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机械设计具有自身的程序,图1为设计的基本程序。图1机械设计的基本程序目前,机械设计教学中主要存在以下问题。
1.1教学内容过于防范
目前,机械设计这门课程包含的内容较多,有机械原理和机械设计。机械设计包括材料、力学、热处理、机械原理、公差与配合、机械零件、机械CAD等内容,所涉及的知识层面较广,教学内容较散,且与其他课程有着很多重复,如机械设计学科中有一项螺纹连接的相关教学内容。可见,教学范围与机械设计这门学科的学习原则不相符合。又如,减速器的类型、样式和设计参数要求,和机械制图中的减速器设计相关知识存在较高重复率,不仅在学科的学习层次上造成混乱,还浪费了学生的学习精力。
1.2与时俱进能力不强
机械设计这门学科的实用性较强,同时其教学内容随着科技的不断发展而不断变化。所以,传统的教学内容如果不进行更新,很难满足现代社会的需求。现代机械设计教学应当满足工程性和技术性需求,同时也应当具备系统性。因此,现代机械设计学科紧随时代的变化而改变,将传统的设计技术进行时代元素的融入。如今,很多相关院校对机械设计教学中的设备结构、设备强度和运动学等技术的教学比较注重,教学力度也较大,使能源问题、环境问题的教学很少涉及。尤其是安全、人机关系、美学等社会因素和价值工程、周期费用分析等经济因素,导致机械设计教学无法满足现代人们的生产需求。
1.3教学方式落后
很多相关院校对机械设计的教学仍然采用讲学通用的原则,对于教学中的重点知识,让学生采取理论知识记忆的灌输性传统学习方法,而对这门学科的实际应用教学涉及较少,仅仅加深了学生的相关知识或原理的理解。同时,缺乏案例式教学、现场教学以及讨论启发式教学,在学生的学习过程中没有充足的时间进行自主探索,严重阻碍学生对知识的理解与掌握,同时一定程度上阻碍了学生运用所学知识解决实际工程问题能力的发展。因此,应当对机械设计教学体系进行创新。
2创新机械设计教学体系措施
2.1调整教学内容
机械设计的学科教学内容应从实际出发,注重教学的整体性、实践性以及创新性。如今,很多学生对于机械设计的基础知识掌握不明确。所以,机械设计教学中应当遵循适度够用的理论知识学习原则,可采取重点学习、部分理解等方式。首先,教学内容要清晰精简,要精简机械设计这门课程的教学内容,避免学生在相关知识的学习中产生知识重复。同时,在学生的实际应用教学中,如实验、实习、课程设计、社会调查、毕业论文以及课外科技活动等注重实践运用的教学环节,不但要适度融入相关基础知识,还要增加其课程。其次,要注重知识的整合。在机械设计的实际教学中,将其中关联性与联系性较大的知识急性整合学习。最后,在机械设计的教学过程中应当注重知识点的增设。不仅要注重知识的重点性,还要考虑知识的完整性,可以增设以电、液为动力的机构组合,结合实际的典型机械等新内容,使学生全面认识现代机械,以适当前生产实际需要,方便计算机辅助设计的应用和推广。
2.2加强学生能力培养
机械设计是一门极具实践性的课程,过程中应当注重学生设计技能和创新能力的培养,以培养学生技术应用能力为主要教学目的,同时注重学生工程意识、工程实践能力、创新意识以及社会实践能力的培养。实际教学过程中,教师应当彻底摒弃传统的灌输式教学模式,在讲解相关理论知识或原理时,注重培养学生总结结论的能力。同时,在相关知识或原理的讲解时,融入其在实践中的应用,坚持产、学、研相结合,体现机械设计教学的基础性、系统性、实践性以及现代性。
2.3创新教学方法
目前,相关院校的招生多是面向全国,导致各种学生的机械设计学习基础不一。因此,要不断创新如今的机械设计教学。教学过程中,应当加强直观教学,在学生学习相关理论知识或原理的同时,让学生接触各类种机械、机构、零件、部件、图纸,提高学生相关知识或原理的实践性。同时,教师也可以利用多媒体、电子教案、CAI课件以及录像等现代教学技术,借助计算机和互联网,利用虚拟现实技术和仿真软件系统,开展机械设计的现代化、立体式教学。此外,教师在机械设计的实际教学中,应当尽量减少相关知识或原理的理论推导,运用例证讲清思路,加深学生对相关理论知识或原理理解,提高课堂教学效率。
2.4增加教学实践
机械设计是一门较注重实践运用的学科,教学时教师不能仅仅注重学生的知识学习,要更加重视学生的知识运用,如绘制机构运动简图。图2为机构简图的绘制步骤。以四杆机构为例,结合日常见到的筛东西、磨豆腐等,布置设计任务。在四杆机构的讲解过程中,不断提醒双曲柄机构、曲柄摇杆、双摇杆机构分别有什么运动特性,能转化为什么样的运动形式,现实生活中有哪些物品用到了这些机构,不断启发引导学生思考设计任务。一个机器少不了动力,因此课程中增加电动机的选用环节。学生设定自己运动机构的各种参数后,按部就班选用电动机,由此掌握效率等概念,并对整体的机器建立一个大概的认识。电动机选好后,考虑减速的问题。这时,可以引进齿轮机构(包括蜗轮蜗杆)、带传动、链传动。齿轮机构重点讲传动比的分配、计算及选用,对于渐开线的形成等和现场应用联系不密切的内容可忽略不讲。带传动、链传动重点讲传动特点和应用。此外,学习过程中要加入查手册选材料环节,把时间用到应用实践上。
3结语
目前,我国机械设计教学体系仍然存在教学内容过于庞杂、无法适应时代的快速发展以及教学方式过于陈旧和落后等问题。因此,在机械设计实际教学过程中,应当调整教学内容,加强学生能力培养,同时不断创新教学方法,以期为国家培养更多机械设计创新性人才。
作者:李爱军 徐红芹 王红梅 单位:山东理工大学机械学院
参考文献
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突出工程观点机械设计课程是一门实践性很强的课程,而学生缺乏实践经验和感性认识,因此我们充分利用实验课、课程设计等实践环节,培养学生应用工程观点提高分析问题和解决问题的能力。实验课在传授知识和技能方面有着理论课无法替代的作用,它的特点是观察目标明确、清晰,原理结构易懂、有针对性,可动手操作等。我们要求学生仔细观察、分析,并将实际结果和有关原理进行分析、对比和归纳总结。如动平衡实验、螺栓组连接实验等几个验证性实验,目的就是验证理论知识,培养实验动手能力,同时提高学生应用工程观点分析问题的能力。课程设计是本课程及相关课程知识的一次综合运用,是学生第一次较全面的设计训练,是对学生设计思想、设计方法和设计能力的一次锻炼和检查。在此过程中,前一阶段教学中存在的问题会显露出来,因此这是系统培养和强化学生工程观点的一次难得的机会。
将单个零部件的设计与整机设计结合起来在实际的工业应用中,零部件往往不是单独使用的,它们要相互连接、配合形成系统进行工作。因此,机械设计课程教学的目标决不仅仅是为了能够进行单个零部件的设计,而是面向实际机械系统的设计。但目前国内高校机械设计课程的内容在编排上都是以零部件进行分块讲解,各个零部件之间没有很好地建立有机的联系,学生在学完整个课程之后虽然能够进行单个零部件的设计,但面临整机设计中的零部件之间相关问题设计往往无所适从。为此,我们在教学中每讲到某一个零部件的设计时总要抽出一定的时间详细介绍一下该零部件与其他零部件之间的关系、设计中如何进行相互协调等。
合理使用教学方法与教学手段
1采用多媒体教学,提高教学效果学校在多个校区建立了设备先进,条件优越的多媒体教室,能保证全校机械设计课程的多媒体教学。从2000年开始研究利用信息技术进行教学手段和教学方法的改革,进行多媒体课件的研制工作,完成了《机械设计基础》、《机械工程基础》、《机械设计》三门课程的多媒体课件,所用素材内容丰富、经典生动,学生反映良好,使用方便省时高效;使教师授课空间由二维的黑板扩展到了更真实、自然的多维空间,为改革传统的教学方法和教学手段提供了新的发展机遇。
2多样化的课堂教学帮助学生掌握重点、克服难点理论课加强启发式,采用多媒体和黑板相结合,并辅以配套电子版教材,帮助学生听课与复习;习题课通过抓住典型习题,举一反三,以点带面;讨论课以实际工程为背景,使学生在分析能力提高中理解重点;实验课充分发挥开放实验室的作用,使学生在自主动手能力提高中突破难点。
3建设“机械设计”省级精品课程网站利用校园网提供的网络教学平台,为学生提供了教学课件、学习指导、复习思考题、练习题等大量的学习资源,节省了学时,提高了教学效率和教学质量,也培养了学生的自学能力。
3开放主题的小论文,培养学生主动获取知识的能力
由于学时的限制,在讲授机械发展史等内容时,只能给学生一些很粗浅的认识。我们尝试让学生对这部分内容进行自学,并且给学生获取比教材上内容更丰富和具体的知识的途径,要求学生以“各种机械的发展史”为主题写成学习小论文。学生通过查阅相关资料,对各种机器的相关技术及发展有了较深入的认识,并完成了诸如“机器人的发展”“、抽油机的发展”、“联合收割机的发展”、“轮式拖拉机的发展”等小论文的写作,并编辑成册,培养了学生主动获取知识的能力。
工程实践能力和创新能力的培养
以机械设计课程体系的教学内容为背景,以强化设计型、综合型和加强学生动手能力培养为目标,我们将原“机械设计”的实验环节从课程中剥离出来,于2006年构建了单独设置、学分单列的机械设计实验课程,并新编了“机械设计实验指导书”和“机械设计实验教学大纲”,按五大模块体系设置了5个实验项目,其中:创新设计型实验1个,综合型实验3个,验证型实验1个。对每个实验项目规定了难度等级,要求每位学生至少完成3个实验项目,其中包括2个必做项目和1个选做项目,便于因材施教和培养学生个性发展。为进一步提高本科生科研能力、创新能力和实践动手能力,进一步激发学生的科技创新热情,依托西南地区较早建立的机械创新设计实验室,我校每年都举办大学生机械创新设计大赛,学生可根据自身的兴趣爱好和创新需求自由申请项目,也可申请参加教师从现有教学、科研、生产和管理研究课题中细化出来的项目或企业界设立的项目,学校给予经费支持,机械基础教学部配备指导教师。近几年来,学生的科技创新活动如火如荼的进行,优秀作品曾多次获得四川省“挑战杯”、全国“挑战杯”、全国大学生机械创新设计大赛奖项以及全国机器人足球锦标赛冠、亚军。
加强师资队伍建设
机械设计课程教学组鼓励和支持青年教师在职提高学位,实行指导教师责任制,安排富有教学经验的老教师在教学和科研上对新进教师进行指导和帮助,实行一对一的传、帮、带,并订有明确具体的培养计划,帮助他们提高教学能力,过好教学关。要求新进教师必须经过听课、辅导答疑、批改作业、指导实验、指导课程设计、试讲、点评、讲近机类课程等阶段后,才能讲机类课程。经常开展有关本课程的教改与建设、教材建设、教学方法与手段运用以及老教师示讲、试讲等教学法活动;鼓励青年教师在教学方法、教学手段等方面勇于创新,创造条件鼓励教师参加各种学术会议。鼓励青年教师积极参与本课程组主持或参加的校级及省教育厅立项的课程建设与教改研究项目。另外,加大引进具有丰富实践经验的高级工程技术人才,把不同经历的教师融为一个有机整体,使教师间共同磋商,相互学习,取长补短。
本科生培养 创新能力 机械创新大赛
一、引言
大力加强自主创新,到2020年使我国进入创新型国家行列,这是我们党在十七大上综合分析世界科技发展大势和我国所处历史阶段提出的面向未来的重大战略决策。为了贯彻落实《国家中长期教育改革和发展规划纲要(2010-2020年)》和《国家中长期人才发展规划纲要(2010-2020年)》的重大改革项目,为了促进我国由工程教育大国迈向工程教育强国,国家又提出了“卓越工程师教育培养计划”的重大举措,从2010年开始在全国所有高校中选出65所高校从事该计划的实施,江苏大学有幸成为首批实施该计划得高校之一,有三个专业开始实现“卓越工程师”的培养试点。走有中国特色自主创新道路,就要坚持自主创新,这一目标的实现离不开创新型人才的培养,国家走新型工业化发展道路、建设创新型国家和人才强国战略服务也不开创新型人才的培养。高校永恒的第一天职是培养人才,如何培养创新性人才,如何提高大学生的科研创新能力十分有必要研究。我国高等教育体系长期以来存在的主要弊端之一,就是对学生独立思考能力和创新能力培养不足,使得毕业出来的学生只善于“纸上谈兵”,而实际动手能力较弱、创新能力较差,难以适应社会的需要。
二、创新教育的努力及机械创新大赛对学生的有益影响
国内高教界目前正积极探讨培养学生创新思维、创新能力的方法和途径。创新教育是素质教育的重要内容之一。创新教育就是一种在有组织有计划的教育活动过程中,构建具有创造性、实践性的学生主体活动形式,通过学生主动参与、实践、思考、探索、创造,培养学生的创新意识,创新能力,从而使学生得到全面发展,使教育的目的得以充分实现。为了提高学生的创新能力,各个高校都在想方设法,积极探索,也提出了很多种方法、途径、措施等来加以实现。近几年来,为了加强广大学生的创新意识、提高他们的创新能力、提高学生的实际动手能力,教育部及相关省市教育部门联合相关部门实施了很多具有创新能力、创新知识、创新意识体现的创新设计大赛,比如:“星光杯”大学生创业计划大赛、“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛、“长庆杯”大学生机械创新设计大赛、江苏省工科院校创新制作比赛等一系列大赛。我校积极参加相关赛事,特别是以机械工程学院为主的本科生参赛团队代表江苏大学参加了“长庆杯”第二届全国机械创新设计大赛、华东地区机械创新设计大赛、江苏省第一、二、三届机械创新设计大赛、江苏省第二、三、四届工科院校创新制作比赛等,连续十年取得了全国、华东地区、江苏省一等奖、二等奖、三等奖等十余项比赛大奖,先后有几十名机械工程、电气工程、计算机工程等专业的本科生得到锻炼,有几名同学也因此获得江苏大学校三好生、校优干、校优秀毕业生、校优秀毕业设计论文等荣誉,有本科生参与申请或获批国家发明专利、实用新型专利法6项,发表相关科研论文10余篇,学生的创新意识、创新能力有了显著提高,实际动手能力,社会交往能力也得到了提升。可见,通过组织学生有计划、有组织的参加系列机械创新大赛对本科生,特别是机械类本科生创新能力的培养是一条不错的途径。
通过一系列比赛,参赛本科生得到如下几方面的锻炼:
1.学生的科研创新意识、创新能力得到了显著提高
各种相关创新设计大赛的题目都具有一定的实际应用背景,但其核心都要求“新”,要体现出解决方案的意识新、思想新,采用的技术路线的思路新、内容新。因此要想在比赛中获得成绩,从方案入手,到技术路线确定,模型样机设计实现都要立足“新”,有新意,给人耳目一新的感觉,这就迫使学生在多种方案的拟定时采用新思路,为工作后类似的科研工作的开展打下了创新意识基础。新方案确定后,如何通过新的技术路线来体现方案的独特之处,也要迫使学生去探讨,去思考,去综合。通过多层次、往复讨论、激辩,最终形成解决问题的新技术路线。通过以上问题的处理使得学生解决问题的创新能力得到的切实锻炼,创新能力在实际处理问题中得到显著的提高。比如,我们参加江苏省机械创新设计大赛的“管道相贯线切割机器人”作品,方案最初定时,提出了基于串联机器人机构、并联机器人机构、混联机器人机构、普通平面机构等多种方案,考虑到学生参赛的知识层次,确定了简单的基于平面机构的方案。该方案细化时,又出现了切割头不动管道移动且转动方案、切割头移动管道转动、切割头转动管道移动、切割头移动且转动管道不动等多种方案,考虑到便于实现,具有一定创新性,制造容易等因素最后选定切割头转动管道移动的基于平面机构的方案。在方案的选定期间,每种方案都各有优缺点,如何体现创新性、易实现性、可实用性等特性,需要学生充分运用所有知道的相关知识去思考、分析、综合,学生的创新意识、创新能力得到了提升。当然这仅仅涉及到方案选定,是作品设计实现的开始。
2.学生的综合运用知识能力、实际动手能力提升很快
机械类创新设计大赛是一种综合能力体现淋漓尽致的练习项目。纯粹意义上的“纯机械”设计大赛已不存在,机械类创新设计大赛都是以机械为核心,机械、电气控制、光学感应、计算机技术、传感器技术等综合一体的比赛,这就要求学生在解决问题过程中,除了要熟练掌握与运用本专业的知识外,还必须学习使用其他相关专业的知识,综合运用才能将创新设计问题解决好。其次,由于每次比赛都要求实物样机参赛,所有的设计最后都要加工制造、装配、调试好,形成比较稳定的物理样机才能参加比赛。在样机的加工制造、装配、调试、测试,以及最后的打包托运、现场拆开组装、调试等等一系列工作都要求参赛学生合力完成。一些简单零件、电子元器件、设备调试、装拆、测试系统设计等等都需要学生具有很强的实际动手能力来实现,通过比赛前的反复调试、演练、参赛过程现场演示等等,学生的动手能力得到了显著提升。
3.解决问题能力、运用文献资料能力得到加强
机械类创新设计大赛中具体参赛样机的设计实现,仅仅靠个人知识的掌握、或全体参赛学生的知识的掌握、或指导教师的指导,很多时候无法实现,需要参赛的学生去查阅大量资料,比如到图书馆、阅览室、互联网等查阅图书、期刊论文、专利、报告、网页介绍等,甚至到其他相关部门,比如:研究所、试验室、工厂等来查阅询问相关资料,然后需要对所查资料进行分析研究,最后确定解决自己问题的方法、方案、技术路线等等。通过大量资料的查找、分析、应用,学生的解决问题能力、运用文献资料能力等到加强。毕业设计时参加过大赛的毕业生解决问题能力、运用文献资料能力已明显不同于未参加过比赛的同班同学。
4.锻炼了实际交际能力、团队合作能力
在完成比赛任务的前期准备阶段中,从任务分析、方案选择、方案性能分析、方案设计、加工制造等等需要做大量的工作,一个人的能力与精力是有限的,为了更快更好地实现比赛任务完成,需要大家齐心合力、合理分工、统筹负责,这时候团队协作的功能需要发挥出来。当然,统筹协作过程中避免不了要反复推敲、反复商讨,如何将发现问题表达出来,如何将相关问题的解决方案表述清楚给大家,令大家同意,需要学生具有较强实际交流能力。资料的查找、样机的加工、调试、测试等需要和团队以外的人打交道,也需要较强的交际能力。在比赛现场,面临同行的提问,比赛专家的询问等更需较强的交流能力。比赛现场提问、回答、答辩演示,又需要团队同学相互协作,相互提醒,一部分人负责演讲、一部分同学负责样机演示,一部分同学负责机械核心问题解答,另一部分同学可能会遇到控制、传感等问题,甚至一些与大赛不直接相关的问题也需要大家准备,需要相互协作。可见,通过比赛,学生的实际交流能力、团队合作能力得到了提高。
5.自信心、语言表述能力、临场应变能力得到较大提高
机械类创新大赛在参赛过程中一般需要PPT形式的主题答辩与现场解答两个过程。PPT答辩过程中需要学生将自己团队参赛作品的立项依据、采取方案、技术路线、制作调试、测试结果、主要创新点等用几分钟的时间展示给大家,需要参赛者在事前做好详细准备,不仅PPT要写的清楚明了、重点突出,而且主要答辩选手要具有一定的口才,要具有良好的语言表述能力。当然在答辩过程或作品现场演示过程的专家提问中,参赛同学还要齐心协力将专家问题回答好,也需要良好的语言表述能力、团队协作能力,若遇到专家提问自己未事前准备,要临场表达,需要较强的机智应变能力。以上比赛过程的顺利完成需要建立在学生的强烈自信心的基础上。通过复杂的比赛准备与现场比赛过程的磨练,参赛同学的自信心、语言表述能力、临场应变能力得到较大提高,对未来毕业就业以及以后的工作将非常有意义。
三、机械类本科生创新教育存在的不足
1.本科教育,特别对机械类本科生教育的创新培养体系不健全
我国的本科教育体系经过几十年来的发展,已经愈加成熟。但近几年来,随着“创新”能力要求呼声的愈来愈高,很多高校也提出了许多方法来加强学生创新能力的提高,但在学生的课程设置、实践性环节安排、毕业学分要求等方面对“创新能力培养”仍不详细,没有具体可操作的详细规定,部分课程及实践性环节的设置大都非强制性,以选修为主。江苏大学在此问题上做出了有意的探索。从2008级本科生开始,要求每个学生必须完成2学分的创新性环节学分,否则不予毕业。具体到2学分的内容,主要以学生参加各种设计大赛为主,当然也可以通过参加老师的科研项目、申报一些大学生科研立项、参加一定的科技活动、聆听一定的科研讲座、发表一定的科研论文、申请一定的专利等等一些与科研创新相关的活动来完成。这就大大调动了学生参与科研创新的积极性,也为他们创新意识、创新能力的提高与培养创造的良好的氛围与条件。因而如何设计相关的可操作的实际教学环节来保证学生创新能力的培养的体系是我们应考虑的首要内容。
2.学生创新能力培养的辅助制度不完备
学生的创新活动,其核心部分要求有指导教师参与,整个活动的完成需要一定的资金、场地等的辅助。国内部分高校存在典型的“重结果、轻过程”现象。对实际比赛的准备过程中,重视不够,当提出场地、资金、时间等条件要求时,相关部门无人过问或推拖扯皮。指导教师耗费大量精力、时间,甚至自己课题的经费参与比赛作品的完成中,无人给予承认或很简单承认,往往比赛参加的学生获得荣誉与奖励,个人综合能力得到很大提高,学校也获得了相关成绩,大大降低了广大教师、特别是科研能力突出的教师的参加热情。没有高水平科研指导教师的参与,又怎么可能获得高水平奖项?
3.创新比赛内容的准备没有计划性
机械类的创新比赛一般每次均有固定的主题,但又不完全限于此主题。纵观近几年来大学生机械创新大赛的获奖作品,不难看出,绝大部分获奖作品,特别是一等奖的获奖作品都是具有一定时间铺垫的科研项目支撑,很大一部分都是高水平的科研项目成果的体现。这样的项目需要学校有计划有目的的寻找、长时间准备并在资金、场地等方面予以配合。那种,草率上马,拍脑袋决定参赛作品题目、参赛内容的做法如何能够取得好成绩?我单位组织代表学校参加了多次比赛,取得较优成绩的原因关键一条就是:不是为了比赛而比赛,所有参赛的项目实际上都是本科生参与的老师的科研项目或学生的科研立项项目。项目在比赛主题前已经进行,比赛只是把与主题相符的成果对外一次展示而已。这样一来比赛项目的深度、难度、新颖性、创新性得到了很好的保证,比赛获奖也就水到渠成了。
4.其他比赛环节的准备不足
由于比赛的过程的复杂性、时间跨度长、比赛内容的多学科交叉性,要求参赛学生的要有不同专业背景,学生的资历要大二、大三、大四都有。一些项目参赛学生专业单一、年级单一,往往会就碰到这样问题:一批学生毕业,继续参加下一轮比赛时找不到合适选手;或者比赛要求其他专业知识解释、解决、回答时,参赛者无法完成的情况等等。这些环节需要学校综合考虑,多方面组织才行。我们在刚开始参加比赛时也碰到类似问题,后来的参赛作品,就融合了以机械专业为主,包含机械、控制、电器、计算机等专业多专业学生,学生以大三为主、有大四学生、也有少量大二学生,这就保证了参赛作品学生专业、年纪、性质的连续性。
当然,还有一些其他原因,这里提几点,仅供大家思考。
四、结束语
“培养创新性人才,提高大学生的科研创新能力”是我们高等教育摆在面前的新课题,方法多种多样,在培养学生参加不同类型的创新设计大赛中提高学生的创新意识,是提升学生的创新能力一种颇有意义的方法。它还对本科生知识综合运用能力、实际解决问题的动手能力、团合作能力、语言表达能力、自信心等的提高具有一定的积极意义。
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“机电产品创新设计”是机械专业课程的一门任选课。该门课在许多本科院校中进行了开设,同时该门课也是一门新兴的课程。该门课程讲述了创新设计的基本理论,以及如何把创新的理论应用到机电产品的创新之中,以培养学生的创造性素质为目标。该门课的课程体系共包括三个大部分:一、创新设计理论基础。这部分的主要内容是对创造性思维和创造原理的介绍。如发散思维、直觉思维、逆向思维等创造性思维方式。二、创新设计技法。该部分讲授了一些比较成熟的创新设计技法,如仿生创新法、反求设计创新法、类比创新法、功能设计创新法、移植技术创新法等,在机械设计及在工程中的实例应用。三、机电产品创新设计实例。这部分内容主要介绍运用创新思维方式所开发出来的新型机构、结构和机械以及企业应用创新的典型案例,阐述了创新的过程和思路,启发学生的创新意识,激发学生的创新欲望。该门课程是关注创新能力培养的课程,假如使用常规的教学方法,可能不利于创新能力的培养。本文在该门课程中引入项目教学法,来进行课堂教学、实验教学、考试考核方法等一系列的探索。要求学生以4人左右为一个小组,每组做出一个具有创新性的机电产品。
2项目教学法引入到课堂教学过程中的探索
把项目教学法引入到课堂教学中,是通过对若干个具体的机电产品创新案例的描述,引导学生对这些案例进行讨论,并在讨论的过程中获取理论知识与工作技能。教师要认真地选择和组织教学材料,要从大量的资料中选择出合适的案例,并将案例编写成适合于教学的结构形式,以方便学生学习。在项目案例的课堂教学中,要利用各种产品的实物、模型辅助教学,利用CAI课件、电视录像片等现代化多元教学手段,进行生动形象的教学,增强感性认识,激活课堂教学,促进学生的创造力的滋生和激发。为了更好地融入到创新的环境中,为了让同学们有更加直观的印象,本课程项目教学法的课堂教学地点大部分位于机械创新实验室,而不是教室。湖南人文科技学院机械创新实验室有许多创新性的实物模型。每一个创新性实物,都是一个非常好的项目案例。例如,机械创新实验室里面有打火机的外观创新实例,有众多不同外观的打火机外形,有手枪形状的,钥匙形状的,拐杖形状的,火把形状的,等等。面对实物,结合创新理论,同学们就可以更好地理解创新理论。面对这些奇奇怪怪的创新物体,创新的灵感也可能不知不觉地进入到同学们的脑海中。
3项目教学法引入到实验教学过程的探索
“机电产品创新设计”课程,仅仅进行理论教学是远远不够的,只有通过机电产品创新设计实践,才能加深学生对理论教学的理解,从而学会运用所学知识。但是由于各高校都存在着学生人数多、课时有限、机械创新设备台套数少的问题。针对这些问题,本人在实验教学方面进行了如下探索。1)把项目教学法引入到实验教学中,要求学生制作一个具有创新性的机电项目,很自然地打破了原有课程实验相对独立的封闭的学科界限。以机械创新为主线,将“理论力学”“机械原理”“机械设计”及“机械创新设计”等课程中的有关内容整合在一起,加强了以上各个学科的理解。同时,机电项目也需要进行电路设计与程序编写,也加强了学生对“电工技术”“电子技术”“单片机原理”等电子类课程的理解。2)对高校普遍存在的机械创新设备台套数少的现状,应用虚拟仪器技术,在机房电脑上安装机械设计、电子设计相关软件,建立机电创新虚拟实验室。使学生能在计算机上对所设计的机构进行运动仿真,对所设计的电路与程序进行仿真。一方面解决了由于硬件设备少而带来的影响,另一方面,考虑到学生的盲目动作带来的时间浪费,以及误操作造成的设备损坏。使用AutoCAD、UG等软件可以完成基本的机械设计。可以规划总体布局,标定零件尺寸等等。使用机构运动仿真还可以了解各部件运动的速度,各部件的运动之间是否存在相互干涉,以及机构运动的轨迹曲线等。在电子设计方面,可以在电脑上设计电路图,规划PCB板,还可以使用Proteus软件对所设计电路进行仿真,校验设计是否合理。同样可以在电脑中编写程序,调试程序。总之,根据各个项目的需要,在机电创新虚拟实验室可以完成相应的机械设计与电子设计。3)实物制作主要在机械创新实验室与实习工厂进行。由于资金的限制,只要求学生做出简单实物。鼓励利用木头、塑料等材料来制作实物。对于简单的加工制作,可以在机械创新实验室进行,对于复杂的制作,在实习工厂进行制作。目前在我国大部分二本院校中,理论课程偏多,而动手实践偏少。而根据以往的观察,部分学生对课堂的理论学习兴趣不大,但是对实践动手却很感兴趣。在本人该门课程的实验教学中,曾经遇到一些学生,学业成绩很一般,但是在实验室制作实物时,下课了依然沉浸于实物制作中,久久不愿离去。
4项目教学法应用到本课程考核中的探索
对于“机电产品创新设计”这门课程,国内外的学者纷纷在课堂教学、实验教学上面做了很多探索。然而,也不能不说是遗憾,对该门课程进行考试改革的却几乎没有看到相关论文。对于这样一门关注创新的课程,假如使用传统书面考试的形式,更多的只能考查学生的记忆能力,而不能发挥学生的创造性,不利于提高学生的动手能力,背离了该门课程的核心思想。因此,本人对该门课程的考试方案进行了一些探索。考试是课程学习的指挥棒。考试不进行改革,课堂讲授方法的探索也罢,实验教学的探索也罢,终究难以获得理想的效果。唯有改变考核方式,才能让这门课程回归到其培养创造性的初衷。把项目教学法引入到“机电产品创新设计”课程中,要求学生做出一个具备创新性的机电产品来进行该门考试的考核。让学生想出一个具有创新性的机电产品设计方案,并做出实物,这样既能够让学生对本课程的知识得以灵活应用,也能够充分发挥学生的创造性。考核的评分方案设计如下:对于学生的每一个创新性机电产品项目,根据机械仿真设计、电子仿真设计、实物制作、创新性四个方面分别进行计分。例如,总分100分,其中机械仿真设计25分,电子仿真设计25分,实物制作25分,创新性占25分。对于没有顺利完成的,要求其重新进行设计制作,不再进行传统的书面考试。
5项目教学法实施效果
2013年上半年,本人对湖南人文科技学院2010级机械设计制造及其自动化专业的本科生进行“机电产品创新设计”课程授课,就已经初步实施项目教学法。2014年、2015年、2016年又持续进行了项目教学法在“机电产品创新设计”课程中实践的探索。接连几年的探索与研究,已经获得下列成果:1)摆脱了传统书面考试形式,极大地发挥了学生的创造性。每个学生或个人,或成组上交了设计文档,并制作了简易实物。之中充分体现了学生的创造性。2)部分学生积极性异常高涨。自从课程改革的消息传达给学生后,有的学生甚至花费了两三个月去努力寻求新的想法与创新点。曾经有一个学生想出了一个自动导盲犬的点子,他说,他为了一个这样的想法,思索了很长时间,并且不断对这个想法进行完善。还有个学生告诉我,她想了很多个方案,但是总是觉得创新性不够。她是班上的学习委员,经常擦黑板,有一天坐公交车,突然从公交车的关门机构里面想到了自动黑板擦的点子。3)学生的动手能力得到了提升。部分同学花费了很多时间进行机械结构的设计与绘图。例如有个学生使用UG软件画出了一个三维动作的机器臂,这些都促使其对仿真软件有了更一步的熟悉。在软件绘图与实物制作过程中,学生的动手能力获得提升。
6结论
把项目教学法引入到“机电产品创新设计”课程中,摆脱了传统书面考试形式,极大地发挥了学生的创造性。部分学生积极性异常高涨。在仿真设计中,在真实实物的制作过程中,学生的动手能力获得较大提升。创新是一个民族进步的灵魂,是国家兴旺发达的不竭动力。一个没有创新能力的民族难以屹立于世界民族之林。培养具有创新意识和创新能力的大学生是大学的职责。“机电产品创新设计”课程正是一个培养创新能力的课程,“机电产品创新设计”课程的教学方法和考核方法也需要不断的探索、创新与改进,引入项目教学法也仅仅是探索该门课程改革的一小步。我们还需要建立课外的创新能力培养体系,更好地激发学生的创新激情,使学生能够学以致用,为将来更好地适应工作岗位打下良好的工程基础。
作者:张 斌 李碧波 陈 卫 单位:1.湖南人文科技学院能源与机电工程学院 2.湖南大学电气与信息工程学院
参考文献
[1]尹海燕,孟艳平.普通高校机械创新设计教学方式的探索[J].现代阅读,2012(7):55-56.
关键词: 机械类专业 创新能力 教学改革 教育实践
培养大学生的创新能力是培养学生工程素质的基础。现今高校的重大使命,就是高度重视学生创新能力和创新精神的培养,造就出适应新世纪知识经济要求的创造型人才。目前传统车、铣、磨、钳,或做一些重复性实验是大多数机械类专业大学生在校专业实习内容,这种单纯依靠已有设计的实践根本达不到培养具有创新能力人才的目的[1]。另外,创新能力培养是一项系统性工程,要从培养创新能力需要的知识、方法、环境等方面综合考虑。迫切需要创建培养创新能力的体系,使那些有兴趣、特长,还有热情的大学生和教师参与到实践创新中。
1.教学改革思路
在教学实践中根据机械类课程学时较少、内容较多的特点,着手培养大学生的思维能力,充分发挥教师和学生两方面的积极性。在上机械设计基础等有关理论课程时,侧重基本思路的讲解,必要的公式相对简略地推导,会达到更好的效果。而且思维过程有一个一般规律,进行理论分析的同时强调基本出发点和思路讲解,教学指导过程就只成为展现基本思路的工具,不能作为主要目的,也不需花费过多的时间,只在可能构成大学生理解困难的点进行必要的解释,甚至在允许情况下略去部分教学过程[2]。相反,对于所得结论的使用条件和使用结合实际做法应进行较多说明。
(1)在实践中培养大学生的创新能力。创造良好的实践教学环境,对于机械类专业学生来说是培养创新能力的必要条件。大学生实习和实践教学是重要的教学实践环节,通过实践,可以培养大学生的动手能力、观察能力、分析问题和解决问题的能力等综合能力。这些能力是培养大学生创新能力的基础。大学生实践形式和环节很多,不能仅限于学校内部的实习场地,应该和多家企业建立合作关系,最好能涉及多个行业。只有这样才能增长大学生的见识,从而为培养大学生创新能力储备知识。
(2)开放机械类创新型实验室。现在很多高校机械类专业课程的实验大多是验证性实验,但是创新性与综合性实验较少。而且实验室开放的时间较短,不能充分发挥实验室的作用,使得大学生动手能力难以提高。学校应该多向学生开放机械类实验室,让学生能利用课余时间到实验室做相关的机械操作练习,使所学技能得到进一步巩固。建立实验室的开放制度,那些由于各种原因而未能完成的实验项目,最好能让指导教师带领学生利用课余时间在实验室中尽快完成,借此扩大学生的实践技能领域,从而为大学生创新能力培养创造机会[3]。
(3)采用开放式教育模式,使学生乐于学习、主动学习。在课堂教学中,老师不仅在课堂讲台上讲教学内容,还要走下讲台,与学生交流沟通,使课堂成为活跃的学习思考场地,而不是单纯的知识传授场地,学生有了亲切感,注意力易于集中。通过教师与学生的互动,完成教学过程,提高学生掌握理论知识的学习积极性。开放学校网络资源,在校园网建立课程学习的答疑站点,让学生通过网络提问题,使老师实时掌握学生的学习动态和进展情况,并通过电子邮件、QQ即时通信工具,回答学生在学习过程中的疑难问题,从而大大激发学生的学习热情。
2.建设创新型育人环境
(1)建设创新基地。创新基地是学生进行自主创新的重要条件,是学生创新思维转化为创新成果的必要条件,学院应组建一些学生创新实验室作为学生自主创新的基地,为学生创新制作提供电脑、材料、制作工具、书籍资料等,安排专门的指导老师,提供经常性指导。
(2)创办创新思维训练班。创新型思维能力是创新的中心,学院要为学生创办创新思维培训班,集中培训学生的创新思维能力,培养出创新骨干。
(3)建立学生科技创新基金,实施大学生科研训练计划。为了培养大学生的创新意识,更好地挖掘学生的潜能,学院应多组织和鼓励学生参加机械创新设计大赛等学科竞赛。竞赛和研究性学习与创新性实验课题由学生自主选择,实现的目标由学生自己制定,教师给予学生技术上的指导。采用合作学习和团队工作方式,把学生组织在若干小组内,让学生自己合作完成机械创新设计项目,从中学习相关知识并培养学生的综合能力,使学生学会变向思考、处理好一些困难问题,学会团队合作等。
3.结语
以培养大学生自主创新能力为目标深化教育教学改革,抓住创新教育的关键,通过对课程体系、教学内容、教学方法的改革,营造创新型育人环境,确立准确的课程目标,克服理论脱离实际的趋势,较有效地协调教育教学过程中发生的矛盾与冲突,从而有效培养学生的创新思维能力和实践动手能力。另外,充分利用学校包括社会上的各种资源,使实践教学时间和空间得到科学延伸,丰富专业人才的内涵。实施全方位、多层次实践训练,在应用型人才培养上具有一定成效。
参考文献:
[1]黄小龙.大学生机械创新设计能力培养的探索.中国电力教育,2010,18.
[2]凋海,王黛萍.应用型本科人才的机械创新设计能力培养探索.机械设计与制造,2010,10.
(一)完善了新的教学体系课堂教学上,通过多媒体教学,把抽象的不容易表述清楚的机构运动直观动态地演示出来,帮助学生理解和认识机械设计知识。通过开放的实验教学和金工实习的生产加工实践教学,学生动手操作,帮助学生积累了一定的实践经验。通过课程设计的自主选题,给学生创造了更大的创新设计的空间,学生自主选题,自查文献,自设方案,帮助学生进行独立思考和自主设计。同时引导学生适当地参与老师的科研课题,培养学生科学精神和创新思维的习惯[3]。(二)提高了教师的教学水平通过组织学生参加机械创新设计大赛,教师在授课的过程中既要教知识,还要教能力,既要教理论,还要联系实际,并注重加强相关课程知识点的衔接和专业知识的紧密结合,加深了学生对所学的基础理论和专业相关知识的了解和掌握,使教师和学生及时发现教与学过程中存在的问题,了解学生接受知识的程度,因材施教。教师在指导竞赛过程中,不断查阅资料化为己有,再传授给学生,既提高了自己的教学水平,又积累了竞赛的指导经验,并应用于平时的教学过程中,提高了教师的教学水平。(三)培养了应用型创新人才参加机械创新设计大赛,是锻炼学生把所学的理论知识综合运用的能力,是培养学生实践经验和科研的能力。面临就业形势的日益严峻和社会竞争压力的增大,学生能否找到理想的工作,能否在工作上取得成功,某种程度上看学生是否有创新意识、创新思维、创新精神和创新能力,是否能将所学的理论知识应用于生产实际中去。通过参加机械创新设计大赛,学生很好地把课堂上学到的基础理论知识用于解决实践问题,激发了学生的学习热情,提高了学生实际动手能力,培养了学生的科研兴趣,养成了学生严谨求学的态度,造就了一批应用型的创新人才[4]。
二、机械创新设计大赛的组织与实施
(一)高度重视是做好参赛工作的前提每届大赛,学校各级领导、指导教师和参赛同学都给予高度重视,成立参赛组织机构,专人负责,从参赛的组织形式、人员、资金、产品制作方案等全过程都做了全面精心细致的安排。在时间紧、任务重,经费不足,又不能影响学生正常学习的情况下,指导教师和学生利用业余时间,经过艰苦努力,保证了参赛各阶段的任务完成并如期参赛。(二)宣传动员是做好参赛工作的基础按大赛组委会的文件和参赛的主题,做好大赛的宣传工作,使同学们真正明确了在大学生中开展该项竞赛活动的重要目的和实际意义。同学们的参赛热情特别高涨,所有参赛的同学对自己的参赛方案都做了大量的前期准备工作,查阅了大量的文献、资料,同时撰写了可行性分析的论证报告,并绘制了结构原理及施工图,保证了参赛先期可行性论证工作的如期完成。(三)戮力同心是做好参赛工作的保证针对学生初步参赛方案,组织了相关的人员组成评审小组,对所有项目进行了答辩论证。通过答辩论证,统筹考虑,取长补短,对相关的项目取其优势进行整合,确定主题鲜明、可操作性强、功能性好、适用性好、成本低、质量高的作品参加比赛,保证了参赛作品的质量。在产品制作过程中,指导教师悉心指导,从作品方案的设计、产品的原理、结构的改进等方面及时指导。工程训练中心的同志不计任何报酬,全力配合,同指导教师和学生一起牺牲了节假日休息时间,起早贪晚,进行产品的制作和加工,制作的过程中本着节约的原则,能自己做的一定自己做,能节省的决不浪费。由于经费不足,学生自己掏钱垫付,通过老师和学生的共同努力,所有参赛作品如期完成[5]。参赛的过程中,领导亲临现场,给了参赛师生极大的鼓舞和鞭策。学生自己买的统一服装,格外整齐,显示了我校的整体团队精神。在参赛的准备工作中,展板、视频、答辩内容的组织等都进行精心准备,每一件作品都有一定的创意。为保证参赛取得好成绩,指导教师组织参赛学生进行预答辩,学生针对预答辩中存在的问题进行整改。参赛教师和学生带着自己的笔记本电脑,及时修改答辩资料。由于准备充分,答辩效果和作品水平质量都获得了专家对我学校参赛队的一致好评。(四)成果转化是做好参赛工作的检验参赛作品有的已获得了国家专利。有的参赛作品在指导教师的指导下撰写出较高水平的论文在学术期刊上公开发表,提高了学生的科研能力,学生在就业求职时,大赛的获奖证书和专利产品证书,对找工作具有相当地优势,并受到社会用人单位的高度赞扬。有的参赛作品已用于我校工业工程专业人因工程的专业实验上,为学校节省了一定数量的实验经费[6]。
三、机械创新设计大赛的成效和启示
(一)通过设计大赛,培养了学生的创新意识和探索精神每届机械创新设计大赛都是对学生创新思维的检验,也是对学生创新能力的培养[4]。大赛要求在符合主题和内容的前提下,自行选择设计题目,这就要求学生要善于观察,勤于思考,要查阅大量的资料和文献构思自己的设计题目和内容,这一环节极大地培养了学生创新意识和探索精神。例如2008年获得国家二等奖的作品“多功能节能高效洗涤组合橱柜的设计”的选题,指导教师引导学生对市场现有的橱柜和洗碗机进行调研,发现现有的橱柜和洗碗机功能单一,体积庞大,移动不便,价格昂贵,不适合家庭和中小型餐厅使用等缺点,经过反复论证,讨论研究,确定了设计题目。基本思路是具有反复洗涤,自动烘干,消毒等洗碗机的功能,又可以使废水进行过滤循环利用,同时具有小橱柜的作用。思路确定后,在具体设计制作过程中,注重功能齐全,使用主便,价格合理,人性化设计,培养了学生敢想敢作敢为,创新标新求新,勇于质疑,善于探索的精神。(二)通过设计大赛,培养了学生的工程意识和实践能力在机械创新设计大赛设计实践能力整体提高的形势下,参赛作品综合化程度要求越来越高,要求学生具备机械、电子、材料、加工等机电一体化的多方面的知识的技能[7]。因此参赛学生要具有一定的综合能力,学生要进行设计、绘图、加工、制作、安装、调试等工作。5名学生在指导教师和工程训练中心老师的指导下,查阅文献资料,设计绘制图纸,加工各种机械零件,采购各种标准零部件,安装和调试样机,参赛答辩,整个过程的各个环节,学生亲历亲为,把所学的理论知识和实际技能很好地结合,对创新设计所需的实践能力进行了全方位的综合训练。每一届的机械创新设计大赛,无论是对教师还是对学生,都是一次实践能力和创新意识培养的综合体现,也是学生与教师,教学与科研的互动[8]。真正做到了将平时课堂的理论教学和实际能力培养的完全融合。例如“多功能超声波洗碗机设计”的洗碗架的升降装置的设计,学生将课堂所学的《工程制图》和《机械设计基础》知识加以应用,多次设计,反复调试,与工程训练中心的教师共同商量,不断改进方案,最后确定,用电机转向开关控制轮系来实现升降功能。我校四届参赛作品从数量和获奖等级上都不逊于省内同类院校,说明我校的学生无论是在理论基础知识的掌握上,还是实际动手能力以及现场答辩等方面还是很强的,综合素质还是很高的。(三)通过设计大赛,培养了学生的团队协作和责任意识团队精神和责任心是工程设计人员一种很重要的素质[9]。设计大赛组队的5名同学首先要热爱自己的团队,要心往一处想劲往一处使,各尽所能,各施其才,各展所长,相互配合,共同努力,保证参赛全程顺利进行。自由组队的5名同学本身就是志趣爱好秉性基本相同的人,通过设计大赛的调研、立题、图纸绘制、加工制作、撰写说明书、准备答辩等全过程,5名同学根据各自的能力,分工协作,增进友谊,互相理解,加强沟通,通力合作,相互鼓励,体现责任,增强完成设计的自信心。很多同学参赛后都深有感触地说:“参加机械创新设计大赛是大学四年生活中最有意义、最值得的一件事。”
四、结语
毕业论文(设计)撰写方法及基本要求
(适用于环保机械、数控技术等各方向)
一、 开题报告的撰写方法及基本要求
1、 如何选题、开题
选题、开题必须要考虑以下几个方面的因素:
1)课题有没有价值,从为什么要选这个课题?选取这个课题有什么背景,这个课题的研究,从理论上看有什么价值,从实践上看,有什么价值。
2)从实际出发,根据自身的知识结构、实验条件、资金等方面的情况选取适合自己研究的课题。
3)课题要与所学专业相关,且忌选择与所学专业相差太大的题目。作为过程装备与控制工程专业的本科生,所选课题最好与过程装备的工程设计、技术开发、生产制造及工程科学研究有关,尽量选择结合生产和科研单位的实际任务,也可以是教师科研或研究生课题的一部分; 或者是同本专业、学科内容密切相关,符合教学要求的自拟课题。
2、开题报告一般包括哪些内容
开题报告一般包括:
1)课题的名称。课题名称是所要研究内容的高度概括,要简练,一般不要超过20字;
2)问题的提出。从为什么要选这个课题?选取这个课题有什么理论的价值,实践的价值,预计从几方面来完成。
3)这个问题研究的现状。国内研究到什么程度,国际研究到什么程度,主要通过文献综述来阐述。
4)确定自己要研究的主要内容。
5)确定研究拟采用的方法和步骤。就是采用什么样的方法来对这个课题进行研究,研究这个课题具体分哪几个步骤进行。
6)对研究课题的可行性进行分析。如自己具备哪些条件、研究路线是否行得通等。
7)列出时间安排。
8)列出参考文献。
3、如何查阅文献资料、怎样写文献综述查阅文献资料可根据如下步骤进行:
1)课题确定后,要根据课题的研究的内涵确定课题的中英文关键词;
2)根据中英文关键词检索该课题领域的期刊、学位论文、专利、国际会议、经典著作或专职部门的研究报告。建议从以下几条途径入手:一是通过检索学校图书馆的电子资源,如维普中文科技期刊数据库、万方数据资源系统、超星数字图书馆、Elsevier数据库等,一般能查到较新的文献,找到几篇“经典”的文章后“顺藤摸瓜”,留意它们的参考文献。质量较高的学术文章,通常是不会忽略该领域的主流、经典文献的。二是利用学校图书馆的外文过刊阅览室,能够查到一些较为早期的经典文献。三是利用国家或省市图书馆或一些科技情报检索机构,也能够查到一些相关文献。四是利用互联网,从一些专门的网站上也能获取一些信息。
在写文献综述时,可参照以下步骤:
1)首先要将与你课题题目相关的国内外研究认真介绍一下(先客观介绍情况,要如实陈述别人的观点),从而了解到国内外目前研究的现状如何,别人都采用了什么方法进行了研究;
2)然后进行评述(后主观议论,加以评估),评述目前研究的水平,研究方法的适用性或其不足;
3)最后评述一下自己拟研究课题有何意义,目前处在什么水平,自己拟采用的研究方法是否科学合理。
4、如何合理的安排时间进度
根据拟定的研究内容及拟采用的研究方法、手段,详细列出进行课题研究所需的工作(工作划分得越细,越容易统筹安排)根据总的课题时间进行统筹安排,合理分配。
有的研究内容相互之间关联性较强、则需要分步进行;而有的研究内容关联性不是很强,则可以齐头并进,同时展开研究。例如,很多课题需要实验分析且往往需要在理论分析或数值模拟分析之后进行,但是实验分析往往需要较长的时间,如果按部就班地进行研究,往往会拖很长的时间,这种情况下,就需要将实验分析的内容进一步细化,如可分为试样制备、实验条件准备、实验、检验或标定等,可以将试样制备和实验条件准备等实验工作提前,在进行理论分析时就开展这些工作,这样就节省了时间。
合理安排时间进度与具体的课题有关,此处只给出了指导性原则,建议同学们可参照企业施工或维修计划图的方法,将细化的工作排列在时间进度表中,找出最优工作进度安排路线。
5、参考文献
参考文献包括书籍、期刊、专利、会议论文等,总数一般不少于10篇,其中外文文献一般不少于3篇,参考文献要能体现相关研究领域科技发展的新进展。
二、毕业论文撰写基本要求及方法
1、毕业论文的基本要求
论文篇幅为1.5万字左右,一般不少于30页。
主要内容及编排顺序如下:
1)摘要;
2)目录;
3)前言或绪论(包括研究课题的目的意义、相关情况的介绍、前人工作等、课题研究内容等);
4)按研究的内在逻辑关系给出理论分析、数值分析、程序或实验等研究过程中的步骤、数据、结果等的描述;
5)结论与展望;
6)参考文献,参考文献不少于10篇,其中英文不少于5篇,需要在正文部分引用出处。
2、毕业论文撰写的方法
毕业论文是在完成各项研究内容的基础上,按上述内容阐述研究的目的、过程、成果及结论。
在撰写论文过程中,理论依据要充分,数据要准确,公式推导要正确,能将所学的知识和技能应用于毕业论文中。另外,要注意论文结构的合理性;数学模型建立的正确、合理性;实验方案的合理性,实验数据的准确性;社会调查的客观性和科学性。是否有自己独特的见解或者创新。
另外,撰写论文时要概念清楚,内容正确,结构严谨,文字通畅,用语符合技术专业规范,各种标准资料的运用符合学科、专业国家标准的规定,图表清楚,图面质量符合要求,书写格式规范。
三、毕业设计的要求
1、 设计说明书内容
1)文献综述(研究课题的意义与作用、研究方案确定的原则与说明);
2)总体结构设计、技术方案依据及原理说明(有实验的应包括实验流程示意图);
3)技术实施过程、工艺计算、机械设计和强度设计、零部件结构设计;
4)材料的选用和说明、机器或设备的制造、安装或检修;
5)结论、总结或专题讨论。
2、设计图纸的内容、图纸量的要求
设计说明书篇幅为1.5万字左右,一般不少于30页。
设计图纸:指机械设计标准所指的图纸,图纸绘制的规范及标准优先采用国家标准。设计图纸的总量不少于2张A0或4张A1的图纸。对于大纸画小图的现象应予避免或进行适当的折扣计数。
所有图纸须有图框和标题栏。图纸要有人审核并在“审核”一栏上签名,学生在设计一栏上签名。原理图、程序框图和流程图以及其它一些抛去文字就失去
意义的图不计其内。图纸可以用计算机绘制;任何人不得拷贝或抄袭他人的图纸,一旦发现则以作弊论处。
四、论文(设计)选题方向
1、产品设计
2、创新设计
3、表面工程
4、机械设计技术研究
5、机械设计
6、机器人设计
7、动画设计
8、振动控制及减振材料
9、逆向工程
10、图形处理网页设计
11、虚拟样机
[关键词] 交通运输专业;实践教学;教学管理
交通运输专业培养具备汽车运用与维修,交通运输生产经营管理与组织等方面知识和能力,能在交通运输管理部门和企业,汽车4S店及物流公司从事技术与管理工作,以及科研部门和高等院校从事教学研究的高级专门人才。学生综合能力的培养, 是学生能否适应人才市场需求的主要途径。实践教学是大学生素质养成、能力培养的重要环节。为适应市场经济和交通运输发展需要,将“拓宽专业口径,开拓新的专业空间”;作为我校交通运输专业实践教学改革的出发点。改革交通运输专业实践教学, 形成新的交通运输专业实践教学体系,是我校本科教学改革的重要组成部分,意义重大。
一、交通运输专业实践教学体系的结构与作用
(一)实践教学体系的结构实践教学涵盖德、智、体、美等各个方面,既包括课程实验、实习、社会实践等实践教学环节,又包括专业思想教育、专业技能训练等多项内容,并与课堂教学、毕业设计(论文)紧密联系、互相依托、互为补充, 由此形成一个应用型人才培养的实现模式[1]。根据实践教学的要求,在我校交通运输专业的教学培养计划中,实践教学体系由以下4个环节组成(图1)。
1.实验教学环节。该环节与课堂理论教学相对应,有计算机基础、文献检索、大学物理、电工技术、材料力学、VB程序设计、数字电路、计算机辅助设计、单片机原理与应用、机械制造基础、汽车电器与电子设备、车载传感器、运输管理等课程实验及上机实验,由基础到专业逐步进行。
2.实习环节。该环节与专业技能和综合能力培养相适应,包括汽车构造、交通运输组织学、汽车维修工程学、汽车检测诊断技术等课程实习、驾驶实习和毕业实习。
3.课程设计(论文)环节。该环节包含培养学生专业设计能力的机械制造基础课程设计和交通运输港站设计课程设计以及培养学生论文写作技巧的交通运输组织学课程论文和交通运输学课程论文。
4.其他实践环节。该环节包括培养学生科学研究和探索创新能力的课外学科实践、各类计算机操作及科研实践或创新设计;还包括培养学生综合素质和磨炼意志的专业思想教育、专业劳动、各项义务劳动、军事训练和社会实践等。
(二)实践教学体系的作用实践教学是专业培养计划的重要组成部分,也是教学过程的重要环节。在制定专业培养计划时, 实践教学体系要符合培养厚基础、宽口径、创新型人才的要求。
1.加深对理论教学内容的理解和掌握,提高学生的实践能力和科学素质。学生通过基础课程实验和上机实验加深对基础理论教学内容的理解,做到理论联系实际,全面掌握课堂所学知识,培养实际操作能力和基本科研素质。
2.加强学生专业技能培训,提高学生的学习热情和专业能力。通过专业课程实验、实习及驾驶实习,学生的学习热情和专业能力得到提高。
3.提高学生的综合能力和创新能力。学生的兴趣与爱好存在差异,创新性实验项目的开展能使学生的兴趣与爱好得到充分的满足,调动学生的主动性、积极性和创造性,激发学生的创新思维和创新意识。学生通过交通运输综合生产实习、毕业设计(论文)、课外学科实践以及创新性实验项目的开展,综合能力和创新能力得到提高。 4.培养学生爱岗敬业、献身社会的优良品质,提高学生的综合素质。通过专业思想教育和军事训练,组织各项义务劳动,利用寒暑假,积极开展形式多样的社会实践活动,是培养学生爱岗敬业、献身社会的优良品质,提高学生综合素质的有效途径。
二、我校目前交通运输专业实践教学体系的现状与问题
(一)实践教学体系的现状福建农林大学于2000年开办交通运输专业, 至今已培养了300余名毕业生,目前在校本科生 200余名。为适应市场经济和交通运输行业发展的需要,以培养善创新、高素质、有特色的多层次、应用型交通运输专业人才为目标,本专业培养计划经过了多次修订,实践教学体系和管理机制不断完善。
论文关键词:机器人;机电专业;创新;竞赛
国家教育“十二五”规划和国家中长期教育改革发展纲要中明确指出,高等教育承担着培养高级专门人才、发展科学技术文化、促进社会主义现代化建设的重大任务。提高人才培养质量乃是高校工作的中心任务,而只有通过不断深化教学改革才能有效提高人才培养的质量。
适应国家和社会发展需要,遵循教育规律和人才成长规律,创新教育教学方法,探索多种培养方式,形成各类人才辈出、拔尖创新人才不断涌现的局面,是未来教学改革的主要方向。机器人作为典型的机电一体化系统,成为机械电子工程专业学生常见的教学和实验对象。而机器人竞赛具有能够激发学生的好奇心、营造独立思考、自由探索、勇于创新的良好环境及培养学生的兴趣爱好等特点,正越来越多地被广大高校所重视。本文以机器人竞赛为平台,探索出一条培养机电专业创新能力的新途径。
一、机器人竞赛介绍
2001年6月21日中国自动化学会机器人竞赛工作委员会成立标志着我国机器人竞赛事业进入了一个新的阶段。通过机器人比赛和技术研讨,除了增强参赛者的创新能力外,也为推动和促进机器人与自动化技术的发展与创新,为我国的快速持续发展贡献力量。国内的机器人竞赛很多,影响力比较大的主要有两个,一个是以由中国自动化学会机器人竞赛工作委员会、RoboCup 中国委员会等组织的一年一度的“中国机器人大赛”,另一个是由中央电视台组织的一年一度的“Robocop 机器人大赛”。省级机器人竞赛中影响力较大的属江苏省教育厅支持、江苏省自动化学会组织的江苏省大学生机器人大赛,距今已举办4次。大学生机器人大赛设立的比赛项目已达数十项,包括RoboCup 足球机器人比赛、RoboCup 救援组比赛、RoboCup 家庭组比赛、FIRA足球机器人比赛、空中机器人比赛、水中机器人比赛、舞蹈机器人比赛、双足竞步机器人比赛、机器人游中国比赛、机器人创新设计等。随着比赛项目的逐年丰富,越来越多的高校都投入到机器人大赛中来。
二、机电专业的创新能力培养
机械电子工程专业俗称机电一体化,是机械工程与自动化的一种,也是最有前途的一个方向。机械电子工程专业包括基础理论知识和机械设计制造方法、计算机软硬件应用能力,能承担各类机电产品和系统的设计、制造、试验、开发工作。这个专业的特色就是强调机械动手能力与机电控制能力相结合,侧重于机电控制和数控维修。以数控所需各种能力为主线,突出机电控制的专业核心地位,培养会设计、能编程、具有较强的机电设备操作、调试、维修、维护等实际操作技能的技术工程师和职教师资。
针对机电专业的特色不难看出,要想培养学生的创新能力就离不开动手能力的培养和实际操作能力的训练。而机器人竞赛作为机电专业创新能力培养的平台是非常合适的,这也正是机器人竞赛举办的初衷。下面以淮海工学院机械工程学院为例来探讨如何以机器人竞赛为平台实现对机电专业创新能力的培养。
1.政策的支持
一直以来,学校和学院对机器人竞赛都非常支持,淮海工学院为此专门制定了相关的奖励措施,对举办机器人竞赛也都大力支持并积极组织参与。机械工程学院为了支持机器人竞赛,设立了机器人创新活动室,还配备了电脑,购买了实验工具以及器材,专为机电专业的同学们使用。对能够获得奖项的参赛同学除了颁发特殊奖学金外,还奖励一定的选修学分,这些都促使很多学生参与到机器人竞赛当中。与此同时,机器人创新活动都安排有经验丰富的教师,对于能够获奖的给予适当奖励,也激励着许多老师从事机器人的教学和竞赛工作。学校和学院对于机器人活动室的同学在申请创新项目上也有一定的政策倾斜。近年来活动室先后有两个江苏省大学生实验室创新项目,三个校大学生实验室创新项目被批准,直接参与的学生达20多人,在项目中有两个机器人参加2011年江苏省大学生机器人大赛,在机器人游中国项目和机器人创新设计项目分获二、三等奖。好的政策支持是培养学生创新能力的重要基础。
2.教师的努力
教师在培养学生创新能力方面的作用是不可或缺的。没有教师的努力,学生创新能力的培养就是一句空话。由于大学生还正处在学习阶段,知识结构尚不完善,加之学校一般又都没有专门针对机器人的系统的训练计划,大多数机电专业学生对于机器人知识体系的理解比较片面,尤其是低年级同学,参加机器人竞赛的过程很多时候都还是一个摸着石头过河的过程。这就需要指导教师抽出时间系统培训和引导学生。告诉学生应该看什么专业书籍、学习什么设计软件等等。这对学生快速建立起对机器人的系统认识、更深入地了解机器人起着非常重要的作用。
韩愈曾说过:“千里马常有而伯乐不常有。”积极参与机器人活动的同学是很多的。作为指导教师应该发掘那些有科技创新能力或有潜质的同学,并鼓励他们积极地参与机器人竞赛。教师在平时的教学中,要留心寻找那些基础好、创新能力强的同学,支持他们到大学生创新活动室学习和工作,为将来各种竞赛储备人才。待竞赛时再从这些同学中挑选表现突出的同学参赛。实践证明,好的开始是成功的一半。
3.结合其他教学环节
现阶段,我国还没有专门设置机器人的专业,只有机电专业与机器人的关系最接近。但机电专业关于机器人方面的课程还是太少。所以淮海工学院有针对性地在专业课程的教授过程中加入机器人相关技术。 转贴于
增加机器人技术课程,开设了“机器人技术基础”课程,又增加了“机器人控制技术”、“特种机器人”等选修课程,目的是希望增加学生对机器人技术的认识,提高他们学习机器人知识的兴趣。在其他专业课中多引入机器人案例。例如在“机电一体化设计”课程中删掉了部分数控机床的内容,增加了机器人的教学案例。在“机械设计”中增加了关于机器人方面的结构分析案例。这样,就可以将机器人的机械、控制、传感器、电机等部分分别对应到相关课程,学生对机器人会有一个系统的认识。将竞赛机器人引入课程设计和毕业设计。针对高年级学生的“控制技术课程设计”、“机电系统课程设计”和毕业设计,将竞赛机器人作为课程设计和毕业设计的任务分配给学生,课程设计做相对成熟的内容,而毕业设计就可以结合竞赛来实施。通过其他的教学环节来支撑机器人教学能够取得较好的效果,学生也感到学习的针对性和趣味性增加了。
4.学生的分工协作
机器人作为一个复杂的机电系统,不是一个人所能完成的。所以团队的合作、个人的不同分工是非常重要的。对于大学生们来讲,知识结构、自学能力、工程实践、团队分工与协作是相辅相成的,他们需要在竞赛过程中不遗余力地完善自己的知识结构,提高和培养自学能力、工程实践、团队分工与协作能力。机电一体化是以机械学科为基础,融合了电子、计算机等学科的交叉学科,这就要求机电专业的学生所学的专业知识较多。在有限的时间里每个专业课都要学精那是不可能的,每个同学只能在一个或两个领域里有所深入。对于机器人竞赛而言,这就要求同学们有不同的侧重点,比如有些同学把重点放在机器人机构的设计和制作上,有些同学就以控制系统电路设计作为自己的主攻方向,还有编程能力强的同学主要负责算法和程序的设计。这样每个同学都会得到深入的锻炼,再通过同学们的相互交流、取长补短,同学们的创新能力就会有质的飞跃。
三、实践创新能力培养
通过参加机器人竞赛提高和锻炼了学生理论与实践相结合的能力、动手能力和自主创新能力。每年举行的各种机器人大赛为机电专业大学生在基本理论与实践相结合、实际动手能力、创新设计等方面提供了良好的平台。在当前注重学生综合能力的形势下,该平台的建设对学生们参加机器人竞赛和机器人、机电一体化系统创新设计、教学科研以及锻炼和提高学生们的创新能力都具有非常重要的意义。通过机器人竞赛前的培训和演练以及竞赛过程锻炼和提高参赛队员机电一体化系统的软硬件创新设计能力,从机器人竞赛平台的机械本体结构设计、传感检测技术与方法、自动控制理论与方法以及计算机编程技术等多方面都得到了很好的锻炼。淮海工学院机械工程学院一直以来都重视大学生参加机器人竞赛,在历届江苏省大学生机器人大赛获得“机器人游江苏”项目二、三等奖及“机器人游中国”项目二等奖、“机器人创新设计”项目三等奖,取得了丰硕的成果。
四、结束语