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《机械设计基础》是机电类专业学生的主要专业基础课程之一,也是一门能直接用于生产的设计性课程。该课程的教学目的不仅在于传授通用零件和常用机构的基本知识、基本理论和基本设计方法,更主要的是培养学生具备一定的的实际机械设计能力[1]。课程设计是一项实践性教学,是培养学生机械综合设计能力、创新能力和工程意识的重要环节,是启迪学生的创新思维、开拓学生创新潜能的重要手段,可以为以后的毕业设计奠定一定的基础,在教学计划中起着承上启下的重要作用[2]。课程设计时需要查阅大量的国家标准、企业标准手册等相关资料,通过课程设计,可以把《机械设计基础》和《机械制图》、《工程材料》、《工程力学》等所修课程进行有机的结合并综合运用。可以使学生掌握一套完整的设计原则、步骤和方法。
根据教育部的有关规定,电大的脱产学生只能招收成人专科学生。由于近十年来,高校扩招及自考、网络等各种办学形式的多样化,留给成人高考的生源比以往少,但成人高考这几年并没有减招,故而造成录取线走低。总分450分的成专考试,2007年的录取分数为125分,2008年的录取分数为148分,2009年降到了116分,2010为125分。换算成百分制,30分不到就可以上大学了。较低的入学“门槛”,使有的学生毫不珍惜学习机会,旷课、迟到早退的现象都有,每年还有2%~3%的学生自动放弃学业。由于分数线过低,有些学生基础较差,据统计,电大成人专科机电专业学生中,一元二次方程、三角函数这些初中数学内容都不会的学生占到80%以上。
根据实际情况,浙江省广播电视大学对机电专科的教学计划作出了一定的修改,比如减少了统考课程,取消了学习难度较大的《工程力学》,删减了《机械制造基础》的部分内容,调整了必修课、选修课及自选课学分的比例,在一定程度上加大了地方电大教学的自。但是具体的教学过程,还需地方电大自行酌情改革。
专科院校的教育以技术应用性人才为培养目标,因此《机械设计基础》的教学改革,必须以全面机械设计素质培养为中心、实际机械设计能力培养为主线,对传统的《机械设计基础》教学内容体系和教学方法进行改革。
一、教学内容的整合
成人专科《机械设计基础》教学内容改革,一方面要贯彻“够用”原则,即为学生学习专业课程(在校的后继学习)和终身学习(发展和创业)奠定坚实基础;另一方面要突出机械设计主题,即培养学生的从业(从事实际设计)能力,实现高等技术应用性人才培养目标。为此,应从以下几个方面入手对教学内容进行改革。
(一)删减难度较大的理论推导和证明,及时修正过时的内容
成人高等教育的目标是培养技术应用性人才,其毕业生所从业的岗位决定了他们没有必要对计算公式、定理、方法等的来龙去脉像培养研究型人才那样搞得清清楚楚,而应注重于如何运用这些公式、定理和方法等来解决实际设计问题。因此,对一些过深的、不必要的理论推导、证明都可以予以删除,以便使学生集中精力掌握这些公式、定理、方法的实际应用。例如:带传动中松边拉力、紧边拉力与最大摩擦力等之间的关系推导;齿轮齿面接触疲劳强度计算公式与齿根弯曲疲劳强度计算公式推导过程等都可以删除。与其他先修课程重复的内容、偏深偏难而又不实用的内容、因科学技术发展进步而落后的内容也应删除。例如:用弯扭合成当量弯矩法对轴进行强度校核计算以及对轴的各项变形量的校核,对于没有多少力学基础的学生来说简直就是天书,而90年代初编写的教材,其轴承部分早已严重与时代脱节,必须予以修正。教材要以机械传动、机械零件的设计为重点,保证实用性和先进性。
(二)完善设计所必须的基本知识和基本理论,培养较强的图表查阅能力
课程设计是一项以《机械设计基础》课程为基础,根据实际生产要求,综合运用众多课程完成的一项较大的设计任务[2]。完成课程设计,仅仅依靠《机械设计基础》的知识是远远不够的,期间涉及到的知识有《机械制图》、《力学》、《工程材料》、《公差配合与互换性测量》等相关知识[3]。根据浙江省广播电视大学对机电专科教学计划的修改及相关课程的改革,已经彻底删除了《力学》、《工程材料》、《公差配合与互换性测量》等知识,仅仅依靠中央电大90出版的《机械设计基础》,使得学生在设计时缺少相关知识而无法解决问题。
修改后的《机械设计基础》教材,适当增加了《工程力学》中静力学、材料力学的部分知识,增加了《工程材料》中材料力学性能的简单介绍与资料查找,也增加了《公差配合与互换性测量》中偏差、公差、粗糙度、形位公差的介绍与查表选择方法。
在企业中,普通工程师也被称为“表工程师”。也就是说,工程师的重要能力之一就是能够查阅有关图表,从而结合有关公式解决一些生产实际问题。因此,机电成人专科学生的培养目标之一就是培养学生良好的查阅图标的能力。
二、课程设计和课程讲授有机地结合
以往的课程设计程序是:在设计任务下达之后,前三天的计算工作量相当大,教师和学生需要加班赶任务,有时甚至通宵达旦,十分劳累。学生也没有思考的时间和余地,随之会出现应付心态,出现问题马上就问,过分依赖指导教师。也有一部分学生急于求成,做事马虎,设计计算时喜欢照搬照抄,一错皆错,问题成堆。这对学生的设计质量和学习成绩都会产生一定的影响。对于教师来讲,课程设计的前三天,几十位学生争相提问,教师要对类似的问题不停地答疑讲解,疲惫不堪。如此以往,学生的设计质量和工作进度都难有太大的进展。
为此,我们根据教学大纲,在不减少学生设计任务的前提下,把课程设计和课程的讲授结合在一起,在学期开始不久就将设计任务书下达给学生,让学生带着任务,有针对性地学习。可以将课程设计的部分计算内容分成几次大型课后作业来完成,比如带传动设计、齿轮传动设计、轴的强度校核计算、轴承的选择与校核、键的强度校核等。在课堂例题的模板下,学生大部分能较好地完成作业。同时教师在日常授课期间,通过批改学生的作业,适时发现学生计算中的失误并敦促学生及时纠正。
课程设计的结构设计部分可以放在学生“装拆、测绘减速器实验”中进行。在装拆、测绘实验中,让学生仔细观察各类减速器的结构、轴的结构、轴承的安装和固定方法,为以后对轴和箱体的结构设计和画装配图打下基础。
课程设计采用这种方法,使得大部分工作都是在学生的课余时间完成的。周期长,学生和教师都有了很大的回旋余地,学生遇到困难可以有足够的时间思考,教师也可以从容不迫地指导学生通过查阅有关资料和学生一起解决设计中遇到的问题,提高学生发现、思考、分析问题和解决问题的能力,更主要的,是培养学生自主查阅资料的能力和机械设计的方法。
三、引入UG(Unigraphics)软件,提高学生的空间想象能力
在以往的课程设计中,由于学生空间想象能力不足,往往依葫芦画瓢,导致学生对自己设计的减速器结构似懂非懂,影响了设计质量。在课程设计中引入UG软件指导学生进行减速器的结构设计,可以增加学生的学习兴趣,提高学生的空间想象能力。
UG技术提供的草图功能、曲线曲面建模、基于特征的实体建模虚拟装配建模机构运动仿真、分析等技术,给机构设计提供了极大的方便[4]。由于学生缺乏实际经验,往往要对某些结构不合理的地方进行多次修改,采用二维设计,结构变动较大时则不得不重新设计并花费很多时间进行绘图。而采用UG软件进行三维设计,只需修改零件的某个参数的数值即可完成整体修改。学生在完成三维设计后,利用UG的制图转换功能,可将使用实体建模功能创建的零件或装配模型引用到工程图模块中,快速转换为二维的工程图,再进行尺寸标注、注释等等,最终完成课程设计所要求的图纸,从而提高学生的专业专业制图、识图能力,加深学生对三维设计与二维工程图之间关系的理解。
在以往的教学安排中,本门课程的教学一般安排在第二学年进行,课时量控制在120―150学时左右,同时在期末配有一个星期的课程设计专用周。近年来,随着企业用人需求的不断变化和教学改革的不断深入,中专学生按照教育部的要求,各专业都在第三年进行不少于一年的顶岗实习。这样,各门专业课的课时均有不同程度的压缩,《机械设计基础》课时大都压缩为90学时,课程设计专用周有些学校甚至取消,有些学校虽有安排,但时间安排在期末,容易受到复习考试的冲击,学生在时间和精力上都难以保证。“课时少、任务重、容易受冲击、质量难保证”现已成为课程设计普遍存在的问题,已引起相关部门和专家的重视,各地各校也在想尽办法解决此类问题。
一、教改思路
宝鸡职业技术学院从2002年以来,在认真调研、深入分析的基础上,在历届教学当中、采取边教学边教改的办法,逐项改革、稳步推进,进行了大胆的探索和实践。面临理论课时减少,但对学生实践能力和操作技能要求不断提高的实际情况,《机械设计基础》课程设计不但不能减少、不能削弱,而且要克服困难、积极应对、强化课程设计本领,提高实践操作技能,为顶岗实习和就业安置打下坚实的知识基础。
总结起来,我们的教改做法是:“整体提出设计思路,分步完成设计作业,前期进行‘部件’生产,后期完成‘设备’安装”。这种时间前移的思路,克服了理论教学与课程设计相互脱节的毛病,既节约了设计专用周宝贵的设计时间,同时又保证了正常的教学作业和大型课程设计的配套完成,使理论教学和课程设计互联互通、相互促进,达到了二者双赢的目的。
二、方案设置
结合三年制中专学生“年龄小、底子薄、实践知识欠缺”的特点,课程设计任务一般选择简单的单级直齿圆柱齿轮减速器设计。它的主要内容包括:齿轮传动设计、皮带传动设计、轴系部件设计、箱体设计、联接类(联轴器、键类、螺纹类)零件选择、密封选择等,基本可以涵盖机械设计课程的全部设计内容。
按照前述设计思路,在课程教学进行到学期中期时,这时常用机构已基本讲完,而通用零件刚开始讲授。此时,我们就将本门课程的课程设计任务书下发给学生,并用适当时间向学生进行整体设计思路讲解,使学生有一个概括的了解。然后结合教学课程的正常进行,在每一教学章节完后,逐项拆分设计任务并分步完成设计内容。这就像工厂生产设备一样,将零件的制造(分步设计)提前分散到各车间制造完成。
大部分设计内容可随着课程的进度进行,到学期末教学课程完成时,已基本完成分步设计。等到课程设计专用周时,学生即可按设计指导书的要求与步骤,利用3-4天时间,将分步设计内容进行整合,完成装配图绘制,同时编写设计说明书,进行答辩及后期资料整理工作,这样学生就可以轻松地完成整个课程设计任务。
三、方案分析
1.节省设计时间。按原有的方案,大量的设计内容集中在一周内完成,学生在短时间内要进行超强度的劳动,常常需要晚上进行通宵加班,才能按时完成设计任务,况且还要面临期末复习考试的压力。新方案由于大量的设计内容已预先随着教学课程而完成,设计专用周只进行整体组合,完成后期资料整理,因而,在3―4天时间内,大部分学生都可完成设计任务。既减轻了学生负担,又节约了设计时间。
2.保证设计质量。由于分步设计是随着课程进度进行的,在此过程中,学生在消化课程内容的基础上,设计思路比较清晰,设计计算时间相对较长,指导老师可以随堂进行示教讲授。同时教师可对设计结果和设计过程提前进行评审,学生改错时间也较长,因而,设计质量都可以得到保证。
3.考试与设计互不冲突。原有方案的课程设计安排在期末。此时又面临着别的课程的复习考试,学生既要进行高强度的课程设计,又要分心复习其余课程以迎接期末考试,容易引起二者的冲突,对此指导老师的意见也很大。现有方案由于设计时间的提前可以有效地解决这一矛盾,既保证了设计质量,又不影响学生期末考试,学生和教师比较满意。
4.对课堂教学有促进。如果没有课程设计和课堂教学的互联互通、相互配合,课堂教学就显得乏味且没有针对性,尤其是涉及设计内容讲得都比较空洞,学生接触不到实际的东西,等到后期再进行课程设计时,就显得无从下手。现有设计内容与课堂教学同步进行,二者可以起到互相促进、互相补充的作用。学生对课堂教学也爱学也能学得进,通过对几届学生的教学考核对比,课堂教学质量比以前有明显提高。
四、需要注意的几个问题
1.虽然课程设计内容与课堂教学同步进行,但课程设计只是对理论教学的强化,绝对替代不了课堂教学的主导地位,不能由于课程设计作业的提前布置而冲击正常的教学。尤其是课堂教学的思考题、课余作业、答疑辅导等教学过程一样都不能少,都应按照正常的教学进度执行,这一点尤为重要。
关键词:真实项目 手扳封罐机 机械设计基础课程设计
为了能有效地培养学生的机械设计能力,各高校在机械设计基础课程结束后均设置了课程设计教学环节,它是提高学生综合运用所学机械原理、机械设计、机械制图、工程材料、公差与互换性等基本知识解决实际设计问题的一个综合实践环节,对加深学生对知识体系的理解、认知机械设计的路径、方法与过程,尤其是提高学生对机械设计课程的学习兴趣等等,都是理论教学无法做到的。机械设计基础课程设计,各高校几十年来延续的做法是对单级直齿圆柱齿轮减速器机械传动装置进行课程设计,这是因为减速器作为机器中的一个独立部件,它所包含的零件覆盖了机械设计课程绝大部分教学内容,对课程知识起到了复习、巩固、工程应用的多重作用。但就目前而言,减速器设计项目已经成为非常成熟的课程设计,有关减速器设计的网络资源、图书、教材、工程图、教参、音视频资料数量众多,来源广泛。为改变以往单一的以减速器为课题的设计任务带来的诸多弊端(如题目陈旧老套、思路单一、设计内容变化不大、缺乏拓展和创新的空间等),机械设计基础课题小组对课程设计的内容和形式尝试了教学改革、课程改革,本项目就是在此背景下产生的。
1 教学改革内容
1.1 课程设计任务的改变 一般而言,课程设计课题应具有普遍性和实践性,所谓普遍性是指能够充分反映课程的理论教学内容,即通过课题的完成能够将课程大部分知识加以应用;实践性是指课题的选择要符合生产实际及要尽可能与专业相结合,也就是设计课题必须来源于本专业的企业真实生产产品。本次教改变化最大的就是课程设计任务的变化,课题组定的设计任务已不再延续减速器设计,而是结合温州地域及经济发展特色首先选择行业方向,经课题小组第一次市场调研,入选的行业锁定为包装、印刷、食品、橱卫行业,本次教改就定为包装业。接着课题小组进行第二次市场调研,选择机器设备,经过多方对比、咨询、技术文献检索、企业实地考察,考虑到机器设计方案对学生起到的思路引导作用和创新要求,考虑到课程设计的难度、工作量及学生的水平,考虑到机器设备结构对课程知识面的覆盖程度,课题组最终选定了手扳封罐机项目。这款设备符合温州民营小微企业的生产特征,它来源于温州日强机械设备有限公司,项目真实、新颖,贴近生活本源,它是易拉罐的卷边封口包装机械,学生对易拉罐非常熟悉,对封罐机实现的封罐功能动作有着莫大的兴趣,正好用来印证兴趣是最好的老师。温州是座轻工业城市,有着包装、印刷之都的城市名片,手扳封罐机项目无论是从封罐工作原理,还是从封罐机传动装置而言,都非常适合做机械设计训练之用,机器设计难度适中,工作量适中。
本次教改另一个显著的特征是做机器整机设计。在课程设计内容上,课题组提出以整机设计为要求的设计任务,为了在真正意义上实现学校教授内容与企业生产产品的“零距离”,课题组决定设计课题必须来源于教师科研或企业现行的真实产品,注重工程设计环节(工作原理与方案设计——运动设计——承载能力设计——结构设计)的训练以及创新能力的培养。手扳封罐机就是一整的机器设备,不象减速器只是一个传动部件,完整的机器设计可以让学生更深刻地认识机械,可以对学生的机械工程观念起到进化作用;完整的机器设计可以在任务分配上更好地细拆(拆分成部件),达到让每位同学的工作任务不一样(工作量相当),但全班组合起来就是一套完整的机器技术文件。
1.2 机器方案设计的多元及创新 本次教改的机器设计方案不是唯一的,学生通过头脑风暴法、分组讨论法提出了2种手扳封罐机设计方案,绘制出机器传动系统图,从中择优。这种做法把学生从减速器单一的设计思路中解放出来,让学生的思维多元化,起到实质性的创新锻炼。
1.3 课程设计形式的改变 在课程设计教学形式上,学生以团队为单位完成一个具体的设计任务,每组4~6人,学生以各种方式查找课程设计参考资料,组内讨论确定设计方案,参加由指导教师主持的课程设计讨论会。团队内部各成员分工合作,各自完成一部分设计任务内容,组内合并、整理修改后,就完成了团队设计任务。以前的课程设计,全班每位学生的工作量及工作任务完全一样,本次教改改变了这种传统做法,采用了错开机制,使得每位学生的工作任务都不一样。
方法1:装配图按照团队内学生自己确定的设计方案绘制,零件设计每位同学是不一样的,每人画4-5张不同的零件图,团队就可完成(4-5)x6=24-30张零件图,整合后重要的机器零件都绘制了零件图,培养了学生的团队协作精神。方法2:把机器拆分成几个部件,每个团队承担一个部件的设计任务,每位同学承担的零件设计任务也是不一样的,团队内整合就是一个部件,全班整合就是一整的机器设计文件。
1.4 学生工作能力的培养 本次教改在学生工作任务的分配上采用了错开机制,使得每位学生承担的工作任务都不一样,但整合起来就是一整的机器设计文件,锻炼了学生的团队合作能力、交流沟通能力;本次教改的设计任务不象减速器设计,有关减速器设计的资料数量众多,如网络资源、图书、工程图、教材、教参、音视频等等,来源广泛,而封罐机资料不多,查找也不易,但可以培养学生对技术文献、技术资料的检索能力,培养学生的研究能力;经历了工程设计路径、方法与过程的锻炼,达到了培养学生设计能力、机械制图能力、创新能力以及对项目驾驭能力的目的;课题小组一改以往重结果的单一考核模式,采用了设计方案、设计过程、设计结果并重的考核模式,并让学生锻炼了如何答辩。
2 教学改革过程
课程设计前,课题小组利用课余时间给学生讲解课程设计的任务、要求、内容、方案、进度,让学生先行了解,并通过作业形式做了一些前期准备(如设计计算、零件结构设计等)。具体做法就是把课程设计和课程的讲授结合在一起,即在机械设计基础课程教学过程中就将课程设计任务下达给学生,将课程设计的部分内容放在课程教学中或者作为课后作业完成,让学生带着任务有针对性地学习。比如课程讲授弹簧的特性及设计后,就可以安排手扳封罐机升降机构的设计;讲授齿轮传动、轴、轴承知识后,就可以布置学生进行减速装置的设计等。
在课程设计期间,课题小组与学生共同执行了机械设计基础课程教学整体设计、机械设计基础课程教学案例的要求,共同执行了教学改革项目实施方案与进度,效果良好,正是因为课题小组的努力、学生的努力,使得教改工作能够顺利开展,取得了相应成果,当然也发现了不足。
3 教学改革成果与问题
课题小组按照机械设计基础课程教学整体设计、机械设计基础课程教学案例的要求,本着过程、结果并重的思路,从设计方案、设计计算、装配图、零件图、设计说明书、答辩等环节对课程设计进行了全过程指导、考核,着力培养、打造学生的机械工程观念,使得教改项目取得了三点创新、三项成果,当然也发现了三处不足。
3.1 三点创新 ①本教改项目是设计一整的工作机器——手扳封罐机,没有限定设计思路,可以有不同的设计方案,让学生有拓展和创新的空间。②本教改项目是设计易拉罐封口机器,机器有具体的封罐功能动作,容易激起学生的探索兴趣,且学生非常熟悉易拉罐,新项目贴近生活本源。③本教改项目在学生工作任务分配上采用错开方法,使学生分别承担不同的设计任务(工作量相当)。
3.2 三项成果 ①每个学生都以文件袋的形式有了一套技术文件(设计任务书、装配图、零件图、设计说明书),全班整合后就形成了手扳封罐机全套技术文件。②课题小组积累了大量教改原始数据、资料及经验,形成了课题研究报告,使教改项目的后续改进、完善有了明确的工作方向。③课程设计使学生有了综合实践的平台,有了理论联系实际的工作,有了查找资料、检索文献的能力,使学生向着机械工程又迈进了一步。
3.3 三处不足 ①虽然本次教改提倡机器方案设计的多元及创新,通过头脑风暴法、讨论研究法,学生对手扳封罐机确实提出了2种设计方案,绘制出了机器传动系统图,但根据设计方案择优原则,最后全班统一选择了企业样机的设计方案。这种做法虽然在一定程度上把学生从减速器单一的设计思路中解放出来,让学生的思维多元化,但最终结果仍然没有起到实质性的创新锻炼。②虽然本次教改强调了过程考核,但收效不是很明显,如何对学生进行过程考核还有待思考、加强。③学生完成的技术文件(装配图、零件图、设计说明书)总体而言质量不是很高,如何在有限的时间内提升设计质量也是要亟待解决的一大问题。
课题组在后续的教学工作中还要持续去改进,努力去完善,最大限度地把问题的影响降到最低,让师生均通过教改受益,课题组也会考虑扩大教改项目的使用班级,让更多的学生参与到教学改革中来,让更多的学生受益。教改实践证明,机械设计基础课程设计新的教学内容和形式,有利于培养学生的主动实践能力和团队合作精神,有利于培养学生的研究能力以及对实际项目的驾驭能力;使学生对所学科目如机械制图、机械原理、机械零件有更深刻和更明确的认识,加深了学生对机械结构设计、机械传动精度分析、公差配合选用的理解;使学生在自主实践中熟悉产品从市场调研、方案设计、结构设计到绘制图纸的整个设计流程,让学生懂得工程设计的路径、方法与过程;达到了培养学生设计能力、机械制图能力、团队合作能力、交流沟通能力的目的,提高了学生学习的主动性与创新意识,为今后从事机械专业工程技术工作打下坚实的基础。
参考文献:
[1]张红.机械设计基础实验教学探索[J].价值工程,2011(36).
[2]刘喜平,段成燕,王金.基于CDIO模式下机械设计基础实践教学方法的探讨[J].价值工程,2010(32).
关键词:机械设计基础;课程建设;实践
一、引言
机械设计基础一大任务即为培养学生自主分析及解决工程实际问题的能力。因而在机械设计基础课程教学过程中,一方面应要求学生掌握基本的理论知识,一方面更应注重对学生动手设计能力及创新思维的培养。机械设计基础作为机械类、近机类相关专业必修的专业基础课,该课程的建设是专业建设中至关重要的一环。由此可见,对机械设计基础课程建设的实践与探索开展研究,有着十分重要的现实意义。
二、机械设计基础课程建设中存在的主要问题
1.设计题目大同小异课程设计对象大多以减速器为主,各届学生均被要求开展减速器设计,除去参数存在一定差异外,其他工作原理、设计步骤则大都如出一辙。长此以往,新鲜感必然会不断丧失,一方面使得教师产生一定的疲倦感,一方面使得教师在教学上缺乏创新,进而对学生创造性思维培养造成负面影响。除此之外,因设计题目大同小异,多个学生面对同一项目,进而引发严重的抄袭现象。2.学生自主设计能力不足在设计期间,学生仅需依据教材相关要求开展操作即可,教材中对各项设计步骤均有明确介绍。如此一来,极易使得学生产生固定思维,设计内容缺乏创新,操作趋向于模式化。学生个性化特性未能得到有效凸显,学生特长难以得到有效发挥,进而对学生创造能力发展造成极大制约。除此之外,因设计时间有限,教师教学任务繁重,为了完成课程,教师面对学生的求助往往是有问必答。长此以往,必然会对学生独立思考能力培养造成不利影响。3.学生对课程设计缺乏有效认识一些学生片面认为机械设计基础只不过是一门考察课程,只是对各项专业知识开展串联,学习意义不大。为了完成教师布置的设计项目,东拼西凑、上网抄袭,学习态度不端正,缺乏对课程设计的有效认识。
三、机械设计基础课程建设的实践与探索
高校在时展新形势下,要紧跟社会发展脚步,不断开展改革创新,在先进教学理念、成功发展经验的支持下,逐步推进机械设计基础课程建设的实践与探索。如何进一步促进机械设计基础课程建设有序开展,可以将下述内容作为切入点:1.构建课程新体系,优化课程内容首先,高校应结合结合机械设计基础课程特征,对该课程教学改革思路予以有效明确,即为革新教育教学思想观念,紧紧围绕技术人才培养目标,推进课程体系优化调整,构建机械设计基础课程全新教学体系;注重对学生工程实践能力、设计创新能力及综合设计能力的培养,构建集课程教学、设计训练、实验教学等于一体的教学体系。基于此,通过对机械设计基础课程的学习,使学生切实掌握机械设计的基本知识、基本理论及基本技能能力,提高学生的机械设计能力,并为后续专业课程学习奠定良好基础。2.优化教学方法优化教学方法是提高机械设计基础课程教学质量的重要一环。首先,应转变教学观念,提高对以学生为中心教育思想的有效认识,在教学过程中真正意义上做到以学生为主体、以教师主导,尽可能调动起学生学习主观能动性。在教学期间,推进基础理论与设计实践、生产实际的有机相融,结合技术人才培养需求,有序引入前沿技术、前沿成果,拓宽学生设计视野。在教学期间,结合机械设计基础课程不同章节实际特征,可逐一引入小组讨论式教学、项目任务教学、工程案例教学等教学方式。与此同时,还可运用工学结合教学、课外竞赛激励等教学方法,以调动起学习主观能动性,并推动学生自主学习能力的有效发展。3.强化实践教学活动创新机械设计基础课程实践教学环节由实验教学、课程设计、设计训练等内容组成。在实验教学过程中,应当注重对学生动手操作能力的培养,借助机械设计基础实验室、机械零件陈列室等教学环境,依托课内外有效结合的教学体系及分项目、分模块的实验教学内容,有效培养学生理论结合实际的动手操作能力、问题分析解决能力,促进收获良好的教学成效。在课程设计教学过程中,应对课程设计内容予以有效深化,提高设计题目的多样性。依托设计主线,既涵盖传动装置设计的传统题目,有引入生产实践中最新开发的新题目;对制作完毕设计图纸,既可通过手工绘图方式完成,又可通过计算机辅助绘图方式完成,经由一些设计实践,提高学生设计实践能力,培养学生创新能力、问题分析解决能力。在设计训练过程中,为了推进基础理论与设计实践的有效相融,可引导学生开展“轴系零件”测绘、上机开展计算机辅助设计等设计训练,进而提高学生计算机辅助设计能力、机械结构设计能力,为接下来的专业课程学习奠定坚实基础。
四、结束语
总而言之,要想收获良好的机械设计基础教学成效,培养学生动手实践能力,就要不断推进课程设计模型改革,并科学设置课程设计实践,逐步调动起学生对课程设计的主观能动性,培养学生动手、动脑能力。鉴于此,相关人员务必要不断钻研研究、总结经验,清楚认识机械设计基础课程建设内涵,全面分析机械设计基础课程建设中存在的主要问题,“构建课程新体系,优化课程内容”、“优化教学方法”、“强化实践教学活动创新”等,积极促进机械设计基础课程建设有序开展。
参考文献:
[1]张鄂.“机械设计基础”省级精品课程建设的实践与探索[J].教育教学论坛,2015,12(11):148-150.
[2]刘桂花.高职精品资源共享课程建设初步探索与实践———以高职《机械设计基础》课程为例[J].亚太教育,2016,06(36):157-158.
1.明确课程在专业教育中的重要性。《机械设计基础》课程实践性强,涉及范围广,涵盖的内容多,并且与工程力学、工程制图等先修课程联系紧密,在建筑环境与能源应用工程专业课程教育中具有重要地位。它不仅要求学生掌握常用机构和通用零件的基本概念、理论及设计方法,更重要的是培养学生具有一定传动创新能力与创新思维。在以往的教学中,由于学生对于该课程的重要性缺乏认识,往往重视不够,在一定程度上造成学习积极性不高。在实际的教学过程中若能考虑专业对课程的特殊要求,在讲机械设计基础时,将一些涉及所学专业的具体应用与课程内容结合在一起,这样一定会在一定程度上激发学生的兴趣和学习热情,进而使学生对该课程在建筑工程中的作用和重要性有比较全面的认识。在学生明确学习目的,提高学习兴趣以后,学生的学习状态相应地就由“要我学”转变为“我要学”。而在课程安排上,对教学大纲进行适当调整,尤其是要考虑专业综合的要求,同时为了降低课程的学习难度,让学生具有有一定的基础理论,要将课程安排在部分基础课之后。
2.精心组织教学内容,适应专业的变革。建筑环境与能源应用工程专业为非机类专业,对于非机类专业,课程的应用性是非常重要的,该专业学生学习的目的不是为了设计机器,而是为学习如何使用和选择专业机械,所以,建筑环境与能源应用工程专业的《机械设计基础》教材要对一些繁杂的公式推导、论证过程以及理论分析进行适当取舍,力争让学生不必要花太多的时间和精力在相关公式与定理的推导上,但是要强化工程设计思维的有关内容,尤其是关于机械设备零部件结构性能与使用、安装调试与维护方面的内容,重点让学生掌握相关理论的实际应用。从而培养学生运用所学理论解决实际问题的能力,这样做定会取得更好的教学效果,更容易实现该专业的培养目标。《机械设计基础》课程教学内容主要与机械设备相关联,与工程实践联系紧密,在教学过程中老师应做到结合工程实际,力争真实地再现实际机械的工作过程,并按照这一理念对课程进行开发和设计。对于建筑环境与能源应用工程专业,就应该以建筑设备相关产品为载体,对课程内容进行全面的规划设计,科学设计各种类型工作任务,重点让学生通过学习型工作任务学习掌握该课程的主要内容,拓展学生的知识面。同时还要大力推动教学内容改革,紧跟最新科学技术发展水平,以建筑环境与设备工程在现代建筑中的设计、运行、管理需要为出发点,了解最新的机械设计方法及先进的相关专业机械,增加课堂信息量,在一定程度上拓宽学生的知识面和培养学生的创新思维,逐步向高等教育国际化水平迈进。
3.改革教学方法和教学手段。该课程内容具有知识面宽、知识点多,且综合性强的特点,因此要求任课教师在教学活动中采用灵活的教学方法。在实际课堂教学过程中,最好采用启发性教学,以增强与学生间的互动,由于在启发式课堂教学中,学生能主动思考问题,从而能收到良好的教学效果。另外,还要多组织开展课堂讨论,从多方面来调动学生学习的积极性。在课堂教学模式方面,应将多媒体技术与传统教学方法有机结合,充分利用各种教学手段以提高教学效果。多媒体技术作为一种现代教育技术,能够将各种教学素材进行科学合理编排,采用文字、图像、动画和声音等多种手段展示教学内容,并能够形象具体地表现抽象难懂的知识点,已经得到非常广泛的应用。但其也有自身的缺点,由于多媒体教学方法信息量大,在一定程度上造成教学进度变快,同时学生没有思维跟随,往往跟不上教师的讲解进度。而传统教学方法中,与多媒体教学相比,板书更能适应学生的思维方式,由于很多学生有记笔记的习惯,传统教学在这方面与多媒体教学相比也有一定的优势,同时教师可以在板书的时候随时观察学生的反应,主动地调整讲授速度。教师应改变过分依赖PPT的教学模式,适当增加课堂板书的内容,将传动教学与多媒体技术结合起来,取长补短,取得最佳的教学效果。
二、实践教学
《机械设计基础》是建筑环境与能源应用工程专业的一门专业基础课,由于该专业学生在以后的工作中会遇到各种专业机械,因此理论与实际的结合,特别是要跟工程实际中所接触到的各种专业机械结合,对该课程来说显得尤为重要,从而让学生通过这门课程的学习,了解一些专业机械的基本特点和组成。我校该专业本课程的实践教学环节主要有实验教学和课程设计两部分内容,下面分别介绍。
1.实验教学。机械设计基础实验课是教学过程中的非常重要的环节,是培养学生将课堂所学理论与实际相结合、提高分析问题和解决问题的能力以及开拓学生的创新思维和创新潜能的重要手段。因此对于建筑环境与能源应用工程专业这类非机械专业的学生,为了帮助他们加深对机械的理解,安排一定量的实验教学是非常必要的。在实验教学环节,我们学校根据实际情况,为了提高教学效果,让学生对机械加工的各个环节有更直观的认识,并加深对课堂讲授知识的理解安排建筑环境与能源应用工程专业学生进行为期1周的金工实习。
2.课程设计。机械设计基础课程设计是与机械设计基础相配套的一门重要的实践类课程,是学生第一次较全面接触机械基础设计方法的课程,其目的是训练学生复习巩固机械设计基础、工程材料、工程力学、工程制图等多个课程的知识,并做到综合运用,同时培养学生正确使用各种标准、规范、手册和图册等相关资料的能力,进而掌握机械设计的基本方法和技能。该课程在培养学生的工程设计意识、综合应用理论知识的能力和创新思维能力等方面起着重要作用。要达到这一目的,在课程设计教学中要做到:第一,在课程设计任务布置时,首先要将设计的目的、要求进行详细讲解。其次对于设计过程,应针对学生不同水平采取分类指导方法,因为讲得太详细,不利于发挥学生的独创能力和独立思考能力。反之,对于学习差的学生,教师要付出更多的耐心进行讲解,力争做到所有学生的设计进度基本一致;第二,推荐一些必要的参考书。在课程设计中,学生需要用到一些标准、规范以及其他参考资料,因此合适的参考书也是非常必要的;第三,教师在指导课程设计的过程中要经常提问学生,多与学生互动,解决设计中遇到的问题。在设计指导过程中通常会出现下列问题,比如一些学生生搬硬套参考资料中的设计案例,通过经常提问,可以发现学生在设计过程中遇到什么问题,帮助学生理解分析问题,进而解决问题,从而提高他们机械设计的能力。机械设计基础课程设计时间一般是一周或两周,时间紧学生人数多,大部分学生往往很难考虑和回答较多的问题,对于指导老师而言,全面了解所有学生掌握知识面的情况也比较困难,这势必会影响最后成绩的评定。我们采用分组答辩与个人回答问题相结合的方法来进行评分。这样既可以引起每个学生对课程设计的重视,也可以杜绝少数学生没有实质参与课程设计的情况。
三、结语
(一)对教学的探索过程
1.初期的教学过程。对这部分内容初次教学时,本人认为给学生把所有的内容讲透讲清楚,把所有知识点的来龙去脉介绍给学生,学生就能掌握好。结果由于讲的内容多,没有突出重点,方法不当,学生学习该内容没有达到教学大纲要求的目标。学生不能用所学知识进行设计计算,不会查取参数,各公式在什么样条件下运用心里没有底。在讲例题过程中,我不得不把所学内容再讲一遍,虽然是结合例题又一次讲解,但效果还是不好。
2.寻求方法和总结经验的过程。初期的教学过程中,我虽然经历了很多失败,但没有气馁,而是向有经验的教师请教,向他们学习教学方法,多听他们的课,吸取他们的经验。同时查阅有关资料,学习其他学校教师在机械设计课程教学方面的案例,另外对本课程教学大纲及课程内容进一步深入研究,找出各节课的重难点及达到的目标。通过学习教学方法和研究课程内容,使自己在教学过程中的思路清晰了,所讲的内容学生也容易掌握了。但我并没有以取得这么一点成绩感到满足,而是在教学过程中进一步探索和研究,在对齿轮设计计算内容的每一次教学中都有目的地采用不同的教学手段,并从中总结出一些好的教学方法,取得了一定的教学效果。
(二)通过探索总结出的教学方法
1.对公式正确说明。齿轮设计计算部分公式很多而复杂,有些公式来自其它课程中,由于学生知识面有限,所以学起来不好理解。针对这种情况,我采取了对公式推导和来源进行淡化处理,而对公式里的参数重点讲解。比如,齿面接触应力计算公式怎么推导出来的,不要求重点讲解,而是让学生知道该公式来自弹性力学,用于两圆柱体承受正压力时,求两圆柱体接触处的最大应力,因此也可以通过该公式求两齿轮齿面接触处的应力。学生明白为什么要用这个公式后,对公式里的各参数要进行详细说明,特别是公式用于齿轮计算时,一些参数的变化要重点说明,比如载荷系数、齿宽系数、传动比、材料系数、节点啮合系数等。除了齿面接触应力公式外,还有很多其他公式,同样,这些公式的推导不是重点,但对这些公式的用法、公式里的参数也要详细说明,使学生切实掌握。
2.正确使用公式。学生了解公式后,要学会正确使用公式,特别是一些公式的使用场合,使用时有什么条件,使用中要注意些什么等内容必须讲清楚。比如,齿面接触强度计算公式和齿根弯曲疲劳强度计算公式适用场合是不一样的,在不同条件下用不同方法计算。闭式软齿面齿轮传动主要失效形式是齿面疲劳点蚀,设计计算时应按齿面接触强度计算公式进行计算,按齿根弯曲疲劳强度计算公式进行校核;闭式硬齿面齿轮传动主要失效形式是齿根疲劳折断,设计计算时应按齿根弯曲疲劳强度计算公式进行计算,按齿面接触强度计算公式进行校核。让学生掌握这个原则,在实际设计计算中,要根据材料热处理情况判别软硬齿面,从而正确使用公式进行设计计算。其它公式也是一样,在搞清楚使用场合,附加条件的情况下应用于实际计算中。
3.正确选用参数。齿轮设计计算公式中使用的参数很多,除了掌握参数意义外,还要正确选用参数。因此在教学中让学生重点掌握选取参数的方法,对于每一种参数都要举例说明参数应怎样选取,特别是通过图表选取参数的方法要详细讲解。比如,齿面接触疲劳极限和齿根弯曲疲劳极限查取时,必须注意齿轮所用的材料是什么,根据所用材料来查图和查曲线,要防止查取的图形或曲线不对,而得出错误的取值;又如,查取齿形系数时要注意标准齿轮和变位齿轮,一般是按标准齿轮查图选取,如果是变位齿轮,要注意变位系数,按变位系数曲线查取;再如,动载荷系数和载荷分布系数,查取时要注意齿轮精度和齿轮的布置情况,要按对应的曲线查取;学生只有学会了参数的选取方法,才能正确选取参数并套入计算公式进行设计计算。
4.通过实例进行巩固训练。通过以上教学过程,学生虽然初步掌握了设计计算方法,但不通过实例进行强化训练,在实际设计计算中,就达不到运用自如的目的。因此,必须通过实例进行设计计算过程的说明,在实例讲解过程中,必须使用互动式教学模式,要让学生参与进来,让学生动脑思考,把所学理论内容用于实际设计中,而教师不要讲的太多,只给学生起引导的作用。通过学生动手设计计算,可以提高学生设计计算的熟练程度,也进一步巩固学生学到的设计计算知识,同时也可以提高学生的学习热情,培养学生敢于应对挑战的能力和创新能力。
5.在实践中得到运用和强化。学生所学的知识如果不和实践紧密结合,学生会认为所学知识没有多大用处,会使学生失去学习的热情,而机械设计课程为学生创造了这个平台,就是学了这门课后有一个课程设计的过程。机械零件课程设计是机械设计课程非常重要的实践性环节,学生通过课程设计,达到理论与实践相结合的目的。课程设计中,齿轮设计计算也是很重要的部分,学生为了完成课程设计任务,会再一次运用所学的齿轮设计计算知识。如果学生在学习齿轮设计计算内容时又不清楚的地方,那么在课程设计中,通过教师指导,同学之间的讨论,会得到解决。另外,通过理论与实践相结合,使学生所学的齿轮设计计算知识进一步得到强化。同时也能使学生认识到自己所学的知识是有用的,只有掌握好了这些知识,才能运用它对机械零部件进行设计计算,才能成为一名设计工作者,从而进一步激励学生努力学习专业知识。
以上是本人在多年教学过程中的初步探索,通过应用,使学生学习热情提高了,学生参与教学的互动性明显增长,学习的主动性也有了显著提高,掌握的齿轮设计计算知识比较牢固,能把所学的齿轮设计计算知识较熟练地运用于实际设计计算中。
参考文献:
[1]季明善.主编机械设计基础[M].北京:高等教育出版社,2005.
【关键词】机械设计基础;教学思路;理论联系实际
80年代末90年代初一直延续至今,我国已经成为世界著名的“制造大国”,在我们还来不及为这样的“殊荣”欢呼雀跃时,“制造大国”背后掩藏的问题已经日益凸显出来,技术力量薄弱,环境污染严重,资源浪费惊人。国家也越来越重视技术创新,也在不断加大力度力争从“中国制造”转变到“中国设计”。未来科学技术的竞争,归根结底是人才的竞争。作为机械类教学工作者要在我们平时的日常教学当中不断培养学生理论联系时间的能力。
1 课程特点
1.1、基础性
《机械设计基础》课程在理论方面,涵盖的内容包括高等数学、材料力学、机械制图、机械原理、机械设计等等,是学生们进行其他机械类课程学习以及应用的基础;《机械设计基础》课程在技术应用方面,对常用机械零部件如机床、工程机器中常用机构和机械零部件,包括刨床中的横向进给机构,冲床上的曲柄滑块机构以及轴、轴承、万向节等都有很详细的描述。通过本课程的学习,学生对基本的理论知识和技术应用知识会有一定的了解,具备分析简单机械的工作原理和设计简单机构和零件的能力。
1.2、针对性
高职高专办学目标是向社会输送优秀的技能型人才,针对我们学生的实际情况,《机械设计基础》作为机械课程体系架构下的专业基础课程,为培养学生的岗位技能积攒了“内力”,使得他们在今后不管面临多么复杂的机械装置都能够找出最基本的原理所在,从而更好的开展自身的工作。
1.3、实践性
动手能力是对学生能力评估的硬性指标。“理论联系实际”是亘古不变的真理。《机械设计基础》中不但有对原理的阐释,也有对机器或机构在实际生产中碰到的问题进行描述及解释。学校同样对学生的实际应用能力提出了需求,实训课和课程设计就是很好的佐证,旨在培养学生们的岗位技能。每个章节的结束都会要求学生动手设计相关零部件或机构,需要学生们拿出成果,或是简单的机构简图又或是设计说明书及设计图纸,以训练及考察他们对课程的掌握程度。
2 课堂教学思路
就机械制造业而言,中职生是企业产品生产的操作者,更多的是“低端”产品或“技术含量低”的操作者;本科生是企业产品设计者或技术管理者;介于两者之间,高职高专生必定是高素质技能型操作者,知晓设计初步,会操作更会“精”操作,这就要求具有高职高专特色的培养目标。
2.1、结合实际,调动兴趣
根据学生们所处的年龄段的特点——爱动,活跃,青春,想要让他们静下心来学习钻研机械理论几乎是一件不大可能的事情,但如果在课堂中结合实际案例则会起到不一样的效果。
笔者在给学生讲授一部完整机器的组成时,联系到日常生活中常见的自行车,人是自行车的动力部分,链条是传动部分,车头是控制装置,车轮则是执行部分。这样不仅很快的调动了学生们的兴趣,而且使他们更好的了解掌握了这些名词。
在给学生讲授渐开线直齿圆柱齿轮几何尺寸时,给学生设计了一个情景:在前不久,一台车床出现故障,此设备运行时会有噪声,陈师傅打开主轴箱发现一个齿轮磨损严重,因此交给小王一个任务:带着一张写着模数、齿数及相关参数到仓库去找一个齿轮进行更换。小王拿着师傅写的条子奔到仓库,结果愣住了……
同学们在看到这个情景时,都非常感兴趣,积极讨论,各抒己见。
这个情景完全就是一个实际生产实例,涉及到的知识点有标准直齿圆柱齿轮几何尺寸的计算、用千分尺测量直齿圆柱齿轮的几何尺寸、齿轮的失效形式等等。通过这个情景同学们不仅能够很好的掌握理论知识,而且在将来的工作岗位上碰到类似的问题,他们解决实际问题的能力将不可低估。
2.2、边学边练,理论联系实践
“纸上得来终觉浅,绝知此事要躬行”,职业教育具有自己的特性,动手能力的强弱直接决定了学生的就业。学校也非常重视学生实践能力的培养,实训基地的创建,校办工厂的运营等等都为培养学生实践能力提供了条件。
曾听过有些企业抱怨一些学生动手能力差,对于每批新进的员工企业都必须安排几个月的时间在生产一线进行培训,而不能直接拿来就用。我们学校每学期每个班都有四五周的时间去实训中心学习,不仅如此,学校还同企业积极联系,带领学生进入企业进行生产实习,不断提升自身能力,为将来进入社会做好铺垫。在实训中心和企业的锻炼促进了《机械设计基础》课程的学习,《机械设计基础》课程学习使学生的实习效果更佳。
2.3、紧抓科技前沿,拓宽知识面
作为老师要以自己广博的知识量,尽量让学生们在有限的教学中了解更多。这对于我们教师来说更具挑战,不仅要对自己的专业知识精通,还要不断关注最新的前沿技术,不仅仅是局限于一个行业而是要对所有的制造行业都进行了解,只有这样才能够在课堂当中根据学生们不同的兴趣以及要求来进行教学。
教师通过对前沿科技进行提炼之后以浅显易懂的原理来教授给学生,任何看似多么复杂的机械都是由简单的机械原理所形成的,机械无论是简单如自行车亦或是复杂如航天器都是根据简单的机械原理所设计出来的。将复杂的、前沿的机器赋以最基本的原理使学生们更好的掌握《机械设计基础》这门课程。
3 结束语
《机械设计基础》是机械工程类各专业的主干课程之一,是培养学生机械设计能力的重要技术基础课。高职院校的学生,毕业之后就面临走向生产第一线,作为学生的引导者,要在平时的课堂教学当中融入案例,培养学生理论联系实际的能力。课堂教学中可以采取:结合生产实例,边学边练、参加校内实训和企业实习,了解科技前沿、拓宽知识面等思路,努力将高职学生培养成社会需要的高技能人才。
参考文献:
Abstract: Mechanical Design course is one of the important professional courses for electrical major. Aiming at the common problems in the teaching process of Mechanical Design, this paper proposed the reform in teaching content, teaching methods and assessment methods to stimulate student's interest in learning and improve teaching quality.
关键词: 机械设计;教学;改革
Key words: Mechanical Design;teaching;reform
中图分类号:G642.0 文献标识码:A 文章编号:1006-4311(2013)20-0284-02
0 引言
《机械设计》是一门理论性和实践性都很强的课程,是高等学校机械类专业开设的一门主干专业技术基础课,是对学生进行设计能力、创新能力、工程意识训练的主要课程[1]。通过本课程的学习,不仅要求学生掌握毕业后从事机械行业工作的基本知识和基本技能,也为本专业学生学习后续课程打下坚实的基础。目前,在实际的教学过程中主要存在以下问题:一是机械设计的教学内容覆盖面广,而学时相对较少;二是教材使用不科学,有些内容对培养学生的应用能力方面作用不大,但仍占用一定的课时;三是教学手段不够灵活多样,现代教育手段得不到正确使用,学生学习积极性不高,影响了教学效果;四是学生对实验教学重视不够,独立性不强,缺乏创新性;五是考核方式单一,容易造成高分低能现象。
针对上述问题,本文在教学内容、教学方法、考核方式三个环节上进行了课程教学改革,以期使学生不仅具备机械设计的理论知识,善于发现、分析和解决问题,同时具备一定的实践创新能力,为日后的学习深造和就业上岗打下坚实基础。
1 教学内容改革
教学内容的改革首要任务是课程体系以及教材的改革。既不能遗漏知识点,又要避免重复。在内容的处理和编排上要以“需要”为准绳,以“够用”为尺度,以“会用“为目标[2]。因此,机械设计的教材内容应围绕“掌握概念、突出技能、重在应用”展开。但目前的教材中,教学内容多而课时相对少,这就要求在教材的选择上既要有内容上的先进性,又要注意理论知识的深度把握;既要注意理论知识的学习,又要强调实际能力的培养,内容应“少而精”,制定合理的教学计划,做到有的放矢、学以致用,对于一些过深的、不必要的理论推导和证明应该删掉。例如齿轮传动中按齿面接触疲劳强度和齿根弯曲疲劳强度设计公式的推导过程;带传动中带即将打滑时紧边拉力与松边拉力之间关系式的推导等内容应该删去。同时,在科学地使用教材的同时,应与时俱进,跟踪科学技术发展在工农业生产领域中产生的新成果、新方法、新成果并及时补充到教材中去,开阔学生视野,启发学生学习的积极性和创造性。
2 教学方法和教学手段改革
传统的教学方法仍然是以课堂讲授为主,老师在教学中满堂灌,教与学的互动较少,不能很好的调动学生的学习积极性,更谈不上创造性。
新型的教学模式要求“以学生为主体,教师为主导,以能力培养为主线,以素质培养为目标”,因此要求我们丰富教学方法和教学手段。首先,应该将教学方式由以教师为中心转变为以学生为中心,实行课堂讲授讨论、学生独立思考的双向模式教学,加强师生之间的互动,师生可以共同的设问思考、问题延伸、知识拓展,从而激发学生学习的积极性和创造性。第二,采用启发式、类比式等多种教学方法来激发学生学习兴趣,加深知识点的理解与应用。比如,在轴的结构设计中,引导学生分析多种布置方案,从而找到最佳的方案,使学生运用发散性思维来考虑问题,强调学生的主动参与。第三,理论教学与实践教学相结合。在教学的过程中可以打破先理论后实验验证的陈旧模式,课堂教学也可从实验入手,再从实验中引入问题,这样具体而真实。比如讲解机构的机构运动简图画法时,可以让学生走入实验室,对着模型来学习机构运动简图的画法。这样的模式可以激发了学生的学习热情,增加学生学习的成就感。在课堂理论教学时,也可有选择性地将一些元器件带到课堂上去。第四,要将多媒体课件与黑板教学相结合。多媒体教学作为现代化教育手段应加以充分的运用。对于关键的理论推导、重要例题,教师可以在黑板上进行,而对于大量的概念以及图形,使用多媒体课件就可以省下很多时间。总之,多媒体课件以大量的视听信息、高科技的表现形式以及图形、图像的三维动画效果冲击了学生的思维兴奋点,使情景学习理论在教学中得到充分体现,激发了学生的学习兴趣,提高了教学质量。第五,可以经常聘请工程技术人员开设讲座,他们会给教学带来最新、最直接的知识以及人才需求,便于我们把生产第一线的科技信息带到课堂上去,使我们的教学真正能够与时俱进,符合社会发展需求。
3 重视实践教学
适用性和实践性是机械设计课程的特点,所以实践教学环节是本课程的重要环节[3],应该予以重视。实践教学主要包括实验和课程设计。
目前开设的实验主要是认知性、验证性实验。这些实验不利于学生培养全面思考问题的能力和创新性、发散性的思维能力,更不利于学生过硬技术应用能力的形成。因此,有必要对实验教学作一改革。首先,加强应用性的基础实验,例如组织学生装拆与专业相关的机器,这样可以锻炼学生的操作能力。第二,开设创新性和综合性实验[4],如对常见结构进行创意组合,由学生自己设计机构用途,画出机构简图,并分析其可行性。第三,开创大学生创新实践项目,组织学生自己设计新机构或对已有的机器机构进行改进,然后自己整理成论文、申请实用新型专利等等。
课程设计环节是机械设计教学过程中必不可少的环节。改革课程设计的教学模式,加强学生创新设计能力的培养也尤为重要。可以组成兴趣设计小组,让学生在设计过程中对现有的问题提出创新性解决方案;课程设计中要以学生为主,教师只起指导作用,引导学生将所学习过的理论知识应用到课程设计中;重视答辩。这样学生才会真正重视课程设计,才会真正独立完成。
4 完善考核方式
传统的考核方式就是闭卷考试,这样容易使学生平时不好好学习、不重视实验,考前临时抱佛脚,造成高分低能的现象。因此,考核方式可以改革成由闭卷考试、实验实训成绩、平时成绩三部分组成。其中闭卷成绩占60%,实验成绩占30%,平时成绩占10%。实验实训成绩的考核主要以实验实训操作及实验实训报告是否规范准确为主要依据。对开展探索性、综合性实验的学生要提交论文;对于有创见的学生,成绩从优。平时成绩的考核则可以从考勤、每次的作业完成情况来进行。考核方式的多样化可以使学生平时按时认真地学习,重视每次的作业和实验实训,使学生累积好扎实牢固的知识基础,从而提高教学效果和质量。
5 结论
机械设计是一门理论性和实践性都很强的课程,而机械设计是设计,是有别于别人的东西,培养学生的创新能力和综合素质还是需要我们教师不断地在实践中摸索和思考从而不断改进理念和教法的。几年下来,通过对课程改革的研究和探索,在黄河科技学院确实取得了较好的效果,但是我们还应该在以后的漫长教学过程中不断完善和深化,从而不断提高教学质量和教学效果。
参考文献:
[1]赵小平.机械设计基础改革探讨[J].装备制造技术,2013(2): 211-212.
[2]吴琳.电工电子技术课程改革教学的思考[J].中国科技信息,2010(16):260-261.
关键词:《机械设计基础》课程;教学内容;教学模式;课程特色
《机械设计基础》课程是高等院校机械类或近机械类各专业的一门重要的专业基础课,具有很强的理论性和实践性,是专门培养学生具有一定机械设计能力的课程。《机械设计基础》课程于2010年被学院确立为精品课建设项目,2012年12月通过验收。经过两年多的建设,在优化教学内容、改进教学方法与手段、改革实践教学环节、创建“立体化”、“系列化”教材等方面形成了一定的特色也取得了一定的效果。在学院成功改设为沈阳工学院这个新形势下,对《机械设计基础》课程教学有以下几方面的设想:
1. 修订教学目标
基本知识目标基本相同,在能力目标上达到:
(1)具有绘制机构运动简图的能力、具有分析常用机构运动特性和应用常用机构的能力、具有合理确定机械系统(执行系统和传动系统)方案的能力;
(2)具有合理选用和设计常用机械零部件及简单机械传动装置的能力;
(3) 具有运用标准、规范、手册、图册等有关技术资料的能力。
在素质结构目标上达到:
(1)培养学生具有发现问题、分析问题和解决工程实际问题的能力;
(2)培养学生具有创新设计思维的能力;
(3)培养学生职业素质和岗位技能。
2. 构建新的课程体系
今年,在新的教改形式下,学院各专业在基础教育阶段实行大学科前提下的统一授课的教学模式。在这样的背景下,专业基础课也应转变教学理念,建设适应性强、易于实施创新的专业基础课程群,从根本上改变课程教学被动适应的局面,开创充满活力和新意、基础宽厚、专业适应性强的课程教学新局面。
机械与运载学院各专业基础课程有:工程制图与计算机绘图、互换性与技术测量、工程力学、机械设计基础。此专业基础课群也采用统一授课的教学模式,这样依托一定的项目训练将相关课程按其应用重新规划和重组,使相关知识有机结合,互为补充,互相照应,既避免了内容重复,又强化了彼此关联,更重要的是它们以相互关联的形式出现,有利于实施项目教学或案例教学,提高学生综合应用能力、实际思考能力和创新设计能力。建立专业基础课群也利于教学组织和管理,真正做到教、考分离。
专业基础课群在相同学时的理论教学中,注重基本原理和基本方法,在实践环节设置中,通过不同的项目及时间的长短来体现各专业人才培养目标。对专升本和考研的同学可以另行开班。
3. 教学内容体现应用与创新
根据本门课程的教学目标,将本科的各专业教学计划基本整合为96学时,其中包含6学时的课内实验。理论教学侧重常用机构和通用零部件的选择及常用机构和通用零件设计。在教学内容中穿插一些由工作经验编制而成的案例,以工程案例、实验和课程设计为主线,重点突出应用,如平面四杆机构类型中,每种类型都有应用并以选择题的形式进行能力测试;在常用间歇机构中,以牛头刨床、电影放映机等讲解应用;在轮系功用中,以汽车变速器和汽车后桥差速器为例讲解轮系的变速变向功用和运动合成与分解功用,并能融合职业岗位培训内容,讲解一些设备维修和维护的知识。配合新的课程体系,依托项目的机械设计基础课程建设安排了多个项目:颚式破碎机各构件尺寸设计、内燃机配气机构凸轮的设计、牛头刨床中摆动导杆机构及棘轮机构的设计、牵引机中单级圆柱齿轮设计、万能分度头的蜗杆传动设计、汽车变速器各档传动比的计算、分路传动中各齿轮传动比的计算、离心机普通V带传动系统设计、粘胶自动筛滤机连接螺栓及键的设计、二级圆柱齿轮减速器输出轴及轴承设计。
4. 改进教学方法与手段
(1)运用多媒体教学课件、动画演示等手段进行直观高效、生动形象的教学,将抽象的内容形象化,提高学生学习的主动性和积极性,充分调动学生潜在的创造性思维能力。
(2)侧重讲解一些特殊的设计方法来体现创新内容,例如:在平面机构的结构分析中,讲解拆分杆组法、在同类型机构的演化中,讲解转换机架法、在凸轮机构轮廓曲线设计和周转轮系传动比计算中,讲解反转法。在创新内容中还应注意引导学生的发散思维,即一个原理或一种方法举出不同的应用实例,使学生的思维更活跃,并采用对比的方法说明不同原理或不同方法之间的区别,以便正确选用。
(3)采用对比方法讲解概念、原理及设计方法的不同点,达到理解后记忆。
(4)以工程案例、实验和课程设计为主线,运用启发式、讨论式、提问式等教学方法,讲练结合。
(5)加强综合性设计实践环节的开发,组织学生构建机械运动方案创新设计案例展示、典型机械零部件结构表达展示以及评选优秀课程设计作品竞赛等活动,以培养学生的工程综合应用能力和创新能力。
(6)教学内容的改革相应的考试方法也随之进行了改革,其中平时成绩占50%,期末考试占50%,平时成绩中期中考试占20%,采用开卷或口试方式,提高学生的应用能力。
5.改革实践教学环节
在实验教学环节上,加大实验项目的开发,构建必修、选修和开放性实验教学体系。机械设计基础课程目前可以开出必修实验项目5项,10学时:(1)齿轮几何参数测量实验;(2)齿轮范成原理实验;(3)机构运动简图的测绘与分析;(4)减速器拆装实验;(5)轴系零件组合设计。开出选修实验项目1项:机构运动方案创新设计。各专业结合本专业的特点合理制定实验学时和项目。通过这些设计型、创新型实验的开发,可激发学生学习本门课程的兴趣,培养设计能力和实际动手能力以及创新思维能力。
在课程设计的实践环节上,增设一周的机械原理部分课程设计,设计题目有插床机械、压床机械和牛头刨床。机械设计部分的课程设计题目仍为二级圆柱齿轮减速器设计,但类型设定为直齿和斜齿,工作条件分为三种,工作机的各参数数据有三十余种,能够做到同一时间做课程设计的学生一人一题。还可以让少数学习好的学生自愿选择圆锥齿轮减速器和蜗轮蜗杆减速器题目进行设计[1][2]。
6. 创建“立体化”、“系列化”教材
(1)根据机械专业基础课群新的课程体系需要编写以项目为依托的《机械设计基础》主教材。教材注重联系工程实际和新技术的应用,在“以应用为目的,以必须够用为度“的原则基础上,各专业统一使用。
(2)配套教材
按照教材建设的需要,编写各项目的设计说明书、编写《机械设计基础》实验指导书等配套教材。
(3)多媒体课件
按照新课程体系的需要,重新修订《机械设计基础》教材配套的多媒体课件。
学生获得知识的丰厚程度和工作能力是教学改革是否成功的标准。为适应新形势下的需要,通过对教学目标、课程体系、教学内容、教学方法与手段、实践教学环节等方面的改革,必将取得较好的效果,为《机械设计基础》精品课建设做出应尽的贡献。■
参考文献