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中圖分類號:G642.41 文獻標志碼:A 文章編號:1674-9324(2015)07-0171-02
一、引言
機械設計是機械類學生一門重要的技術基礎課[1],而機械設計課程設計又是繼機械設計課程結束后的一項重要的實踐教學環節,同時是第一次對學生進行全面的設計訓練。它在培養學生核心技能方面,占有重要的地位。機械設計課程設計可以說是引導學生進入機械設計領域的環節,通過對通用機械(或其他簡單機械)的傳動裝置的設計,培養學生正確的設計思想和分析問題、解決問題的能力,特別是總體設計和零部件設計的能力,達到理論聯系實踐的初步能力[2]。本文結合我院三本學生的特點,對機械設計課程設計指導方法進行了一些有益的研究與實踐。
二、我院機械設計課程設計的背景
我院建校前幾年由于師資力量有限,主要依賴兼職教師指導課程設計,這些兼職老師大多來自一本院校,他們時間有限,指導方法基本沿襲一本院校的指導方法,每天集中一兩個小時在教室集中指導,而三本學院的學生依耐性強,老師走后基本是放鴨子,因此抄襲現象特別嚴重。此外,在教學指導過程中也存在一系列問題,比如必須掌握的知識點、知識群、關鍵內容都沒有明確,指導過程因老師而異,隨意性較大,標準不統一。因此,進一步規范課程設計的內容、指導方法、達到的目標、必須掌握的知識點和知識群,顯然是提高實踐教學質量的重要內容和措施。后來隨著一些青年教師的引進,我們對機械設計課程設計的題目、應該完成的內容及進度要求、考核方法等進行了一系列的研究與實踐,使學生達到掌握知識點的目的。
三、針對機械設計課程設計題目、指導方法,進度安排及考核方法進行改革
(一)設計題目的改革
以前兼職老師給的課程設計題目是多樣化的,鑒于我院學生的基本條件,我們把課程設計的題目統一標準化了,傳動方案也已經給定,目的是讓學生熟悉課程設計的一般方法,掌握應該掌握的知識點,并對機械設計的理論課的知識加以鞏固,并不要求他們創新設計。其設計題目、初始條件和傳動方案如下:設計題目:帶式運輸機的傳動裝置;初始條件:帶式運輸機可運送谷物、型砂、碎礦石、煤等。兩班制工作,連續單向轉動,有輕微振動,輸送帶的速度允許誤差為±5%,使用期限為10年。卷筒與輸送帶間傳動效率96%,減速器批量生產。傳動方案及原始數據如圖1和表1。
要求學生每人按學號順序依次選一組數據進行設計計算。
(二)指導方法改革
在課程設計之前,負責人對指導機械設計課程設計的老師集中在一起開個小會,對學生必須掌握的知識點、知識群、關鍵內容都明確要求,要求指導老師每天的上午和下午至少在教室兩個小時,這樣學生有問題就能及時找到老師解決問題。還有學生課程設計進行到第一階段,尤其是課程設計的設計計算初步完成時候,要求指導老師對學生的計算數據進行初步的檢查,并要在草稿本上簽字,才可進行下一階段的工作。這樣就避免后面學生在畫草圖時候發現錯誤,又要反過來重新計算浪費大量的時間,并且可以避免了個別學生抄襲的現象。
(三)進度安排改革
以前兼職老師指導課程設計時候,一次把課程設計要求完成的內容一個半天講完,這樣內容太多,學生根本記不清楚。我們根據三本學生的特點,將機械設計課程設計分為六個階段。每個階段集中講解一次,學生按進度要求完成該完成的任務。第一階段,主要是動員和設計計算。學生在這一階段應該完成的內容包括:選擇電動機;計算總傳動比和分配傳動比;傳動裝置的運動和動力參數計算;傳動件計算;初算軸的最細處直徑;選擇聯軸器(型號、孔徑、孔長等);初選滾動軸承及其相關參數,軸承蓋是否干涉等。要求學生按上述步驟嚴格進行,不要顛倒。第二階段是草圖繪制。設計計算完畢后,我們會帶學生到實驗室做一個減速器拆裝實驗,主要是對減速器有個感性的認識。然后在集中講解,其內容包括:減速器的結構;減速器的;設計裝配圖的準備;減速器鑄造箱體的結構尺寸;減速器裝配草圖設計;軸和鍵的強度校核,滾動軸承的壽命計算。第三階段是正式繪制裝配圖,在完成減速器裝配草圖后,校核軸、鍵強度及滾動軸承壽命無任何問題時,在此基礎上繼續完成裝配圖。要求注意兩個方面的設計:軸系零件的結構設計;減速器箱體及附件的結構設計。第四階段是裝配圖的檢查。給學生主要講解的內容包括:檢查裝配草圖;標注主要尺寸與配合;編寫減速器的技術特性;編寫技術要求;零件編號;編制零件明細表及標題欄。第五階段是零件圖的繪制。零件工作圖是零件制造、檢驗和制定工藝規程的技術文件,應包括圖形、尺寸及其極限偏差、表面粗糙度、形位公差、技術要求等。零件圖從裝配圖上測繪下來,形狀應與裝配圖一致。第六階段是編寫說明書。說明書的編寫我們也把格式基本給學生,學生按照步驟把草稿整理成冊就可以了。機械設計課程設計總共安排了三周的時間,周末時間不計,具體的進度安排我們設計了一個表,如表2。
(四)考核方法進行改革
課程設計結束后,我們會現場答辯,在答辯時候,會先給個預成績,這個成績非常重要,因為通過答辯,可以看出學生對課程設計掌握的情況,是否有抄襲,一問就基本可以得到答案。最后結合學生交上來的課程設計說明書、裝配圖、零件圖給每個學生單獨評定優、良、中、及格和不及格的成績等級。
四、結束語
通過對機械設計課程設計題目、指導方法、進度安排、考核方法等改革與實踐,學生課程設計的質量明顯體高,從學生課程設計的總結體會看到,每個學生都收獲頗多。不僅對《機械設計》課程的內容有了更深入了理解,也為今后的學習和工作奠定了基礎。
參考文獻:
【關鍵詞】 機械設計;互動性;教學改革
一、課題的意義
隨著我國加入世界貿易組織十周年,改革開放不斷深入,綜合國力不斷增強。這樣的大背景下,遼寧省提出發展先進裝備制造業,提升裝備制造業整體水平,打造中國先進裝備制造業基地。加大對創新型,實用型人才的培養力度,形成人才資源的儲備優勢為我國的裝備制造業提供智力保障。成為了擺在我們每一個職業教育工作者面前的重要課題,也是我們的責任和歷史使命。職業中專和技工學校是為企業培養生產一線所需要的技術應用型人才,目標是企業一線工作要求為標準,培養適應性強,適應市場需求的合格畢業生。使我們的學生在校期間就擁有熟練的技術操作水平,能夠對學校現有的技術裝備做到懂原理,熟應用,會維修。讓學生在校期間就能夠逐步適應與企業生產實際相近的知識接收強度,和自我學習能力,實現企業生產一線與學校教學之間的“無縫連接”。
二、現狀與問題
《機械設計基礎》是機械專業主干基礎課,機構的工作原理以及工作特性、輪系的傳動比計算、通用零部件的設計準則,強度校核等基本理論是應用的基礎,在機械設計課程的教學中,注重基本概念的理解和基本設計方法的掌握,不強調系統的理論分析;注重零件參數的合理確定原則;注重合理的結構設計;注重理解公式建立的前提。
筆者的學校是一所技工學校,學生大多為初中起點,所以數學基礎非常薄弱,很多機械設計理論的數學闡述對于學生來說是難以理解的。因為沒有相對應的數學知識儲備,而且機械設計的理論性非常強,很容易對學生在學習過程中產生畏難情緒。所以在教學過程中側重點應該在應用方向上,如果偏重于設計理論,機構的工作原理,機構運動分析,推導與計算的話。一是課時量巨大而難以完成,而是學生沒有相對應的基礎,學起來晦澀難懂,而且對于他們來說不實用。
三、教學改革的探索
筆者在近十幾年的工作承擔了實驗班的教學任務,所謂的實驗班就是一種新的教學體制的探索。一切的教學模式與管理手段,課程安排完全以企業的實際需要為出發點,突破原有的教學形式,采用立體化的結構,大幅度增加與學生之間的互動,打造一個全新的教學體系。
首先,針對學生的數學基礎薄弱的特點在機械設計課程開設之前,對學生做有針對性的數學強化訓練,使學生能掌握簡單的數學建模的結構公式,理解為什么要掌握數學公式,這些數學的運算最后都干什么用了,讓學生在心里對這些抽象的過程有一個感性的認識是最重要的。
然后在機械設計開課以后,安排兩周左右時間的機械加工實訓。目的在于讓學生對機械加工的過程有初步的了解,什么是數控機床,刀具的種類、用途,刀具使用的注意事項,機械加工的工藝流程安排。了解機床的結構工藝性以及功能分析,在實習工廠看學生在具體環境中看到實際的生產過程,把課本上抽象的文字概念具體化。課本上今后要提到的比如:機床、刀具、工藝、蝸桿、傳動軸系,這些機械概念都會在實習工廠中真正真正的存在,能看得見,摸得著,學生通過親手實際操作是最好的認知過程。這樣以后在機械設計基礎課的教學中,再進行具體概念的講述,因為學生的腦海里已經有了初步的概念,老師的課堂教學加以視頻動畫模擬演示就會達到比較理想的教學效果。
在進行到具體的機械機構講解時,遇到難于理解的,比較復雜的系統,隨時加入實訓環節。把學生帶進實習工廠,在具體的環境里,用實物給學生進行講解。教學的意義在于知識的傳授和掌握,不拘泥于形式。同時在教學過程中減少說教的成分,啟發學生的自我認識與反思,使得教學的互動性達到一個理想的水平。使教與學,學與用緊密的結合在一起,形成有個有機的整體。課程安排上一切以學生學會學好為目的,掌握了、理解了就可以了。然后再回到課堂教學的效果會有大幅度的提升。
關于加強學生自我的學習興趣與創新意識,是筆者在實際教學過程中的一個重點。傳統的教學,都是老師在講臺上教,學生坐在下面學。這里有一個重要的問題就是溝通互動,老師和學生之間的溝通尤為重要。老師對知識的講述對于學生來說是不是能聽懂,能聽懂多少?什么地方是難于掌握的,什么地方應該加深學生的印象。這些信息的反饋在傳統的課堂教學環節中都是相對滯后的,筆者在機械設計教學過程中,采用了一種新的形式。
讓學生上臺去講課,筆者找來了我校高年級獲得過省市學生技能競賽獲獎的同學,讓他們以論壇的形式來講講他們在機械設計基礎課學習當中遇到的問題和解決的辦法。同齡人之間的交流壓力小,有很多共同的語言和困擾。互動性會更強,在高年級同學講解的過程中,筆者的學生會更加容易提出質疑。這是非常好的一件事情,有質疑了,證明進行了思考,進而提出自己的新想法。他是這樣學的,如果我換成另外一種方式可以不可以,創新性是學生最重要的而優秀的品質。學習的過程不再簡單枯燥,在學生互相提問解答的過程中,老師能更加充分的認識到教學過程中的缺陷和不足,對今后的課堂教學加以完善和改進。
四、教學改革的成果
筆者在多年的教學過程中,實驗班學生機械設計基礎課考試一次性通過率比普通班高26%。學生整體對知識的掌握和應用更加熟練,實驗班的學生在最后通過國家職業資格考試的人數也高于普通班。有多名學生獲得了省市機械加工技能比賽的獎勵,在取得了榮譽的同時也被用人單位看中,實驗班學生的就業率一直都很穩定,學生在實際工作中沒有適應期得到企業的好評,真正實現了企業與學校的零距離。
關鍵詞:教育教學環節 能力達成 評價方法
中圖分類號:G642 文獻標識碼:A 文章編號:1673-9795(2014)01(a)-0137-02
重慶大學機械工程學院針對工業工程、冶金工程、建筑環境與設備工程、工程力學等專業的非機械類本科生開設的機械設計基礎課程,是學校通識教育課程中的一門重要的技術基礎課程。該課程主要介紹常用機構和通用機械零部件的基本知識和基本設計方法,培養學生初步具有簡單機械傳動裝置設計能力。在教學內容方面著重傳授基本知識、基本理論、基本方法,在培養實踐能力方面著重創新構思和設計技能的基本訓練。為了不斷提高該課程的教學質量,近年來在教育教學環節設計和能力達成的形成性評價方法上進行了一些探索。
1 明確課程培養要求
為了明確課程教學目的,首先根據國家、社會、時代對人才在知識、能力、素質三方面的要求[1],結合課程面向的非機類專業的工程特點,提出了本門課程的培養要求,如表1所示。該課程作為非機類專業學生的技術基礎課程,課程教學應注重基礎知識的掌握、能力的訓練及創新精神的培養。
2 課堂教學環節設計
相對機械類的機械設計基礎課程而已,該課程內容略簡,學時略少,在課堂教育教學環節方面,按照學生為主體、課內和課外相結合、能力訓練為主導的原則來進行設計。除了傳統的課堂講授以外,主要的教育教學環節有:
(1)引導式提問環節。
在課程教學過程中,在給出知識點之前,教師通過設置問題背景,以提問的方式引出知識點,激發學生興趣進行主動思考[2]。例如,“大齒輪和小齒輪的寬度是不是應該相等?”“自行車鏈條的鏈節數應該是奇數還是偶數?”給學生搜尋自己相關的知識結構、做出判斷的時間,在聽取學生回答后,再步步引導分析,得出正確結論。這種方式有助于引導學生思考,加強對知識點的理解和記憶。
(2)邏輯歸納環節。
在課程教學中,教師運用類比法、對比法、分類法、列表法、流程圖法等,把教材上大段鋪敘的文字、原理推導或分散的結論等演變成清晰直觀的圖、表等形式,幫助學生對問題形成更加直觀的認識和透徹的理解,同時有利于學生的邏輯思維、歸納思維和演繹思維能力的培養。在課程全部結束前進行一次課程總結,由教師和學生共同完成,通過回顧和梳理,幫助學生從更宏觀的角度對課程的整體構架和各章內容要點形成全面、深刻的認識。
(3)自學與講授結合環節。
安排部分課程內容以自學與講授相結合的形式進行教學。例如,“計算平面機構自由度的注意事項”“軸上零件的固定”等章節,先要求學生自學并歸納知識點,再由老師串講知識點,學生對照進行更正或補充,然后教師結合例題或關鍵問題討論考察學生對知識的掌握情況,啟發學生思考和分析,最后由老師總結。通過學生自學可以培養學生獨立學習、總結提煉、發現問題和分析判斷的能力;通過教師講授可以完善和補充教學內容,引導學生思考,結合實例或討論強化知識點的掌握,從而確保教學效果。
(4)專題訓練環節。
根據課程內容布置專題訓練作業。例如,凸輪廓線的設計和繪制,螺紋連接的選擇、強度計算和繪圖等等。這一環節的目的是通過動腦和動手強化學生對知識要點的理解,利于學生更好的掌握機械設計的基本過程和方法。
(5)知識拓展環節。
針對課程涉及的教學內容,安排1~2次非命題作業,引導學生進行知識拓展。例如,在“概論”章節,結合機械類型、發展等的介紹,要求學生結合自己專業自選一類機械設備(例如交通工具、通風設備、冶金設備)查閱其發展歷史、現狀及趨勢,形成綜述報告。又如,在“鉸鏈四桿機構”章節,要求學生在自己專業相關的機械設備中找到三類鉸鏈四桿機構的應用實例,給出機構實物圖片和機構簡圖,并敘述其基本工作原理。學生通過文獻檢索和資料閱讀分析進行知識拓展,提高探索興趣,訓練綜述能力。該環節可由學生單獨完成,也可分組完成。
3 能力達成的形成性評價方法探索
為了考察課程各個課堂教學環節對學生達到課程培養要求的效果,將二者對應起來設計了課堂教學環節效果評價表,對能力的形成性評價方法進行了探索[3]。表中每個單項的評分為0~3分(對應效果為:無,弱,一般,好)。通過初步調查并對評價結果進行統計,得出單項的平均分及各行各列的總分平均分(取整數)如表2所示。
初步調查結果顯示,目前設置的課堂教學環節,對應前四項課程培養要求的效果評價較好,在創新能力培養方面較弱,有待加強。邏輯歸納環節雖然總分較低,但在基礎理論教學方面的效果較好,可以繼續完善。該評價方法基本反映了教學環節與能力達成的因果關系,但要通過該評價方法來研究教育教學環節與能力培養的基本規律,還需進一步細化和完善。
4 結論
針對非機械類本科生的機械設計基礎課程進行了改革探索,從知識、能力、素質三方面明確了本門課程的培養要求,再針對課程要求設置引導式提問、邏輯歸納、自學與講授結合、專題訓練、知識拓展等課堂教學環節,再采用教學環節與課程要求對應的評價方法進行能力達成的形成性評價。初步研究表明,上述教學環節中對創新能力的培養不足,有待進一步改革;能力達成的評價方法基本反映了教學環節與能力達成的因果關系,還需進一步細化和完善以便為教育教學環節與能力培養的基本規律研究打下基礎。
參考文獻
[1] 李良軍,嚴興春,易樹平,等.工程教育專業認證背景下本科畢業生基本要求分析與衡量―― 以歐美國家的本科畢業生基本要求為鑒[J].高等建筑教育,2013,22(4):27-33.
1課程特點
機械制造工藝學課程是以機械制造中的工藝技術問題為研究對象的一門技術課程,該課程的培養目標就是使學生獲得機械制造的常用工藝方法和零件加工工藝過程及裝配的基礎知識,對機械制造工藝過程形成一個完整的認識,為學生在畢業以后的生產實踐中分析和解決機械制造技術問題奠定基礎。該課程具有如下特點。
1.1專業面寬
機械制造工藝學課程融合了機械制圖、公差配合與技術測量、工程材料學、機械設計、金屬切削原理與刀具、金屬切削機床等課程。各門專業課程內容相互交叉、滲透,對于目前的新技術、新材料、新工藝也要求了解,涉及的專業面很廣。
1.2實踐性強
本課程的教學內容均是從科學實驗與生產實踐中精選出來的,且又直接用于和指導生產實踐,每一種零件的加工工藝不同,即使相同的零件,企業的生產條件不同,該零件的加工方案也不相同。具有很強的實踐性。
1.3知識點散
教學內容主要包括工藝分析、夾具設計、裝配技術與檢測加工質量的分析、零件加工工藝過程制定和裝配工藝過程設計等幾部分,各個章節既相互聯系又獨立成章。知識點比較多,不容易記憶。
2課程教學體系構建總體思路
我校的機械設計制造及其自動專業是以齒輪的設計加工為特色的專業,承擔機械制造工藝學課程教學的機械設計教研室教師中,80%以上具有齒輪及相關領域為研究背景和研究方向,多年來形成了一支教學經驗豐富、科研能力強的教師科研梯隊,在本科生教學中始終把齒輪設計與制造方面人才的培養作為重要的專業培養目標之一。另外我校齒輪方向擁有河南省齒輪裝備工程實驗室和全國性的齒輪培訓中心,實驗室中有各類普通和數控加工設備,這些為機械制造工藝課程體系構建提供了良好的師資條件和硬件環境。根據我校該專業的特點和師資結構。目前,機械制造工藝學課程的教材大概有50多種,但是內容基本相同。針對我校機械設計制造及其自動專業的特點,對于機械制造工藝學這門專業課程,從選用教材著手,突出齒輪制造工藝的教學內容,增加一部分自編內容,保證齒輪制造工藝教學在工藝課中占有一定的比重,基本上確定所占用的學時不低于1/5。同時結合本教研室教師的科研和實驗設備,將各自的科研成果融入課堂教學、生產實習和課程設計等一系列過程中。使學生從認識實習和金工實習開始,經過理論課堂教學,到生產實習,全程大約一年半的時間,形成實踐到理論,再到實踐的全過程培養,最后通過大四開學伊始的機械制造工藝課程設計,將所學知識進行綜合應用,使學生全面綜合掌握一般機制工藝的基本知識和夾具設計方法,并結合本校的專業特色,使學生掌握齒輪加工的工藝方法,從而形成具有專業特色的機制工藝理論教學體系和實踐教學體系。
3理論和實踐教學體系的實施
3.1圍繞課程設計 整合教學體系
機械制造工藝課程教學體系,包括理論教學體系和實踐教學體系都是以工藝課程設計這一實踐環節為目的和檢驗手段。機械制造工藝課程設計安排在理論教學和生產實習之后,通過對某零件進行工藝過程分析,讓學生親自編制給定零件的機械加工工藝規程,提高學生對機械零件幾何特征和技術要求的綜合分析能力,加深學生對工藝規程編制原則的理解,提升學生對這些原則的綜合應用能力,最終達到提高學生編制工藝規程能力的目的,通過某工藝工程的夾具設計,構成一個課程設計項目。
3.2改革教學方法 提高教學效果
改變傳統的“教師講、學生聽”的授課模式,根據課程教學進度計劃,將學生劃分若干個小組,5~7名學生為一個小組,利用一定的課內時間進行組內討論和難點的集體輔導,對于某些重要的、學生自己難以理解的關鍵知識點由教師講授。對于某些易于理解的、常識性的知識或者某些圖表可以提出要求,輔導學生自學。對于一些比較重要,但應用已學知識或剛講解過的知識就能夠推導或演繹的內容,引導學生相互討論以加深記憶和理解。同時利用一定的課外時間,按照事先規定的考核節點自主開展具體零件的工藝設計。具體的方法是將機械制造工藝學課程的各章節知識點進行分類整合,結合課程的教學目標構建若干具體的任務,結合我校齒輪實驗室和大學生工程訓練中心的夾具,機床和加工件等,最終構建完整的理論教學體系。這樣得來的知識淺顯、易懂、印象深刻,同時也培養了學習的興趣、學生的應用能力,獲得了良好的教學效果。
3.3調整實習內容 注重專業特色
我校的學生實習分3次進行。一是金工實習,在學校內部工程訓練中心進行,通過實習對金屬材料加工的主要工藝方法和工藝過程形成初步感性認識。二是認識實習,主要是到不同類型的機械制造類企業的生產現場參觀,使學生對企業中使用的各種機械加工方法以及工藝過程形成進一步的感性認識。三是認識實習環節,結合河南省齒輪工程實驗室,保證和突出與齒輪有關的認識實習內容,如滾齒、插齒、磨齒、齒輪誤差測量、錐齒輪加工等,使學生對齒輪的加工方法有初步了解。前兩次實習都是在機械制造工藝學課程理論教學之前進行的,可為理論教學奠定感性認識基礎,也可提高學生在課堂上的學習興趣。生產實習緊跟在在理論教學之后進行,是更加深入和全面的實習。學生經過理論課學習之后,帶著驗證理論觀點以及用所學理論去分析問題的愿望和要求,到生產現場實習,可以很好地鞏固所學知識和理論,實習地點是在東風汽車商用車發動機廠,主要了解曲軸、凸輪軸、連桿,為了結合專業特色,增加了東風汽車變速箱廠的實習內容,使學生全面了解變速箱齒輪、齒輪軸、花鍵、同步器等的生產工藝流程和裝配方法,以及相應工裝夾具等內容。
3.4增設輔修課程 突出齒輪特點
在生產實習之后和機制工藝課程設計開始之間的第7學期,開設與齒輪有關的選修課,如齒輪嚙合原理課程、齒輪傳動技術與裝備概論課程等,齒輪嚙合原理主要講授齒輪傳動的嚙合理論基礎,該課程根據我校機設教研室多年的研究和教學經驗,采用以本科生為教學對象的自編教材,更深入的從空間曲面理論上講述齒面嚙合的特點。齒輪傳動技術與裝備概論課程的教學目標使學生了解齒輪傳動技術的應用與齒輪傳動裝備的機械結構和特點。掌握齒輪加工理論和相關的制齒設備,使本科生一畢業就能滿足齒輪企業的技術工作要求。通過這兩門課的系統學習,對我校機械設計方向的學生進行針對性的專業訓練和培養,結合機械制造工藝課程的實踐和理論教學體系,為社會培養具有專業特點的專業人才。
4結束語
關鍵詞:互換性;標準化;精度設計;教學模式
中圖分類號:G642 文獻標識碼:A
一、前言
《互換性與測量技術》是機械類專業的一門重要的技術基礎課。近年來,隨著高等教育的改革和機械類專業教學內容的發展與變化,本學科的教學改革進入了一個新的歷史時期,國內不少高校進行了許多積極的探索,總結出許多好的教學方法與改革思路。筆者曾多年在企業從事產品設計與開發工作,目前也在高校承擔互換性與測量技術的教學工作。在此想就個人的一些切身體會,談談對《互換性與測量技術》課程教學改革的幾點思考。
二、關于互換性與精度設計在課程中的定位問題
近年來,圍繞《互換性與測量技術》課程內容與體系的改革,不少高校已將《互換性與測量技術》課程改為《幾何精度設計與檢測》,目的在于培養學生的綜合設計能力,改變過去傳統教學中只側重標準的講解與宣貫的灌輸式教學方式。這種思路應充分肯定。
互換性與精度設計確實是兩個完全不同的概念。互換性指同一規格的零部件按規定的技術要求制造,不需經過任何挑選或修配就能夠互相替換使用,而且替換后能達到規定的功能要求。互換性要靠公差來保證,公差則需要標準化,標準化是互換性生產的基礎。互換性是對重復生產零件的要求,只要按照統一的設計生產,就可實現互換性。精度設計則要求經濟地滿足零件的功能要求,無論零件是否要求互換,必須規定一定的公差。公差大,精度低,但加工容易,公差小,精度高,但加工難度大。互換性給定公差強調的是統一,精度設計給定公差強調的則是合理。
《互換性與測量技術》課程的主要內容是尺寸公差、形狀和位置公差、表面粗糙度。工程應用的目標是在機械圖上合理標注。合理標注的實質是合理的精度設計,所以課程的核心還是精度設計,新的教學體系應該加強精度設計的概念,提高學生的綜合設計能力。但在強調精度設計的時候不能淡化互換性與標準化的重要意義。由于互換性在產品設計、制造、使用和維修過程中的巨大作用,已成為現代制造業中一個普遍運用的原則。精度設計是在滿足零件的功能要求的前提下對互換性標準的選擇與應用,即使在不要求互換的場合,在設計制造等各種環節,也需要遵循互換性與標準化的原則。
《互換性與測量技術》課程內容在生產實際中有著大量的運用,但在其他課程中鮮有介紹,學生普遍缺乏這方面知識。隨著全球經濟一體化的到來,我國各項標準逐步與國際接軌,掌握標準化知識已成為時代的需要。這有利于開闊學生的眼界和知識面,對將來從事工程技術與管理工作非常有益,符合企業對人才知識結構的要求。筆者認為:在教學中,不應將互換性與精度設計人為的分割開來,應讓學生在充分了解互換性原則和各項基礎標準的前提下合理的進行精度設計。
三、關于新的教學模式
目前《互換性與測量技術》課程的教學改革,在國內各高校有幾種不同的模式:一是在原《互換性與測量技術》課程內容基礎上拓展提高、組合后仍單獨設課;二是將課程提高到機械精度設計的高度組合、拓展設置成一門課程;三是把教學內容分成幾塊,穿插到《機械制圖》、《金工實習》、《機械設計》等課程中合作完成教學任務[1]。
筆者以為:第一種模式基本保持了原《互換性與測量技術》課程體系主要內容,系統闡述了互換性與測量技術的基本知識,分析介紹了我國極限與配合的新標準、工程應用以及測量技術的基本原理。這種課程體系把標準化與計量學領域有關知識緊密結合在一起,具有學科化特點,形成了自身的系統性和完整性[2]。學生通過本課程的學習,可系統掌握互換性與測量技術的基本知識與幾何精度設計的基本原則與方法。
隨著新的教學要求的提出及課程教學學時的減少,原來模式中認知性內容多、創造性內容少、以介紹基礎公差標準為主的教學體系已不能完全適應發展要求,應該進行改革與創新。在有限的學時內要想獲得良好的教學效果,必須優化教學內容,改進教學方法,采用多種教學手段。標準方面的內容主要從應用的角度去講,其構成原理可適當簡略,重點在互換性的原理與精度設計的基本概念與方法上,其中又以尺寸公差、形位公差、表面粗糙度為重點。有了這些基礎,其它章節均可略講。學生可通過練習、實驗和綜合實踐環節進一步提高綜合設計能力。
第二種模式是針對《互換性與測量技術》課程的教學內容改革而重新拓展設置成《幾何精度設計與檢測》課程。該課程已有多種版本的教材,大多在緒論中了強化了幾何精度設計的相關內容,并增加一些典型零件幾何精度設計綜合應用實例,但大部分章節與原教材體系沒有實質變化。也有的版本對原教材體系進行了大刀闊斧的改革,基本擺脫了以介紹基礎公差標準為主的教學體系,但這種形式目前無論從教學還是學生自學角度看都還有些難度,有待進一步提高和完善。
第三種模式把教學內容分成幾塊,穿插到《機械制圖》、《金工實習》、《機械設計》等課程中合作完成教學任務。這種模式雖然避免了原來模式中各相關課程之間的交叉與重復,但打破了本課程的系統性和完整性,同時也增加了各相關課程之間的協調與配合難度,較難保證分塊教學后的內容銜接與教學質量。
四、實踐性環節的改革
《互換性與測量技術》課程的教學改革,總體思路是培養學生的綜合設計能力,而綜合設計能力的提高必須通過實際應用的鍛煉。本課程的應用性很強,機械類圖紙中大部分符號都與本課程有關,對今后從事機械設計與制造的學生尤為重要。在當今市場經濟形勢下,社會需要能快速勝任工作,知識綜合運用能力強、動手能力強的實用性人才。因此本課程必須很好的把握理論與實際的關系,在講清基本概念的前提下,特別注重理論聯系實際,強調學生的實際應用能力。
從本課程的現實教學效果看,學生對精度設計與互換性標準的實際應用能力普遍較弱。在課程設計、畢業設計中,不知道怎樣正確的運用國家標準進行精度設計;圖樣標注五花八門、漏洞百出,或者照葫蘆畫瓢,知其然不知其所以然。造成這種狀況的一個重要原因是:課程教學內容缺乏應用性實踐環節,學習內容沒有通過相應實踐環節消化、鞏固。受學時數限制,課堂教學只能講一些精度設計與標準運用的基本原則,學生對所學知識綜合應用能力的鍛煉,主要靠課程設計、畢業設計等后續教學環節。而后續教學環節隨著教學內容與重點的轉移,教師還是學生都難以對先開課程給予特別關注。
