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機械設計課程,是一門專業技術非常強的課程,在實際教學中,需要計算機輔助教學。本文從機械設計教學現狀出發,分析與探討了計算機輔助設計在機械設計教學中應用意義,并為提升機械設計教學提出科學的解決措施。
關鍵詞:
計算機;輔助設計;機械設計
一、引言
目前我國的經濟發展速度位于世界前茅,國家的強勢與社會的進一步發展需要更多技能型的人才。過去幾十年,國家加強對高等教育的普及,如今每年上千萬的大學生畢業,就業形勢變得異常嚴峻,可是企業與社會依然難以招聘到合適的人才,尤其是技術技能型人才。中國制造業的復興與發展,需要技術技能型人才。機械設計,是現代工業中必不可少的環節,許多制造業需要機械設計人才,目前的教育依然無法實現企業與社會的用人要求。很多學校的機械設計教學,依然采用傳統的教學方式,無法激發學生對此課程的興趣。在信息技術高速發達的年代,計算機在教學的應用也是開始普及,但是很多學校教師依然沒有發揮計算機輔助設計在機械設計教學中應用,因此直接影響教學的質量與人才的培養工作。本課題,重點探討了計算機輔助設計在機械設計教學中的應用意義,并為提升機械設計教學提出科學的建議與對策。
二、淺談計算機輔助設計在機械設計教學中應用意義
(一)有助于激發學生對機械設計課程的興趣
技術型專業的學習,需要不停提升自身的動手能力與實操技能,就必須激發學生對機械設計課程的興趣。愛因斯坦說過,興趣是最好的教師。在機械設計教學中,采用計算機輔助設計,借助PROE、CAD等軟件繪制二維圖,能夠給學生展示更加清晰美觀的圖形,進一步激發學生的學習欲望。隨著現代學校信息技術的普及,數字化校園建設工作也得到了推進,部分學校的機械設計課程,直接安排在計算機房,通過計算機去學習機械設計,對于學生來說是非常有意義的事情。
(二)計算機輔助設計有助于減輕機械設計教師的教學壓力
經濟的發展,社會的競爭非常激烈,如今房價、物價的上漲,給現代教師帶來了巨大的壓力。很多學校的機械設計教師十分緊缺,通常一個人帶十幾個班的機械設計課程,教學任務非常沉重。要消化這些教學任務,教師如果采用過去的教學方法,是非常疲憊的。例如機械設計課程,要進行二維繪圖、三維設計等,通過人工的手段繪圖會消耗教師太多的精力。另外,在機械設計教學中,要對圖形進行編輯調整,對各種數據進行計算,通過計算機輔助設計,能夠很方便地處理這些步驟,非常快速教會學生機械設計。采用計算機輔助設計教學,教師可以采用驅動任務教學方法,將學生進行分組并布置設計任務,讓學生以小組方式在規定的時間完成設計任務,整個過程教師不需要直接干預,減少講授的課程的時間。
(三)計算機輔助設計有助于組織各種機械設計大賽
人才的培養,不僅僅需要做好日常教學工作,同時要組織各種技能競賽。例如廣東某高校,每年都會舉辦“機械設計大賽”,吸引了許多大學生的參與,通過競賽能夠鍛煉學生的膽量,加強學生的實操能力。在進行機械設計大賽,計算機輔助設計是非常必要的,參賽者通過計算機輔助設計出精美的參賽產品,在模擬重裝組配零件的時候能夠激發參賽者的靈感,通過計算機輔助設計,學生能夠快速將理論知識與實踐進行融合,有效地設計出高質量的參賽作品。
三、提升計算機輔助設計在機械設計教學應用水平的措施
(一)改善機械設計教學硬件條件
國內很多學校的教學硬件條件比較落后,特別是一些職業學校,機械設計等課程經常要到別的高校借用實訓場地教學,嚴重影響機械設計的教學質量。因此,改善機械設計教學硬件條件,尤其是學校計算機房的硬件與軟件,教師使用的教學電腦都要比較先進。例如某理工大學,為了提升機械設計教學質量,引進了先進的機械設備,采用最新版的計算機輔助設計軟件,大大滿足了機械教學的需求。其次,計算機設備一般的學校,可以在暑假或者寒假組織學生到工廠學習一線機械設計,參觀各種大型機械設備,了解最前沿的機械設計技術。
(二)加強機械設計師資隊伍建設,提升教師計算機應用能力
師資隊伍建設是現代教學發展的重點工作,計算機輔助設計在機械設計教學,需要有一批優秀的教師。一方面,要引進優秀的機械設計課程教師,尤其是具有豐富教學經驗以及機械企業工作經驗的教師,保證在實際機械教學中,不僅能夠給學生傳授扎實的機械設計技能,同時能夠培養學生的企業素養,為提升將來職場競爭力打下基礎。另外一方面,要加強現有教師的培訓,尤其是提升機械設計教師的計算機應用能力,爭取讓每位機械設計教師都能使用計算機輔助設計進行教學。同時,要加強教師對外交流,組織教師到一些名校理工大學,例如清華大學、上海交通大學學習,吸取名師的教學經驗,有條件可以輸送部分機械教師到國外學習,例如可以到德國參觀當地工業化建設,了解德國的機械化水平等,開闊教師的視野。
四、總結
總的來說,在信息技術高速發展的今天,計算機輔助設計在機械設計教學中發揮著非常巨大的作用。計算機輔助設計,不僅有助于激發學生學習機械設計的興趣,同時可以減輕機械教師的教學壓力,同時有助于開展機械設計大賽。要進一步提升計算機輔助設計在機械設計教學中的應用水平,就要改善機械設計教學硬件條件,進一步加強機械設計師資隊伍建設,提升教師計算機應用能力。
作者:梁冬冬 單位:白城師范學院
參考文獻:
[1]張超.計算機輔助設計在機械設計教學中應用的探究[J].課程教育研究,2013,14:250.
關鍵詞:機械設計;教學質量;教學效果
中圖分類號:G642.4 文獻標志碼:A 文章編號:1674-9324(2014)39-0186-02
機械設計課程是高等學校工科機類、近機類專業學生的一門重要的技術基礎課[1,2],是學習專業課程和從事機械產品設計的必備基礎。通過掌握通用機械零部件的工作原理、特點、選用及設計計算,培養學生解決實際問題的正確思路、方法和能力。由于該課程工程性強、涉及內容廣,信息量大,要真正學好這門課程有一定難度,提高該課程的教學效果是我們一直探索和實踐的課題。
一、不斷提高自身的素質
不斷提高自身的道德素質。教師的道德素質影響教師的工作態度,它將引導教師樹立正確的教育觀。教師對學生的愛、對教育事業的愛是教師職業道德的核心內容,是教師愛崗敬業、不斷追求自我發展的內驅力。良好的教師道德素質有利于學生形成良好的學習動機,有助于學生心智的健康成長。它是教師開展教學工作的感情基礎,它有助于師生之間情感與認知方面的溝通,學生在融洽的師生關系中,處于最佳學習狀態,更易于對所學知識產生興趣并消化吸收。而青年學生思想活躍,易于模仿教師的行為,所以教師的品質包括教師的思想品德、為人處世方法,教師對待工作的熱情、對待生活的執著等等,這些每時每刻都在影響著學生,并有利于學生形成積極的學習與生活態度。因此,高校教師的道德素質直接影響學校培養的學生素質。不斷提高自身的專業素質。“要想給學生一杯水,教師要有一桶水。”如今,我們正處在信息化時代,人類知識系統發生了兩個重要變化:一是知識更新的速度越來越快,數量越來越多;二是知識傳播途徑越來越多,傳播速度越來越快。這個時代需要培育的是具有高度創造性和個性化的人,需要培育的是一種能夠適應迅速變化、了解和適應未來的人。在這樣恢宏的社會背景下,作為一名機械設計老師,要不斷學習機械設計領域新知識、新理論、新方法、新應用,樹立終身學習觀念,不斷“自我充電”,不斷提高自己的知識層次和思維能力并將其運用到教學實踐中,變原來的“一桶水”為“長流水”。同時,通過系統地研究當代大學生的身心發展規律,不斷提高對學生認知規律的認識水平,把這種“長流水”升華為適合學生需要的“甘甜水”。唯有這樣,才能不誤人子弟,才能始終與時俱進,做合格的教師。不斷提高自身的語言素質。教育學家蘇霍姆林斯基曾說過:“教師的語言素質在極大程度上決定著學生在課堂上的腦力勞動效率。”多年的教學實踐證明,教師在教學中語言表達能力的水平直接制約著課堂教學質量的高低。機械設計教師只有不斷地追求課堂教學的語言藝術,提高自身的語言修養和語言素質,才能把機械設計教得有聲有色。要把語言的準確性和通俗性統一起來,機械設計課有很多概念,對概念的描述語言要準確,同時講課主要用口語化的語言,要和書面語言區別開來,只有把語言的通俗性和準確性統一起來,講課才能既嚴謹又生動。要把語言的精練性和內容的豐富性統一起來,機械設計教師要不斷凝練語言,用精練的語言把機械設計的思想、方法、原理講述清楚,同時又要把內容講得有血有肉。要充分利用啟發性的語言,啟迪學生的思維。語言要有張有弛,充滿激情,處處扣人心弦,這樣學生才能更用心地聽課。機械設計教師只有不斷探索提高自身的語言素質,掌握語言藝術,才能不斷提高機械設計的教學質量。不斷提高自身的科研素質。中國科學院院士、教育家楊叔子指出:大學教師還得治學,治學術,做學問,搞研究;否則,就提不高,既不能在學問上、在研究上做出貢獻,也不能提高教學水平,提高教學質量,從而嚴重妨礙育人,特別是嚴重危害培育拔尖創新人才。機械設計課作為一門基礎課,設計的內容廣泛,機械設計的方法、原理也在產生日新月異的發展變化,教師只有通過做科研,才能把握學科發展的最前沿。教師通過做科研,不斷創新,才能對創新有更深刻的認識,講的課才能更有深度。機械設計教師只有不斷提高自身的科研素質,才能教出富有創新精神的新時代大學生。
二、教學模式、教學方法、教學手段與機械設計教學內容深度融合
根據機械設計課程各章節內容的特點,采用合適的教學模式、教學方法和教學手段,學生掌握課堂內容的同時,不斷提高自學能力、想象能力、創新能力等能力,全面提高學生的素質。采用適合于教學內容的教學模式。對于學生比較熟悉的教學內容如“帶傳動、鏈傳動”可以采用自學――輔導式的教學模式,培養學生的自學能力。“創新設計章節”可以多采用范例教學模式,特別是采用與大學生密切相關的一些范例,如“全國大學生機械創新設計大賽”獲獎作品,采用這些范例可以拉近教學內容與學生的距離,引起學生的興趣,調動學生的學習積極性。對于機械零件常見的失效形式采用現象分析模式,通過實際觀察零件的失效形式,使學生產生直觀的印象,更容易理解和把握所學知識。方法是十分重要的。機械設計教師要深入鉆研適合機械設計教學內容的方法。根據機械設計課程的特點,在教學方法上多采用探究式、討論式、啟發式教學方法以及基于現場的情境學習教學方法,激發學生的學習興趣。啟發式教學方法的應用,比如機械,可以通過舉出大家常見的汽車、自行車,啟發學生理解機械的概念,進一步啟發學生購買這些機械時的要求就是設計這些機械的要求,如何設計這些機械滿足上述要求,就是機械設計講的內容,通過啟發,學生就可以知道“機械設計”這門課要講什么內容,就掌握了這門課的主線。探究式教學方法的應用,例如,在軸的結構設計中,引導學生運用發散性思維分析多種零件布置方案,比較各種方案的優劣,從而找到最佳的方案,強調學生的主動參與。情境學習教學方法的應用,如,在講授機構運動簡圖、具有確定運動的條件、自由度計算以及減速器箱體的結構設計時,可以將課堂設置在擺好實物的實驗室,“百聞不如一見”,通過讓學生親自動手裝拆不同形式的實物和模型,激發學生的學習熱情,增加學生學習的成就感,學生的學習效果會起到事半功倍的作用。充分利用多媒體教學、黑板教學、網絡教學等多種教學手段。要將多媒體課件與黑板教學相結合。課堂教學要充分發揮多媒體教學和黑板教學各自的優點。對于關鍵的理論推導、重要例題,教師可以在黑板上進行重點講解,而對于大量的圖形,使用多媒體課件就可以節省很多時間,多媒體課件還可以通過圖像的三維動畫效果,以及大量的視聽效果,沖擊學生的思維興奮點,激發學生的學習興趣。同時,在教學中,教師應當充分利用實物、模型等多種直觀教具,使學生從感性認識上更準確、深刻地掌握所學內容。充分利用現代化教學手段中的網絡教學手段進行課外輔導答疑,學生可以通過網絡課件和網絡習題隨時鞏固課上學過的知識,也可以提前預習下節課要講解的內容,不明白的問題學生可以在網上論壇切磋,網絡教學極大地提高了學生學習的實時性。
三、通過實踐環節提高機械設計課程教學效果
機械設計課程是一門與實踐緊密相連的課程,因此,在課堂教學之外,還適當安排學生參觀往年“全國大學生機械創新設計大賽”獲獎作品、機械產品和工程現場等,對機電產品的傳動系統、結構特點、設計方法等進行現場講解,加深學生對教材內容應用的理解,擴大了知識面,提高了學生的工程意識。機械設計課程與實踐緊密相連,機械設計實驗對提高學生對本門課程的把握起到了重要的作用,特別是綜合性、設計性、動手操作性的實驗。為此,我們增加了機械傳動系統創意組合綜合性實驗,學生自行設計傳動方案,選擇各種零部件、采用合適工具進行裝配。這是一次非常逼真的工程實踐訓練,綜合應用了機械設計課程中所學多種零部件,了解了各種傳動方案的優缺點,體會了機械傳動系統方案設計的重要性,體驗了工程設計、裝配中要注意的一些問題。增加了實驗的開放性,學生可以根據自己的需要與實驗室老師約定實驗時間和實驗內容。機械設計課程設計是機類學生學完機械制圖、幾何量公差、機械原理、機械設計等課程后一次綜合實踐性教學環節,對學生機械設計綜合能力的提高起到了重要的作用。在設計題目的選擇上,改變傳統的以帶式運輸機的傳動裝置為題目的方式,鼓勵學生調研相關工程需要,自主選擇課程設計題目。目前學生采用的題目有機械原理課程設計題目、機械類創新項目的題目或者根據工程實際需要提煉的題目。通過自主選題,鍛煉學生的創新思維和創新能力,使學生得到系統性設計訓練。在設計過程中,鼓勵并創造條件讓學生實地考察、拆裝相關機械產品,提高感性認識;通過網絡等途徑查閱相應資料,了解相關零部件價格,培養學生成本設計思想;鼓勵學生通過查找資料、規范和標準解決課程設計中碰到的相應問題,提高學生的自學能力和使用標準、規范的能力。實踐證明,這種選題的方式以及設計過程的要求,增強了學生課程設計的興趣和積極性,鞏固了學生機械設計理論知識,提高了學生學習能力、查閱資料的能力、動手能力以及工程實踐能力,取得了良好的效果。
機械設計課程是機類大學生一門承上啟下的課程,學好機械設計課程對于學生鞏固以前學過的知識和學好以后的專業課具有重要的作用。教師通過不斷提高自身素質,研究教學模式、教學方法和教學手段,不斷提高機械設計課程的教學質量,通過參觀、實驗和課程設計鞏固和提高機械設計的學習效果。提高機械設計教學質量,滿足人才培養方案提出的要求,培養適應新型工業化要求的卓越工程技術人才,更好地推動經濟社會跨越式發展。
參考文獻:
[1]秦小嶼.提高機械設計課程教學效果的幾點思考[J].高等教育研究,2009,26(1),63-64.
Abstract: We takes the cultivation of compound talents as the goal, and makes reform on the teaching content, teaching method and way, practical teaching, and evaluation method of mechanical design and achieves some positive result, which plays positive effect on cultivating students'' mechanical design ability, innovative awareness, and the engineering design ability.
關鍵詞: 機械設計基礎;課程改革;能力培養
Key words: mechanical design basis;curriculum reform;ability training
中圖分類號:G712文獻標識碼:A文章編號:1006-4311(2012)09-0199-01
0引言
機械設計基礎課程是機械類各專業的一門重要的技術基礎課程。通過該課程的學習,要求學生掌握各種常用機構及通用零部件的工作原理、特點和應用的基本知識,使學生初步學會根據具體條件及與本課程有關的標準、規范,選用機構及零件類型,并能對機構的運動、零件工作能力進行簡單的校核,從而具有設計簡單機械傳動裝置的能力。由于本課程的特點,不僅為后續的專業課程,也為課程設計、畢業設計和解決生產實際問題建立基礎。近幾年來,隨著教學改革的深入,學科建設的進行和課程體系的調整,我們圍繞培養復合型人才的培養目標,結合學校的學科建設和實驗室建設對機械設計課程建設采取了一系列改革,且取得一定成效。
在機械設計基礎課程教學改革中,我們堅持以人才培養目標為依據,不斷更新教學內容,優化課程體系,確保課程內容的前瞻性、課程結構的科學性和合理性,實現教學內容和課程體系的整體優化。
1教學內容更新
隨著教學改革的深入,我們將工程力學和以前的機械設計基礎兩門課程整合為一門機械設計基礎課程,課時大幅減少,因此必須對教學內容進行精選。課程內容的選取本著基礎知識夠用,主要從理論知識和操作技能兩個方面,選擇課程的內容,滿足職業崗位的需求。機械設計基礎課程教學任務的設計以工業產品和常用機構為載體的分析與設計為載體,將課程內容進行解構和重構,序化教學內容,設計學習模塊6個,每個模塊進一步分解為若干個任務。教學過程中以學生為主體,以實施完成工作任務為途徑,培養學生正確選擇通用零件及傳動裝置的能力,掌握重要機構、零部件的設計方法,具有使用設計手冊查閱參數的能力,重點培養分析和解決問題的綜合能力,最終達到本課程的培養目標要求。
2采用先進的教學方法和手段
在教學過程中以激發興趣、培養能力為主導,根據教學內容表現的需要,我們采用任務驅動、實例貫穿、課堂與實習地點一體化相結合的教學模式。
任務驅動教學模式:以減速器設計等典型任務為導向,將齒輪的設計、軸的設計、軸承的選擇、聯軸器的選用、V帶的設計等作為主要教學模塊,每個教學模塊由若干個教學任務組成。
“實例貫穿式”教學模式:以典型機構設計為“案例”,提出解決方法,注重教學過程,將課件、錄像和現場教學融為一體。
課堂與實習地點一體化:為了全面提高學生的綜合素質和動手能力,培養符合企業崗位技能要求的技術人才,把一部分教學的課堂搬到實訓室進行,讓學生更直觀、準確地認識機械設備工作原理,加深對理論知識的理解和掌握。在這種教學模式下,講述理論部分時,通過CAI課件、錄像、動畫等現代教育技術的運用以及現場相關機織設備的運轉演示與指導教師的動手操作,讓學生更直觀、準確地認識機械設備工作原理與操作方法,加深了對理論知識的理解和掌握。在理論部分講完后可立即安排相應的動手實驗,使學生在理論的指導下獨立動手操作,并通過實驗驗證所學的理論知識,這樣使理論教學和實驗教學的銜接更緊密,時間的安排上也較靈活。通過實踐,學生的學習興趣普遍提高,而且獨立思考和分析問題的能力提高,同時對機器設備原理與工藝調整以及操作技能都掌握得較好。這些技能對他們成為能力較強的應用型人才有很大幫助。
3實踐性教學環節的改革
培養學生的實踐和創新能力目前已經成為高職教育的一項重要教學改革內容。在實踐性教學環節的改革中,我們堅持理論教學和實踐教學并重,注意提高學生的實踐動手能力,啟迪創新思維,培養學生分析和綜合運用現代技術手段,解決工程實際問題的能力。
機械設計基礎課程實踐環節包括實驗和課程設計。我們有機械設計陳列室和機電一體化創新實訓室,每學期我們安排一定的課時在這些實訓室進行現場講解。在創新實驗室,學生可以自己動手做各種實驗,有的內容在課堂上不能完全理解,就到實驗室通過相關機構或各種零部件的組裝加深理解。
在課程設計改革中,我們改變了以往的僅單純按理論知識設計一級圓柱直齒輪,現在我們以各種類型的減速器為課題,先對減速器進行拆裝和測繪,然后設計出符合工廠實際需要的各種類型的減速器。同時為調動學生的積極性,我們允許自由選題。在教師的指導下,學生可根據自己的想法對現有機械進行改進設計。在完成本課程的學習后,我們推薦學生參加大學生創新設計比賽。
4考核方式的改革
在考核方法上,注重全面考察學生的學習狀況,通過參與課堂討論的質量、分析能力、對新知識的接受和消化能力、學習遷移能力等多方面的評價,與基礎理論知識考核結合評價學生的學習效果。形成了過程性評價70%與成果性評價30%相結合的評價體系,其中過程性評價綜合考慮小組成員互評和教師評價。這種考核方式充分關注學生的個性差異,發揮評價的啟發激勵作用,增強學生的自信心,教師還可以利用評價所提供的大量信息,適時調整和改善教學過程。
5結束語
通過改革和實踐,學生的學習積極性、主動性和學習興趣普遍有所提高。特別是在動手能力,工程實踐能力,綜合素質,創新設計能力等方面的提高更為顯著。
雖然我們在機械設計基礎教學內容、教學方法和手段等的改革方面做了一些嘗試,并取得了一定的成績,但仍存在一些問題和不足之處,有待今后的教學改革實踐中不斷地改進和完善。
參考文獻:
[1]張慶玲.機械設計技術.北京:清華大學出版社,2009.
[2]張曉桂.機械設計基礎課程的教學改革與探討.全國機械設計教學研討會議,2007.
[3]楊枚.《機械設計基礎》課程教學內容改革總結.科技信息,2010(36).
[4]劉碧俊.高職《機械設計基礎》課程改革與實踐.《教育研究》2010年1月.
[5]陳海波.機械設計基礎課程整合教學模式的探索.湖南科技學院學報,2009.
關鍵詞:工程機械設計;教學;方法;實踐;創新
中圖分類號:G642.0 文獻標志碼:A 文章編號:1674-9324(2016)18-0089-02
隨著我國鐵路、公路等重大建設項目的不斷展開,大型工程專用機械的市場需求急劇增加,亟須大量專業的設計人才。“工程機械設計”課程作為我校工程機械專業的核心課程之一,目的通過對工程機械系統的深入學習和研究,讓學生理解并初步掌握常見工程機械的設計思路和方法,培養學生的設計能力。它的課程教學成功與否,從個體層次來講涉及到學生個人設計能力和工程素質的培養,從社會層次來講可能會影響工程機械設計人才后備力量。但是由于本課程復雜廣泛的課程內容與有限的課時之間存在的矛盾,限制了學生掌握深層次的有關工程機械設計知識,再者傳統的教學模式單一,缺乏必備的實踐經驗,因此對于這門理論性和實踐性兼顧的課程,學生普遍認為學習這門課程感覺吃力,從而影響了學習效果和工程素質的培養質量。
本文針對“工程機械設計”教學中遇到的問題,并結合多年的“工程機械設計”課程教學經驗,從教學內容、教學方法等方面進行了深入探討與研究,以期培養具有工程意識、設計能力及創新精神的合格人才。
一、教學內容注重系統性、實踐性、拓展性、創新性
在教學內容的選擇上,突出表現在系統性、實踐性、拓展性、創新性等幾個方面,不僅內容選擇合理,難度程度適中,重點突出基本理論和分析設計方法,密切聯系實際應用,還注重對教學內容的取舍和更新,根據最新科研成果,補充一些教材中未包括的新技術。[1]
1.系統性。“工程機械設計”課程內容多而雜,各個章節相對獨立,相互聯系疏松,重點不突出。各個部件的知識和設計方法缺乏共性介紹和系統闡述,缺少工程應用實例和應用背景。為了解決這一問題,在組織教學活動中逐步歸納總結,在授課之初強調系統性,不僅是對課程內容進行優化組合,還要促使學生具備系統性思維以理解掌握工程機械設計知識。首先簡要但系統地介紹其總體設計和計算原理,讓學生僅需在頭腦中建立一個工程機械設計的相對完整概念。可以這么認為,學生在這個階段學習可“不求甚解”,但是肯定會促使學生產生“知識空白”,自然會激發學生將后期學到的各個章節的知識自動“填空”。這種改變,徹底顛覆了以往教學中首先介紹相關概念,然后講述主要零部件的設計方法,最后才進行整機設計的教學內容,避免了在學生在聽課過程中將學到的知識視為“無的之矢”,逐步就失去了繼續學習的興趣和愿望。近年來的教學實踐表明,這種“本末倒置”的教學內容確實激發了學生的學習興趣,促進了學生工程機械設計能力的提高。
2.實踐性。實踐教學是高等教育人才培養系統工程中不可缺少的組成部分,是非常重要的教學環節之一,是實現高等工程院校培養人才目標的重要途徑和手段。由于課程的教學環節實踐性較強,在教學內容安排上,要求在實踐教學基礎上完成理論教學,并以實踐來驗證理論。因為學生此前對于工程機械的作業特點、工作原理、施工工藝技術等并不十分了解,必須適當補充一些必要的背景知識。授課前組織學生通過對校內實訓基地的鏟土機、挖掘機等常規工程機械進行課前實習,使學生真實地了解工程機械的用途、結構組成、工作原理等,這樣可保證學生在對各章節的設計理論學習中,能夠將所學知識“對號入座”,便于知識的消化和吸收。并且在授課期間,該實訓基地及其他相關實訓室全程開放,學生可動手進行發動機、變速箱、離合器、泵、閥等主要部件的拆裝,以此鍛煉學生實踐能力與創造能力,提高分析問題與解決實際工程問題能力,促進學生知識、能力、素質的協調發展。
3.拓展性。筆者在課程設計和畢業設計中發現,很多學生對于工程機械的整機和部件設計中有關強度和剛度的理解并不是很深入。為了彌補該缺陷,在授課意加入部分“鋼結構”設計知識,盡管這部分知識沒有納入工程機械設計專業的教學計劃,但是從學生整體把握和設計工程機械的角度來說顯然是必要的。并且引導學生應用三維設計軟件進行相關繪圖和仿真計算,例如,學生們前期課程學過SolidWorks軟件,在工程機械設計的相關課程設計和畢業設計中,鼓勵學生應用該軟件進行產品“樣品設計”和“虛擬設計”,進行模擬裝配和運動仿真,這將大大減少設計錯誤。并且應用專業軟件對零件的三維模型進行有限元分析。此外,還向學生們講授了MIDAS軟件進行簡單的鋼結構計算。經多次課程設計和畢業設計實踐表明,學生們對于此類擴展性的知識很感興趣,收到很好的教學和應用效果。
4.創新性。從工程機械發展趨勢來看,全球工程機械將向著環保、智能、大型化方向發展,誰掌握核心技術,誰就掌握工程機械的生命線。在“工程機械設計”授課中,引領學生堅持從實際出發,從生產需要出發,尊重前人的知識和經驗,不“閉門造車”,創造性地學、創造性地用,在理論研究和創新取得良好成果的基礎上爭取技術研發和創新。課上以徐工集團設計制造的“鋼鐵蜘蛛俠”ET110步履式挖掘機為例,講解其步履、輪式驅動結合的符合式結構,能全輪驅動、全輪轉向、輪腿復合,以實現跋山涉水如履平地,靈活機動操控自如的目的,并強調自主創新是工程機械設計的生命力。
二、教學方法突出范例教學、實例講解、案例實踐
為了保障在“工程機械設計”課程的教學過程中,將教學內容的系統性、實踐性、實用性、拓展性、創新性一一體現出來,并且能夠讓學生們輕松接受,需采用突破常規的教學方法,突出范例教學、實例講解、案例實踐這三種授課方法,它們并非相互獨立,而是環環相扣構成一個完整的教學方法體系。
1.剔除冗雜臃腫,講求范例教學。由于“工程機械設計”課程課時有限,而內容繁多冗雜,教學內容中著重提出了系統性的概念。采用范例教學的方法,對輪式工程機械和履帶式工程機械各個系統設計的共性介紹和闡述,例如:對輪式工程機械的傳動系計算傳動比時,包括總傳動比的計算,傳動比的分配,以及變速箱檔位數和中間傳動比的確定,這些是經過精選的基本性的基礎性的知識,以起到示范窗口作用,從這個窗口可以看到全室。通過范例教學,首先達到“個”的認識,進而達到“類”的認識,再者達到規律性的認識,最后還要達到通過自己的體驗,提高對各個系統及整體結構的完整認識。
2.現場理論教學,實現實例講解。“工程機械設計”這門課程本身內容具有很強的實踐性特征,因此,很有必要帶領學生到學校實驗室、訓練中心,或距離學校較近的工程施工現場,進行部分課時的現場理論教學,對典型工程機械的種類、特點、工作原理及運用進行集中合理的直觀教學。例如,對鏟土機、挖掘機等工程機械的類別、組成構造、現場布置、運用等內容,可以按照課程大綱要求,結合教學進度,合理安排施工現場理論教學,讓學生更直觀地學習工程機械的有關內容,能夠對課堂教學中學生理解困難或吃力的內容起到彌補的作用。
此外,還提出引入科研成果以提高學生的學習興趣。近十多年來,我校在大噸位架橋機、造橋機、全斷面隧道硬巖掘進機、大斷面隧道盾構機等設備的研制與施工領域承擔了一批重大科研項目,取得了多項國際先進和國內領先的科研成果。我們通過篩選、整理,將這些最新的研究成果引入到教學中,不但豐富了課堂教學內容,使枯燥知識變得生動具體,而且同學們感到學習“工程機械設計”課程的實用性,增加了學習興趣,調動了學習積極性。
3.改革實踐環節,倡導案例實踐。本課程理論性較強,實踐性也較強,本科生學習的目的是:將所學的工程機械設計方法和理論應用到實際問題中去。在授課結束后安排為期一周的“工程機械課程設計”,使用案例法進行實踐教學,突出“學生為主,教師為輔”的教學指導思想,以達到以下目的[2-3]:(1)通過設置工程需求,將學生置身于真實復雜的工作環境中;(2)讓學生練習使用在課堂所學及其拓展的知識和技能來進行設計決策;(3)幫助學生獲得解決工程機械領域內實際問題的能力,并培養學生創新意識。
根據我校專業特點,近幾年開設的工程機械設計范疇的課程設計題目主要有:有軌平板運輸車設計、起重機主結構設計、挖掘機工作裝置設計等,課程設計內容既與課堂教學內容銜接,又有所擴充。
三、改革的效果
在“工程機械設計”課程的改革和實踐中,為實現從“知識傳授”轉向“能力培養”的教育目的,對課程教學內容、教學方法進行一系列改革,深入探索提高學生學習積極性、培養學生創新能力的新型教學模式。
多年的教學實踐表明,本次改革不僅有助于學生深入理解課堂所學的基本理論和方法,掌握工程機械設計中的關鍵技術,而且激發了學生的學習熱情和積極性,明顯提高了教學質量,是培養知識面寬、動手能力強、能很快適應社會需求的高素質學生的有效途徑,近幾屆學生的專業知識及能力都有顯著的提高,深受用人單位的歡迎。
參考文獻:
[1]靳玉樂.理解教學[M].四川教育出版社,2006.
信息技術的推廣和工業設計、制造技術的發展,對高校實踐課程提出了新的要求。針對當前機械專業機械設計課程設計的教學模式的不足,提出了課程內容與形式改革措施。為有效提升學生實踐能力與創新思維能力,將模型3D繪圖與加工制造引入機械設計課程設計中,探索理論計算、設計繪圖、加工制造“三位一體”的教學模式。經實踐證明,新模式下教學效果突出。
關鍵詞:機械設計;課程設計;模式;探索
隨著我國社會結構的變化,催生高等教育教學結構與形式轉型,國內地方高校在不斷探索應用型人才的培養模式與體系。機械設計課程設計融合了機械設計基礎、機械制圖、機械制造基礎、極限配合與測量技術等課程的知識,是機械類專業培養學生機械設計能力與創新能力的實踐教學環節。因此,機械設計課程設計在培養應用型人才為目標的機類和近機類高校實踐教學中具有十分重要的作用。當前,機械設計課程設計仍為減速器的理論設計計算為主,輔以二維圖紙表達,致使實踐性課程缺乏足夠的實踐環節。為此,以提高學生實踐能力與創新思維能力為目標,將模型3D繪圖與加工制造引入機械設計課程設計中,探索理論計算、設計繪圖、加工制造三位一體的教學模式。
1機械設計課程設計教學現狀
傳統教學模式將機械設計課程設計的教學目標設定為著重培養學生機械制造與設計的系統化設計思維,其是在機械原理與機械設計課程中機械零部件設計方法的基礎上設計機械裝置,進行機械機構選擇與方案設計、總體布置、總裝配圖設計、主要零件設計及設計計算說明書編寫等訓練。機械設計課程設計選擇最具代表性的機械裝置“減速器”作為設計題目,其課程學習要求包括以下3點:①要求學生熟悉減速器的工作原理、各零部件裝配裝配關系和箱體類結構設計等知識與技能;②著重要求學生掌握齒輪機構、軸、螺栓組件、軸承、鍵、銷等零部件的設計計算與選擇;③要求學生熟練應用標準、規范、手冊、圖表和設計資料。以采用塔里木大學機械電氣化工程學院機械設計課程設計為例,其教學模式采用傳統教學模式,在完成88學時的機械設計理論學習后,再開展為期2至3周的機械設計課程設計,學生以4~6人為一小組合作完成減速器理論設計、計算及二維圖繪制。在課程設計時間段內,學生對減速器的設計僅停留方案構思、機械零部件和機械總成的結構布置與設計,均屬理論設計與繪圖,回顧以往的課程設計教學環節與學生反饋信息,發現在課程設計過程中體現出以下弊病:
(1)多數學生對綜合應用所學知識與技能解決實際問題的能力較差,對減速器的結構缺乏認識;
(2)學生對課程設計興趣不夠濃厚,缺乏自我設計與創新主動性,且過度依賴指導教師指引;
(3)在減速器的設計過程中,設計計算生硬套搬設計步驟,照抄設計手冊和減速器圖冊的減速器圖樣與尺寸;同時,在此教學模式下學生以完成作業任務式的心態對待課程設計,導致課程設計抄襲現象,亦無法達到課程設計原本教學要求。該模式下無法體現出設計創新與實踐教學,對培養學生自主創新設計作用微乎其微。
2機械設計課程設計改革措施
現代經濟社會發展要求高校培育的人才能運用專業知識解決工程實際問題和探索問題的能力。機械設計課程設計作為一門機械專業機械設計綜合知識與技能應用的平臺,是提高學生機械設計與工程素質的重要環節。機械設計課程設計的教學目標不僅是為培養學生機械制造與設計的設計過程,也是在培育學生掌握機械產品或機械結構的創新設計思維,以及培養學生對現代機械產品的自主創新設計技術工作的適應能力。針對傳統課程設計的不足,基于培育具備理論設計、實踐加工、理念創新的新型機械設計人才,對機械設計課程設計的實踐教學體系進行探索性改革,具體措施如下:
(1)重組機械設計課程的實踐教學體系。傳統的教學模式下,機械設計的實驗課程開設認識性或驗證性的實驗,主要包括機械零件結構認識現場教學實驗、帶傳動實驗、液壓滑動軸承實驗、軸系部件設計實驗、減速器拆裝實驗等項目。以培養機械設計與制造能力為主線,重組機械設計課程的實踐教學體系,增設實操性實驗,制定新的教學計劃。基于傳統的教學模式下,對已有實驗項目做改進增設實踐操作性內容。以帶傳動試驗為例,以往實驗要求學生觀察帶傳動彈性滑動和打滑現象,計算帶傳動的參數,新教學體系在此基礎上增設帶與帶輪的安裝和拆卸。
(2)課程設計內容改革。傳統的教學模式下,機械設計課程設計以設計二級減速器為主,設計內容以理論設計計算為核心。針對課程設計內容實踐性環節不足,課程設計選擇相對較為簡單的一級減速器作為設計內容,增設減速器3D繪圖和模型加工部分。減速器3D繪圖采用UG、SOLID-WORKS等軟件繪制,此項內容增設依據新大綱模式下機械制圖、三維制圖課程整合為一體。減速器模型加工采用優耐美、謝蘭微型模具加工機床加工。在新課程設計內容與模式下,安排學生開展為期3周的機械設計課程設計,學生以6~8人為一小組合作完成一級減速器理論設計計算、二維和三維圖繪制、模型制作。新課程設計模式大幅增加了課程設計實踐性環節,不僅促進了學生課程設計的興趣,也消除了課程設計片面最求負責機構設計而教學效果不良的現象。
(3)創新環節。課程設計選題采取多樣性、靈活性原則,將固定式的減速器設計改變為創新與思考結合的裝置設計。基于此為突出課程設計的創新性,開展創新設計項目的調研、機械裝置設計方面專利文獻資料的檢索與收集、裝置設計方案構思。課程設計內容應涉及機械設計課程中所學的機構與傳動方式。設計任務確定為每組按照所選定的設計題目,綜合運用機械設計課程以及其他先修課程的理論和技能,運用合理的方法設計出方案。學生小組可選擇指導教師擬定設計題目,學生小組也可自行擬定確定設計題目,但需指導教師審核。
3設計模型加工
模型作為設計理念的具體表達,具有三維直觀、真實準確的特點,是產品設計最終的設計表達形式。對于機械設計專業的學生,模型制作不僅有助于分析和掌握產品的功能、結構、形態、材料、工藝等,還能夠啟發設計靈感,開拓設計思維。在機械設計課程設計中增設模具加工環節,可提升機械設計與制造專業學生的設計思維與動手能力,也可有效融合機械制圖、二維制圖、三維制圖、機械原理和機械設計等多門專業課程的知識。機械設計的創新離不開模型設計加工工具與設備;優耐美(奧地利進口)、謝蘭(美國進口)微型模具加工機床是模具設計的創新平臺,其安全、穩定的性能是培養動手能力優良設備。國內部分高校已開設微型模具設計加工課程應用于學生實踐操作技能和創新能力培養的課程。微型模具加工機床采用模塊式結構,機體微型輕巧,組裝、操作簡單,由鋸床、車床、磨床、鉆床、銑床、銑齒床六大類機床組成,可對木質、軟質金屬、樹脂膠板等材料進行切、削、磨、銑、鉆等加工功能。據課程試驗性操作證明,微型加工機床可以車軸(木質、鋁質等材料)、銑齒輪、鉆孔、裁切板材、磨削毛坯等。在機械設計課程設計中引入微型模具加工,極大的提升了學生課程設計的興趣,也有效提升了學生的動手操作能力,也為了數控加工課程的學習奠定了基礎。
4“三位一體”模式構建
在1979年,北京科技大學“機械設計制圖”課程教學團隊對非機械類機械基礎系列課程進行了改革試驗,把“畫法幾何及機械制圖”、“機械原理”、“機械零件”三門課程有機地整合為一門課,在教學內容、教學模式和教學方法上進行了改革創新,并多次獲得教學成果獎。國內諸多教學工作者開展了二維教學模式向三維立體教學模式的轉化與融合的嘗試,提出了工程制圖三維化教學模式。舒宏等提出CAD制圖內容穿插在制圖教學中開展。在制圖課程中融入形體、零件三維建模,部件的裝配與驅動關系,直觀地理解零件的形狀、配合、部件的工作原理等。三維CAD教學從產品設計的角度,以三維產品設計到二維工程圖為主線。機械制圖、三維實體設計、機械設計三門課程的內容相互聯系緊密,國內外諸多教育工作者試圖將此三門課程融合為一體。而此三門課程內容在機械設計課程設計的設計內容中得到綜合體現與應用,將設計與加工制造結合可將設計思維正確與否得到準確的驗證。故探索將模型3D繪圖與加工制造引入機械設計課程設計中,探索理論計算、設計繪圖、加工制造“三位一體”的教學模式。在此教學模式中,學生的課程設計不在單純意義上的設計計算,設計模型加工與制造是課程設計重要的組成部分。以往依據理論計算,確定零件尺寸與裝配關系,依據選材校核零部件的強度與剛度。現在需要依據加工單元與材料來考慮所設計裝置各零件形狀與尺寸,形成了由零件加工形式、模型裝配、零件設計計算等一體化的設計加工模式。以一級減速器設計模型為例,新教學模式下齒輪、軸的模型設計需要依據微型模具加工機床加工范圍來設計計算零件的尺寸與材料,箱體模型采用木板裁切、粘拼而成,螺栓組件、軸承、鍵、銷等標準零部件可選配或采用其他材料替代。零部件理論設計計算、裝置傳動效率計算過程不再是單純的搬套,裝置二維或三維圖形繪制亦無從過度復制粘帖,且在整個設計過程中需要多位同學協同完成設計。
5實踐效果
2014年,在機械設計制造及其自動化專業單班的課程設計中應用新的教學模式,課程設計期間學生無缺勤現象,且改變了以往小組內“吃大鍋飯”的現象,整個小組內按照設計要求分工任務。經問卷調查表明,學生對新模式下的機械設計課程設計滿意度極高。同時,機械設計課程設計的改革也為后期學生開展大學生創新試驗與設計奠定了良好的基礎。機械設計課程設計教學改革以來,有效促進了機械設計課程設計的建設與發展,有效提升了學校教學質量,逐步形成了以設計項目為主線組織設計計算、繪圖、模型制作“三位一體”的新模式。
參考文獻
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