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机械制造工程是机械设计制造及其自动化专业学生必须学习的一门主要专业必修课,其为专业核心课程。课程内容涵盖刀具的结构与材料,金属切削加工的基本要素和基本规律以及机械加工设备的基本结构、工作原理等方面的专业知识。教学内容覆盖面广,技术原理及其方法的论述较多。如果按照传统教学方式按部就班地讲解各个知识点,学生学习主动性和动力不足,教学效果不佳。因此需要采取相应措施改进教学方法,增强学生的学习积极性,提高教学质量。
一、教学中存在的几个问题
(1)机械制造工程课程内容枯燥,知识点较多,知识点与知识点之间缺乏衔接,且比较零碎。如果以简单的讲授法上课,学生课上很快就会失去兴趣。所以提高学生的学习兴趣,课上吸引学生注意力,这是改善教学质量的关键。
(2)一些学生已有一定的专业基础,自认为老师所讲的都已学过,于是思想懈怠,不愿认真听讲。技本学生在入校时已学习与机械相关的专业知识,对机床的结构和金属切削要素等相关理论知识有了一定的了解;部分拥有车工中级证书或高级证书的学生在实训过程中对机床的实际操作和结构比较了解,具备较好的专业基础;前期的学习使学生们更容易接受和理解机械制造工程课程中的知识点和专业词汇,如“进给量”“切削深度”“积屑瘤”“机床的刚性”等。但是,很多学生认为自己对课本上的内容已有所了解,因此上课时不注意认真听讲、玩手机等情况较多。殊不知,在技校中学习的机械知识内容一般比较浅显,而大学专业课程教学中的学习内容更加深入和系统。
(3)基础理论知识缺乏,学习兴趣不高。在技校学习过程中,学生以练习实际操作为主,基础理论课程如高等数学、物理等学习不够深入,稍微遇到有点理论深度的知识点,学生就难以接受。如在讲解如何理解切削力经验公式时,大部分学生表示很难理解单因素法和对数坐标系。此外,部分学生养成了不重视理论知识学习和学习不求甚解的习惯,而这会直接导致其专业知识掌握不扎实,对复杂、深入的专业知识无法理解。
二、改进措施
1.结合教学内容,采用启发式教学
机械制造工程课程中,阐述切削加工设备及加工工艺的基本概念、组成及原理的内容较多,内容冗杂,比较枯燥。教师可采用启发式教学引导学生课上思考,调动学生的主动性和积极性。采用这种方式不但可以使学生学好基本概念和原理,还可以培养学生的推理能力和分析问题的能力。如在讲解切削热时,教师可先给学生讲解古人钻木取火的实例,然后提问切削热是怎样产生的,学生很容易就能想到切削热是由于机械能转化为热能而产生的。随后再提问学生机械能主要通过哪两种方式转变为热能的。这就要求学生结合前面学习的“切削力产生的两种方式”进行思考。通过这种教学方式,学生可主动参与教学环节,发展了逻辑思维能力,同时将前后知识点衔接起来,理解更加深刻。
2.采用多媒体和三维绘图软件进行辅助教学
教师采用多媒体和三维绘画软件进行辅助教学可使各知识点循序渐进地出现,使上课内容层次鲜明、生动,学生更容易接受。另外,教师还可以利用多媒体播放实际加工过程中的高速摄影、录像,丰富课堂内容。如在讲“积屑瘤的生长为一个动态过程,同时生长,同时剥落”这一特点时,给学生播放积屑瘤的高速摄影录像,学生就能很容易地理解积屑瘤的生长动态过程。另外,在讲解积屑瘤对切削过程的影响时,通过播放实际加工录像,学生就能理解积屑瘤具有增大刀具的前角和增大切削厚度等作用。
3.采用教具进行辅助教学
机械制造工程是一门实践性很强的课程,课上仅通过语言表达和视频播放方式对某个知识点进行阐述则很难达到很好的效果。而配合实物对某些知识点进行讲解能使教学更加直观、形象,提高学生的感性认识,同时增强学生的学习兴趣。例如,在讲解车刀和麻花钻的结构及标注几何角度时,借助录像或三维软件教学,学生基本上能够准确掌握各角度的概念。在此基础上,再对实体刀具如45°外圆车刀、切断刀等知识进行讲解,引导学生在实物上建立坐标系,在黑板平面(通过旋转使其与基面或切削平面或主剖面平行)上进行投影,这样学生能够较快地画出刀具的各个角度,如前角、后角、主偏角、刃倾角等,对这些角度的概念理解更加透彻。
4.结合工程实例和实验实训,讲授理论知识
机械制造工程课程与实际生产结合紧密,实用性强,课上结合工程实例来讲解,宏观上可使学生了解制造技术的现状和发展趋势,明白制造科学知识源于生产实践又服务于生产实践的道理。此外,可让学生感受到知识的实用性,增强学习兴趣和主动性,同时可使学生提前了解各种机械企业和企业中的工作环境,提前做好人生规划。例如,在讲解拉床的特点与原理时,为学生播放哈量集团加工游标卡尺时游标尺上的键槽加工过程,学生就能很明确地理解拉床的加工过程和特点,增强感性认识。教师课上还可向学生介绍哈量集团的生产状况以及企业对人才素质的要求,让学生明白课上学习的内容与就业息息相关,只有认真学习,才能发挥自身竞争优势。进行工程实例讲解可以拓宽学生的视野,使知识学习变得具体化、形象化,激发学生学习该课程的动力和兴趣。
另外,实验实训一方面可以增强学生动手能力,另一方面可加深学生对基本知识的理解。如在讲解切削力理论公式的建立时,刚开始大部分学生不明白什么是单因素法和对数坐标系。在完成切削力测量和测力系统标定实验后,学生通过实验建立了工艺条件下的切削经验公式,对单因素法和对数坐标系有了一定的了解。
三、小结
教学是一个不断探索、逐步完善的过程。为提高教学质量,教师需要针对学生的特点,因材施教。针对技本学生在学习过程中存在的一些问题,采用启发式教学方式,结合多媒体、教具、工程实例和实验实训,使枯燥、抽象的专业知识生动化、具体化、形象化、实用化,能够提高学生的学习兴趣,激发学生内在学习主动性,锻炼学生的逻辑思维能力,为我国的职业院校培养出合格的双师型教师。
参考文献:
“大众创业,万众创新”是现时代的鲜明主题,创业创新离不开扎实的工科基础,高等工程教育则为创业创新提供理论基础和人才储备。CDIO工程教育模式是近年来国际工程教育改革的最新成果。如何将这个工程教育界的最新成果引入国内,并本土化服务于我国的工程教育,国内学者做了大量的研究和工作。潘柏松等提出的S-CDIO培养模式,该教育模式是基于协同理论的CDIO工程教育模式,参与各方必须通力协作,在合作共赢的基础上致力于学生工程知识和能力的培养。吴鸣等提出以工程能力培养为导向的CDIO培养模式,认为工程能力是工科毕业生最重要、最基本的素质之一,工程教育从内容组织、培养方式、实施过程都要着力于培养学生的工程能力,借以提高工科学生的就业适应面。以上的研究成果对CDIO工程教育模式的本土化起了很大的引领作用,加速了CDIO工程教育理念在我国的进程和发展,推动了我国工程教育的发展。但是,纵观以上的研究成果,只就CDIO工程教育模式本土化过程提出相应的框架、课程体系、实施过程以及评价体系,鲜有将CDIO工程教育模式与具体专业知识、专业技能传授过程有机结合的本土化CDIO培养模式,因此,在我国CDIO工程教育模式本土化进程中,有必要研究CDIO工程教育理念与具体专业教学内容的深度融合。笔者在深入研究CDIO工程教育模式的理念、内涵和实施过程后,将CDIO工程教育模式与机械本科专业的基本知识与基础理论传授过程深度融合,提出了机械工程领域的CDIO(Mechanical CDIO,简称M-CDIO)项目教学体系,并对M-CDIO项目教学体系的内涵、特征以及实施过程进行了详细的阐述。
一、CDIO工程教育模式与机械本科专业教学的嵌合
1.CDIO工程教育模式。CDIO工程教育模式是由美国麻省理工学院和瑞典皇家理工学院等四所大学组成的工程教育改革团队提出、并持续发展和倡导的全新工程教育理念。CDIO代表构思(Conceive)、设计(Design)、实现(Implement)、和运作(Operate),它是以工程能力培养为目标,将工科毕业生的能力分为工程理论知识、个人能力、人际交流与团队协作能力和企业工程系统运作能力4个层面,涵盖17种不同的主要能力,在执行操作层面细分为更具体的73种不同的技能。国外高等工科院校的实践证明:实施CDIO工程教育模式的学校,这4个层面得到充分培养和训练的工科学生,就业前景普遍看好,大都供职于大型的跨国公司。
2.机械工程本科专业的CDIO项目教学体系。以“厚基础,强能力”为人才培养目标的应用型技术大学,更重视学生工程能力的培养。CDIO工程教育模式的实施必须与专业教学内容深度融合,赋予它新的内涵与特色,图1(见下页)表示了CDIO工程教育模式与机械本科专业的有效嵌合。
由图1可知:机械领域产品开发的四个环节(模糊前端、设计阶段、制造阶段和产品销售)与CDIO工程教育的四个阶段(构思阶段、设计阶段、实施阶段和运作阶段)不谋而合。这样,在机械本科专业的教学中,以CDIO工程教育模式为纲领,以机械产品研发到产品运行的生命周期为载体,以学生为中心,以工程能力培养为目标,以“项目”、“微项目”为手段,将机械领域的基本知识和基础理论糅合在“项目”、“微项目”的方案原理构思,装配图、零件图设计,零件制作实施和产品销售、售后四个阶段,赋予CDIO工程教育模式中构思、设计、实施和运作四个阶段新的内涵,实现CDIO工程教育模式与机械领域教学的有机结合,形成了机械工程领域的CDIO(Mechanical CDIO,简称M-CDIO)项目教学体系,并具有以下特征。
1.良好的工程能力培养。在M-CDIO项目教学体系中,随着糅合了机械领域的基本知识和基础理论的“项目”、“微项目”实施,学生的工程理论知识、个人能力、人际交流与团队协作能力和企业工程系统运作能力4个层面都得到了全面、系统、具体的训练,培育满足现代社会和现代工程需要的、具有较强工程能力的工程技能型人才,符合我国应用型高校的办学定位和人才培养目标。
2.“情境式”、“体验式”学习工程理论知识的环境。在M-CDIO项目教学体系中,学生组成学习小组,通过相互分工、协作完成“项目”、“微项目”的形式学习机械领域基本知识和基础理论,改变了传统以“记忆、考试、拿证”为目的的工程理论知识学习模式,为学生提供了在学中用,在用中学的情境,实现理论与实践的有机联系和良性互动,使知识从实践中来,又回到实践中去,符合哲学领域的认识实践观。
3.“学生中心,教师主导”的授课模式。在M-CDIO项目教学体系中,需以学生为中心,以“项目”、“微项目”为抓手,针对机械工程专业每门课程的特点,设置若干个糅合了课程的基础知识和基本技能不同的“项目”、“微项目”。课程的学习,先通过教师授课,讲解本课程的基本概念、知识点,然后让学生完成这些“项目”、“微项目”来再现、巩固课程知识,使一些抽象的概念具体化,使过去从实践中抽象而获得的知识、理论重新回到工程实践中,指导实践,学生在实践中主动、积极地学习课程知识。
二、M-CDIO项目教学体系在机械工程本科专业的实施过程
机械系统一般由动力系统、传动系统、执行和控制系统等子系统组成。机械类本科专业毕业生应该具备根据机械系统的功能,能够独立地完成机械系统构思、设计、制造和运作的基本能力,为社会、企业提供优质高效、物美价廉的机械产品。如果将机械系统功能、结构的完整呈现看作是一个大“项目”,则系统中的子系统功能、结构的呈现可以看作是一个“微项目”。M-CDIO项目教学体系的实施,关键在于对“项目”、“微项目”的具体落实和完成,大致要经过以下过程。
1.“?目”总体方案原理设计。根据机械系统的功能要求,确定机械系统的基本工作原理,进而获得完成该功能的技术系统,确定总体的主要参数和结构布局设计,形成机械系统总体方案设计图和结构布局图,同时编写总体设计报告及技术说明书,为“项目”的顺利实施和完成奠定基础。
2.“微项目”方案原理设计。根据图的机械系统组成,设计实现各个子系统功能的方案原理,确定实现各个功能的具体机构,形成机构原理图,编写“微项目”方案设计报告及技术说明书。比如原动机采用电动机还是内燃机,传动系统、执行系统采用什么样的机构来实现,是集中驱动还是分散驱动等。“微项目”的功能原理与结构设计服务于“项目”的总体功能,受“项目”的总体结构布局约束。
3.“项目”、“微项目”的工程图设计。根据前面二步形成的图纸和设计报告,对“项目”、“微项目”进行详细的技术设计和结构设计,最终得到“项目”、“微项目”的总装配图、子装配图和零件图及设计技术说明书等资料。
4.“项目”、“微项目”制造工艺、工装设计。根据现有的制造工艺水平和设计的技术要求,设计零件的制造工艺和装配工艺以及相应的工装夹具。形成“项目”、“微项目”完整的制造工艺过程,并编写制造工艺规程及技术文件,比如绘制工序图,制定工序卡,确定切削参数等。最终得到能完成预定功能的机械产品。
5.“项目”、“微项目”过程管理与运作。由于团队的分工和协作,上述过程离不开“项目”、“微项目”的过程管理与运作。过程管理与运作可以使“项目”、“微项目”按顺序、有步骤、有目的地齐头并进,而不至于出现“短腿”现象,缩短“项目”、“微项目”进程。同时,过程管理与运作还与机械产品后期的营销与售后服务等业务流程有关,也与学生个人的组织、沟通、交流与协作能力息息相关。
上述过程中,第一、二步为“项目”的方案设计阶段,属于M-CDIO项目教学体系中的C阶段,即构思阶段;第三步为“项目”的图纸结构设计阶段,属于M-CDIO项目教学体系中的D阶段,即设计阶段;第四步为“项目”的生产制造阶段,属于M-CDIO项目教学体系中的I阶段,即实施阶段;第五步为“项目”的营销与售后服务阶段,属于M-CDIO项目教学体系中的O阶段,即运作阶段。在M-CDIO项目教学体系中,随着糅合了机械专业基础知识和基本技能的一系列“项目”、“微项目”的实施和完成,学生不仅在工程理论知识、个人能力、人际交流与团队协作能力和企业工程系统运作能力4个层面都得到了全面、系统、具体的训练,而且熟悉了“项目”、“微项目”的操作流程,模拟企业项目的运作过程,使学生毕业后能更好的了解和融入企业,寻找到理想的工作。
三、机械本科专业实施M-CDIO项目教学体系的成效
自我校成为全国首批试点学校以来,机械学院在教学上始终坚持CDIO工程教育模式,经过七八年的摸索和实践,形成了自己特色的M-CDIO项目教学体系,具体体现在学生补考率、参加学科竞赛和学生就业率等硬指标上。机械专业自从实施了M-CDIO项目教学体系,专业基础课比如理论力学、材料力学、机械原理、机械设计等都是学生补考率很高的科目,近4年来学生补考率逐年下降,学生组队参加学科竞赛获奖数逐年增加,获奖质量也得到改善,2012年国家级获奖为0,2013年获得0的突破,到2015年获得国家级奖项7项,省级获奖也在逐年增加,2015年达到52项,历年最高;机械工程本科专业毕业生的平均就业率不仅从2012年的86.6%上升到2015年的95.69%,提高了近10个百分点,成效相当可观。
关键词:工学结合 机械设计基础 项目驱动
一、引言
在高职院校当中,机械设计基础课程是一门非常重要的专业课,一方面要让学生认识到使用机械装置的作用,另一方面也能够作为学生学习其它课程的桥梁。该课程的理论性和实践性都很强,不仅要求学生掌握机构、构件以及机械的基础理论知识和通用零件的工作原理等知识,还要利用学会的知识应用到工程实践当中。学生需要在该课程的学习过程当中培养分析、选用、设计简单的机械传动装置和简单机械的能力以及对通用零件进行维护和管理的能力,因此,如何在工学结合的模式下更好地做好机械设计基础教学,成为一个非常重要的问题。
二、工学结合模式下做好机械设计基础教学的教学方法
1.项目驱动法。在项目驱动法当中,直接采用实践项目作为教学的内容,一边实施项目,一边学习和巩固知识,打破了传统的教学方式。由于在项目驱动法中学生亲自动手参与了项目的制作,能够在实践当中灵活地应用学到的知识,在操作中进行项目相关参数的选择以及计算等等,让学生理论和实践解决问题的能力以及综合应用能力得到了充分的培养,最终通过成功制作项目,让学生获得成就感,让学生学习的主动性和积极性得到了激发,让学生的综合素质得到了全面的提高。
在教学中,教师设计的项目是否适合学生参与,会对学生对该阶段知识点的掌握造成直接的影响,关系到教学目标能否顺利实现。项目的设计工作对于教师有较高的要求,首先要求设计的项目的难易度要适当,其次设计的项目要体现适应性、先进性以及创造性。
2.现场教学法。在之前的教学当中,通常以课堂教学的形式来实现机械设计基础课程的教学,往往过于重视课程的基本理论,内容枯燥、繁琐,很难激发学生的兴趣和学习主动性,让学生很难集中注意力听讲和思考,不能很好地理解教师所讲的内容。而现场教学法就是让学生完成教师设计好的实验,通过对实物的结构进行观察和实际操作,更好地掌握书本上的知识,训练学生的动手操作能力,能够有效地让教学目标得到实现。
现场实验教学是通过实验活动,让学生得到现场的指导,更好地学习书本上的理论知识并应用到实验当中,让学生的综合素质得到有效的提高。在现场实验教学当中,教师应该重视实验活动的设计,有机结合学的创新和教的创新,学法和教法并举。例如,教学内容可以选择比较重要的轴系结构分析,让学生通过分析、拆卸以及测绘等手段相互讨论,教师在旁辅助,让学生最终能够直观地对齿轮、轴以及键等相关知识点以及和密封等基本知识进行掌握,让学生的观察分析、合作精神和实际操作等技能得到充分的培养,提高综合素质。
3.逆施法。逆施法就是先实践后理论,先让学生通过项目对机器的工作结构、外部形态以及实现动作的原理和方法进行观察。例如在教齿轮传动时,先让学生对圆锥齿轮、直齿圆柱齿轮以及齿轮齿条的真实传动进行观察,再让学生学会怎么计算齿轮的相关参数,对传动的特点、精度等进行掌握,让学生的实际操作能力和分析能力得到培养。
4.分层教学法。学生是具有个性差异和独立人格的人,只要让学生的动机、兴趣、注意力以及情感等得到改善,智力因素相对落后的学生一样可以取得好的成绩。因此,这就需要有分层教学法。由于学生之间存在着一定的差异,为了能够让学生均衡地学习和发展,教师应该合理地设计教学梯度,实施分层教学模式,让每个层次的学生都能够学到最适合自己学习的东西。项目应该根据教学大纲的要求对能力点和知识点进行确定,分析需要重点掌握的内容。课程设计工作应该对学生的情况进行充分的考虑,再根据其知识和能力情况的不同而进行分层。
分层教学实践能够有效地让同一个班级学生学习差异较为明显的教学问题得到解决,同时也改善了个性化教学的实施。通过分层实施课程设计,让所有学生都能够锻炼自己的设计能力,打破了传统的设计方法,减少了抄袭的现象,让学生学到自己最想学的知识,让所有学生都能够完成设计、获得成就感,同时也让学生的竞争意识得到激发。
三、结言
综上所述,要想在工学结合模式下做好机械设计基础的教学工作,需要对多方面进行综合的考虑,采取从基本理论、基本知识和基本方法的理解掌握入手,结合实际训练,让学生的创造能力和设计能力得到充分培养的教学方法,并注意培养与教学目标相适应的学习方法,让机械设计基础这门课从教学内容到学习方法以及教学方法能够让学生更加有利地发展智力、掌握知识、启迪创造性思维、形成设计能力,从而有利于专业课的学习,让学生的从业能力得到有效的提高,适应工学结合,也能够让高职院校教学人才培养目标的要求得到实现。
参考文献
论文摘要:《机械设计基础》是机械类专业的一门重要技术基础课,具有较强的实践性,其内容广,难度大,涉及很多抽象的理论知识,教学内容比较枯燥,学生在学习的时候缺乏耐心和兴趣,教学效果不理想。本文主要对这些问题进行分析解读,并提出了一些自己的见解,期望为培养学生的知识应用能力、创新能力和综合素质能力提供一些帮助。
[中图分类号]:TH11 [文献标识码]:A [文章编号]:1002-2139(2011)-17-0000-01
机械设计基础课程是一门用以培养学生机械设计能力的技术基础课,主要内容包括机械传动知识、常用机构、轴系零件等,本课旨在培养学生综合运用先修课程中所学知识和技能,解决机械工程实际问题的能力,结合各种实践教学环节,进行机械工程技术人员所需的基本训练,为学生进一步学习有关专业课程和日后从事机械设计工作打下基础,因此在近机械类专业的教学计划中占有重要地位和作用,是高等工科院校中近机械类专业一门主干课程,在人才培养的教学计划中占有重要的地位。作为基础理论课程,其概念较繁杂,同时也具有很强的实践性和应用性,所以教学过程中必须将理论和实践紧密结合起来,注重对学生解决实际问题能力的培养。然而当前教学中确存在着一定的问题,影响了教学效果。
1.机械设计基础教学重点
机械原理教学重点要求学生掌握运动副的分类和表示方法,机构自由度的计算、机构运动简图的绘制、铰链四杆机构的基本形式及其演化、图解法绘制盘状凸轮机构、齿廓啮合基本定律、设计渐开线齿轮传动的基本尺寸以及轮系传动比的计算等。本部分的基本概念和基本理论比较抽象,如机构自由度计算中虚约束的判断、平面连杆机构曲柄存在条件的判定、滚子半径和基圆半径对凸轮轮廓的影响、渐开线性质等。这些内容学生在学习时既看不到,又摸不着,使教学中存在着很大的难度。实验教学也是机械设计基础课程的一个重要的实践性环节,是培养学生动手能力和工程意识、检验知识的重要手段。实验内容主要有:常用机构、机构运动简图绘制、齿轮范成实验、机械零件现场教学、齿轮减速器拆装等。机械设计基础实验多以验证性的实验为主,学生只需按照实验指导书所列步骤进行,缺乏主动参与意识,这样不利于学生自主学习能力的培养。
2.机械设计基础教学中存在的问题
随着教学改革的深入和课程体系的调整,《机械设计基础》课程的知识不断更新,学时逐渐缩短。但随着科学技术的进步和机械学科的发展,本课程需要向学生讲授的内容越来越多。由于该课程涉及知识点多、难度大,并具有一定的实践性,致使学生对各章节之间的教学联系缺乏清晰的认识,学习效果差。而教学中,有些教师只满足于给学生讲道理,以为道理讲清了,任务就完成了。这样的教学过程完成后,学生仅仅简单地记住了一些名词术语或要点,对知识点的理解和运用仍然没有质的提高。显然,传统的教学方法存在着理论与实践相分离的现象,不能很好地解决该课程的重点、难点。为培养高素质技能型人才,满足社会不断发展的要求,对教学方法的改进迫在眉睫。
3.机械设计基础教学方法改进措施
3.1改革课程设计的教学模式
传统的课程设计教学模式是集中用两周的时间要求学生就某一课题进行设计,完成机械系统总体方案设计、机构运动设计、通用零部件工作能力设计和结构设计等内容,设计性内容和计算量比重较大,时间紧、任务重。因此,在教学中,可以将课程设计的内容分解在理论教学的各个章节中,让学生带着任务去学习,而到最后课程设计就比较简单了,提高理论学习的积极性,综合应用能力也得到了提高机械设计基础不仅要培养学生掌握机械技术的基本知识、基本理论和基本技能,更要培养学生的设计创新能力和解决实际问题的能力。课堂教学要并注意培养目标与教学目标相适应,以更符合高等职业教育人才培养目标的要求。
3.2分利用多种教学手段
要充分利用有利于改善教学效果的多种教学手段。在教学实践中,充分利用实物、模型,增强学生的感性认识;通过多媒体课件教学使学生对各种机构的工作原理及在各种机械中的实际应用有深入的了解,提高学生的工程意识,激发学生的学习兴趣。可以引入CAI教学课件展示各类机构的运动过程,呈现不易观察的零件内部结构与动态特征,演示实际加工机床的运动与加工过程等,使学生的视觉活动和听觉活动有机结合,变枯燥的结构内容为形象生动的内容,增强学生的感性认识,启发和引导学生积极思维,增强教学效果。使用挂图、投影仪等则可省去部分在黑板上画图的时间。
3.3加强实验教学
要有效利用实验教学,由任课老师在课堂上做演示实验,以配合课堂教学。比如在讲解四连杆机构时,运用模型做课堂演示,让学生一边观察一边听讲,能使学生很快弄清曲柄、摇杆等构件之间的实际运动情况,理解了死点、急回特性等重点知识。另外,带学生在实验室进行实验,是很好的教学方式。它可以使学生对机械的运动情况观察得更仔细、更充分,同时还可以培养他们的实际动手能力,为此,要尽可能让每个学生都有机会亲手参加实际操作。为积极创造条件做好实验,任课教师应与试验人员密切配合,根据实验指导书的要求认真做好准备、讲解、指导及批改实验报告等工作,提高实验的质量和效率。
3.4加强实习教学
实习教学是培养学生动手能力的主要手段。《机械设计基础》课程可以结合专业实习来进行。具体来说就是在专业实习前,任课教师根据教学内容拟出实习思考题,让学生带着机械设计基础问题去实习,启发学生自己动脑去发掘尚未掌握的知识,寻找尚未知晓的事物。例如,在齿轮传动机构拆装实习时,可通过对传动齿轮的装拆和齿轮侧隙的测量进一步理解中心距可分性原理,再通过讲解,启发学生自己开动脑筋充分分析,热烈讨论,去理解该原理的现实意义,即生产实际中齿轮的装配虽不按标准中心距安装,但仍然可使传动平稳的道理。因此,《机械设计基础》任课教师应充分利用好专业实习时,认真加以引导,提高学生的积极性和思维能力。
《机械设计基础》教学应与生产实践、技术推广、社会服务紧密结合,更好地面向社会、面向市场,适应企业需求和岗位需要,与生产实践紧密结合。《机械设计基础》课程教学方法还需要教师在教学实践中不断地创新、总结和完善,才能更好地进行教学。
参考文献:
[1]徐锦康,周国民,刘极峰.机械设计[M].机械工业出版社,2000.
关键词:地方本科院校;应用型;机械原理;双语教学;改革
作者简介:解芳(1981-),女,江苏滨海人,南阳理工学院机械与汽车工程学院,副教授;庞兴华(1955-),男,河南南阳人,南阳理工学院机械与汽车工程学院,教授。(河南 南阳 473004)
基金项目:本文系南阳理工学院2012年度教育教学改革项目的研究成果。
中图分类号:G642.0 文献标识码:A 文章编号:1007-0079(2013)34-0111-03
在经济全球化及高等教育国际化的大背景下,尤其是随着工程教育的理性回归以及“卓越工程师教育培养计划”的实施,市场要求高校培养拥有“国际视野”、能够进行“跨文化交流”、具有“国际合作和竞争能力”的高素质应用型人才,这给高校的双语教学工作带来机遇的同时更提出了挑战。[1,2]
一、地方本科院校开展双语教学的必要性
早在2001年9月,教育部就在《关于加强高等学校本科教学工作提高教学质量的若干意见》中对双语教学提出明确要求:“各高校要积极推动使用外语进行公共课和专业课的教学,特别是在信息技术、生物技术、新材料技术、金融、法律等专业以及国家发展急需的专业开展双语教学,力争三年内开发5%~10%的双语课,以提高高等教育人才的竞争力。”2010年,教育部在“卓越工程师教育培养计划”中对大学生的国际化培养提出了明确的要求:“参与高校要积极引进国外先进的工程教育资源和高水平的工程教师,要积极组织学生参与国际交流、到海外企业实习,拓展学生的国际视野,提升学生跨文化交流、合作能力和参与国际竞争能力。鼓励有条件的参与高校,培养熟悉某一国家文化、法律和标准的国际化工程师。”
目前,我国“211”和“985”重点院校如北京大学、浙江大学等高校的双语教学工作进展顺利,这些高校已在双语教学的教材编写与选用、师资队伍建设以及教学模式和方法改革方面取得了许多研究成果。然而,目前地方本科院校的双语教学工作在艰难推进中鲜有进展,其主要原因是地方本科院校的学生英语底子差、欠缺自学能力,同时双语教学资源及师资也相对匮乏。上述差异决定了地方本科院校难以模仿照搬重点院校的双语教学模式,因此如何基于自身特点探索一条适合于地方本科院校的双语教学模式是推进双语教学的关键。
机械与汽车工程学院的机械设计制造及其自动化专业(以下简称机制专业),是南阳理工学院(以下简称“我校”)创办较早的专业之一,同时也是我校率先启动“卓越计划”的专业之一。该专业以培养高素质应用型的机械工程师为目标,要求学生具有扎实的综合基础知识的同时,还要具有国际视野、跨文化交流能力以及国际合作和竞争能力。机械原理作为机制专业的核心技术基础课程,主要研究机械的基本概念、基本原理与基本设计方法,具有严密的理论性、逻辑性、系统性与工程应用性。因此针对机械原理课程开展双语教学,是提高学生运用英语进行国际交流合作的能力,培养高素质应用型的机械工程师的重要途径。
二、机械原理双语教学存在的主要问题
南阳理工学院机械与汽车工程学院(以下简称“我院”)从2008年开始就对机制专业机械原理课程实施了双语教学尝试,是我院率先开展双语教学的课程之一。经过近5年的探索实践,虽然积累了一定的双语教学经验,但是目前仍存在以下主要问题:
第一,由于学生英语水平参差不齐,故目前机械原理双语教学中使用的全英文教材不适合所有层次的学生,缺乏与全英文教材相匹配的中文讲义和中文电子课件,给学生的预习和复习带来了不便,导致英语水平较差的学生对机械原理双语课产生了畏惧甚至是厌烦情绪。
第二,在授课语言上,没有达到教育部要求的“教师须使用50%~70%甚至是100%英语讲授课程内容”,在实际的教学过程中由于学生的英语基础差以及双语教学师资资源薄弱等,仅仅达到了10%左右。
第三,双语教学的考核体系不健全,仍然以中文考核为主,如平时作业、练习、考试试卷均采用中文等等,导致学生双语学习的积极性不是很高。
第四,双语师资资源严重匮乏。由于我校为应用型本科,因此近年来大量引进双师型教师,目前,我院双师型教师比例已超过60%,虽然其中不乏实践经验丰富、教学能力优秀的教师,但是能够承担双语教学的寥寥无几。
以上问题严重制约了机械原理双语教学的进一步深入开展。
三、机械原理双语教学改革的具体措施
针对我院机械原理双语教学中存在的问题,主要从辅助教学资源构建、教学模式与教学方法改革、课程考核体系完善、双语师资队伍建设等方面开展了改革工作。
1.构建与机械原理全英文教材相匹配的辅助教学资源
在机械原理全英文教材相匹配的辅助教学资源构建过程中,主要从以下两方面展开:
(1)创建与选用的原版英文教材相匹配的中文讲义及电子课件。按原版教材的章节编制中文讲义,以保持英文的“原汁原味”;为专业词汇、术语等名称增加英文注释,书后增加中英文词汇对照表,以兼容中英文教材的优点;每章开头增加“本章学习指导”,对主要知识点及学习的重难点进行说明,使学生一开始就能对每一章的重难点心中有数;每章结尾增加“本章小结”,将本章重要知识点及专业词汇进行罗列总结,有利于学生对教学要点的理解和掌握,便于学生的自学。在电子课件中,遵循原版英文课件,将其转换为学生更容易接受的中文电子课件,对专业词汇、术语等名称增加英文注释,使学生掌握机械原理的基本知识点的同时熟悉机械类的专业术语及词汇。
(2)建立与考核大纲相匹配的中英文习题库及模拟试卷库。为了增加学生双语学习的积极性,让学生及时检查自己的双语学习效果,建立了题型丰富的机械原理中英文习题库及模拟试卷库,该试题库囊括了机械原理考核大纲中所有的考点;此外,习题库及试卷库都配有相应的标准答案,可供学生参考。
2.分步走、可持续地开展机械原理双语教学模式与教学方法的改革
双语课与专业英语的不同之处在于双语课是专业基础课,其主要任务包含两方面:一是使学生掌握扎实的专业基础知识,二是使学生掌握相关的专业英语词汇和科技文献的英文表达方式,提高学生在相关专业领域的英语听、说、读、写“四会”能力。因此,双语教学不能沿袭专业外语教学中的简单翻译模式,即将英文科技文献逐句翻译成汉语,讲授句子结构、语法、单词等,这是没有充分理解双语教学的要求,偏离了双语教学的目的。基于此,在机械原理双语教学模式的改革和实施中,主要从以下方面展开:
(1)采用“分阶段递进式”及“启发探究式”的教学模式。根据我校自身条件和学生外语基础普遍较差,英语水平良莠不齐等因素,采用“分阶段递进式”教学模式逐步推进双语教学。目前,机械原理双语课程教材选用的是高等教育出版社出版的全英文教材《Mechanisms and Machine Theory》,该教材浅显易懂,句子结构比较简单,只要学生掌握相应专业名词术语,就能读懂内容,非常适合我院学生。基于此,在双语教学的初级阶段,由于学生刚接触专业外语,专业词汇量有限,难免存在畏惧心理,因此在该阶段宜采用“半外型”教学模式,即使用全英文教材,教师基本用汉语讲授,只涉及少量零星的专业英文词汇,并将这些词汇进行整理汇总,便于学生记忆;随着双语教学的推进以及学生专业词汇量的增加,逐步由“半外型”过渡到“混合型”教学模式,即使用全英文教材,教师用外语和汉语交叉讲授,较浅显的内容用英语讲授,重点、难点以及较复杂的难以用英文解释清楚的原理用汉语解释。该循序渐进的教学模式可以兼顾学生英语基础的差异性,使英语基础差的学生跟得上,英语基础好的学生喂得饱。
另外,要充分调动学生对双语学习的兴趣,要打破国内传统的“以教为主”的课堂教学模式,构建一种在国外盛行的“以学为主”的新的课堂教学模式。在教学过程中,采用“启发探究式”,以“研究讨论”的方式引导学生探究问题,激发学生的创新思维。使学生在讨论中发现问题、解决问题,这样既有利于学生对相关知识点的牢记,又可以增加学生的成就感,消除其畏难心里,从而提高其学习兴趣。图1为“启发探究式”授课的程序模式框图。
(2)采用“正式合作式小组”研讨式的教学方法。基于优势互补及自愿结合原则,组建“正式合作式小组”,采用分工合作制,明确各组员的任务,如组长负责组织、策划;主持人负责主持讨论等。每一轮研讨可以轮流执政,让每位学生能承担不同的任务,各抒己见,集思广益,并明确自己的差距,有利于形成互相竞争、相互学习的良好局面。在授课前,给每一小组指定外文教材的某一章节或教师选编的英文阅读材料,并要求经过小组讨论后在课堂用英语向其他小组讲授或形成讨论报告,由教师及其他小组给其打分,并记入平时成绩,通过考核方式引导和督促学生提高英语学习效率,培养他们使用英语工具的习惯,提高学生双语学习的积极性。
(3)充分发挥多媒体教学手段的形象直观性。在教学中坚持传统教学与多媒体教学的优势互补,即要充分发挥传统教学特有的随机性、灵活性、及时性,同时要有效利用多媒体教学的形象性、直观性,将声音、动画、文字、图像等融为一体,以增大双语课堂教学的信息量,达到事半功倍的效果。如:在讲授凸轮轮廓曲线设计方法的时候,可以利用事先编制好的绘图程序,一步步演示凸轮轮廓曲线的设计步骤,这样不仅能够提高学生的学习兴趣,而且与传统的板书教学相比效率大大提高;在讲授齿轮渐开线齿廓的加工方法时,可以播放事先录制好的视频,这种清晰直观的图像有助于学生的理解。
3.完善机械原理双语教学考核体系
为了检验双语教学的效果,加强了对机械原理双语课程的过程考核,在综合考虑学生的平时表现、实验成绩和试卷成绩的基础上评定学生的最终成绩,其中平时成绩占10%,实验成绩占20%,考试成绩占70%。
平时表现包含三个方面:一是课堂发言及小组讨论是否积极,英文表达是否流利,尽可能要求学生用英语记课堂笔记,用英文回答教师提问;二是平时布置的课后作业(要求学生用英作业)是否能够认真完成,课后布置的专业英语扩展阅读是否能够认真完成;三是平时上课出勤率。
实验成绩一方面考查学生对机械原理基本知识点的理解情况,另一方面考查学生的实际动手操作能力。与以往机械原理实验以验证性实验为主,忽视设计性实验不同,除了开设机构运动简图测绘和渐开线齿廓范成原理实验以外,还增加了机构运动方案创新设计实验,学生在机构创新实验平台上,通过拼接、调试、运行等最终设计出具有确定运动的机构,这种“搭积木”的实验方式不仅有效提高了学生参与实验的积极性,而且大大提高了其动手能力。
以往该课程的试卷均采用传统的全中文命题形式,试题中体现双语的仅仅是10分的名词术语翻译题,不仅覆盖面小,难以囊括该课程的重点专业词汇,而且还占用了一定的分值,使考核专业知识考点题目的分值缩减到90分,这样在考点覆盖面和分值分配之间难以两全。为了解决这一问题,在2011级机制专业考核时使用了全英文试卷,这样所有的题型都是以考核学生的英语阅读能力为基础,并以考核学生是否掌握机械原理知识为目的,有效协调了专业知识与双语之间的矛盾。此外,在开课初期就告知学生本课程的考试为全英文试卷,以此提升学生双语学习的积极性。表1所示为采用全英文试卷考核后2011级机制专业三个班的卷面成绩统计表,可见三个班的卷面平均分都达到了命题期望值。其中11级机制卓越班的卷面平均分远高于其他两个班的,这是由于班级差异性造成的,卓越班是经过层层选拔重新组建的班级,该班学生英语及公共课基础普遍较好,而且在课程进行当中,该班完成了将英文课文翻译成中文的大作业,也一定程度上推进了该班的双语教学效果。
表1 机械原理双语课程全英文试卷考核卷面成绩统计表
(命题期望值70分)
班级 优秀(率)(90~100分) 良好(率)(80~89分) 中等(率)(70~79分) 及格(率)(60~69分) 不及格(率)(
平均分
11级机制
1班 8人
(14.5%) 6人
(10.9%) 15人(27.3%) 19人
(34.5%) 7人(12.7%) 71.4
11级机制
2班 9人
(16.4%) 16人(29.1%) 12人(21.8%) 11人
(20.0%) 7人(12.7%) 74.6
11级机制
卓越班 5人
(17.9%) 14人(50.0%) 6人
(21.4%) 3人
(10.7%) —— 82.6
表2 近三年机械原理双语课程考试卷面成绩统计表
(命题期望值70分)
年级 优秀(率)(90~100分) 良好(率)(80~89分) 中等(率)(70~79分) 及格(率)(60~69分) 不及格(率)(
平均分
2009级
机制专业 20人(16.7%) 40人(33.3%) 25人(21.0%) 21人(14.3%) 14人(12.6%) 75.6
2010级
机制专业 19人(16.0%) 43人(36.1%) 25人(21.0%) 17人(14.3%) 15人(12.6%) 76.9
2011级
机制专业 22人(16.0%) 36人(26.1%) 33人(24.0%) 33人(24.0%) 14人(10.1%) 75.0
表2所示为近三年机械原理双语课程考试卷面成绩统计表,其中2009级和2010级考核采用的是中文试卷,而11级采用的是全英文试卷,由此可知:全英文试卷的采用并没有对卷面平均分产生较大的影响,说明学生对全英文的考核形式是可以接受的,因此该考核形式可在今后的双语教学中继续推广。
4.双语师资队伍建设
近两年,我院大力引进具有海外留学背景的高学历人才,目前已引进一名留英博士和一名留法硕士,将他们充实到机械原理双语教学的队伍中,有效解决了双语师资短缺的问题。此外,我院充分利用与英国北安普顿大学合作办学的国际交流平台,一方面每年派遣1~2名双语教学骨干教师出国访学;另一方面英国北安普顿大学每年派遣2~4名外籍教师到我校讲学,在讲学过程中,要求相关课程中方教师必须跟班学习。通过学习国外大学相关专业的教材、教学模式和考核模式,有效提高了我院教师的双语教学水平。
四、结论
机械原理双语教学在我院机制专业开展了近5年,从教学效果来看,双语教学不仅使学生掌握了专业基础知识,而且开阔了专业视野,具有了一定的专业英语阅读能力。下一步将继续根据我校学生英语基础,制订合适的双语教学计划,并及时收集学生的反馈信息,适时调整教学进度计划与教学方式,争取在达到专业培养要求所具备的专业基本知识与技能的前提下,进一步提高学生的专业外语阅读、写作和交流能力。
参考文献: