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自动控制原理是机械类专业一门重要的专业方向基础课程,是控制类课程的核心,该课程与机械工程实际密切相关,课程教学中必须与机械类专业其他课程联系起来,要让学生对该课程引起足够重视,使该课程成为机械类专业后续课程的重要基础。为了掌握塔里木大学机械类专业学生在学习自动控制原理课程中的各种问题,也为了获得学生对该课程的意见和建议,帮助教师选取更实用的教学内容、采用合适的教学方法等,提高该课程的教学质量,帮助机械类专业学生学好这门重要的控制类基础课程。为此,对塔里木大学机械设计制造及其自动化、机械电子工程、农业机械化及其自动化三个机械类本科专业学生进行了自动控制原理课程的问卷调查,通过问卷调查发现学生在该课程中的各种问题,教师以此为重要依据,来进行课程教学改革,努力提高课程教学效果。
一、问卷调查的实施
(一)问卷调查内容的拟定。
结合机械类专业自动控制原理课程实际,设定如下的调查题目:大家认为学习自动控制原理课程的重要性如何?大家在学习自动控制原理课程时,遇到的最大问题是什么?大家认为自动控制原理课程中最难理解的是哪些知识点?大家的自动控制原理作业是如何完成的?大家在学习自动控制原理课程时,最感兴趣的是哪些内容?大家希望在自动控制原理教学中教师采用哪种教学方法?大家学完自动控制原理课程后最大的感受是什么?大家自己是采用哪些学习方法来学习自动控制原理课程的?请大家列出学习自动控制原理的收获?请大家列出对自动控制原理课程的意见和建议?以上这些调查题目,针对不同内容,有的给出了选项供学生选择,有的是让学生自行根据实际填写,通过问卷调查,充分挖掘学生在自动控制原理课程学习中的各种问题。
(二)问卷调查的发放和回收。
通过对机械设计制造及其自动化、机械电子工程、农业机械化及其自动化三个机械类专业已经学过自动控制原理课程的班级发放问卷调查,问卷采用不记名的形式,由学生自行根据自己实际情况如实填写。三个机械类专业各发放30份调查问卷,一共90份调查问卷,教师督促学生全部交回调查问卷。
(三)问卷调查的分析。
1.课程重要性认识方面。
大部分学生都明白自动控制原理课程的重要性,都懂得该课程是机械类专业控制类课程的基础,都能从心底里引起足够重视,只有很少一部分学生感觉该课程理论性太强,感觉好像在学数学,对于数学基础薄弱的这些学生来说,对该课程重视不够,甚至对该课程有抵触情绪,总的来说,大多数学生能重视这门课程,有学好该课程的强烈愿望。
2.课程学习中遇到的最大问题。
大部分学生表示,该课程学习中遇到的最大问题是课程对数学知识要求很高,学生在学习该课程时,必须先要翻阅数学课本,重新温习微分方程、函数、向量、拉普拉斯变换、拉普拉斯反变换、傅里叶变换、复数、矩阵等数学知识,所以数学基础薄弱的学生在学习该课程中,往往由于数学的问题,导致该课程上课时听不懂,跟不上老师的节奏,久而久之,就放弃了该课程。还要相当一部分学生反映,在该课程学习中遇到的问题还有结合图形分析,该课程的教学中,很多知识要通过图形讲解,分析问题也要涉及到画图,很多学生厌烦画图,所以学生感觉图形分析也是本课程的难点之一。
3.课程最难的知识点。
大部分学生表示,自动控制原理课程中根轨迹分析是课程最难的地方,因为根轨迹分析法比较抽象,概念不好理解,首先要画出根轨迹图才能进行分析,画根轨迹图必须要熟悉大量的绘制根轨迹的规则,学生对这些绘制法则比较模糊,理解不透彻,导致很难画出准确的根轨迹图,会影响对系统的分析。还有一些学生认为该课程另外一个比较难的知识点是系统的设计与校正,设计的步骤学生好理解,关键是系统设计中用到校正,学生不易理解校正的具体应用。
4.课程最感兴趣的内容。
学生普遍对该课程中自动控制的应用最感兴趣,学生普遍关注的是自动控制系统如何运行的,如何发挥出自身优势,如何能减轻人的劳动力。学生对自动控制的应用充满无限遐想,心里想着,生活中哪些方面可以想办法引入自动控制,以提高效率,减轻人的劳动。
5.期望采用的教学方法。
考虑到自动控制原理的图形多、公式多、分析方法多等特点,学生们普遍表示,该课程的教学中不能教师在课堂上满堂灌地讲概念、推导公式、介绍各种系统分析方法等,必须要采取新颖的教学方法,才能提高学生的学习兴趣,学生普遍表示,教学中要多举实例,每章结束后要及时总结,希望教师把每章的知识点能进行梳理,可以采用微课的形式对每章知识点进行视频表述,方便学生业余时间观看学习,在该课程的实验中,要改变单一的传统实验模式,可以在实验中引入仿真,这些新颖的教学方法,可以为学生营造轻松的学习环境,提高学生的学习积极性。
6.课程学习方法。
大部分学生表示,学习该课程主要靠课堂上听老师讲解,大部分学生课后只是完成教师布置的作业,作业完成以后就不再看书,对该课程的学习投入不够。将近一半的学生能进行课前的简单预习,极个别学生课前根本不预习。课程作业基本都是按照教师讲的解题方法或者参阅教材上的例题,按部就班完成任务,很少深入思考,极个别学生作业不会做,也不认真思考解决,为了完成任务而抄同学作业。
7.学完课程的收获。
学生普遍表示,学完自动控制原理课程,懂得了自动控制的概念、组成、类型、应用、要求等,明白了自动控制的重要性,特别是对于机械类专业的学生,非常有必要学好自动控制原理课程,因为很多的机械设备在工作中离不开自动控制,所以必须了解自动控制的最基本内容。学完该课程,了解了自动控制系统的分析方法和设计步骤,也学会了基本的判断自动控制系统能否稳定的方法等。学生在脑海里能把机械工程实际和自动控制联系起来,树立了机械工程背景。
8.对课程的意见和建议。
大部分学生建议该课程教学中,教师不能只讲课本理论知识,要多介绍自动控制在机械工程中的具体应用,要把该课程与机械工程实际结合起来,要多讲解自动控制案例,在课程教学中要利用好板书和多媒体,两者要良好结合,在课程实验中增加最新的仿真软件,来学会用计算机辅助系统的分析和设计,在教学中,教师要多把自动控制系统的前言知识和科研成果与课程内容联系起来,扩展视野。
二、自动控制原理课程教学改革的实践
针对在问卷调查中分析总结的问题,结合教师从事自动控制原理课程的经验,对机械类专业自动控制原理进行教学改革,以此提高该课程的教学质量,帮助学生学好该课程,为学生后续的专业课学习打下好的基础。
(一)课堂教学采用案例讲解和微课教学模式。
在该课程教学中,教师多查找机械工程实例,把课程知识与案例联系起来,为学生的学习树立机械工程背景,引起学生对课程的重视和学习热情。针对学生对每章知识点把握不准,在课堂教学中引入微课辅助,把每章重要的知识点制作成微课,学生对微课很感兴趣,除了在课堂上每章结束给学生通过微课总结,学生也可以利用课余时间观看微课视频,方便学生随时学习。在课堂教学内容方面,要针对学生学习该课程中遇到的困难,对难的内容要反复讲解,教学中要及时给学生补充复习数学知识,在学习方法上,要给学生正确引导,要让学生每次必提前预习,特别是涉及到数学知识时,要求学生课前必须先预习回顾数学知识,做到课堂听课时心中有数,能跟上教师的讲解节奏。要重视课程的作业,及时布置典型作业题,及时批阅,及时讲解作业题中发现的问题,使作业成为检验学生所学的重要依据。
(二)实验教学中增加系统仿真。
要改变传统的实验台接线验证实验原理的简单实验模式,在自动控制实验中增加计算机仿真,给学生提供新颖的实验模式,提高学生实验兴趣,让学生学会用计算机仿真来进行系统仿真分析和设计。
三、结语
通过在机械类三个专业学生中进行自动控制原理课程问卷调查,能更好地发现学生在该课程学习中遇到的问题,及时听取学生对课程的意见和建议,以此来进行课程的教学改革,一切为了学生,不断提高教学质量,帮助学生学好该课程,为学生后续的机械专业课学习打下好的基础。
【参考文献】
[1]买买提热依木•阿布力孜.民族班“自动控制理论”课程问卷调查及教学改革[J].电气电子教学学报,2012,2:23~24
关键词:机械设计基础;教学改革;教学研究;任务驱动
中图分类号:G642.0 文献标识码:A 文章编号:1007-0079(2014)11-0120-02
“机械设计基础”是近机类专业学生在学完机械制图、工程材料、材料力学等基础课程后进入专业课程学习前必修的技术基础课,包含机械原理和机械设计两部分的内容,内容多,涉及面广。因此,及时地发现学生在学习过程中的问题,并采取有效的措施改进教学方法,激发学生的学习兴趣,是教师教学方法研究的重要课题。
一、教学现状分析
1.先修课程开设不足
“机械设计基础”的主要先修课程有机械制图、工程材料、机械制造基础、理论力学、材料力学、金属工艺学、互换性与技术测量、金工实习等,只有学完这些先修课程,才能为本课程的学习打好基础。但是目前北京信息科技大学(以下简称“我校”)近机类和非机类专业上述先修课程存在开设不足问题,使本课程的授课讲解困难重重。
2.学生学习兴趣不高
“机械设计基础”课程涉及的基础理论内容较广,且相对独立,其特点是概念多,原理多,公式多,图表多,内容比较枯燥和单调,所学知识在学生以前的学习中很少接触,初学时往往会感到吃力。同时,“机械设计基础”课程是一门实践性很强的课程,学生缺乏工程意识和实践能力,容易导致学习效果不理想。
3.教学方法不当
目前尽管“机械设计基础”教学大多已采用了多媒体,在开课初期,多媒体丰富的动画的确可以调动学生的学习兴趣。但是随着教学内容的深入,由于多媒体教学提供的信息量大,速度快,学生对教学内容无法及时思考和总结,易造成填鸭式教学,便会感觉课程内容枯燥,进而失去学习的兴趣,进而影响教学质量。
4.考核方式单一
学生成绩的考核评定采用期末考试成绩(70%)+实验成绩(10%)+平时成绩(20%)作为最终的评定标准。由于“机械设计基础”是一门实践性很强的课程,这种简单评定标准无法全面反映学生的实际水平,也不能激发学生学习的积极性,因此对于学生成绩的考核评定方法应该进行适当的改革。
二、教学方法改革措施
1.优化教学内容
“机械设计基础”包含了机械原理和机械设计的两部分内容。两者的研究内容很不相同,主要内容是研究机械中的常用机构和通用零件的工作原理、结构特点、基本的设计理论和计算方法。[1]现有的教材,为了追求理论知识的系统性和完整性,致使该课程内容多,知识点散,且大多数偏重于理论分析,未考虑到近机类专业学生的先修课程开设不足的实际情况,例如带传动受力分析或齿轮传动设计的推导公式过于冗长,对于近机类专业学生不易理解和掌握,因此对教学内容进行优化,对一些复杂的的理论推导及证明予以删除,重点强调公式的实际应用。增加工程实例的讲解,同时把课程设计相关内容分解成若干任务融入课堂教学,使学生在学习“机械设计基础”课程内容的同时,能够将所学知识应用到实际设计中。
2.教学方法多样化,激发学生兴趣
为了提高学生的学习热情和效率,可根据教学内容的需要,灵活采用多种教学方法,发挥不同教学方法的长处。
(1)多媒体与板书相结合。“机械设计基础”是一门理论性和实践性都较强的课程。传统的“教师口述+ 板书”的授课方式,已不能满足现代教育的需要。适度使用多媒体教学方法,通过生动的动画、视频等多媒体手段,使学生更形象地理解机构工作原理和机器零部件的具体结构,能将抽象的、难以理解的内容变得简单直观,有利于学生理解其运动规律。在对重要知识点的公式进行讲解时,则以板书为主。通过“多媒体+板书”的授课方式,提高学生的学习主动性。
(2)现场实物教学。在教学过程中,安排学生参观机械零部件陈列室或实习中心,结合课程教学内容对照实物进行讲解,学生能够更加直接地感受到所学知识的实际应用,加深对教材内容的理解。对于比较复杂的部分,例如轴系结构的设计,可首先组织学生现场观察后亲自装拆,增加感性认识,然后再进行课堂讲解,使枯燥的教学内容变得生动。
(3)工程案例教学方法。由于“机械设计基础”各章节之间的内容自成体系,独立性强,知识点多,学生初学时很难把握课程的中心内容。采用典型、实用的工程案例方法进行教学,就能把这些独立的章节内容串联起来,同时可使学生直接接触到工程应用,激发学生的学习兴趣。例如,在讲解机械原理的内容时,可选择以冲床为例,逐步向各知识点辐射进行讲解,这样就把机构的运动简图画法、自由度计算、连杆设计、急回特性、运动分析、凸轮机构设计、齿轮机构设计和飞轮设计等知识点联系起来,课程的学习就会显得具有系统性,同时提高学生分析问题和解决工程实际问题的能力。
(4)任务驱动式教学方法。任务驱动式教学方法是以教学任务为主线,选取一个典型的项目作为总任务贯穿教学的始终,按知识点将总任务分解为若干个具体子任务,把课程教学的主要内容融入到总任务的各个阶段,使教材中各章节的零散知识有机地联系在一起,有利于帮助学生构建完整的知识体系。课程的总任务将在课程设计中得以充分体现。
在进行“机械设计基础”课程教学时,将“多媒体+板书”的授课方式贯穿始终,根据现有条件和教学进度,适时安排现场实物教学。在讲解各章知识点内容后,采用典型工程案例进行分析,在此基础上把各项子任务分配给学生,每个子任务都是总任务的一部分,并且相互关联,学生分组独立完成全部子任务后,总任务也就得以完成。通过多种教学方法的融合,充分调动了学生的积极性和学习兴趣。
三、任务驱动式教学方法的实施
任务驱动式教学方法是通过实施一个完整的任务而进行的教学活动,在此过程中把理论知识与实践活动有机地结合起来。笔者连续两年在2010级、2011级工业设计专业进行了“机械设计基础”教学改革。
1.任务的选择与设计
根据“机械设计基础”教学目标,笔者分别选取牛头刨床、带式卷扬机作为机械原理部分和机械设计部分的总任务,如表1所示,按机械原理部分的知识点把牛头刨床分为6个具体的子任务。如表2所示,按机械设计部分的知识点带式卷扬机分为8个具体的子任务,[2]在教学过程中,任务与教学内容有机地融合在一起,各个子任务之间可以是递进的,也可以是并列的,分别承载着独立的知识点。全部子任务完成后,经过合并整理也就完成了总任务,达到教学目标。
2.任务驱动式教学的实施过程
在任务驱动式教学实施过程中,教师根据教学内容编制好总任务书和各子任务书,学生每4~6人为一小组,以小组为单位完成任务。教师事先讲解教学内容的知识点,随后讲解其在典型工程案例中的应用,最后派发相关子任务,学生接到任务后,确定在各自小组内的分工及合作形式,对于学生遇到的问题,教师提供适当的指导和帮助,引导学生查找相关的设计资料,探索自行解决的方法,变被动接受知识为主动寻求知识,充分突出学生的主体性与教师的主导作用。
每一子任务完成后,各小组选择出一位同学进行试讲,展示本组任务成果,其他组同学可以对其成果提出质疑、进行评价。在这个过程中,可以培养学生分析问题和现场处理问题的能力。任务讲解完毕后,教师对出现的错误进行更正,对其成果质量进行评价,加深学生的印象,最后要求学生在进一步修改的基础上提交任务报告书和PPT。各子任务完成后,教师进行串讲,各小组在此基础上整合原有成果,完成总任务的设计。[3,4]
3.考核评价方法的确定
根据任务驱动式教学方法的特点,该课程最终的评定成绩将由平时成绩、综合能力成绩、实验成绩、期末考试成绩几部分组成,可以更全面地反映学生的实际能力和学习情况。成绩评价的重点放在过程之中,激励学生进行自主性的学习。[5]
四、结束语
任务驱动式教学方法,是在教师主导下,以典型任务为驱动,学生以组为单位独立完成一系列子任务,最终完成总任务的一种教学方法。学生通过分组讨论、查找相关设计资料、理论分析,自行寻找完成任务的方法,最后在老师的指导下完成工作。
实验证明,采用任务驱动式教学使学生学习本课程的积极性得到极大激发,取得了明显的教学效果。通过小组内成员之间以及师生之间的讨论、沟通、合作和交流,既培养了学生的团队合作精神,又使学生理论联系实际,锻炼了分析问题、解决问题的能力。课程结束后,学生普遍认为收获很大,综合素质得到了提高,随之积极参加、开展学校的各种课外科技活动。
在教学改革的过程中,也发现了一些不足之处,比如目前与任务驱动式教学相关的教材、讲义比较少;总任务的数量比较少,有待进一步开发更多典型的任务;在实施过程中,组内个别成员过度依赖其他同学。教学改革是一个动态的过程,针对上述问题,笔者将在今后的教学过程中不断改进,最终达到全面提高学生综合素质的目的。
参考文献:
[1]杨可桢,程光蕴,李仲生.机械设计基础[M].北京:高等教育出版社,2006.
[2]邢琳,张秀芳.机械设计基础课程设计[M].北京:机械出版社,
2008.
[3]龚厚仙.基于项目驱动的“机械设计基础”课程改革[J].职业技术教育,2011,(17):31-33.
[4]李云松.“机械设计基础”课程教学模式探索[J].设计与研究,
2011,(2):28-31.
针对工程机械教学与课程的重要性的特点,以培养应用型工程人才为目标,简要讲述工程机械关联性课程体系现状及总结当前课程设计出现的问题与不足,利用关联矩阵法建立关联课程模型,通过逐项比较原理选出较好的方案。在继承原有设计内容的基础上进行创新,提出工程机械教学体系与课程设计的建议,对高校的课程教改提供参考。
关键词:
工程机械;课程设计;关联矩阵;课程体系
随着我国高等教育的改革,课程设计是工程机械体系教学的关键。高校在课程设计时大多数是局限课本上的题,虽然书本上的题是经过严格的逻辑设计的,但是由于学生本身知识量的有限和对专业的认知等因素,出现“一叶障目,不见泰山”的现象,虽然学习很认真,但是不能将课程与整个体系联系起来,使学生不知道这些知识用来干什么,怎么用。为适应科学技术的飞速发展和社会对人才的需求,我们应当进一步完善课堂教学和课程设计,更好地适应世界发展的潮流。当前教学中出现的问题主要是:教学结构单一,教学方法“僵硬”不能激发学生的学习积极性,使学生不能发掘课堂上的知识点。针对学生在教学中对知识点的认识不清,不能将整个课程体系结合起来的问题。首先应当转变教学模式,将以前的照套课本式的教学方法转变为兴趣型的教学方式,在教学中更好地调动学生的兴趣,激发学生的学习积极性。其次就是在课程设计时主要依据学生的实践课程来设定相应的题目,既不脱离教学中的知识点也联系了实践理论,最后在培养目标上我们应当重视复合型人才的培养,在教学体系中对于一些关联性课程的知识点在课堂上应当做简单地阐述,以培养贯通社会科学,技术科学、人文科学的复合型人才为目标。
一、工程机械关联性课程体系现状
工程机械关联性课程体系的类型主要是以理论为主,其中也有的是理论加实践,如表1所示。当前大多数高等院校的工程机械关联性课程没有实践训练,只是依附于课本上的理论知识。对于有实践训练的课程,这些实践缺乏创新性,内容比较简单,甚至与理论知识缺少内在的联系。同时机械类的课程设计主要是以齿轮减速箱为设计的对象,虽然设计所涉及的面广,但是内容缺乏创新性,每年的课程设计大多都是相同的,所以设计的内容老化与社会实际联系较少,从教学效果的角度看,当前的教学与设计并不能构成一个具有逻辑性的体系。不能满足现代社会对人才质量的需求。
二、关联矩阵法建立关联课程模型
目前,为了更好地使关联性课程与教学相融合,在此利用关联矩阵法的原理,建立一种简单的评价体系,使教师能够更好地确定关联性课程的重要性,在设定关联性矩阵时每一门关联性课程对整体教学的影响程度是不同的,这种影响程度可以通过学生对兴趣来确定,这样不同的关联性课程就对应了不同的影响因子,这些影响因子就组成了一个体系,如果关联性课程体系为,那么对应的影响因子就为,通过关联性矩阵原理可知,影响因子体系应当满足:通过关联矩阵的逐项比较原理选出较好的方案。
三、工程机械教学体系与课程设计的建议
工程机械教学体系与课程设计必须要以现代工程教育的实际背景为前提,根据学科的特点在结合学校现有资源,在传统的教学内容的基础上进行创新,通过现有的实验室和企业实习的经验对教学体系进行整合。(1)提高学生学习积极性:所有的实践要根据学生的兴趣来设定,在实践过程中首先需要学生对整个实践的理论知识掌握,在自己动手去做去分析,并在做完后提出自己观点和建议,培养锻炼学生发现问题,解决问题的能力。(2)培养学生的创新能力:在学生进行实验室操作的过程中,需要教师继承并更新以往的设计题目,通过学生们自主提出问题来发掘新的思路,可以通过一个实践引出多个题目,分层次的进行。这样能有效的提高学生的创新能力,更好的适应21世纪对创新人才的需求。(3)开展仿真实验:目前对于计算机的运用已经无处不在,它具有进行大量数据的运算、三维物体的动态模拟等功能,能够高效的解决实际运算中的繁琐问题,在实践教学前先通过计算机对整个实践过程进行动态模拟,对于在计算过程中出现的问题提出较好的解决方案,避免在实践过程中出现相应的问题。(4)课程设计联系工程实际:为了增强学生解决实际工程问题的能力,在选择课程设计的题目时,我们可以从在工厂参观学习的车间中选出一些覆盖面广且具有一定创新性的零件作为设计的对象。为了使学生更好地对实际工程问题有叫清晰的认识,我们可以邀请工厂里的工程师走进教室,对学生的设计提出实际性的问题及触发学生的灵感。
四、总结
课程设计与教学体系的设定是高校工程机械体系教学中的一个重要环节中,教学体系的设定直接影响人才的培养。因此,以工程机械教学体系为前提,加强教学和课程设计与工程实际相结合,探索新的教学思路,激发学生学习积极性,确保学生的创新实践能力,提高毕业人才质量。
参考文献:
[1]朱高峰.工程教育的几个问题探讨[J].中国高等教育,2010
[2]王鑫.王静.工程教育体系下机械设计课程实验和实践环节研究[J].中国电力教育,2010
金属切削原理与刀具课程改革实践反思《金属切削原理与刀具》属于机械专业学生的专业课。它主要研究金属切削过程基本规律、刀具工作原理、各类刀具的参数、结构及使用。在此之前,学生已有制图、公差、材料等专业基础课的知识储备,并将进一步学习机床、工艺等专业课程。所以,本课程在课程设置上有承上启下的作用。
由于该课程涉及的知识点较多(如机械制图、机械工程材料、金属工艺学、材料力学以及机械原理等),理论知识过于抽象,学生普遍感到:课程难懂,搞不清讲什么;拿到具体实物,分不清究竟是什么类型的刀具,有哪些作用。为此,本文结合自己多年的实际教学经验, 谈谈在金属切削原理及刀具课程改革方面的探索与反思。
一、改革的必要性
这学期我教授本系2011级3个班的刀具课程,学期之初,让学生做了这样一道心理测试题目:
如果你可以选择的话,你最喜欢坐在教室中的那一个位子?
A.第一排正中央 B.教室的正中央 C.最后一排 D.离教师最远的角落
3个班共104名学生,选A的11人,占总人数11%;选B的57人,占55%;选C的17人,占16%;选D的19人,占18 %。
这样一道题目说明的是什么问题呢?
选择A,第一排正中央,代表学生是一个求知欲和学习意愿高的人。
选择B,教室的正中央,代表学生是一个很容易让人影响他的学习情绪的人,他的读书动机是很不自主的,很容易受影响。
选择C,最后一排,代表学生的学习意愿其实也不算低,只是很需要有自己的空间来做自己的事。如果有喜欢听的课程,他就会投入去听。如果老师的口音太重,听不懂也没兴趣,他就会做自己的事了。
选择D,离老师最远的角落,说明这个学生的学习意愿可以说是等于零。他不是很讨厌老师,而实在是很讨厌上课,所以只好坐在离老师最远的角落。
分析结果,B选项比重最大,而此选项的含义说明学生学习的主动兴趣并不大,CD选项也占了较大比重,这说明我们的学生学习信心不足,对学习的兴趣也不是很高。如果课程本身内容枯燥,难度过大,教师授课形式单调的话,估计原本选B的学生也会义无反顾的加入到CD的行列。事实上我们的学生整体素质不高是有目共睹的,内因不主动,若又没有外因驱动的话,学生学习的积极性可想而知。
针对这种情况,作为教授《金属切削原理及刀具》这一课程多年的一名教师,我对自己的课程进行了思索:如何让学生爱学?如何让学生乐学?如何让学生优学?于是在自己能力所及的范围内,我对一些教学方法进行了改革的尝试。
二、改革内容与设想
1.教学理念改革
通过深入的专业剖析和对人才培养方案的制定,我对《金属切削原理及刀具》课程的定位和教学理念有了全新而深刻的认识。
没有进行专业剖析的时候,课程只是课程,只要老师完成“教”的任务,学生完成“学”的任务,通过期末考试的环节,这门课程就算结束了。在这种肤浅的认识下,未曾深究过为什么机械类学生要开设这门课程?它在整个机械类专业的课程体系中占据了何种地位?如何实施才能达到课程设置的目标?种种思维的混沌,导致了授课中仅仅满足于完成教学任务,至于学生学了多少?学会了多少?对“人才培养”做出了什么贡献?从未考虑过。
通过专业剖析,根据学院的办学指导思想和人才培养模式,确定了本课程在人才培养过程中的地位和作用。金属切削原理是工科机械类专业基础课,是培养现代机械工程技术人才不可或缺的基础课程。本课程在教学指导思想上,要充分体现理论与实践并重的特点。有了理论作指导,使得自己无论是制定教学计划还是实施教学方法,都有了明确的根基和方向,而不再是无源之水,无的放矢。
2.教学方法改革
在教学中我有一个深刻的体会:即使是单调的工科课程,也可以运用语言的变化赋予其生动。比如在讲解有关切屑的问题时,我先向学生说明:“要举一个例子,这个例子在生活中常见,与切屑却有天壤之别。但能帮助我们记忆。”听了这些话学生们会很好奇。然后我说出“苹果、香蕉、菠萝”三种水果。水果和切屑又会有什么关系呢?我再指出要用它们的果皮模拟切屑,学生有恍然大悟的感觉。最后利用事先设计好的表格指导学生填入知识点。这样一步步下来,学生的兴趣始终很高。在授课过程中,多运用一些拟人化的语言,举学生身边的例子,他们会感觉这课程不是遥不可及的天书,而是就在他的身边、他的生活中的知识。
在授课过程中,除了讲授之外,我还充分利用现代化教学手段,生动大信息量的向学生传递知识,激发学生学习兴趣。同时鼓励学生利用网络资源自我学习,使学生掌握知识的深度和广度得到明显发展。请有经验的实习教师参与到授课中来,会更好地实现理论与实践的结合。
3.课程考核改革
考核是为了“以考查学,以考促学”。考核不是目的,而是一种方法和手段。为了提高学生学习的兴趣,我把《金属切削原理与刀具》这门课程的考核方式设计为“开卷”。把需要死记硬背的知识点设计成需要归纳整理的问题,把平时课堂上讲过课本上却没有现成答案的问题设计到试卷中,把在实习生产中有可能遇到的问题也添加进去,这样一份大容量而内容丰富的试卷,既给优秀的学生以发挥余地,又使程度相对较差的学生不至于无话可答。从学生的成绩看,并未因“开卷”而出现人人高分的情况。成绩符合正态分布规律。学生也不那么惧怕考试了。
三、对教学改革的反思
在实际教学中,想要更好的实施教学改革,提高教学质量,我觉得以下几点是必要的:
1.领导的支持与指导。院系领导作为教学的领导者和直接管理者,他们对于课程建设的高瞻远瞩、对于课程改革的支持肯定,无疑具有良好的推动作用和适时的指导作用。否则,教师个人有再多的想法,再强的能力,也只能是“英雄无用武之地”。
2.教师个人的能力与魅力。教师是教学改革的设计者和实施者,其专业能力和个人魅力,直接影响到教学改革的进程与效果。这就要求我们一方面要专于自己的专业,一方面涉猎要广,提高自己的综合素质,做一名在学生中有口碑的教师。
关键词:工程案例教学法;机械CAD/CAM;实践探索
DOI:10.16640/ki.37-1222/t.2017.09.110
CAD/CAM技术也称作计算机辅助设计与制造技术[1],它是随着数字化信息技术和计算机技术发展过程中,所产生的一种新技术,主要特点有综合性强、学科交叉以及知识密集等等。在许多领域中都广泛应用CAD/CAM技术,例如:建筑、轻工、纺织、船舶、汽车、航天、航空、电子以及机械等领域。CAD/CAM技术不仅是信息化、数字化制造技术的基础,在对现代化国家工业、科学技术的水平进行衡量时,它也作为衡量标准之一。现阶段,CAD/CAM技术人才持续增加,CAD/CAM的技术、方法以及原理的掌握和学习,不仅适应当今形势发展,也是社会对技术人员提出的要求。
1 案例教学法
在1879年,Christopher Columbus Langdell(克里斯托弗・哥伦姆布斯・朗道尔)教授最早提出了Case Study(案例教学法),当时他在美国哈佛大学担任法学院院长,他在《合同法案例》这本书中前言部分写到“原则和原理组成了科学的法律,任何一个原理达到现在这种地步均是经逐渐演化的结果,也就是说,这是一个漫长、经许多案例所获得的发展道路,此发展通过一系列案例。所以这些原理最快和最好的有效掌握途径,就是学习这些包含了相关原理的案例[2]。”这里强调案例教学法有助于学生更好的掌握和学习知识,随后,在哈佛大学的专业教育领域教学中被广泛的应用,例如:工商管理硕士、法律教学等,并成为了“哈佛模式”的内涵和特色之一。
对于案例教学法来说,在课堂教学之中,编入真实案例。其中,案例背景采用真实情况,综合性描述几个或者一个有意义的事件,并通过一系列辅助手段,例如:计算机、照片以及图表等,可让人在其中获得启示例证。
在案例教学法利用学生充分表达出自己对案例的理解,以是实践对学习目标的高层次认知。案例教学法就是通过案例的教学媒介来进行教学的一种方式,相比于其它教学法中的案例来说,即便两者均是采用案例分析来教学,然而案例教学法以“案例―理论―案例”作为课堂教学模式,在课堂教学中,案例不仅出发点,也是落脚点。在理论知识的基础上去探究案例,为更好的对案例进行探究,应认真学习理论知识,而其它教学方法的课堂教学模式采用“理论――案例――理论”,在课堂教学中,理论知识不仅出发点,也是落脚点。分析案例是榱撕芎玫氖煜だ砺壑识,而掌握理论需要对案例进行分析。案例教学法从本质上来说,可将其看为研究性学习的一种,其主要为探索性、自主性学习,研究专题从社会生活、学生生活中来确定和选择,采用小组或者个人的形式来进行亲身实践,并获得切身体会,培养出学生的科学态度与科学精神,使学生掌握科学的基础方法,将学习到的知识综合利用,使实际问题得以有效处理。
2 实践教学环节中案例教学法的注意事项
2.1 采取与处理案例
案例教学法应用的效果好坏取决于如何选取案例,不然只会流于形式。课堂中在对相关基础知识、概念进行介绍的时候,教学案例一般采用工程设计实例,利用学生自主性对问题进行讨论和思考,使学生可以独立分析和解决问题。对学生如何更好的运用所学到的知识进行培养,提高教学成效。在分解与处理案例过程中,应循序渐进,初始阶段教学内容跨度要小,然后教学内容缓慢的扩展和加,达到知识深度、覆盖面的相关规范需求。案例中需要结合教学内容,符合专业特点,重视案例内容具有的趣味性、代表性以及实用性。在对“机械CAD/CAM”课程教学案例选择过程中,侧重关注实际与理论的密切关系,其具备一定程度的启发性、典型性,使学生可以感觉到学习的兴趣。如;在讲解如何二次开发AutoCAD过程中,可在AutoCAD的主界面中以菜单形式插入工程制图中常常使用到的标注符号,大幅度提高了绘图效率,具有较强的实用性[3]。
2.2 组织互动教学
在案例教学中,还需要有教学互动。学生对抽象术语、抽象概念的内化和理解皆由课堂讨论来巩固加深,让学生可以快速把实践体系、理论知识相结合,使学生可以独立思考,教师和学生的共同努力是分析案例的关键点,把相关理论知识与案例内容相结合,想要满足此要求,需要教师将引导工作做好,使讨论氛围具有自由性和舒适性的特点。
2.3 上机练习与教学环境
在一定条件下,可将授课选在网络机房,在讲解的同时,授课老师对于相关实例进行演示,并且让学生根据要求在计算机上进行操作,因为是实例典型,所以学生亲自操作过之后,留下的记忆较为深刻。练习、教学两者交替,提高掌握知识点的程度,防止出现课上听懂,课下忘光的现象。此外,在计算机上学生可以练习课堂教学内容,在设计中融入计算机操作,这对学生未来学习和工作方面具有重要的指导意义。
2.4 回收作业与总结
在教师布置作业时,可与工程实例相结合,利用系列软件来收集学生完成的作业,可将作业当作学生平时成绩,并且按照学生作业内容缩反馈出来的一些问题和解题思路,教师可以进行总结和归纳,积累更多的教学经验。
2.5 网络教学平台
以动画形式来制作各种教学案例,可以达到案例自动操作演示的目的,通过学校进行网络教学平台的相关构建,学生可随时随地在网络教学平台上将所需要学习的相关课件以及动画形式的案例下载下来,并可展示个人作品,按时提交作业,这样一来不但为学生提供消化课堂知识的条件,还减少了课堂笔记,有助于培养学生求知欲,增加学生自主学习能力[4]。通过网络教学平台使教师无法为若干个班级同时解决疑难问题得意解决,利用主题讨论,提供了学生之间、师生之间开展技术交流、探究性学习以及技术沟通的条件。
3 引入案例教学法
3.1 案例教学法重要性
“机械CAD/CAM”课程教学关键点是讲授所学的工具条和软件命令,从初学者的角度来看,三维设计具有较多的指令。传统的“机械CAD/CAM”课程教学主要是,由教师来讲解软件工具条所具有的一些作用,而学生则利用模仿来熟悉此软件的一些相关指令。 对于案例教学法来说,其重点是培养学生实践能力,提高学生理论与实际问题结合的能力,培养F队协作精神,增强思维水平等等。相比于传统教学方法,案例教学法更为突出。在讲解“机械CAD/CAM”课程过程中,案例教学法的应用,可加入已经完成的任务,为学生提供实际锻炼机会,突破传统的操作方式,实施案例教学法可以使学生充分认知和熟悉CAD/CAM软件中相关的操作指令和工具条,更深刻、更全面的认知软件设计流程和实例设计方案,进而做到融会贯通、举一反三的使用CAD/CAM软件。
3.2 三维设计软件选择
例如三维造型软件NX(UG),这种高端计算机辅助设计软件具有易于操作、功能强大、界面友好的特点,在许多领域中应用广泛,例如:通用机械、船舶、航空航天、汽车等。它可以提供给丰富的功能选项给用户,如分析与模拟、机械加工、机械设计、外形设计等。笔者认为应根据学校实际情况,学生能力和特点的要求,来选择适宜的软件作为“机械CAD/CAM”课程教学中的三维设计软件。
4 在课程教学中案例教学法的应用
4.1 案例设计
在“机械CAD/CAM”课程中,教学案例应结合课程的主要知识点、基本内容,利用实际操作训练之后,使学生可以充分了掌握课程内容,完成课程教学。本文中选择阶梯轴总成和直齿渐开线齿轮作为课程教学案例。此案例中主要内容有工程制图、装配模型和实体建模等,需要应用到所学的理论知识点,有助于学生对所学知识点进行梳理,满足课程的需求。
4.2 三维造型
在三维造型中,主要模块有两个,一个是模型装配,另一个是实体建模。实体建模的时候,学生应充分掌握操作三维实体建模的方法,其中包括了绘制维草图的基本方法,绘制出几何图形,如矩形、圆弧、直线等;掌握三维实体形成方法,如:特征编辑、放样、旋转以及拉伸等。而在计算机辅助设计中,模型装配属于重要环节之一,利用模型装配根据一定关系把各零件装配成一个整体,可实现一些指定的功能。模型装配模块的常用工具有装配件特征、约束创建、移动、约束等。
在学生对三维实体造型相对简单的工具条和命令了解之后,每个小组均需要按照案例来完成三维造型(见图1),为了保证每小组完成的模型存在差异性,依照学生学号来对案例规定尺寸进行相应改变,学生经研究和讨论之后,使操作问题得以解决。
4.3 工程制图
尽管未来发展方向以图纸设计为主,但在其应用未广泛之前,机械工程师们仍然以工程图纸来进行设计,所以在计算机辅助设计中,工程制图设计属于其主要构成部分之一。在此模块中,应熟练掌握一些常用工具命令,如尺寸生成、尺寸标注、绘图、视图等,以上一阶段为前提下,各组分配组内任务,把先前构建的阶梯轴工程图,标注好粗糙度、尺寸等(见图2),将实际应用与理论知识点进一步的结合。
5 结束语
在传统教学模式背景下,案例教学法作为改革方法之一,不仅可以提高学生素质,还会对素质教育、教学改革具有重要意义。由于“机械CAD/CAM”课程具有较强的实践性,案例教学法的应用,即在一定程度上维持了学生们的求知欲望和学习信心,也提高了学生参与度,有效加强了学生们的分析问题、解决问题、实践与理论知识结合的能力,培养学生们的创新和工程意识,有利于学生学习和运用“机械CAD/CAM”知识。
参考文献:
[1]孙慧.项目教学法在机械CAD/CAM实训课程教学中的实践[J]. 时代教育,2016(15):222-222.
[2]康瑜.基于工程案例的CAD/CAM项目教学研究[J].中国教育技术装备,2015(22):163-164.
[3]石春娜,王育晓,田敏等.案例教学法在专业法规课程中的探索与实践――以“营销专业法规”为例[J].求知导刊,2016(04):144-144.
[4]敖培云.工程案例教学法在机械制造基础教学中的应用研究[J]. 中国管理信息化,2015,18(20):235-235.
课题:2015山东省职业教育与成人教育科研课题《工程案例教学法在“机械CAD/CAM”课程中的实践探索》,编号2015zcj002