針對這一問題,已有高校探索在本課程中專門增設實踐性教學環節――精度設計檢測一條龍課程設計[3],但上述方案存在時間安排與課時的矛盾。因此筆者贊同把機械零件課程設計與幾何精度設計內容結合起來,作為一個綜合性的課程設計。機械零件的課程設計題目一般是減速器設計,這類課題包含了很多典型零件精度設計的內容,是理想的精度設計課題。如作為綜合性的課程設計,明確提出精度設計的具體要求,學生可通過一個環節,得到完整的設計能力的鍛煉。
在《互換性與測量技術》課程中,實驗課占有較大的比重,是教學的重要組成部分。實驗的目的是使學生進一步掌握和鞏固課堂上所學的公差理論,初步熟悉某些計量器具的正確使用方法。本課程的所有實驗內容都是對尺寸、形位、表面粗糙度三項基本幾何精度中具體項目的測量,這些實驗可使學生較快獲得有關內容的感性認識,加深對課堂上所學的基礎理論的理解,并鍛煉了學生的動手能力。不足的是,目前這些實驗與精度設計的聯系還較少,多數實驗為驗證式實驗,沒有很好發揮學生的主觀能動性,缺乏綜合設計能力的鍛煉。
為了適應本課程的教學改革,應對實驗課程進行改革,加強學生綜合設計和實際應用能力的鍛煉。筆者認為,可在原來實驗的基礎上設計一些綜合性實驗項目,讓學生通過實際觀察、裝拆、測繪、精度設計等,從而得到鍛煉。
五、《互換性與測量技術》與相關課程的關系
《互換性與測量技術》知識面很廣,涉及到《金工實習》、《機械制圖》、《機械設計》、《機械制造工藝》等諸多課程,不少內容相互交叉,甚至重復,而且課程安排的次序也不盡合理。
《金工實習》、《機械制圖》、《機械設計》是本課程的先修課程,應讓學生在機械制圖中初步讀懂圖樣上尺寸公差、形位公差、表面粗糙度的標注,在金工實習中了解加工質量與檢測的基本知識,在機械設計中對零部件的外形、功能、結構、尺寸有一個完整的認識。但實際上由于各門課時都有壓縮,目前在配合與協調上存在一些問題。比如尺寸公差、形位公差、表面粗糙度的標注,往往成為較薄弱的環節。尺寸鏈部分,與制造工藝學又有重復。在課程的安排上,本課程基本上與《機械設計》同步進行,學生還沒有完整的機械設計方面的知識,對精度設計內容的學習增加了難度。因此筆者認為,在遵循教學大綱的前提下,各相關課程應進行良好的溝通與協調,進一步明確各課程承擔的義務,做到一般內容不重復,重點內容不遺漏。圖樣上尺寸公差、形位公差、表面粗糙度的正確標注應作為機械制圖必須掌握的知識;尺寸鏈在學科體系上屬于互換性范疇,但具體運用都是在機械設計與制造工藝過程中,并在機械制造工藝學中有重點講授,本課程可略講概念,詳細運用與計算方法由后續專業課程完成。《機械設計》最好先于本課程,以使學生具備機械設計方面的基本知識。
六、結束語
以上是筆者對《互換性與測量技術》課程教學改革的幾點思考。總之,在有限的課時條件下,無論采用什么教學模式和方法,其目的都是為了讓學生更好掌握和運用所學知識,更加切合社會需求實際情況。教學改革本身是一個不斷總結不斷更新的過程,為培養面向新世紀合格的工程技術人才,還需要在今后的教學實踐中不斷進行改革和探索。
參考文獻
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1.高職機械設計制造與自動化專業課程體系構建的思路
按照“針對職業定崗位,針對崗位定能力,針對能力定課程”的原則,依據“教室與生產車間功能一體,作業與企業產品標準一體,學生和學徒身份一體,教師和師傅角色一體”的人才培養模式,改革高職機械制造與自動化專業課程體系,培養市場需要的高素質技能型機械制造類人才。課程體系構建思路如圖所示。
2.機械設計制造與自動化專業課程體系現狀及存在的主要問題
經筆者對甘肅省內高職院校機械設計制造與自動化專業課程設置情況的調查了解,發現機械設計制造與自動化專業所設置的課程體系與企業對機械制造與自動化人才的需求有明顯差距。一是課程設置與企業需求存在一定差距,畢業生往往需要重新學習半年至一年的時間才能初步適應機械制造類企業的工作需要;二是課程設置模式還是以傳統的理論教學方式為主,缺少企業實施人才培養的思路和經驗;三是許多高職院校機械制造類專業雖然也建立了與企業的密切合作關系,有些院校也引入了大量的企業資源,但未能進行校企深度融合,不能真正做到工學結合,難以很好地解決學校理論教學與企業實踐工作的銜接問題;四是許多高職院校機械設計制造與自動化專業對學生入學要求較低,因學生理論基礎較差,則出現學習能力較低、思路僵化、后勁不足等問題。
3.高職機械設計制造與自動化專業課程體系改革
3.1人才培養模式改革
參照機械加工、機械設備維修職業崗位任職要求,與企業共同制定人才培養方案,實現人才培養目標與企業崗位需求相融;校企共同構建課程體系,使課程體系與職業能力培養相融,在課程中引入行業企業標準、規范、規程、法規等,使課程標準與機械行業企業技術標準相融;依托“校中廠”、理實一體化教室與校外實訓基地,根據企業需要,靈活調整教學計劃和教學內容,使教學內容與工作任務相融。
將學生的職業能力培養分為三個階段:專業基礎能力培養階段、專業核心能力培養階段、專業綜合能力培養階段,實施校內專業理論課教學與實訓教學平行交替進行,三階段環環相扣,循序漸進,促使學生的專業技能層層提升,實現學生向企業員工的轉變。
根據各階段的培養特點設計工學結合的學習進程,校企共同開發課程和實訓項目,共同實現學生識崗實訓、單項技能訓練和頂崗實習等三年不問斷的實踐鍛煉,學生在做中學、學中做。在“校中廠”、數控加工實訓基地、教學實習工廠和校外實訓基地,學生能感受到企業的真實生產環境,實施“四個一體”的培養模式。
3.2課程體系改革
第一階段:專業基礎能力培養。主要在第一、二學期進行。以校內的公共基礎和專業基礎教學資源為平臺,完成文化素質課程和專業基礎課程的教學,培養學生機械識圖與繪圖、公差的應用、金屬材料及熱處理的選擇等專業基礎能力。結合識崗實訓、機加工實訓和專題講座、社會實踐、技能競賽等形式,學生在校外實訓基地和校內實訓室等環境里,對職業崗位的工作特點、主要設備、工作環境有一個比較全面的認識,使學生的職業素養得到進一步提升。
第二階段:專業核心能力培養。主要在第三、四、五學期進行。依托校內實訓室、“校中廠”和理實一體化教室,完成理實一體化課程,培養學生的專業核心能力。在“校中廠”,根據企業的生產情況,彈性、靈活地安排數控機床操作加工等實踐教學,在具有真實工作環境的生產車間讓學生感受到企業文化的熏陶,即學生以工人身份接受生產任務,在指導教師的引領下,通過識讀圖紙、編制工藝、機械加工、零件檢驗、部件裝配等生產流程,使學生親歷完整的工作過程。在理實一體化教室,由企業兼職教師和專任教師共同完成典型零件普通加工等課程的教學,提高學生的專項技能。在校內實訓室和教學實習工廠,每學期安排4周以上時間進行機械加工實訓、機械裝配維修實訓、電氣控制與PLC實訓等實踐教學,讓學生在做中學、學中做,培養學生的專業核心能力。
第三階段:專業綜合能力培養。第六學期在用人企業的實際工作崗位進行頂崗實習,聘用企業技術骨干、能工巧匠為兼職教師,結合崗位工作進行綜合性技能訓練,培養學生的專業綜合能力和職業素質。定期派遣專任教師深入企業了解學生頂崗情況,并作出綜合評價。在人才培養過程中,將人文素質教育、企業文化教育相結合,形成濃厚的校企合作育人氛圍,始終把安全教育、責任意識、吃苦耐勞精神等職業素質作為素質教育核心貫穿始終,積極推行“雙證書”制度。
4.高職機械設計制造與自動化專業課程體系實施保障
4.1教學方法與手段改革。根據專業特點,采取“任務驅動、項目導向”等教學模式,教學過程中采用小組討論法和案例教學法等多種教學方法,充分利用現代教育手段,將理論知識融入到教學項目中,使學習與生產相結合,課堂與實訓車間相結合,實現教、學、做一體化。
4.2課程考核與評價。制定課程考核標準,包括課程的目標定位、教學內容、教學過程、教學方法與手段、課程教學效果、課程特色等方面。建立由教師、企業技術人員和學生參加的考核組進行課程考核。采取教師評價、學生評價、企業評價和社會評價相結合的方法對課程進行綜合評價,增加企業考核權重。
4.3加強專業教學資源庫建設。為滿足專業建設共性需求,實現優質資源共享,積極與其他院校合作,積極開展高職機械制造與自動化專業教學資源庫建設,滿足機械制造與自動化專業高技能人才培養、企業培訓和社會學習者多樣化學習需要。
參考文獻
[1].杜家熙.談機械設計制造及其自動化專業課程體系改革.河南科技學院學報,2009(4)
關鍵詞:課程設計參數選擇;教學改革;繪圖能力
課程設計是機械設計基礎課程重要的教學環節,是培養學生機械設計的重要實踐環節。通過課程設計,培養學生分析和解決工程實際問題的能力,使學生掌握機械零件、機械傳動裝置或簡單機械的一般設計方法和步驟。提高學生的有關設計能力,如:計算能力,繪圖能力,使學生熟悉設計資料(手冊、圖冊等)的使用,掌握經驗估算等機械設計的基本技能。通過該課程設計,可以把學生所學的機械制圖、公差與配合等幾門課程的理論知識加于鞏固、擴展,提高了學生的綜合能力,為技術應用型人才的培養奠定了基礎。隨著高職教育的不斷擴大,高職生的來源復雜,學生基礎參差不齊。近幾年的課程設計效果不理想。課程設計對一部分同學來說是很枯燥,學生只是按照設計指導書的各個步驟機械地代數據,并沒有真正思考問題,沒有達到設計的真正目的。為了讓學生更好理解課程設計的內容,到達設計的目的,需要在教學方面做一些改革。筆者本著自己這些年來指導課程設計過程中發現的問題,不斷思考,不斷探索好的教學方法,從以下幾個方面來對課程設計進行教學改革,提高課程設計的水平。
1把設計和教學融合在一起
課程設計一般都是安排在理論課程講授完之后進行,時間一般是安排在期末兩周時間。設計結束之后面臨期末考試,大多數同學把精力都放在考試課程上,對設計不能盡心盡力,有的同學是敷衍了事,機械地參照指導書抄寫說明書,里面問題很多。有的同學雖然也發現了問題,但時間緊張,就懶于修改參數,草草了事。最后一周繪制的裝配圖效果也是不太理想,完全沒有達到設計的真正目的。如果能把設計穿插在理論教學中,比如講完帶傳動就可以布置設計任務,把設計題目分組給學生,設計要求講解清楚,把電動機的選擇方法給學生講解清楚,再講解傳動裝置運動和動力參數的計算。學生利用課余時間就可以著手設計內容,完成電動機和帶輪的設計計算。在課程內容齒輪傳動講解完之后,學生可以接著前面的帶傳動設計內容進行齒輪的設計。講解完軸的設計內容之后,學生就可以設計軸的結構尺寸。每上完一部分與設計內容相關的知識點后,就讓學生接著進行設計,讓學生有足夠的時間去考慮,設計的效果才理想,學生才得到真正設計能力的培養。
2設計參數多組化
以往的設計參數雖然也有很多組,但數據相差不大,最開始學生對設計都很感興趣,隨著設計內容的不斷增加,有的同學覺得大家做的都差不多,和設計指導書也相差不大,漸漸就會失去興趣,等著別的同學做完了直接抄寫敷衍了事。可以把設計的參數變動大一些,每組的參數選擇要求也不一樣,這樣就可以避免學生互相抄寫。比如在帶傳動的設計中小帶輪基準直徑的選擇,一個組的同學必須選擇不一樣的數值,帶傳動設計完了之后,讓這組的同學互相對比,啟發他們思考參數不一樣會有什么影響,最終引導學生找出合理化參數設計。設計重在過程,而不是結果,通過不同的參數比較,讓學生更直觀理解了設計內容,鍛煉了學生發現問題,分析問題和解決問題的能力。同時也激發了學生對設計的興趣,不是簡單的抄寫,達到設計的目的。
3注重答辯,啟發學生自己發現問題并解決問題
答辯是課程設計的最后一個環節,是檢查學生實際掌握知識的情況和設計的成果,評定設計成績的一個重要方面。雖然設計是提前布置,參數選擇讓學生選擇不一樣,但如果不答辯,也難區分是學生自己獨立完成的,還是機械地抄寫設計指導書。通過答辯,可以發現學生的一些問題,引導他們去解決問題。引導學生對設計過程進行全面分析和總結,弄清楚設計中每一個數據和公式的使用,對圖紙上零件的結構有著清楚認識。學生在設計中完成的圖紙和說明書還不能完全反映出學生的真實水平。只有通過答辯,才能看出學生的設計能力和綜合能力。比如,有的同學設計帶傳動的時候,只是機械地選擇帶輪直徑,但缺乏整個系統的考慮,有的同學的小帶輪半徑比電動機的中心大,學生還是沒有發現問題,沒有及時修改帶輪直徑,繼續按這樣的參數進行后面的設計,導致后面很多數據都不合理。設計完成后,答辯就是引導學生對整個系統一個全面的考慮,及時發現問題并解決問題,培養了學生綜合分析問題的能力。
4培養學生CAD繪圖能力
以往的課程設計要求學生繪制一張裝配圖和兩張零件圖,大多數都是手工繪圖。由于設計說明書錯誤多,邊繪圖邊修改說明書,有的尺寸是繪圖過程中才能確定的。反復修改數據,部分學生感到煩,設計數據太多,基礎差的同學甚至不知道該修改哪個數據。機械地參照指導書繪圖,導致設計的尺寸和圖紙中的尺寸不吻合,細節地方錯誤多。如果設計任務及早布置出來,學生做完一個零件的設計就用CAD繪制出零件圖,并讓老師檢查。比如齒輪的零件圖,只需要修改輪轂的孔徑就可以了。最后集中幾天到機房完成裝配圖的繪制,這樣既鍛煉了學生的CAD能力,同時又能保證是學生自己設計的尺寸,和說明書也吻合,達到設計的效果。對于成績好的同學,還可以鼓勵他們利用學過的三維軟件繪制零件,并進行裝配。在二維和三維之間不斷轉化,學生可以發現問題,并加于修改。總之,通過以上幾個方面的改革,能較大程度改變課程設計中的一些問題,把課程設計穿插在理論教學中,針對性強,學生也容易接受。參數選擇的多樣化,能調動學生的主動性和積極性,激發學生對課程設計的興趣,提高了設計效果。
作者:王桃芬 張彩芳 單位:重慶工程職業技術學院
參考文獻:
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[2]蒙曉燁.淺談高職《機械設計基礎》課程設計的教學改革[J].科技信息,2011(29):298.
一、教學過程中學生存在的問題
(一)設計基礎薄弱
在“機械結構設計”課程講授之前,學生僅做過“機械設計”課程設計,設計內容是減速箱。該課程設計時間短,大多數學生基本是按照例圖進行改進,所以學生只是達到了“知其然,不知其所以然”的程度,沒有真正的有“設計者”角色的體會。因此,對機械結構設計的過程、步驟和原則還沒有清晰的認識。
(二)基礎技能欠扎實
盡管學生已經學過需要預修的課程,但很多學生是為了應付考試,在學習“機械結構設計”這門課程時,以前所學的專業知識已經忘記大部分。另外,學過的知識在學生的腦海里是零碎的知識點,當時還僅僅停留在理解的階段,離熟練應用還有不小的差距。主要表現在:看圖能力不夠強、空間想象能力弱、工程制圖表達不清晰、對常用機構和標準件不熟悉、加工和裝配工藝不了解等。
二、采取的措施
針對以上存在的問題,在介紹機械結構設計的內涵、原則、步驟和要求之后,為了使學生對機械結構設計有一個全面的、直觀的認識,先以CA6140車床作為實例講解,讓學生由淺入深,培養興趣,對比分析,啟發思維。從深入了解車床運動和結構到完成課程設計,鍛煉其所學知識應用能力,提高機械設計的綜合素質[5]。
(一)案例教學
1.從運動分析到運動設計
在教學過程中,首先和學生一起分析CA6140車床的傳動系統,包括主傳動和進給傳動。主運動見圖1。圖1(a)是傳動系統簡圖,(b)為正轉傳動結構網。主運動理論有30級正轉和15級反轉,而實際只有24級正轉和12級反轉。分析了轉速的特點,CA6140輸出的轉速是以1.26為公比等比數列(見圖1(b)轉速列)。其次引入標準公比、結構式、結構網和轉速圖的概念,重點講解級比規律,以及設計出轉速既沒有重復又沒有遺漏的等比多級變速系統的方法,并通過實例和作業使學生掌握此部分內容。由CA6140車床的主運動寫出結構式,畫出結構網,可以看出是由于第三擴大組不符合級比規律才出現了重復轉速,由理論的30級變為實際24級。最后分析了CA6140的進給傳動系統,介紹了內聯系傳動鏈的概念和各種螺紋以及機動進給的傳動路線。在傳動分析過程中,還結合CA6140車床,介紹了一些機電產品設計中常用的機械通用部件:離合器、基本變速組、換向裝置、制動裝置、保險裝置和操縱裝置等。這些通用裝置就好比是機械設計中的積木,在設計過程中可以借鑒和選用。
2.從結構分析到結構設計
CA6140車床的結構分析,主要集中在傳動箱和進給箱上。在主軸箱結構分析過程中,首先了解各個軸的空間布局,除了傳動軸支承和定位外,重點講解了輸入軸和車床主軸的結構。輸入軸上分析了卸荷裝置、雙向摩擦離合器操縱裝置、制動裝置。在主軸結構上,按照主軸要求—傳動方式—支承方式—軸承選擇與配置—主軸的材料和設計這一主線,使學生對精密旋轉部件結構有了更深入的了解。在授課過程中,對每個結構都進行詳細講解,收集了大量同類型的結構進行對比分析,并以往屆學生的錯誤結構為例進行分析并改正。在普通機床主軸常用到的圓錐孔雙列向心短圓柱滾子軸承作為徑向支承,圖2是常用的此軸承的間隙調整結構。圖2中所示的4種結構,各有優缺點。(a)結構簡單,但調整量難控制;(b)調整方便,但工藝性差;(c)調整方便,但易壓偏;(d)調整量能精確控制。對4種結構進行對比分析后,使學生深刻體會到結構和功能密切相關,在以后的設計中,根據使用要求進行結構設計。在進給箱中,重點介紹了互鎖裝置和導向裝置,有多種運動可以帶動刀具進給。為避免機床損壞,所以不僅要實現車螺紋和機動進給運動的互鎖,而且要實現縱向進給和橫向進給運動的互鎖。在CA6140中,實現車螺紋和機動進給互鎖是通過開合螺母結構。開合螺母能夠閉合的前提是任何一種機動進給運動都未接通,如果接通一種機動進給,則開合螺母機構無法操縱閉合。縱橫向進給則通過限制操縱桿在十字槽中移動來實現互鎖。通過分析CA6140的互鎖結構,引入了平行軸和交叉軸,兩種直線運動、兩種旋轉運動、旋轉運動和直線運動之間常用的機械互鎖結構。另外,進給箱在進給運動的驅動下刀架沿導軌實現進給;開合螺母的上下螺母在導軌的導向下實現開閉,由此引入導向裝置,也就是常用的導軌。接著進一步介紹其分類、特點和數控機床導軌。最后,介紹了支承件的設計原則,在受力分析和靜剛度概念的基礎上,采用實例講解各類支承件的結構設計。
(二)實驗環節
這門課還安排了8個學時的實驗,主要是增加對CA6140主軸箱、主軸、進給箱等結構的直觀認識,配合理論教學。觀察實物CA6140型車床外形結構,通過實驗達到以下目的:了解主運動傳動鏈的傳動路線,觀察各軸的空間位置;觀察雙向多片式摩擦離合器和閘帶式制動器的結構,了解它們的調整方法及操縱機構的作用原理;觀察六速單手柄操縱機構是怎樣用一個手柄同時操縱兩個滑移齒輪塊,以獲得6種不同的傳動比;了解主軸前、后軸承間隙調整方法;了解車螺紋用換向機構的結構形式。
(三)課程設計
1.設計任務
設計一臺車床的主運動系統和其中一個操縱裝置,轉速范圍一定,轉速級數一定,最大加工直徑和電動機功率給定。在同一個班上,每個學生的題目都不相同,使學生能夠獨立思考完成。
2.設計計算
在講授運動設計之后,課程設計的題目就發到每個學生的手上,這樣在課余時間,就將計算部分完成,同時也鞏固所學的內容。
3.工程圖繪制
在課程結束后,開始兩周時間的課程設計,學生基本都可以進行到畫展開圖草圖程度。草圖畫完后,按照草圖尺寸進行操縱機構的計算和主軸的校核。接著完善展開圖,要求清晰表達轉動路線和各個轉動軸、主軸的詳細結構。另外還要畫一張剖視圖,要求表達各軸的空間位置,以及某個滑移變速齒輪的操縱機構。最后一個環節是答辯,在學生講述后,老師指出圖紙上錯誤的地方,讓學生思考并訂正。
三、教學成效
【關鍵詞】軟件仿真;機械設計基礎;項目式教學
《機械設計基礎》課程是工科院校機械類專業學生的專業基礎課程,在教學中占有重要的地位。該課程主要闡述了關于機械零部件的基本知識、基本理論及基本設計方法,是一門研究機械共性問題的主干課程,學生對這門課程的掌握狀態會直接影響到后期專業課程的學習。因此,該課程的教學方法和教學內容要適應學生的學習能力,并且要充分調動學生的學習積極性,項目式教學模式的引入無疑是一個解決問題的很好的方法。
1.《機械設計基礎》課程項目式教學的探討
《國家中長期教育改革和發展規劃綱要(2010-2020 年)》明確提出:“把提高質量作為重點。以服務為宗旨,以就業為導向,推進教育教學改革。實行工學結合、校企合作、頂崗實習的人才培養模式。”作為高職院校,培養優秀的生產、建設、管理和服務第一線的應用人才是當前的核心目標,課程的建設與改革都是為了實現這一目標而服務的。基于這個理念,對于高等職業技術學院來說,要以“工學結合”作為切入點來進行項目式教學的課程改革建設。
《機械設計基礎》課程的改革建設也須從培養機械生產一線技術應用型人才的目標入手,要求該課程應該多注重培養學生掌握通用零部件的工作原理和設計準則,熟悉常用機構的結構特點和工作原理,并初步具有分析和設計機械零部件的能力。而《機械設計基礎》課程的最大特點就是理論知識含量較大,所以在以往的教學中我們都會采取傳統的教學模式“課件+習題”,在授課時運用多媒體課件,有時會借助大量的掛圖、模型等進行講解,幫助學生理解和掌握新知識,然后在課后布置大量的習題,讓學生練習鞏固。但高深的理論知識對于高等職業院校的學生來說的確過于枯燥,掌握起來難度太大,這樣的教學手段對目前的高職教育來說明顯力不從心,雖然能讓學生從感觀上對所學內容有表層的了解,卻無法讓學生對所學知識進行靈活運用。特別是對于作為專業基礎課程的《機械設計基礎》,該課程的涉及面較廣,應用性較強,各章節的內容彼此獨立,于是收效不是很好,學生興趣不高等諸多問題就暴露了出來。
學校的教學內容落后于企業的生產實際,教材內容滯后于生產發展,這是職業教育面臨的有待解決的客觀實際問題,無疑項目式教學模式是解決這一問題的突破點。項目式教學模式主要是以實際的工程項目為對象,例如在企業中經常使用的工具、設備中的常用零件和機構,將這些工具和設備作為項目進行分解,并將分解后的部分與所要講授的機械設計基礎理論知識點相鏈接,在教學中讓學生參與項目設計的全過程。對于實際的工程項目則需要教師在企業中作大量調研,從企業的崗位設置和需求出發進行篩選,最重要的是這些項目必須是企業中的一些新工藝、新方法、新產品的典型案例,同時要能夠突出教學內容和專業特色。通過這樣的教學項目將學校教學與企業生產之間架起了一道橋梁,可以使學生所學的知識真正做到“從企業中來,到企業中去”。
但項目式教學在機械設計基礎課程中的運用也會遇到一些阻礙。首先由于學生剛接觸機械專業知識,對實際生產中的一些零件及機構都很陌生,其次是從企業引入的項目通常是多個零件及機構的組合,相互之間的聯動關系僅憑想象很難理解,而如果通過拆卸工具或設備讓學生更加全面地了解熟悉這些內容,不僅成本高,而且執行起來難度也會更大。另外,要想在機械設計基礎課程的教學中真正實施項目式教學模式并不是一件容易的事,因為這門課程不僅涉及到理論力學、材料力學、機械原理和機械零件的相關理論知識,而且它的運用隨著機械行業現代化的發展也在發生著日新月異的變化,所以教學項目的選擇若要適應企業的發展,可能每年都要發生變化,這對要求教師時刻與企業保持聯系,并且要提高教師的綜合能力。因此,進行機械設計基礎課程建設時,我們必須突破傳統的教學手段,改變教師傳統的教學理念,才能更好地配合項目式教學模式的實施。
2.軟件仿真輔助教學的作用
在機械設計基礎課程的教學中,我們以前只是從教材提供的教學內容出發來設計教學過程,但在引入項目式教學模式后,教學方法的選擇應該考慮企業采用的設計手段,目前借助軟件的強大功能進行設計已成為了企業的常用方法,所以,軟件的介入可以讓學生在校學習期間就能夠適應企業的工作模式,畢業后能夠直接滿足或者較快適應企業相關崗位的需求。
軟件仿真輔助教學方法具有很大的優點。首先,可以利用軟件三維造型的功能,將所有的零件和機構進行隨意的拆裝、放大、旋轉,能夠選取零件的不同部位,改變對模型的觀察方向,非常接近現實中的產品零件。以前面對二維圖紙學生會很難想象出零件和機構的空間狀態,這種方法會有利于讓學生對各種零件和機構空間結構及組成有更深的了解。其次,可以利用軟件的裝配功能,顯示各零件之間的相互位置關系,各機構之間的連接關系。以前裝配圖的學習是學生面臨的最大問題,而運用軟件進行裝配,可以讓同學們在學習設計的同時熟悉零件的結構工藝性及零件拆裝順序等相關知識,老師也可以通過動態的演示給學生正確的示范。另外,可以利用軟件的運動仿真功能,把各種復雜的機構通過形象生動的動畫演示出來,讓學生在學習中加深感性認識。
除了運用軟件仿真輔助教學外,還應該讓學生運用軟件仿真進行設計實踐。因為這種方法來自于企業的常用設計方法,所以學生要掌握這種方法必須要有實踐過程。在這個階段的學習中,學生為主體,教師只是起到輔導作用。學生可以根據自已的實際情況,自主選擇設計命題,可以按自已的想法進行設計,也可以根據企業提供的要求進行題材選定。在設計中根據自已的設計理念隨意組合所學的不同機構,根據需要改變參數,并通過軟件的仿真輔助驗證自己設計的正確性。這種角色的互換,讓學生在真實的產品設計過程中,檢驗自已的綜合機械設計職業能力,并將機械設計與加工聯系起來,既可以提高學生的學習興趣,又可以培養學生的創新意識。
采用這樣的教學手段并配以相應的實踐,不僅可以使學生較好地掌握各種常用機構和通用零件的工作原理、結構特點等,而且可以使一些在普通條件下無法觀察的過程生動地顯示出來,增強學生對抽象的零件和機構的理解,讓學生的學習過程變得更加直觀。
3.結論
在機械設計基礎課程教學中,采用項目式教學模式能夠較好地使理論與實踐相結合。為了讓學生更好地掌握所學知識,在教學中應用軟件仿真進行輔助教學,可以克服以前機械設計基礎課程傳統教學方法的不足。借助軟件的各種功能,通過將復雜的二維圖形演變為生動形象的三維造型,同時通過軟件的模擬、運動仿真及動畫技術的應用,也可以激發學生的學習積極性,提高學習的趣味性。
參考文獻: