來解決這一難題:一方面是加強教學過程中結構的設計(如:在講述聯接、齒輪的轉動、軸等課程時,都對其上一次結構課)。在課程設計之前,教師可以讓學生先做減速器拆裝的實驗,了解其各部分的作用,最后畫一張軸系結構圖,并從中學到知識和發現問題。另一方面是充分利用現代教學設施及手段,讓學生在上課之前有充分的準備,并且使他們對課程設計中所存在的問題及時得到解決。教師可以利用多媒體設備進行教學,使學生能更進一步的了解箱體、軸、齒輪、皮帶等常用零件的作用,并通過多媒體使其對機械中的零件直觀的了解,使學生對零件的印象加深。在教學過程中,為了讓學生更深入地了解課程設計的內容和步驟,教師可以利用軟件中的動漫和交互性能,以此達到課程設計的效果和目的。
2.2重視對學生協作能力的培養。由于《機械基礎課程設計》是一門實踐性較強的課程,顧名思義學生之間的協作能力起著十分重要的作用。在基礎課程設計中,一般以小組為單位進行試驗,通過談論和總結,制定出自己的方案,最后通過各組討論指出每一組方案的優缺點。可見,小組成員之間的協作能力是決定實驗成敗的關鍵因素。在此過程中,不僅可以增強小組成員之間的協作能力,還可以對學生獨立設計和思考能力的培養,更可以在競爭中激發學生的學習興趣和工作熱情。在課程設計過程中,應遵循以學生為本的原則,充分發揮教師的主導作用,對學生出現的問題進行指導,從而使學生熟練地掌握設計中的每一步驟。
三、改革考核的方式,提高課程的質量
俗話說:“有因必有果,有始必有終”。在教學中教師只傳授知識,而不對其生進行考核是沒有任何效果的,這樣只是竹籃打水――一場空的表現。傳統的機械基礎課程設計教學的考核方式比較單一,即教師根據學生所完成的圖紙質量和其平時上課的表現情況作為考核指標,這種方式存在一定的不合理性和片面性。為了避免不合理性和片面性的產生,對學生的課程設計的考核方式有了一定的改革,即把考核的指標分為四部分,分別是平時考勤、設計草圖和圖紙質量、答辯、設計的計算,并通過一定的的比例進行考核評分。通過這樣的改革方式,不僅提高了學生在設計過程中的熱情度,還激發其在過程中活躍的思維能力和創新能力,也促使其表達能力和心理承受能力的提高。可見,通過對機械基礎課程設計中考核方式的改革,不僅能提高教學的質量,還能促進學生表達能力、實踐能力、綜合素質等綜合能力的提高。
四、結語
隨著社會經濟的不斷發展和科技的迅速發展,社會越來越需要機械實用型人才,《機械基礎課程設計》是一門實用性較強的學科,因此,加強和完善職校機械基礎課程設計教學的改革是職校機械類專業的重要教學任務之一。本文主要對職校機械基礎課程設計的教學內容、教學方式以及考核方式的改革進行了分析,從而對全方位提高學生的課程設計水平與教學質量進行論述,最終達到教學目的與改革最終目標――使學生真正成為一個實踐能力、表達能力、社交能力、協作能力、工程能力強的綜合型人才。
參考文獻:
[1] 項筱潔.《機械設計》課程教學改革與探索[J]. 當代職業教育. 2011(06)
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
關鍵詞: 高職教育 《機械設計》 課程改革 項目引領 任務驅動
高職《機械設計》是機械基礎系列課程中與實踐結合最緊密的技術基礎課,擔負學生創新能力培養的主要任務。在教學中開展創新教育是應該的也是必需的。對高職院校而言,僅僅做幾個實驗和一次課程設計是遠遠不夠的。結合工作經驗,我在《機械設計》課程教學中進行了試探性的創新教學改革,取得了一些經驗,現總結如下。
一、理論教學環節
理論教學環節是機械設計基礎教學改革的一個重要方面,我們主要從教學內容、教學方法及教學手段三方面進行新的嘗試。
1.教學內容
《機械設計》由于融合了《機械原理》和《機械設計》兩門課程,涉及的內容多,理論性、實踐性都比較強,如果面面俱到,老師講解起來就感覺力不從心,學生如聽天書。因此,為了適應新的人才培養模式,必須對教學內容做相應的調整:以能力為本位,項目引領,任務驅動。在分析了機械類學生將來從事的職業活動應具備的專業能力要求的基礎上,選擇了“牛頭刨床機械傳動系統分析”和“帶式輸送機機械傳動裝置設計”兩個項目及24個項目任務。學生通過對真實機床傳動機構和傳動裝置的觀測與分析,基于撰寫機構分析報告和設計計算減速器各零部件的工作過程展開學習,改變過去與任務相脫離、單純學習知識的課堂模式,循序漸進地引導學生掌握日后從事機械類工作應具備的與崗位工作相適應的綜合知識和技能,達到強化學生職業能力培養的目的。
2.教學方法
《機械設計》課程主要研究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,由于大多數學生缺乏實踐知識,在學習過程中普遍感到抽象、枯燥、難學,尤其是機械原理這部分知識,認為機構運動簡圖與實際機器相差甚遠,很難將兩者統一起來,因此有必要對教學方法進行改革。
(1)采用啟發式教學,培養創新意識,提高教學質量。如在講授“鉸鏈四桿機構的演化”內容時,我們就地取材,以雨傘作為教具。采用學生熟悉的生活工具模擬學習內容,不僅取材簡單,而且生動形象,容易與實際的機器相結合,克服結構運動、簡圖抽象。
(2)采用師生互動、類比等教學方式,激發學生的創造性思維。教師可介紹自己的工作實踐及創新經歷,這對培養學生的創新意識、提高綜合素質有很大作用。鼓勵學生自由選題開展小發明制作、軟件開發和教學論文撰寫等多種形式的創新活動。這種創新環境和氛圍幾乎能夠適應每一名同學,因而有利于學生脫穎而出,做出較好的創新業績。
(3)誘導激勵教學法。在課堂教學中要注重啟發式教學,鼓勵學生積極思考,敢于提出問題、回答問題,營造活躍的課堂氛圍,使學生養成積極主動思維的習慣。
3.教學手段
傳統教學系統是由老師、學生和教材這三個要素構成的,以教師為中心的傳統教學模式,它隨著機械原理教學改革的深入,教學手段必須改革,否則難以完成相應的教學內容,也達不到相應的教學效果。教學手段的改革是以學生為主體,邊做邊學,工學結合。學習任務以工作任務單的形式下達,學生在“學習工作頁”的引導和教師指導下,自學、思考、查閱資料、搜集信息、調研分析、制訂計劃,借助計算機軟件和網絡平臺等,小組協同工作,完成工作任務,提交工作成果。學生在完成項目工作任務的行動過程中,主動構建機械設計的基礎知識和技能。
二、實踐教學環節
《機械設計》教學的另一重要部分是實踐性教學環節,它包括實驗教學和課程設計。
1.實驗教學
實驗教學也是機械設計基礎課程的一個重要的實踐環節,是培養學生動手能力和工程意識、檢驗知識的重要手段。以前機械設計基礎所開設的實驗多以驗證性的實驗為主,學生只需按照實驗指導書所列步驟進行,缺乏主動參與意識,不利于學生能力的培養。對機械設計基礎課程實驗教學的改革,應從以下方面進行:一是將某些驗證性的實驗通過電教片播放,為學生增加一些感性認識。二是新增設設計型機構方案構思組裝實驗,要求學生自己設計實驗,自己動手完成,不再依賴于教師。三是設計綜合性的實驗,通過對實際機器的綜合研究,培養學生的整體意識和工程意識。
2.課程設計
機械設計課程設計是機械設計基礎課程教學的最后一個環節,其目的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。
高職《機械設計基礎》課程的實踐教學一般實驗為6學時左右,課程設計是進行減速器的設計,為期兩周,這些已經遠遠趕不上高職創新教學的要求,在嘗試教學中按照下表進行。
關鍵詞:機械設計基礎 課程教學 探討
《機械設計基礎》是高職高專機械類、近機械類專業的一門重要的技術基礎課,具有內容雜、知識點多、綜合性、實踐性強的特點。近幾年來,由于生源質量下降,學生基礎知識比較薄弱,在學習中他們普遍感到吃力。本人針對學生的特點,結合教學實踐,對該課程的教學作了一些有益的探索,取得了一定的效果。
一、注重概念教學
概念多,是本課程的一個特點。難理解、難記、難區分是學生對概念的共識。怎樣能把握概念?首先應給概念進行分類,一般可按識記、理解、應用三個層次列出所有概念,這樣做,能使概念一目了然、主次分明,便于學生學習。其次,避免錯誤理解概念。由于新知識學習時對概念理解不透,或者由于知識間的相互聯系,使學生對某些概念產生模糊、錯誤的認識,教學中必須澄清。如:構件與零件、機器與機構、螺距與導程、壓力角與嚙合角及分度圓與節圓等概念,教學中不能作簡單處理。第三,注重概念的導入藝術。考慮學生認識的漸進性,有些概念不宜直截了當地介紹給學生。如:講“ 死點”時,可由縫紉機為什么有時踩不動而引出,其效果迥然不同。如果再進一步引出死點在夾具及折疊桌椅上的應用,更加深了學生對死點這個概念的認識。第四,力求從本質上把握概念。如在凸輪機構、螺紋、蝸桿與蝸輪傳動等都講到“自鎖”;連桿機構、凸輪機構及齒輪機構中都講到“壓力角”,從本質上看,這些概念都是一致的。從本質上把握概念,能提高學生的認識效率。
二、串接知識點
串接知識點就是以某一條主線將分布于不同章節的知識點聯系起來。學生一接觸《機械設計基礎》就會產生“沒有系統性”、“邏輯性差”等錯覺,這是由于學生習慣了基礎課的系統性所造成的。本課程中,雖然不同的研究對象所涉及的理論基礎不同,且相互之間沒有多大關系,但最終的研究目的只有一個,即設計出能應用的機構、零件等。本課程的各部分內容都是按照工作原理、結構、強度計算、設計、使用維護的順序介紹的,有其自身的系統性。另外,串接知識點也要注意遞進過程,遵循學生認知的習慣。如討論輪系傳動比計算時,應先討論由圓柱齒輪組成的平面齒輪系,再討論包含錐齒輪和蝸桿蝸輪傳動的空間齒輪系。學習齒輪傳動時,同樣首先介紹直齒圓柱齒輪傳動,再講斜齒圓柱齒輪傳動,最后講錐齒輪傳動及蝸桿蝸輪傳動。
三、注重講評環節
講評是糾正學生錯誤認識,形成能力的一個重要教學環節。適時講評有利于學生掌握解題策略、補缺知識的遺漏點、理清思路、建立嚴密的邏輯思維方式。講評內容一般以綜合性和實踐性較強的題目為主(如:帶傳動的設計、齒輪傳動的設計或軸的結構設計等)。講評時,要鼓勵學生大膽發表自己的觀點,可調動學生的積極性、培養發散思維的能力,避免傳統的“一言堂”授課方式,同時要實施因材施教、分層次指導。對成績好的學生要給予獨立思考、大膽創新、分散思維的空間,對成績差的學生要給予反饋、補償的機會。
四、采用直觀教學手段
直觀教學,是理論教學的極有效的輔助手段。在教學中,為了有助于學生學習,提高學生的理解力,盡量采用直觀教學手段。在授課時,除了最大限度地利用現有教具外,還可以用簡單材料做一些簡單的“教具”。如:把硬紙板剪成條狀,用鐵絲做鉸鏈,做成了“四桿機構”,借此啟發學生分析鉸鏈四桿機構曲柄存在的條件、鉸鏈四桿機構類型的判斷及其演化等內容,并要求學生課下親手做四桿機構的模型,學生通過動手,使抽象內容具體化,不僅調動了學生學習的積極性,而且加深了對四桿機構的理解。在講凸輪機構的工作情況時,我除了讓學生觀看凸輪模型外,還可用厚紙板剪出一個盤形凸輪模型,并用它畫出凸輪在不同轉角時從動件的運動情況,另外,也使學生較快地掌握了運用“反轉法”設計凸輪輪廓曲線的方法,收到了較滿意的教學效果。在講螺紋時,用兩張A4白紙,把一張沿長邊卷成一個圓柱形紙筒,另一張沿對角線折成一個直角三角形,然后將直角三角形長的直角邊與圓筒的底面對齊繞到圓筒的表面,直角三角形的斜邊在圓筒表面形成的即為螺旋線,將直角三角形反一下面就改變了螺旋線旋向。這些方法非常簡單,但是很適用,對學生了解基本概念和原理很有幫助。
五、加強與實踐結合環節
《機械設計基礎》是一門實踐性很強的課程。為了使學生掌握好本課程所學的內容,提高學生分析問題和解決問題的能力,課后適時安排一些大作業和實驗教學,以加強實踐環節。講了平面機構運動簡圖和機構的自由度后,安排學生做平面機構運動簡圖的繪制與分析實驗,使學生初步掌握正確繪制一般平面機構運動簡圖的方法和步驟,并應用機構自由度的方法分析平面機構運動的確定性。講了齒輪加工后,安排學生做漸開線齒廓的范成實驗,使學生了解范成法加工漸開線齒輪齒廓的原理、齒廓產生根切現象的原因及刀具徑向變位對齒輪齒形和幾何尺寸的影響。做漸開線直齒圓柱齒輪參數的測定實驗,學生可掌握用簡單量具測定漸開線直齒圓柱齒輪基本參數的方法,并加深理解漸開線的性質及齒輪各參數之間相互關系的知識。學習了軸和軸承后,做減速器的拆裝實驗,通過拆裝減速器,使學生熟悉減速器的結構,了解減速器的用途、特點及裝拆的基本要求;可觀察減速器中各零件的結構形狀和功用,并分析其結構工藝性;了解減速器中零件的裝配關系及安裝調整過程;了解和密封的方法;學習減速器基本參數的測量方法;熟悉和掌握軸的結構及其設計;學習軸上零件常用的定位和固定方法;熟悉并掌握軸系結構設計的要求與常用的軸系結構;提高學生對軸的設計能力和軸承組合的設計能力。
學習了齒輪傳動、帶傳動及軸后,分別布置設計齒輪傳動、帶傳動和軸的大作業。全部課程學完后,安排一周時間進行課程設計,設計題目是:帶式輸送機傳動裝置中的一級圓柱齒輪減速器。學生通過這些實驗、做大作業及課程設計,既能把相關各章所學知識通過大作業中的不同環節進行應用和技能訓練,又通過大作業把各章內容相互聯系起來。克服了過去學生會做作業而不會設計的毛病。通過帶式輸送機的結構設計和運動計算,學生對帶式輸送機如何由高速旋轉的電動機帶動,經帶傳動和齒輪減速器兩次減速,最后要求的輸送帶的速度就一目了然了。又因軸的結構設計必須考慮軸上零件的安裝和固定要求,所以,帶輪、齒輪、軸承、聯軸器應放在軸的什么部位,如何與軸固定都很清楚,軸的結構設計也變的好解決了。由于帶傳動設計時計算出對軸的壓力,齒輪傳動設計計算了齒輪的受力,以上各力如何作用在軸上,各力的方向如何,學生都很和清楚,弄清楚了問題的來龍去脈,所以取軸為分離體,求軸承的支反力,這個教學難點也就解決的比較好。
六、運用多媒體課件,提高空間思維能力
運用多媒體技術進行《機械設計基礎》課的輔助教學,是目前機械設計教學中有效的現代化教學手段。多媒體技術具有聲文并茂、二維動畫和三維動畫的特點,能祥盡形象地表示難點和重點及機構的運動過程,可以形象逼真地展示機構的運動過程及其結構特點。尤其是分析機構的運動情況時,利用多媒體課件教學,直觀、形象并且一目了然,將抽象問題形象化。如果機構的某處結構不清楚時,可采用:“定格”和“特寫”的方法,將活動的機構停下來并放大,詳細觀察和分析機構。運用多媒體課件,還可以隨時講解理論知識,演示機構運動過程,高效而省時。
參考文獻:
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關鍵詞:《機械設計基礎》課程;教學過程;學科指導思想
《機械設計基礎》課程是工科類院校相關專業的一門重要的專業基礎課,課程闡述了常用機構和通用零件的設計理論。通過長期的教學實踐,我們總結出一套進行該課程教學的學科指導思想,具體內容是:在實施《機械設計基礎》課程的教學過程中,要始終圍繞培養學生設計能力這一中心,夯實學生設計計算和結構設計兩個基礎,搞好課程設計這一綜合訓練環節,做好理論授課、現場教學、動畫演示、實驗教學與制作“五位一體”的教學模式。課程組的教師在教學過程中,認真貫徹其學科指導思想,收到了滿意的結果。現將本課程的學科指導思想闡述如下。
圍繞一個中心:培養學生的設計能力
在開設本課之前,學生只學過制圖、公差、金屬材料及熱處理、工程力學等課程。本課程的目的就是向學生講授如何進行機械設計,教師要指導學生如何將前述課程的知識用于機械設計中,為后續專業課的學習奠定基礎。設計過程是一個創新的過程,即設計是為了達到預期目的改進舊機械,創造新機械的過程。機械工程上涉及的零件、構件錯綜復雜。所以《機械設計基礎》包含門類繁多的構件、機構、零件。如果沒有一條清晰的主線,極容易使學生聽得無頭緒,造成理解上的混亂。所以在講授該課程時,要緊緊圍繞培養學生設計能力這條主線。不管是什么類型的零件,都遵循著相同的基本設計程序,即按工況選擇零件類型,對零件進行受力分析,選擇材料,確定是否熱處理,分析失效形式,計算關鍵尺寸,直到進行結構設計。如果教師按這條主線講授,學生按著這條
主線學習,就可以在繁多的理論中理出一條鮮明的脈絡,使教師講授有章可循,學生學習也帶有明確的條理性。
夯實兩個基礎:設計計算與結構設計
《機械設計基礎》課程有兩大基礎知識需要夯實:其中一個基礎知識是設計計算的基礎知識,其核心是針對設計對象的主要設計形式,確定設計準則,再通過相關的理論,或對未知的設計對象進行設計性計算,或對已知的設計對象進行校核性計算。無論是設計性計算還是校核性計算,都是圍繞著設計對象的關鍵尺寸展開的。比如軸的危險剖面直徑、帶傳動中帶的根數、鏈傳動傳遞的功率、齒輪齒面接觸疲勞強度計算中的主動輪分度圓直徑、齒輪齒根彎曲疲勞強度計算中的模數等。另一個基礎知識是設計對象的結構設計,其核心是針對設計對象的定位、裝拆、加工、改善工作條件等大量的工藝以及其他諸方面的知識。在學習時,學生往往只注意(或過分注意)機械零件的設計計算,忽略(或輕視)機械零件結構方面的設計,造成的結果是零件的關鍵尺寸或參數計算能力強,而零件結構設計能力弱,錯誤頻出。比如普通螺栓聯接的過孔問題,軸上零件與軸的定位問題,軸承和軸系的定位問題,主從動帶(鏈)輪的相互位置問題,軸開卸荷槽以及減少零件的應力集中的問題等,在學生的畢業設計中全暴露了出來。以上問題,雖顯得細小繁雜,但對機械設計至關重要。
把握一個綜合訓練環節:課程設計
《機械設計基礎》課程是由基礎課向專業課過渡的橋梁課,多門課均交匯于該課程上。故講完本課程后,應對學生進行一次綜合性訓練,這個環節就是課程設計。通過課程設計,可以使學生將機械設計基礎和相關課程的知識融會在一起,利用手冊、查閱資料,使用標準、規范自行設計簡單機械。教師通過講座,將設計任務下達給學生,指導學生按機械設計步驟進行計算,畫草圖、裝配圖、零件圖,編制說明書最后完成答辯。這個過程還是圍繞培養學生設計能力這個中心開展的,也是為將來學生的畢業設計以及參加工作后的實際設計進行的首次演練。通過編寫說明書鍛煉學生的設計計算能力,通過繪制裝配圖和零件圖鍛煉學生的結構設計能力,并且要把對學生這兩種能力的鍛煉有機地結合,用以提高學生的綜合設計能力。所以課程設計是繼《機械設計基礎》課程之后對學生設計能力的再提高。我們在指導學生課程設計中做到單題單做、手繪和機繪結合、教師指導與學生自行設計結合、參考資料與創新設計結合,取得了較好的效果。
實施“五位一體”的施教模式:理論講授、
現場教學、動畫演示、實驗教學及制作
通過長期的探索改革,我們走出了一塊黑板一只粉筆式的單一課堂講課的圈子,歸納出一套“五位一體”的施教模式,提高了教學質量。
理論授課這是《機械設計基礎》課程的基本講授方式。由教師利用合適的教學方法(如比較法、歸納法、空白藝術等)在課堂上講授課程的基本概念、重點、難點。
現場教學剛剛接觸機械設計課的學生對課程中所涉及的各種機構和零件缺乏感性認識。若在理論授課的同時,安排必要的現場教學,則會起到事半功倍的效果。比如讓學生現場觀察牛頭刨床的工作過程,同時介紹曲柄搖桿機構、棘輪機構及螺旋傳動機構組成的牛頭刨床工作臺橫向進給機構的工作原理,由擺動導桿機構組成的牛頭刨床滑枕移動機構的工作原理,然后再講授這些機構相應的理論知識。如不能去現場,盡量將實物擺在學生面前進行講授。這樣的教學可使學生接受迅速、理解透徹、掌握牢固。
動畫演示現代教學已非常廣泛地融入了多媒體課件技術。在《機械設計基礎》課程的教學中,應將某些重點、難點制成Flash課件,用動畫的形式演示給學生。比如槽輪機構的工作原理、帶傳動的彈性滑動、鏈傳動的多邊形效應、齒輪嚙合過程的相對滑動等等。這些內容若只靠課堂講授,則顯得空乏費解,利用Flash技術,將其轉換成動畫演示,由此將空洞的靜態教學變為形象的動態教學,讓學生聽得自然貼切,其思路會立刻融入到教師所講授的知識中。
實驗教學機械設計基礎本身就是一門實踐性很強的課程。教師一定不要僅局限于課堂教學,還應該重視課堂外的實踐教學環節。除前面已陳述的現場教學外,實驗教學亦是一種重要的實踐教學方式。通過實驗教學,一方面使學生印證課堂上所講的理論知識,比如減速器裝拆及性能實驗、彈簧的示性線測試實驗等。另一方面也是更重要的是教會學生掌握一套完整的機械設計的實驗方法,即掌握一套機械設計領域的基本的科學研究的手段,比如通過摩擦、磨損性能實驗,由學生自行設計實驗程序,制作試件,調整實驗設備,采集相關參數的數據。像這種綜合性、設計性實驗將為學生的今后提供可持續發展的動力。
摘要:依據教學實踐,從實際出發,圍繞教材的修訂與課程設計等方面提出自己的看法并展開論述,旨在促進成人專科課程建設,提高教學效果,培養符合實際要求的人才。
關鍵詞:機械設計基礎;教學改革;課程設計
《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主權。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。
四、結束語
設計是一個創新的過程,工程上涉及的零件、構件錯綜復雜,《機械設計基礎》包含門類繁多的零件、構件、機構,如果沒有一條清晰的主線,極容易使學生聽得毫無頭緒,造成理解上的混亂。所以在授課時,要緊緊圍繞培養學生實際能力這條主線。不管是什么類型的零件,都遵循著相同的基本設計程序,即按工況選擇零件類型,對零件進行受力分析,選擇材料,確定是否熱處理,分析失效形式,計算關鍵尺寸,直到進行結構設計。如果教師按這條主線講授,學生按這條主線學習,就可以在繁多的理論中理出一條鮮明的脈絡,使教師講授有章可循,學生學習也帶有明確的條理性。
參考文獻
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然而,隨著我國經濟的快速發展,對人才培養提出了更高的要求,不僅要讓學生打好扎實的基礎知識,更要重視能力和素質的培養。加之課程教學學時的普遍減少與教學內容增多的矛盾日益尖銳,使機械基礎課程的教學改革與課程建設又面臨新的挑戰。如何使課程教學適應新時期人才培養的要求,如何進一步提高課程教學質量,對此,根據我們的改革實踐,談談自己對機械基礎課程教學改革與課程建設的思路。
一、新時期高等工程教育教學改革的方向與機械基礎課程的教學改革目標
高等工程教育作為培養工程技術高級專門人才的搖籃,培養既有寬厚基礎知識和專業知識,又有國際化視野和外語能力,特別是具有工程實踐能力和創新能力的高素質專門人才,是當前教學改革的方向。
機械制造業是國家的支柱產業,機械制造裝備和機電產品的高技術化又代表了國家的綜合實力,培養機械類高素質的創新人才就顯得尤為緊迫,所以機械基礎課程的教學改革至關重要。當前機械基礎課程教學現狀與國家經濟的發展,特別是與知識經濟時代的要求仍存在著不相適應,這集中表現在:較窄的基礎知識及專業教育人才培養模式與社會經濟的發展不相適應;長期形成的重理論輕實踐的課程體系與現代工業高技術化對人才的綜合素質要求不相適應:相對封閉、陳舊的教學內容與學科技術的發展不相適應;以傳授知識為中心的繼承教育與知識經濟時代要求的具有創新精神的教育不相適應。
要改變這些“不適應”,就必須從世界經濟的發展和國家經濟建設以及信息化、網絡化技術的發展對人才培養需求來審視課程的教學體系、教學內容和教學方法。因此,機械基礎課程的教學改革目標應該是:根據新時期機械類創新性人才應具備的知識、能力及素質的要求,深化機械基礎課程的課程體系、教學內容和教學方法的改革,進一步推動系列課程的教材、教學與實驗條件和教師隊伍建設,構建系列課程教學新體系與教學平臺,使系列課程教學適應新時期高等教育與教學發展的需要,促進高素質創新人才的培養。
二、新時期課程教學理念與機械基礎課程的教學改革
新時期高等工程教育目標就是要培養適應國際化的復合型高素質創新性工程技術人才。機械基礎課程教學改革必須圍繞這一人才的培養目標,以轉變教育觀念為先導,深化課程體系、教學內容及教學方法改革。
第一,要轉變以知識傳授為中心的傳統教學觀念,樹立知識、能力和素質三位一體,強化實踐訓練和創新能力培養的教學新理念,深化機械基礎系列課程教學體系改革。
首先是課程體系的改革。建立由理論教學體系、實驗教學體系和設計訓練體系三部分構成的系列課程教學新體系。理論教學體系由基礎教學、提高教學、創新教學和雙語教學等多層次、多模塊教學組成,其中基礎教學模塊為各課程“教學基本要求”和“教學大綱”所要求的基本內容,提高教學模塊為機械動力學、機械系統設計、機器人等不同專題內容,創新教學模塊是以機械創新設計原理及方法為內容的教學,雙語教學模塊采用國外優秀英文教材組織的課程教學。實驗教學體系是由基礎實驗系列、提高實驗系列和創新設計實驗系列構成,形成必修、選修及開放式的實驗教學體系,并實行獨立設課,從而體現加強對學生用實驗方法研究機械的實踐動手能力以及工程素質培養。設計訓練體系主要從平時作業、大作業、課程設計和第二課堂的機械創新設計競賽活動等教學環節入手,構建側重由課程基本技能訓練和機械CAD、機械系統綜合設計與應用、機械創新設計能力等多方位的設計訓練體系,促進學生能力培養和個性發展。
其次是課程教學的安排。要將提高內容教學安排在課程設計中進行,而將創新內容教學與創新設計競賽活動相結合,以提高實際教學效果,同時不增加理論教學學時。
再次是教學學時安排。要在保持課程教學總學時不增加的情況下,適當減少教師理論講授學時,而逐步加大實驗教學的學時比例,強化學生在實踐動手過程中自主學習知識,同時有利于緩解教學學時少與教學內容多的矛盾。
第二,要轉變過去基礎課程教學只強調教學內容的基礎性的傳統觀念,以既重視教學內容的基礎性和經典性,又注重教學內容的先進性和時代感的教學理念,推進課程教學內容的改革。在課程教學內容的更新上,既要確保課程“基本內容”教學,讓學生首先要打好扎實的基礎理論知識,又要讓學生了解當前學科的最新發展和最新成果,拓寬知識領域,開闊視野,活躍思維,增強創新意識。同時還要加強教學內容的工程實踐性,培養學生分析和解決工程實際問題的能力。因此機械基礎課程教學內容的更新要適應現代機電產品設計、制造及其自動化技術發展的需要,要正確處理課程教學內容的經典性與現代性、基礎性與先進性之間的關系。可通過各課程教學內容整合、協調和優化,進一步明確各課程教學內容的分工與定位,處理好內容的互補關系;通過教材內容、例題、習題以及實踐性展示內容的更新,適當引入和擴展反映當代機械學科發展的新材料、新工藝、新理論、新方法、新技術和新產品等內容,體現教學內容的時代感;通過典型實物案例展示教學和設計訓練環節的內容設計,突出教學內容的工程實踐性、系統性及創新啟迪性,促進學生的工程素質與實踐創新能力培養,體現課程教學內容之間的聯系貫通和機、電、液等多學科內容的融合,讓學生感受到科技綜合化發展趨勢的要求。
第三,要轉變當前以教師為中心的課程教學方式。堅持“以學生為中心,教師為主導”,推進課程教學方法改革,變學生在教學過程中被動接受為主動學習。這就要求將當前以教師課堂教學為中心向以課堂教學為主導、學生課外自主學習為中心的教學模式轉變,改變當前學生被動學習的局面。要求將當前僅就一本教材內容的課程教學模式,向以教材內容學習為主導、學生利用各種課程教學資源學習為中心的教學模式轉變,改變“一本教材包打天下”的教學局面。讓學生在掌握本門課程的“三基內容”的基礎上,引導學生更多了解學科的新發展和新知識,加強對原著的學習,解決學生的知識量過少、知識面過窄的被動狀況,培養學生認知、理解和
歸納能力,提高學生學習的質量和效率。
三、新時期大學教學的特點與機械基礎課程教學資源的建設
在當今信息化與網絡化的知識經濟時代,學生主要是在教師的指導下,學會利用學校提供的各種教學資源和學習條件以及現代教育手段進行自主學習,發展個性,實現因材施教,這已成為當今大學教學的特點。因此,為學生創造優質的教學資源和學習環境是非常重要的。機械基礎課程教學應根據這一教學特點,著力加強課程教學資源建設。
第一,要采用優質教學資源組織課程教學。一流的人才培養和一流的教學質量,必須要有流的師資、一流的教學內容、一流的教材、一流的教學條件和先進的教學方法來支撐。首先要選用優質教學資源組織教學,開展教學研究;其次要加大精品課程建設,大力建設和豐富優質課程教學資源。這是當前教師教學的核心工作。我校已有多年的機械基礎課程教學沉淀和豐富的教材建設經驗積累,有歷經數十年教學考驗和錘煉的精品教材。我們基于這一教學優勢,以精品教材建設為龍頭,充分運用現代信息化、網絡化的教育技術手段,改造傳統的教學內容、教學方法與手段,配套新的課程教學體系和各教學環節,建設了系列輔助紙質教材、電子教材及網絡教學資源等,為機械基礎課程教學提供了豐富的優質教學資源。
第二,要加大實驗教學資源的建設。當前機械基礎課程實驗教學資源嚴重不足是實驗教學改革的瓶頸,特別是缺少真正能讓學生動手實踐和激發學生自主研究和創新的綜合型、研究型和設計型等新實驗平臺。因此,實驗教學資源的建設是當前機械基礎課程實驗教學建設的重要任務和目標。為此,我們以提高學生科學實驗素質、實驗設計能力以及動手實踐能力為核心,幫助學生將知識融會貫通,對學生進行全面的知識與技能訓練,著力研發機械認知測繪及反求設計系列實驗、機械綜合性能測試系列實驗和機械創新設計與制作系列創新實驗,加強科研成果向教學新實驗轉化,為實驗教學提供優質的實驗教學資源。
第三,要實施教學資源的開放式管理。將課程教學的各種教學資源如教學模型、實物、教具、實驗、課外學習參考資料以及網絡教學資源等,通過資源整合,面向學生開放。創造一個能讓學生隨到隨用并可用多種學習手段和途徑進行多層次學習的開放式教學環境,最大限度地滿足學生個性發展對教學資源與條件的需求。為此,我校基于數十年來課程建設積累的豐富教學資源,依托國家教學基地建設,通過資源集中、整合和充實,創建了機械基礎系列課程學習室、網絡教學環境、機械創新設計教學與實驗中心等開放式教學環境,并由研究生負責實行開放管理,效果顯著,同時也大大提高了教學資源利用率。
四、新時期對教師的要求與機械基礎課程教師隊伍的建設