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中图分类号:G424 文献标识码:A DOI:10.16400/ki.kjdks.2016.03.047
Abstract "Principle of Mechanical" is an important professional basic course in teaching plan of mechanical professional in higher industrial school, occupying the trunk status in the entire mechanical professional curriculum system, playing an important role in cultivating students' ability to analyze and solve problems and improve their innovation . In this paper, we combine and summary the preliminary work we have done in the content of the mechanical principle course reform and teaching methods in the North China University of Technology in recent years, mainly introducing "driven by instance teaching", which aims to arouse the students' learning positivity and closely combines the principle with engineering practice to make students have a better understanding of the course, exercising the ability to apply the theory to solve practical engineering problems.
Key words principle of mechanical; instance teaching; curriculum reform
0 引言
“机械原理”是一门专业基础课,主要研究内容包括机器与机构的分析与设计的原理,机构与机器的运动与动力学分析,对机械系统运动方案给出初步的设计。通过“机械原理”的学习,使学生掌握、了解机器与机构分析与设计的基本原理与方法,锻炼学生运用所学基本原理与方法分析、解决工程实际问题的初步能力。①
机械原理以往的课程体系主要体现的是一种学科体系,该体系对系统掌握机械原理的理论与方法是有益的,但这对初学者是有一定学习要求的,具体来说只对部分学习能力强的学生适用,而对部分学习能力较弱的学生将存在一定的难度,对该部分学生来说若不付出较大的努力,则机械原理课程的内容难以完全掌握。这种情况对于普通高校的机械专业学生具有一定的普遍性,针对这种情况需要在教学内容的安排与教学方法进行改变;而实例教学就是针对工程中的设计问题与工程案例而组织的一种教学方法,这种教学方法的实施也可以达到机械原理课程教学的基本要求。
1目前机械原理教学存在的主要问题
1.1 学生的课堂参与度不高
机械原理的知识体系是建立在高等数学、普通物理、机械制图和理论力学等先修课程的理论基础之上,而且本课程的许多理论知识又直接为学习机械设计及相关专业课等后续课程建立理论基础,②虽然本课程的教学具有专业基础课的性质,但同时在一定程度上又具有专业课的性质。
对于普通高等院校而言,部分学生的理论学习能力相对下降,再加上总体课业存在较重的情况,学生很难预先进行课程内容的预习,随着课程内容的增加与深入,与要达到的课程教学目标也渐远,造成进一步的学习困难,主动参与课程学习的积极性更低,如若授课人数过多,客观上也不利于学生主动参与课堂教学,再加上移动网络的广泛应用,吸引了部分同学的注意力。课堂教学如何最大程度地吸引学生,提高学生的参与度与积极性是一个现实的问题。
1.2 工程背景薄弱
一般机械基础研究除了具备基础性、科学性和创新性以外,也应具有应用型的本质特征,③而对于本科学生来讲,由于大多数学生缺乏工程实践知识和经验,对所讲的机构结构学、运动学和机器动力学等内容缺乏必要的感性认识,在一定程度上感到抽象、难学,实际机器与表达其运动特征的机构运动简图之间存在较大差距,很难将两者有机地联系起来,对于现实生活的机械产品也难有较好的感性认识,这就致使学生在机械系统运动方案创新设计环节中和完成习题时经常出现和所学理论脱节,甚至感到无从下手的状况。所提出的运动机构设计方案过于简单,或者作业完成耗时过长,教学效果不够理想。
因此,在讲授课程原理与方法时,应着力加强讲清相关的工程实例或工程应用背景,明确设计要求与具体的设计任务,这样有助于提高学生的注意力与兴趣。在教学过程中以学生为中心,结合工程实例与应用背景,不但可以丰富课堂教学内容,对提高学生学习的积极性,也具有积极的意义。
2实例教学在机械原理教学中应用
以实例教学为驱动的教学方法是一种将具体工程实例应用于教学,在此过程中能够提高学生理论水平和实践能力的教学方法,能够较有针对性地运用理论知识去分析问题,从而可以加深对课堂教学内容的理解。
2.1合理设计教学实例
机械原理课程不仅表现专业基础课的性质,而且会更多地表现专业课的性质,无论是概念设计还是方案设计,机械原理课程都起重要作用,对于创新设计机械原理的作用更加突出。从实际问题中提取出课程的教学实例,对于实现课程的教学目的,将起到支撑的作用。教学实例可来自工程案例、工程的设计问题、科研的实践过程中,该教学实例应尽可能涵盖机械原理课程多个教学知识点,应具有一定的综合性,不脱离现有的教学内容体系,而是将其融入其中。实际工程问题往往是复杂的,进行教学实例设计时,应在不失真的前提下,进而合理简化,形成规范的机构运动简图,明确已知条件和分析、设计任务,解决该任务所涉及的理论与方法,由于这种实际分析与设计任务的驱动,从而带动机械原理课程的教学。
在设计教学实例中应注重与其他机械基础学科的联系,要从机械系统的角度去分析机构的工作原理、特点及其在系统中的作用,确定机构设计的要求,要将整个机械课程为基础来研究机械问题。因此对工程实例的选择要尽量选择围绕本专业知识、技能与技能培养方向的实例,围绕该实例中所涉及的知识、能力、技能培养等重点;再有就是要选择贴合工程实际的实例,选择在生产生活中比较容易接受的、学生认可并容易理解的实例,最后就是工程实例的内容要对课程教学重点、难点有所侧重,利于学生快速把握关键问题,能够提出自己的见解。
2.2实例教学的实施
(1)实例1:压力机六杆运动与力分析。压力机六杆机构可用于冲裁成形、剪切成形等成形加工。该机构要求分析其滑块输出的速度、加速度,在受到成形阻力后,作用于曲柄轴上的驱动力矩的大小,为了要得到成形机的运动、受力、运转平稳及效率等性能,要对其进行图解法的运动与受力分析,为了要得到杆的合理尺寸及机械效率,要对整个成形过程进行解析法的运动与力分析,结合压力机六杆机构的设计分析要求,通过图解法与解析法进行运动与受力的分析的讲解,对压力机六杆机构再布置作业,要求学生课下完成。在这种项目驱动下,去分析讨论学习机械的运动分析,机械运动与力分析,会增强真实性与目的性,提高学习效率。
(2)实例2:牛头刨六杆机构的运动与力分析。牛头刨是一种常见的六杆机构形式,对该机构的设计包括有机构的速度、加速度、考虑摩擦与不考虑摩擦的受力分析等。从机构的结构的设计上根据六杆机构的综合方法可以设计出多种的六杆机构类型。对该六杆机构的分析可以分解为两种较简单的机构形式,导杆、连杆与滑枕组成摆杆滑块机构、曲柄、滑块与导杆组成摆动导杆机构,进行机构的运动分析时,对摆杆滑块机构的速度分析是一种典型的基点法,对摆动导杆机构的速度分析是一种典型的复合运动分析方法,这两种方法是图解速度分析的基本方法,同时设计要求给出切削全过程的速度分析,这时候可以采用矢量分析解析法,进行受力分析时,实施采用考虑摩擦的静力分析方法,不考虑摩擦的考虑惯性动态静力方法。同时还可以对机构的机械效率进行分析,对它的传力特性(压力角)进行分析。通过这个教学项目的实施把课程中的运动、力及效率的知识理论方法融在一个实际的问题当中,学生接受起来相对直观一些。
(3)实例3:成形机的动力学分析。成形机是一种由伺服电机驱动,通过减速器,滚珠丝杠带动滑台,滑台上装有辊膜,靠辊模实现对钢板的连续弯曲成形,辊模相当于数控机床的刀具。在成形过程中,辊模带载沿机床横向左右运动,其移动的位置有严格的要求,为此要对其进行运动力学分析,分析其稳态响应时间等,此项目的形成带动了机械运动方程分析的等效动力学方法教学,如何进行等效量的变换,如何建立等效动力学模型,如何对模型进行求解,理论与实践达到了较好的统一,也说明了理论对实践的指导意义。
(4)汽车雨刷器的机构设计:汽车雨刷器的机构设计可简化为根据雨刷的摆角范围进行四杆机构的设计。结合按急回特性要求设计四杆机构的方法,获得曲柄铰链中心的位置,讨论曲柄铰链中心的位置对该四杆机构的传力性能与连续性的影响,结合雨刷器无急回特性的要求,令极位夹角等于零获得曲柄铰链中心的位置。通过这个实例使学生加深了对四杆机构急回特性、传力特性及运动连续性的理解。
2.3实例教学驱动的教学方法的效果与问题
通过这种教学方法,能够使课堂上比较单一的理论、方法与工程实际有机联系起来,吸引了学生的注意力,并且提高了学生的积极性,从而提高了学生对课程教学内容的接受程度,由于工程实例的设计分析大多带有一定的综合性,对于提高学生的分析问题与解决问题的能力有较大帮助作用。实例驱动教学法的实施对工程实例设计还需要更加深入,特别是应带有一定的综合性,与其它课程内容的融合,不一定一次讲完,结合教学内容分次讲解,另外对学生布置作业完成实例的分析设计任务。
3 总结
通过一些工程实例教学,提高了学生的注意力与学习兴趣,调动了学生的学习积极性,使原先课程上较单一的理论、方法有了应用背景,加深了学生对课程理论、方法的理解,同时结合工程实例讲解课程内容,通常还带有一定程度的综合性,这种综合性的教学与实际的工程设计过程更为接近。对工程实例进行更深入的设计和引入更多的工程实例,相信对机械原理课程的教学会提供更大的帮助。
注释
① 孙恒,陈作模,葛文杰.机械原理[M].北京:高等教育出版社,2006:2-4.
关键词:机械原理;双语教学,现代化教育技术
中图分类号:G642.0 文献标识码:A 文章编号:1674-9324(2012)07-0030-03
一、多媒体双语教学的意义
随着中国经济的飞速发展和全球化程度的推广,中国与国际的交流已经非常频繁。为使高等学校毕业生能够达到具有参与国际竞争和赢得国际竞争的要求,高等学校对专业人才的英语能力、特别是英语应用能力进行有计划有步骤的培养已经成为一项迫切的任务[1-10]。双语教学可以促进学生更好地掌握专业知识,培养使用英语进行思维和交流的习惯和能力。高校推行双语教学有利推进我国社会和高校的国际化程度,有利于学生更自信地接受国际化挑战和为国家服务。如何开展、组织好双语教学,针对我国高校的具体情况总结出双语教学的经验,是目前重要的研究课题。结合当前现代化教育背景,针对《机械原理》课程深化教学改革,创建突出培养学生实践创新能力的教学新体系,提高机械原理课程教学水平,提升我校办学水平,为我校培养出高质量的、具有社会竞争力的人才提供先进的教学体系支撑。研究在使用多媒体课件条件下,给学习者创造学习和使用英语的空间,使学生在掌握学科知识的同时,能够尽可能多地使用需要他们掌握的英语,具有重要意义。
二、国内机械原理双语教学现状
教育部在2001年提出了“积极推动使用英语等外语进行教学,以适应经济全球化和科技革命的挑战”的倡议,提出了加强大学本科教学的12项措施,其中要求全国高校在三年内开设5%-10%的双语课程,并引进原版教材和提高师资水平。许多学校积极响应号召,在“十五”、“十一五”期间,开始了一批示范双语教学课程。关于“机械原理”课程也已经有部分高校开始进行了双语教学,如:清华大学、东南大学、福州大学、山东大学等。2001年由叶仲和、蓝兆辉与M.R.Smith合作出版的《Mechanisms and Machine Theory》是建国以来由中国教师编写的第一本英文机械原理教材。之后有2005年Charles E. Wilson,J. Peter Sadler著、秦伟编写的《Kinematics and Dynamics of Machinery》以及2007年由Robert L.Norton原著,韩建友改编的《Design of Machinery》出版。作为一种新生事物,“机械原理“教学,面临着师资培养、课程设置、教材编写等一系列课题。对于现有的中文授课形式,采用现代化教育技术手段应用于机械原理课程的教学已经比较成功。如何将英语的授课与现有的机械原理课程相结合,有利于该课程教学的开展,是一个重要的课题。目前国内,对于双语教学实践方法的研究,已经积累了一定程度的经验[1-10]。例如,对于双语教学的模式选择问题、教师水平问题、学生英语强化问题、教材选用问题等方面的研究。
三、我校开展双语教学的实践和总结
本课程所依托的机械原理课程为山东省精品课程,所在教学团队为省级教学团队,具有良好的教学研究和改革基础。通常采用双语教学需要适当增加教学课时,对于我们所讲授的班级,在教学大纲所定课时已定的情况下,本学期采用对连杆机构和轮系两章进行了过渡式双语教学。任课教师将现有多媒体课件修改为英语形式,教师课堂以英文讲授为主,在必要的时候增加中文解释。课前发给学生英文阅读资料和专用词汇目录。对于其他章节,则以给学生发英文阅读资料,学生需要翻译后提交读书报告,任课教师再给予修改并展开课堂讨论。为提高和巩固学生英文掌握水平,定期举行小测试。为与其他非双语教学班级统一考试,考试题目并未含有英文试题。期末考试成绩显示,两个班学生的知识点掌握情况与其他班级相当。我校使用的《机械原理》教材为高等教育出版社出版的,孙桓、陈作模、葛文杰主编。该教材为一本优秀的教材,目前已经出版7版,第8版在准备出版过程中。英文参考教材选用Charles E.Wilson,J.Peter Sadler著秦伟编写的《Kinematics and Dynamics of Machinery》以及Robert L.Norton原著,韩建友改编的《Design of Machinery》。西北工业大学版的《机械原理》教材十分适用于国内机械专业的要求以及学生考研的要求。两本英文参考教材则各有所长,侧重点不同。同中文教材相比,英文教材更突出了机器和机构的发展前沿,如对柔性机构、微机电系统、解析法的详细介绍如牛顿-拉普森法的引入、工程实际中复杂形状凸轮的设计和分析、工程中轮系应用的实例,等等,都比使用的中文教材要好。对于《机械原理》双语教学来说,应保证学生对中文教材各知识点的理解,此是第一位要求也是根本,即双语教学不妨碍学生对知识点的掌握;在当前国际化的大背景下,保证学生对与中文机械术语对应的英文专业词汇及英文句式的理解和把握,此是第二位要求;在第一点和第二点基础之上,介绍国外教材的先进教学理念和学科进展前沿,此是第三位要求,也是最高的要求。目前所授课的本科生为大三学生,基本上英语四级考试已经通过,部分同学已经通过英语六级考试。因此对于正常的英文阅读和理解问题不大。即第一位和第二位要求可得到保证。对于第三位要求,对教师和学生的挑战最大,但也是值得努力的方向。授课过程中最大的问题是学生的听力水平不高,因此在授课中采用课前发放英文阅读资料和专业词汇供学生预习,课堂中对于重要的知识点用中文复述和强调。
本课题在现代化教育背景之下,针对机械原理课程教学进行深化改革,致力于研究能够培养学生使用双语进行学习和思维的先进教学模式和思想,提出新的教学方法。本课题能够反映当前先进的教育教学理念和目标。本课题研究的方法和技术路线,不仅对于适用于《机械原理》课程教学改革,而且,对于机械类其他课程的双语教学改革也具有较好的理论指导意义和参考价值。
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关键词:教学改革与实践 机械原理 创新能力培养
1 概述
《机械原理》是机械类学生必修的一门重要专业技术基础课程,在培养学生的机械设计能力和创新能力所需的知识、能力和素质结构中,占有十分重要的地位[1]。近年来,随着机械原理课程体系的改革与深化,课程内容不断更新和增加,教学学时相对减少,教学目标不但没有降低,反而有所提高[2]。因此,如何紧扣学科发展脉搏,切实提高学生学习的自主性和能动性,使学生在较短时间内既能掌握主要内容,又有一定的基本技能训练,培养和提高学生的实践和创新设计能力,成了教学改革的重要课题[3]。
2 我校《机械原理》教改的实践措施
我校机械专业在办学伊始就参照教育部机械基础课程教学指导委员会颁布的最新《机械原理课程教学基本要求》[1],密切跟踪国内先进的教学理念,进行了相应的改革和实践,取得了较好地教学效果。
2.1 构建合理的课程理论教学内容体系 通过对相关高校、企事业单位的对人才的实际需求以及对学生学习基础和学习能力方面的调研,深入探讨了本课程同其先修课程和后续课程之间的内在联系,进一步细化本课程各内容所应体现的基本应用技能,力求将机械原理的基本知识、专业理论知识和实际操作技能有机地结合起来。在此基础上,结合最新《基本要求》的指导原则修订编写原有教学大纲,围绕培养学生的机械系统综合设计能力这个中心构建合理实用的课程内容体系,将理论教学的内容分为五大专题:机构结构分析、机构运动分析和力分析、常用机构及其设计、机械系统运动方案设计、机械系统动力学。将某些应用理论力学知识就应该能解决的内容或某些难度较大的内容不再列入本课程的基本要求中,并且增加了一些适合于学科发展和人才培养的新内容,删除了一些过时陈旧的内容;另一方面,在要求的层次上对某些内容也进行了适当调整。
实践证明,这种教学内容体系使得本课程的知识结构层次上显得更为清晰和规范,更符合机构学及机器动力学自身的发展规律。
2.2 精选授课教材,编写配套讲义 目前市面比较有代表性的本课程参考教材有西北工业大学孙恒主编的《机械原理》、东南大学郑文伟主编的《机械原理》、清华大学申永胜主编的《机械原理教程》以及上海交通大学邹慧君主编的《机械原理》等。这些教材各有其特点,但都是按照《基本要求》的教学内容编写的。我校根据自身的特点以及教学的便利性选择了国家级规划教材—孙恒主编的《机械原理》[4],并根据授课的基本内容并结合我校的近年教学实际情况,借鉴兄弟院校的经验,从培养生的工程创新思维能力的角度出发,从2006年下半年起开始陆续编写了《机械原理习题练习册》、《机械原理实验指导书》以及《机械原理课程设计指导书》等讲义,作为我校机械专业学生的教学辅导用书,使用效果良好。
2.3 优化教学方法,提高教学质量 积极探索灵活多样的课内外、校内外以及各种时间与空间相结合的机构分析与机构创新技能训练的教学新模式,开发完善了立体化教学资源,包括授课所用的多媒体课件、功能较齐全的课程学习网站等,充分有效地利用网络多媒体技术将原来集中统一理论讲授、现场参观的方式改为现在的由教师边讲解、边动画演示的方式,使学生在学习时可直接观察到机构的运动过程及其产生的现象,激发起学生的好奇心,加深对抽象概念和各种机构的原理、特性的理解,提高了学习效率,并培养了学生的自学能力、观察能力、动手能力、研究和分析问题能力。
2.4 加强实践教学环节,突出工程创新特色 通过实验教学和课程设计这些实践环节,使学生更好地理解和掌握本课程的基本理论和方法,进一步提高学生查阅技术资料、绘制工程图和应用计算机等能力,特别是加强培养学生创新意识和分析问题、解决问题的能力。
因此,我们根据选定的课程内容和必需的应用技能要求,征求企业中专业人员的意见,将来源于企业实际工作实践中的项目,进一步分解成子项目让学生完成,并且内容包含激发学生兴趣的亮点,任务呈现在复杂背景之中,使学生在实现任务的过程中,既培养学生分析问题、解决问题的能力,又能有效地锻炼创新思维能力。
2.5 积极开展第二课堂,提高学生的创新实践能力 为激发学生学习《机械原理》和工程创新设计的兴趣,我们在课堂以外开设了众多的“第二课堂”,也即学习兴趣小组。每一小组有2~3位指导教师,机械专业的学生可以自由随意加入,定期开展知识讲座、学习探讨、技术交流、作品展示等。在这些“第二课堂”中我们给学生讲授了Matlab、Adams等虚拟仿真软件的基本用法及其在《机械原理》课程学习中的应用;我们结合三维设计软件、反求设备以及逆向造型软件的使用,向同学们进一步介绍了创新设计的基本原理及实现方法。
通过这些第二课堂的开设,加深了学生对《机械原理》课程学习内容的理解,极大地激发了他们的学习兴趣、提高了他们的工程创新能力。近年来,我校的机械专业的学生在全国各大赛事中屡屡获奖就是我们教学成果的最好证明:参加“全国第二、三、四、五届大学生机械创新设计大赛(安徽赛区)”竞赛共获一等奖4项、二等奖7项、三等奖8项、“全国三维数字化创新设计大赛”(安徽赛区)特等奖等。
2.6 建立多元化的考核评价模式 目前《机械原理》课程的考核评价方式一般为平时成绩加上实验成绩约占30%,闭卷考试的卷面成绩占70%。这种考核方式不能真实的反映学生实际应用技能的掌握,因此,近年来,对于《机械原理》课程的考核,我们在以下方面做了一些有益的尝试:
2.6.1 增加与实践相结合的内容,重点考核实践操作技能、解决实际问题的能力以及综合创新能力,鼓励学生创造性地发现问题及解决问题。
2.6.2 摒弃传统的闭卷考试,采取开卷、闭卷、操作、口试、专题报告以及学习成果汇报等多种考核形式来展现学生学习的过程和结果,同时在可能的情况下引进企业评价作为考核参考。
2.6.3 在开课时就公开地告诉学生课程考核评价方案,让学生能够积极主动地参与评价,及时了解其在学习过程中取得的进展和成功,又能真实知晓其不足,以便找到进一步努力的方向,使考核评价成为一个继续学习的过程,充分体现学生在自主学习中的主体地位。
3 结束语
当今我国已纳入国际经济竞争与发展的大环境中,这就要求我国的工业界必须拥有一大批具有创造性的研究开发型工程师。作为培养机械工程师设计能力主要课程之一的《机械原理》也应该体现创新意识和创新设计能力的培养。本文主要介绍了我校在《机械原理》的教学实践中的一些有益的尝试,实践表明,这种基于工程创新理念的教学改革举措,大大激发了学生的学习兴趣,提高了学生的创新实践能力。然而,作为机械专业核心课程《机械原理》的执教教师,我们任重而道远,在接下来的教学工作中还要结合机械工程学科的发展需要及教学实践的总结,不断改进教学方法,力求与时俱进,进一步提高教学质量。
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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
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关键词:食品加工机械与设备;课程教学方法;教学改革
中图分类号:G642.0 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2014)38-0023-02
一、课程介绍
《食品加工机械与设备》是高职食品加工专业的一门专业必修课,目的是使高职食品专业的学生获得必要的食品加工机械的理论、工作原理、工作过程等知识,培养学生具有一定的食品加工机械的操作能力及选型能力,为以后从事实际工作时选用食品机械和相关工艺革新打下必要的基础。该课程的前导课程有《机械制图》、《机械设计基础》、《工程力学》等课程。但高职高专因为学制只有三年,要在有限的时间学习更多的食品专业课。因此,相关专业负责人在制定教学计划时,只保留了《机械制图》一门课。这样一来,就造成了食品专业的学生在机械基础的理论方面比较薄弱,导致对食品加工机械内部构造、工作原理理解不透,加之本课程的课程量较少,只有32学时,更增加了学生的学习难度。上述情况的出现,对任课老师提出了更高的要求。必须要从传统的教学思维模式中跳出来解决问题。
二、常规的教学方法及其缺陷
常规的教学方法就是黑板理论教学与实验室简单的加工机械操作。教师进行理论教学时按照教程内容逐一讲解。从机械的原理到构造,仅是利用教程中的插图。虽有实验室的加工机械可以弥补学生的认知缺乏,但是食品加工机械种类繁多,学生无法一一接触,这种教学使得学生对机械的认识缺少直观性和想象空间,影响了学生对该课程的掌握程度。
三、相关的教学改革
1.本科院校的改革。针对上述的情况,已有一些本科院校如江苏大学食品与生物工程学院针对该课程出现的问题进行了教学改革。采用了诸如计算机动画设计、利用学校设备资源、举行讲座、让学生参与教学、参加科技创新活动等措施来提高该课程的教学效果,并利用专业群优势,强化课程群建设,以此来提高该课程的教学效果[1]。山东理工大学轻工学院也从优化课程教学内容、激发学生的兴趣、丰富教学手段、加强与改革实或教学环节等对该课程进行教学改革[2]。
2.高职院校的改革。高职院校如徐州生物工程职业技术学院采取了“理实一体”的教学改革,教学效果显著[3]。浙江国际海运职业技术学院对该课程进行调整,构建科学的课程结构,重新制定课程标准,改革原有教学手段,用以提高教学效果,提升学生竞争力[4]。
四、笔者进行的教学探索方法及效果
笔者自教授食品加工机械与设备课程起,便针对高职学生的特点进行该课程的教学方法的探索。
1.针对市场需求,确定授课内容。本专业每年都会到企业进行广泛的调研,根据调查结果制定人才培养方案。调查的内容中有一项就是关于食品加工企业的设备情况,比如学生就业企业使用的设备类型、企业的生产是否使用新技术、新设备,设备的型号、产能、对操作者的能力和素质要求等。通过这些调查,笔者把企业中常用的设备进行归类。确定在今后的授课过程中,哪些设备要求学生重点学习,哪些设备仅要求学生了解即可。通过调查,企业常用设备及教学过程的针对性如下图所示:
市场时刻在变化,调查每年也在进行。因此,上表的情况也会因为市场的情况而变动。这种针对市场的教学很受企业欢迎,每年的毕业生供不应求。
2.现场教学,直观明白。高职学生因为专业课程设置的缘故,机械方面的理论基础较差。因为本专业在实验室安装有部分食品生产配套设备(如表所示)。因此,笔者在有些章节的学习时,会采用现场教学的方法。笔者把学生带到实验室实地接触食品加工设备,进行理论及结构的讲解,然后再进行设备操作。现场教学直观明了,学生可以轻松掌握设备的原理和操作。同时,学生对操作设备倍感兴趣,现场学习上手很快,教学效果非常明显。
3.企业实习,课堂延伸至企业。本院食品专业每年都有学生去企业进行为期一个月的顶岗实习。学生在实习期间,完全按照企业员工的要求上班下班。学生经过培训可以直接操作企业的规模化食品加工机械,对设备的原理和操作的认识更深了一层。课堂知识延伸到到企业,学校课堂与企业实现无缝对接,学生理论联系实际,知识掌握牢固透彻。学生在实习过程中,既可以验证平时所学的理论知识,又可以亲历感受企业文化。学生思想上获得了激励,回到学校后,端正了学习态度,以更大的热情投入学习,实习使得学生受益良多。
4.视频资料辅助教学,通俗易懂。近年来,很多科目在教学过程中引入了视频教学的方法。视频资料能够将文字、图片、声音、动画、影像等融为一体,能够化静为动,化抽象为具体,更加符合90后大学生获取知识的习惯和兴趣[5]。笔者也在教学过程中采用了此种教学辅助方法。笔者在教学过程中,会从网上寻找一些视频资料。视频资料包括设备的原理动画和食品的生产加工过程。比如粉碎设备、果蔬清洗设备等设备的原理动画,也有方便面、巧克力、饼干等产品的生产工艺流程。
学生对视频资料的兴趣浓厚,因为视频直观地再现企业生产的实况。学生观看视频如同亲临其境,对设备的原理和运作过程一目了然,并且视频中生产线比较完备,产品生产从起始的原料处理到最后的产品包装一应俱全,使得学生能够熟悉产品的整个工艺流程及相关设备的操作规律,增加其对教材知识的掌握。
五、提升教师素质,培养合格专业人才
从以上可以看出,围绕本课程进行的教学改革涉及多个方面,并且取得一定成效。但是,教学改革不是目的,改革是为实现高职教育的最终目的服务。高职教育的最终目的是要培养合格的专业技能型人才。教学改革不仅需要方法,还需要得到最优的执行。这需要教师与学生双方合力来实现。教师是教学改革的引领者,在教学过程中不断发现问题、总结问题、解决问题,这对教师素质提出了高要求。食品加工设备在不断地更新换代,教学方法也会出现同样的情况。教师需要与时俱进,不断提升自身素质。
参考文献:
[1]马海乐,邹小波,等.食品加工机械与设备课程教学方法的改革与实践[J].农产品加工・学刊,2011,(6):106-108.
[2]周泉城,陈善峰,等.食品加工机械与设备教学改革的探索和实践[J].中国科教创新导刊,2009,(7):178-179.
[3]王海东,贺峰,等.《食品加工机械与设备》课程“理实一体”教学探究[J].新课程研究,2011,41-43.
[4]朱亚珠.调整高职食品机械与设备课程结构[J].科技信息,2012,(35):301.
1课程教学的现状及存在的主要问题
机械设计基础课程是机械类专业学生的一门重要的技术基础课,目前该系列课程的设置主要由以下几大模块组成:
(1)公差与配合
研究机械设计中是怎样正确合理的确定各种零部件的几何精度及相互间的配合关系,研究测量工具和仪器的测量原理及正确使用方法,掌握一定的测量技术。
(2)理论力学
研究质点、刚体的静力学、运动学及动力学。静力学研究物体在力作用下处于平衡的规律;运动学研究物体运动的几何性质;动力学研究物体在力作用下的运动规律。
(3)材料力学
研究杆件材料在各种外力作用下产生的应变、应力、强度、刚度以及导致各种材料变形与破坏的规律;为受力构件提供强度,刚度和稳定性计算的理论基础条件;解决结构设计安全可靠与经济合理的矛盾。
(4)机械原理
研究机械中机构的结构组成、运动、以及机器结构的受力和设计。
(5)机械设计
研究通用机械零件能量的传递方式、材料、形状尺寸、方法的选择与设计。
这些课程设置的目的是为了使学生具有机械设计的初步能力和为专业课程的学习起到铺垫的作用。但是这些课程理论性强、概念抽象,涉及的基础理论和知识面广、系统性强、学时多,如果在教学过程中过分强调知识的系统性和理论的完整性,这种教学模式不能适应高职高专教育对应用型人才培养目标的要求。如果按照课程设置的方式,以教为中心,以知识的传授为主要目的,可能会出现如下情况:忽视了学生创新意识、创造能力和创造个性的培养,往往学生理论考试成绩较高,但实际设计和应用能力不强,这与企业需求脱节;课堂教学与实践教学环节脱节;重视学习者知识的接受与理解,不重视知识建构和发现的方法;没有充分发挥先进的实验技术和网络在支持个别化学习、发现学习、合作学习以及教学管理方面的巨大优势。
2课程教学模式探索
2.1学生学习兴趣的激发
兴趣是学生对学习活动或学习对象的一种积极认识或意识倾向,当一个学生对某门学科发生兴趣时,他总是愉快地学习,积极主动获取知识。但在课堂上学生的注意力的集中时间是有限的,长时间集中注意力会引起他们思维疲劳,甚至厌烦。
针对本课程可从以下来展开学习兴趣的激发:
在学生刚刚接触该课程的时候,首先让学生明白这门课程设立的目的;对后面其他的专业课程的学习有什么作用;对今后工作中可以用来解决那些技术上的问题。这样以来学生就会意识到这门专业基础课程的重要性,从而在学生心目中树立起该课程在专业知识体系中的重要地位。通过动态的多媒体电子课件,利用现代教育媒体的表现力,给学生一种具有新意的刺激,使学生从原来抑制状态转化为兴奋状态,从而提高学生学习的积极性;将书本知识还原于生活实践,能够激发学生参与探索的欲望,通过观察生活中的各种常见机械、机电设备中的动作、工作原理,让学生找到其存在和应用了那些平面机构,进一步增强学生的学习兴趣;通过实例来提出问题,让学生思考,讨论,最后教师进行归纳总结。例如,在讲解间歇运动机构时,向学生提问:为什么大家在看电影的时候,总感觉画面有停顿感?学生开始各种各样的思考和讨论,多数同学的意见是不完全正确的,这时老师再给予正确的引导式归纳总结:为了适应人们的视觉暂留现象,要求影片作间歇运动,所以放映机采用四槽槽轮机构,当传动轴带动圆销每旋转一周,槽轮相应地转过90,因此能使影片的画面作短暂的停留,这样以来使学生听了以后兴趣盎然。采用这些方法不仅能提高了学生的学习兴趣和学习积极性,而且还拓展了学生的思路。
2.2创新能力的培养
创新是一个民族进步的灵魂,是国家兴旺发达的不竭动力,而高等学校是培养创新人才的基地和摇篮,因此,在学习专业课程的过程中应不时地培养学生的创新能力。就机械设计基础而言,以培养学生综合设计能力为最终目标,以学生能应用所学知识来解决工程中的实际问题为目的,以必须、够用为度,以讲清概念、强化应用为重点的原则来确定本课程的主要内容和体系结构;通过引入现代设计理论和设计方法,以基本知识、原理部分作为基础,发展平台,注重设计与制造有机结合、机电液有机结合、理论与实践有机结合,大胆创新。
在教学及实践教学过程中,不断地培养学生的创新意识。通过变传统的、被动的、低效的实物模型来实现机构及装置设计为先进的、主动的、高效的可视化CAD三维参数化建模来实现装置乃至产品的创新设计;带动学生一起分析如何实现机构及零部件的优化设计,从一些实际的问题入手,来考虑那些部件的结构可以实现优化设计,创新设计,分析新的设计会带来机械装置实现其功能方面具有哪些好处;改变传统的考核模式促进学生创新能力的培养,在学生做课程设计时,让学生利用所学基本原理对日常生活中的机器、装置的原理进行分析,通过文献查阅,加以改进,或者提出自己的想法,并把自己的构思用论文或专利的形式加以表达,发挥学生的自主性和创新能力;在实验课的讲授方式上,着重培养学生的工程实践能力,让学生知道某种结构为什么是这样,动力是否可以通过其他的传动方式实现。这样既有助于学生认识事物的本质规律,又使学生的实际能力得到锻炼;通过开展创新设计实践活动来提高学生的创新能力,例如,在讲授挠性传动时,给学生提出问题,大家都知道自行车采用了链传动的方式来驱动车轮前进。链传动具有瞬时的传动比不稳定、工作时有噪声、易脱链等缺点,带传动有承载能力不大、弹性滑动和打滑现象的缺点。而它们的各自的缺点都是对方的优点,那么能不能设计出一种挠性传动方式使得它们的特点得以均衡呢?因此就以此为作业任务让学生自己去按所学的知识和创新的理念给出它们的设计方案来。教学效果表明,就出现了带式链条比较好的创新方案。于此同时可以结合本课程的教学内容开展机械设计竞赛、鼓励并指导学生参加全国的创新设计大赛。这样以来学生的创新意识和创新能力将在很大程度上得到加强。
2.3理论联系实践的教学方法
从机械设计基础的课程设置模块来看,公差与配合、理论力学及材料力学、机械原理这些内容大多为理论性较强的知识内容,而机械设计则是研究机械零件能量的传递方式、材料、形状尺寸、方法的选择与设计。机械设计部分的特点在于各章内容看似相互没有关联,如联接中的键、销、螺栓、联轴器;带传动、链传动;齿轮传动、轴、轴承等各类零件,但运用机械原理方法、理论及材料力学知识以及公差配合规则将这些零件汇合才能设计出一个完整的机械装备。如果在给学生讲解理论知识的时候,能将其对应的机械零部件的设计、机器设备中标准件的选择和应用,让学生自己通过实践来完成,真正实现理论用于实践、实践巩固理论,这样效果将会更好。
以培养学生机械系统方案创新设计能力为目标,以设计为主线,建立理论教学和实践教学为主体的新教学模式。
该教学模式注重理论与实践、理论讲授与实验操作相结合,合理地确定课堂和实践重点,着眼于学生综合素质的培养。该教学模式提倡学生带着问题学习的理念,突出以学生为主体的教育模式,以工程设计实例为载体,贯穿教学过程始终,体现学习-设计-再学习-再设计的循环渐进的学习过程。在机械设计基础课程教学中只有密切联系工程实际,不断加强对机构及机器的研究和分析能力,才能更有效地激发出学生的学习兴趣,培养和提高学生的设计与创新能力。在教授的过程中通过更新教材内容、增加实践环节,使理论教学的第一课堂与实践教学的第二课堂有机结合,相互协调,从而营造理论学习-设计实践-实验三维一体的学习氛围,以培养综合素质高、专业面宽广、创新设计能力强的实用性、技能型机械工程专业复合型人才。
【关键词】食品机械与设备 教学 多媒体 实践
【中图分类号】TS203-4 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089(2015)17-0046-01
《食品机械与设备》课程是食品科学与工程专业的一门专业主干课程,内容繁多,涵盖了食品工业方方面面的机械设备,并涉及机构原理与性能、选择与维护,是一门系列式、集成式的课程,具有实用性强、应用面广、与实际生产联系十分密切的特点。同时,该门课程基础理论性强、内容抽象,学习难度大,不易掌握,很难达到大纲规定的教学目标。由于教师备课容量极大,课时又少(48课时),在如此短的课时内完成大量的教学任务非常困难。为了顺应经济发展和教育改革不断深入的要求,在新的形势下,作为任课教师必须努力改革原有的教学方法与手段,便之与时代同步,才能使教学效果更好,才能得到学生的满意[1]。笔者根据自己几年来的教学经验就此问题进行分析与探讨。
1、《食品机械与设备》 课程的特点
《食品机械与设备》与《食品工程原理》、《食品工艺学》、《食品工厂设计》等课程密切相关,本课程的学习为学生在以后从事实际工作中选用各种先进的食品加工机械和进行技术革新打下必要的基础。《食品机械与设备》作为食品科学与工程专业的专业主干课程,具有其自身的特殊性。本课程既需要一定的理论基础又需要生动的直观性,把抽象思维和形象思维有机结合在一起,这对缺乏机械感性认识的食品专业学生来说有一定难度。因此,任课教师应从课程的特点出发,精心安排教学内容,不断改进教学方法,努力解决教与学所存在的问题,以提高教学质量。 2、《食品机械与设备》课程的改革
由于《食品机械与设备》课程是一门实践性很强的课程,要达到预期的教学效果,最好是学生尽可能接触设备的实体,由于我院是以工艺教学为主,学生对有关机械方面的知识学得很少,机械基础薄弱,学生在学习中只能靠教材中的结构图来想象机械设备的结构,这给教与学带来了很大困难,学生听课吃力,大大地影响了学生的学习积极性。为了改变这种状况,一方面,学校投入了一定的资金购入了部分教学模型,增加了课堂讲授的实效,另一方面,就只有通过教学方法和手段的改革来调动学生的主观能动性。
2.1 课程授课内容的调整
由于农副产品种类繁多,加工性能各不相同,使得食品机械具有结构复杂、类别繁多(目前全世界有食品机械3000多种,我国有食品机械28类,约1800多种)、定型设备少,这就使“食品机械与设备”课程的授课内容多,因时间关系不可能全面讲授。目前,我在《食品机械与设备》课程的教学中以讲授食品原料的初级加工机械为主,精、深加工机械为辅,按单元操作划分章节,授课中以设备共性内容为主,个性内容为辅进行讲述,重点讲授食品机械与设备的工作原理、工作过程、主要结构组成、主要技术参数的确定和选择等内容,这也是现在教科书普遍采用的编排方式,这种编排方式虽然条理清除,但综合应用性不强[2]。为了提高学生的学习兴趣和综合应用能力,在新的教学方案中增加了两次探讨课,让学生就所学过的现有食品机械为依据,以某种食品产品的生产过程为主线,探讨产品生产的工艺流程、采用的生产机械、可能产生的问题及解决方法等,从而拓宽学生的视野,增加学生对学习食品机械课程的兴趣。
2.2 多媒体在教学中的应用
随着现代教育技术和信息技术在教育中的广泛应用,教育领域正发生着深刻的变革。多媒体技术的最大优势在于利用图形、图像、动画、视频等向学生提供形式多样、功能各异的感性材料。实验心理学家Treichre通过大量的实验证实,人类获取信息中,83%来源于视觉,11%来源于听觉,1.5%来源于触觉。可见,通过多种感官的刺激获取信息量比单一听教师讲大得多。因此,《食品机械与设备》课程的教学正可以利用多媒体技术将大量的信息传授给学生。
提高课堂教学的趣味性是讲好课的关键,多媒体教学为课堂教学提供的教学环境,使得课堂上信息的来源变得丰富多彩[3],正好可以达到提高教学趣味性的目的。在教学过程中,根据课程特点,将教学内容精简制作成多媒体课件,引入大量的有关设备的动画、视频、仿真图像、实物图片等素材[4],这样,在课堂上,教师即可以发挥传统教学方法的优点,深入浅出的讲解,调动学生的思维,引起学生注意听课,又可以充分发挥多媒体教学的优势。如在讲解碟片式离心机时,先将离心机的实物照片给学生看,由此告诉学生主要组成部件,然后通过结构图详细讲解其主要结构及工作原理,再通过动画演示,形象的反映出离心机运动的工作原理过程,使学生一目了然,最后作归纳总结。通过以上的讲解,学生基本掌握了课程内容,使教学过程更为生动,学生对教学内容也更容易理解,使教学质量得到了很好的保证。
2.3 结合机械与设备使用中的实际问题进行教学
专业课教师要多下基层,“食品机械与设备”课教师更应如此。自从承担《食品机械与设备》课程的教学任务以来,笔者每年都要到工厂去,并带领学生到不同的食品加工厂参观学习,同时邀请相关的技术人进行生产技术装备的讲解[5]。这不仅帮助学生将课堂上学到的理论知识与实践结合,让他们带着问题去进行实习,同时调查企业现有设备存在的问题。这种直观的了解有助于学生对食品机械设备的认识,激发学生学习的积极性。
3、 结束语
通过多年的教学实践,笔者深刻体会到教学内容必须紧密联系市场经济下食品工业的生产实际,激发学生学习的积极性和兴趣,就可以使学生在掌握知识的同时,加强能力的培养,取得较好的教学效果。随着教学改革的不断深入,我们还会继续探索新的教学方法,多媒体教学是伴随着现代化教育技术出现的,只有遵循教育教学规律,科学、合理地运用多媒体技术,才能使其更好地为教学服务,达到提高教学质量、培养合格人才的根本目的。
参考文献:
[1] 张剑,艾志录,李梦琴等.《食品机械与设备》教学方法改革的探索与实践,现代食品科技,2006,3:208-210,213.
Abstract: Though making the computer aided teaching (CAI) course ware is a complicated process, but when we make it, using multimedia technology can completely simulate the form action of animation, realize the process of previewing, reviewing, drilling exercises and testing, which can make the teaching process more exciting and intuitive, make students easier to understand.
关键词: 机械原理;教学改革;CAI
Key words: Mechanical Principle;reform in education;CAI
中图分类号:G42文献标识码:A文章编号:1006-4311(2011)11-0258-02
0引言
“机械原理”是机械类专业的一门非常重要的专业技术基础课程, 其研究对象是机械,在教学中,通过传统的授课方式加上先进的教学方法――CAI教学模式[1-2],精选大量机械产品的应用实例,内容涉及机械制造、工程机械、建筑机械、轻工机械等,这些从实践中精选出来的机械结构分析以及各种零部件结构设计等案例,可以很好地帮助学生认识、了解以及最终理解这些机械产品的工作原理、组成结构与表现特征等,充分活跃了学生的空间思维过程,使学生对三视图的形成有了一个直观认识,提高了学生的观察效率,使学生是在对所学知识获得了充分感知的基础上进行理论学习和归纳总结。既便于学生对该知识点的理解和记忆,又适应了学生学习的个体差异。 不仅能为机械设计基础课程的学习打下良好的铺垫,而且为后续教学内容的展开做了充分的准备。同时,通过对大量机械产品应用实例的展示,充分表现了机械设计在提高生产力、提高产品质量、提高人们生活水平以及推动社会发展中的广泛作用与巨大价值,可以极大地激发学生学习机械专业课程的热情。培养一定的创新能力。
1传统教学模式的情况分析
机械原理课程传统的教学模式可基本简化为:一本教案+一支粉笔+一块黑板+一张嘴[3]。这种传统的课堂讲授模式在经历了若干年的发展与进步后具有显著的优点:
1.1 传情达意利用这种传统的教学模式教师不仅可以传授知识,也可通过语音、词汇、手势和眼神等不断的和学生进行情感的交流,利用三尺讲台尽情发挥其激情,从而激发学生学习的热情和兴趣。
1.2 可以提供笔记、思考时间传统的教学方法即板书是实时进行的,教师语言的描述也是断续进行的,并且是可以发挥的,这不仅给了学生做笔记的时间,还有利于学生思维的扩展。
1.3 有所侧重在黑板上进行板书教学,可以对所讲内容有所侧重,当讲到一些只需学生了解的内容时,可以一带而过,或者在黑板上略写一些,当讲到学生需重点掌握的内容时,老师可以通过板书的反复强调来侧重。
传统教学虽然有许多不可摒弃的优点,但是随着科技的进步以及学科门类的细化,尤其是对于书中一些学生平时只是听过但从未曾见过的机器的运作过程、运行原理等等这些内容都很难通过一席板书尽数表达清楚的。近年来随着计算机技术的飞速发展,计算机辅助教学(Computer Aided Instruction ,简称CAI)发展很快,它主要针对课程中很难用语言或板书表达清楚的内容,通过多媒体教学手段来说明和展现,这在机械原理这门可程的讲授过程中收到了非常有效的教学效果。
2CAI在机械原理教学中的重要性
由于机械原理这门课程的教学特点,计算机辅助教学在机械原理课程教学中占有非常重要的位置。
2.1 CAI可以推动教学方法、教学手段的改革“机械原理”课程的特点就是图多,传统的板书教学模式既费时又立体感不强,严重满足不了这门课的教学需要,这就要求采用现代式的多媒体教学。多媒体教学的最大优势在于能够将传统教学中单一的文字或简单的图形呈现教学信息的形式转变成多媒体形式,从而可以把教学过程中抽象的问题,以生动具体、形象逼真的虚拟情景,把抽象的信息内容转变为具体的形式再现给学生,是学生更容易理解,更有兴趣学习。
机械原理课程教学中涉及大量的机构运动分析以及运动设计的内容,使用传统的教学方法很难达到预期的教学效果。比如渐开线的形成过程、渐开线齿轮的范成法加工、连杆机构的设计过程、槽轮机构棘轮机构的运动过程及原理等等这些问题都是教学过程中的难点所在,因为很难通过老师的描述或板书的叙述把这些问题解释清楚。但是通过CAI丰富多彩的教学手段与模式(像一些动画flash、一些声音资料、一些现场加工过程资料),把一些抽象的概念、原理转化程为生动形象的内容,调动学生的学习兴趣,使学生大脑皮层兴奋,知识烙印更深,达到事半功倍的效果。
2.2CAI改变了现有的教学模式,实现了教学过程的多元化
CAI可以使教学过程由单纯的教师课堂讲授、课下辅导的模式变成课上、课下并用,手脑眼耳并用的多元化模式。有利于提高学生学习的兴趣,体现了因材施教的教育思想。
2.3 CAI可以有力节约成本,提高资源利用率,从而提高了课时利用率随着近年来各个高校招生的扩招,学校每个专业的学生人数都已超编,尤其是机械专业这种工科专业,并且这些专业基础课的课时往往很有限,内容又比较多。这些问题的存在不仅在空间上对教室的资源利用率提出了挑战,对教师的资源也提出了挑战。在班级数目增加、学生人数增加,教师资源有限、教室资源有限的双重压力下,合班上课成为了解决问题的一种手段。那么如何在合班人数较多, 教室空间较大的前题下能够有序保质保量的完成授课任务呢? 采用CAI课件授课就成为了解决问题的一个方式之一。投影教学解决了板书字迹小, 距离黑板较远的学生不能看清的问题。另外,采用CAI课件授课可以有效节约课堂时间,它可以把画图、板书和公式推导的时间节约下来从而提高课堂时间的利用率。
3CAI在教学使用过程中的缺点
多数高校在使用CA I课件授课方式的过程中,逐渐显露出一些弊端[4]。
3.1 大容量的课堂灌输对教学效果的影响多媒体课件教学以其容量大、速度快、易操作、课堂教学效率高而著称。但是由于其画面切换太快,没有充分考虑学生的思维水平和思维速度,像电视或电影画面那样一闪而过,不容学生细看和思考,造成学生跟不上多媒体教学进程,也不便于学生记笔记,这将极大地影响教学效果。
3.2 授课方式的不当造成对教学的负面影响采用CAI课件进行教学,在授课环节中教师始终对着计算机屏幕的界面,教师素质的培养受到挑战。尤其是对于一些年轻教师来说,单纯的准备CAI课件,刻意追求课件在形式上的新颖和动感,过多运用强烈的色彩、丰富的图片,看起来充分利用了多媒体的特点,学生也被这种综合刺激所吸引,事实上这种为了迎合学生兴趣的多媒体教学对学生造成了误导,分散了他们的注意力,使他们过多地关注在多媒体技术的各种展示技巧上,而忽视了教学内容,造成了本末倒置。
4总结
机械原理教学过程中引入计算机辅助教学可以合理运用计算机的文本、图片、影像、动画等多媒体功能,将课本中难以通过语言板书描述清楚的内容非常形象生动地解释清楚,并且多媒体教学可以大大节省教学过程中类似与公式推导、画图的时间,来更加有效的利用课上时间。但是,我们不能一味的看到CAI教学的这些优点,毕竟它还存在一些弊端,在机械原理教学课堂上应该把传统教学和CAI教学有机的结合在一起,二者相得益彰,才能更加有效提高教学效率。
参考文献:
[1]侯德荣.CAI课件设计的原理和方法[M].北京:高等教育出版社,1994.
[2]李运林.教学媒体的理论与实践[M].北京:北京师范大学出版社,2003.
【关键词】学情分析;新课导入;课堂教学;理论与实践
《机械基础》是机械类的一门专业理论基础课。该课程主要讲授机械传动、常用机构、轴系零件和液压传动四部分内容。目前在本门课的课堂教学中存在学生厌学、教学内容陈旧、教法单一等问题。针对这种情况,笔者对如何提高本课程的教学效果做了几点归纳:
1.做好教材分析,把握实际学情
1.1教材教学分析
目前中职学校所用的《机械基础》教材仍以理论讲授为主、内容涉及面广,理论性强,知识点抽象,可实践性弱 。学习中,要求学生具备相关基础课知识,如:数学计算、物理、机械识图、公差配合、力学知识等。 教学中普遍存在的问题有:内容多,学时少,教具缺。
1.2学生现状分析
中职生在基础教育阶段,文化课弱;作为职业教育的初学者,他们又缺乏机械方面的感性认识。多数学生甚至有“厌学”情绪,尤其是枯燥无味的讲述课程,缺乏学习兴趣、主动型、独立性。
2.重视新课导入,激发学习兴趣
上好首堂课,开好每一堂课的头对整个教学过程至关重要。因此,教师在《机械基础》课教学中,应该通过首堂课和新课导入激发学生学习兴趣,并完成新旧课程的良好衔接。
2.1《机械基础》首堂课
传统的首堂课都是教师在平铺直叙地介绍本门课程的教学内容,教学目的,教学方法等。这往往不能很好地调动学生的学习兴趣,给学生留下枯燥无味的第一印象。笔者认为,应该在融洽的互动中引入《机械基础》相关知识(一起聊生活中常见的机械传动:机械表,骑自行车,拖拉机启动等等);通过设疑(从众多机械运动到探究原理),调动起学生探究的兴趣。
2.2灵活多变的新课导入
设疑法——对常见的生活现象提出疑问,将学生的思维和兴趣引向对问题的探索。例如,在讲述《链传动的类型和应用特点》时,可设计为:自行车的链条掉了,还能骑么!不能!为什么?因为没有这条链,没法将动力传到轮子上了……
实景演示——实践证明,学习时,耳(听)、眼(观)、手(动)共同参与,知识的掌握效果最佳。因此课程导入采用实景演示法,学生能对整个学习内容印象深刻。在讲述《齿轮及齿轮系传动》时,带领学生去实训场地,演示汽车手动换挡,为车床调整转速,接着打开变速箱盖,让学生自己练习感受并观察齿轮啮合的变化引起的速度变化,由此引入新课……
成功的新课导入,可以让学生在短时间内燃起求知欲,可以明确学习目标,可以做好新旧知识的衔接……这要求教师应该在课堂导入上做好充分准备,灵活选择导入法,使学生保持新鲜感。
3.精心组织课堂教学,突出重点
3.1整合教学内容,达到资源最优化
中职的教育目标强调的是人才的应用性,在内容讲述时,应注意实用性和创造性,忽略一些原理的推导、公式的计算等研究型问题。着重引导启发学生如何将原理应用在实际的生产中。如皮带轮与皮带之间的摩擦力问题,没有必要纠结于力的具体性质介绍,而是应该知道这个摩擦力的影响及如何得到合适的摩擦力。
3.2注重以学生为主体,形成良好互动
教学过程中,切记要打破教师“一支粉笔,一个黑板,一本书”讲天下的场面。应该充分调动学生的积极性,发挥其主体作用,让他们真正参与到课堂教学中来。
在课堂教学中,可以通过分组——设疑——讨论——总结的模式鼓励学生敢于提出自己的看法,。例如,老师提出问题:公交车门的前门和后门,都用到连杆机构,如何实现开、关门的?为什么家用洗衣机里用带传动,而不用链传动?为什么自行车用链传动,而不用带传动或齿轮传动?让学生在课后观察,到下一堂课时,让他们以组为单位发表看法。以组为单位可以活跃学习气氛,培养团队协作精神,组内交流的同时也是聆听别人意见的过程,更是开阔自我思维的过程。每组称述完毕后,教师应该在肯定鼓励的基础上,引导学生思维拓展,最终把正确的答案解释给同学们。
3.3采用多样教学手段,提高教学效果
利用教具,采用情景化教学可以变抽象为形象,提高学生对机械的感性认识。目前笔者所在的学校,还没有机械基础专用教室,但基本的教具如连杆机构、凸轮机构、间歇机构、带传动、链传动、齿轮传动及机械零件比较齐全。在本课的教学过程中,笔者尽量每堂课都带着教具进教室,在授课过程中给同学们演示,对照讲解,并且将教具分发到每组,让同学们自己观察,动手演示,收到了较好的教学效果。
合理运用多媒体教学,可以将教学内容更形象化,直观化,同时图文并茂、声像俱佳、动静皆宜的表现形式,亦刺激了学生的感官,激发了学习兴趣,使的同学们的认识更深刻和持久。比如在液压传动章节,仅凭板书、讲解会让学生越听越混,这时,多媒体课件就显得尤其重要。FLASH动画可以很清楚的演示各类阀、泵的工作原理,回路及系统的工作过程,动作的先后顺序及油的流动方向,这使得教学过程变得生动,学生积极性较高。
4.注重理论联系实际,借以培养学生的实践能力
4.1实践教学
中职生的实践热情普遍较高,在理论教学中穿插实践教学,有利于学生保持较高的学习热情和新鲜感。教学过程中,可以安排学生去实训工厂。
实践感受牛头刨床进刀快、退刀慢;冲压设备的曲柄滑块机构;变速箱的齿轮系的啮合……学生通过动手实践,便于理论知识的理解,也利于从理论到理论应用的思维转换。
4.2进行现场参观教学
条件允许的情况下,本门课程应该安排2-4课时的参观见习,学生通过企业参观,学习掌握各种运动机构、机械零件及液压系统在生产设备中的应用,这对前期理论学习是一次升华提高,同时也增强了学生理论联系实践的能力,并为将来去企业实习工作打下一定的基础。
4.3结合课堂教学,培养学生自制教具的能力