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机械设计课程,是一门专业技术非常强的课程,在实际教学中,需要计算机辅助教学。本文从机械设计教学现状出发,分析与探讨了计算机辅助设计在机械设计教学中应用意义,并为提升机械设计教学提出科学的解决措施。
关键词:
计算机;辅助设计;机械设计
一、引言
目前我国的经济发展速度位于世界前茅,国家的强势与社会的进一步发展需要更多技能型的人才。过去几十年,国家加强对高等教育的普及,如今每年上千万的大学生毕业,就业形势变得异常严峻,可是企业与社会依然难以招聘到合适的人才,尤其是技术技能型人才。中国制造业的复兴与发展,需要技术技能型人才。机械设计,是现代工业中必不可少的环节,许多制造业需要机械设计人才,目前的教育依然无法实现企业与社会的用人要求。很多学校的机械设计教学,依然采用传统的教学方式,无法激发学生对此课程的兴趣。在信息技术高速发达的年代,计算机在教学的应用也是开始普及,但是很多学校教师依然没有发挥计算机辅助设计在机械设计教学中应用,因此直接影响教学的质量与人才的培养工作。本课题,重点探讨了计算机辅助设计在机械设计教学中的应用意义,并为提升机械设计教学提出科学的建议与对策。
二、浅谈计算机辅助设计在机械设计教学中应用意义
(一)有助于激发学生对机械设计课程的兴趣
技术型专业的学习,需要不停提升自身的动手能力与实操技能,就必须激发学生对机械设计课程的兴趣。爱因斯坦说过,兴趣是最好的教师。在机械设计教学中,采用计算机辅助设计,借助PROE、CAD等软件绘制二维图,能够给学生展示更加清晰美观的图形,进一步激发学生的学习欲望。随着现代学校信息技术的普及,数字化校园建设工作也得到了推进,部分学校的机械设计课程,直接安排在计算机房,通过计算机去学习机械设计,对于学生来说是非常有意义的事情。
(二)计算机辅助设计有助于减轻机械设计教师的教学压力
经济的发展,社会的竞争非常激烈,如今房价、物价的上涨,给现代教师带来了巨大的压力。很多学校的机械设计教师十分紧缺,通常一个人带十几个班的机械设计课程,教学任务非常沉重。要消化这些教学任务,教师如果采用过去的教学方法,是非常疲惫的。例如机械设计课程,要进行二维绘图、三维设计等,通过人工的手段绘图会消耗教师太多的精力。另外,在机械设计教学中,要对图形进行编辑调整,对各种数据进行计算,通过计算机辅助设计,能够很方便地处理这些步骤,非常快速教会学生机械设计。采用计算机辅助设计教学,教师可以采用驱动任务教学方法,将学生进行分组并布置设计任务,让学生以小组方式在规定的时间完成设计任务,整个过程教师不需要直接干预,减少讲授的课程的时间。
(三)计算机辅助设计有助于组织各种机械设计大赛
人才的培养,不仅仅需要做好日常教学工作,同时要组织各种技能竞赛。例如广东某高校,每年都会举办“机械设计大赛”,吸引了许多大学生的参与,通过竞赛能够锻炼学生的胆量,加强学生的实操能力。在进行机械设计大赛,计算机辅助设计是非常必要的,参赛者通过计算机辅助设计出精美的参赛产品,在模拟重装组配零件的时候能够激发参赛者的灵感,通过计算机辅助设计,学生能够快速将理论知识与实践进行融合,有效地设计出高质量的参赛作品。
三、提升计算机辅助设计在机械设计教学应用水平的措施
(一)改善机械设计教学硬件条件
国内很多学校的教学硬件条件比较落后,特别是一些职业学校,机械设计等课程经常要到别的高校借用实训场地教学,严重影响机械设计的教学质量。因此,改善机械设计教学硬件条件,尤其是学校计算机房的硬件与软件,教师使用的教学电脑都要比较先进。例如某理工大学,为了提升机械设计教学质量,引进了先进的机械设备,采用最新版的计算机辅助设计软件,大大满足了机械教学的需求。其次,计算机设备一般的学校,可以在暑假或者寒假组织学生到工厂学习一线机械设计,参观各种大型机械设备,了解最前沿的机械设计技术。
(二)加强机械设计师资队伍建设,提升教师计算机应用能力
师资队伍建设是现代教学发展的重点工作,计算机辅助设计在机械设计教学,需要有一批优秀的教师。一方面,要引进优秀的机械设计课程教师,尤其是具有丰富教学经验以及机械企业工作经验的教师,保证在实际机械教学中,不仅能够给学生传授扎实的机械设计技能,同时能够培养学生的企业素养,为提升将来职场竞争力打下基础。另外一方面,要加强现有教师的培训,尤其是提升机械设计教师的计算机应用能力,争取让每位机械设计教师都能使用计算机辅助设计进行教学。同时,要加强教师对外交流,组织教师到一些名校理工大学,例如清华大学、上海交通大学学习,吸取名师的教学经验,有条件可以输送部分机械教师到国外学习,例如可以到德国参观当地工业化建设,了解德国的机械化水平等,开阔教师的视野。
四、总结
总的来说,在信息技术高速发展的今天,计算机辅助设计在机械设计教学中发挥着非常巨大的作用。计算机辅助设计,不仅有助于激发学生学习机械设计的兴趣,同时可以减轻机械教师的教学压力,同时有助于开展机械设计大赛。要进一步提升计算机辅助设计在机械设计教学中的应用水平,就要改善机械设计教学硬件条件,进一步加强机械设计师资队伍建设,提升教师计算机应用能力。
作者:梁冬冬 单位:白城师范学院
参考文献:
[1]张超.计算机辅助设计在机械设计教学中应用的探究[J].课程教育研究,2013,14:250.
关键词:机械设计;教学质量;教学效果
中图分类号:G642.4 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2014)39-0186-02
机械设计课程是高等学校工科机类、近机类专业学生的一门重要的技术基础课[1,2],是学习专业课程和从事机械产品设计的必备基础。通过掌握通用机械零部件的工作原理、特点、选用及设计计算,培养学生解决实际问题的正确思路、方法和能力。由于该课程工程性强、涉及内容广,信息量大,要真正学好这门课程有一定难度,提高该课程的教学效果是我们一直探索和实践的课题。
一、不断提高自身的素质
不断提高自身的道德素质。教师的道德素质影响教师的工作态度,它将引导教师树立正确的教育观。教师对学生的爱、对教育事业的爱是教师职业道德的核心内容,是教师爱岗敬业、不断追求自我发展的内驱力。良好的教师道德素质有利于学生形成良好的学习动机,有助于学生心智的健康成长。它是教师开展教学工作的感情基础,它有助于师生之间情感与认知方面的沟通,学生在融洽的师生关系中,处于最佳学习状态,更易于对所学知识产生兴趣并消化吸收。而青年学生思想活跃,易于模仿教师的行为,所以教师的品质包括教师的思想品德、为人处世方法,教师对待工作的热情、对待生活的执着等等,这些每时每刻都在影响着学生,并有利于学生形成积极的学习与生活态度。因此,高校教师的道德素质直接影响学校培养的学生素质。不断提高自身的专业素质。“要想给学生一杯水,教师要有一桶水。”如今,我们正处在信息化时代,人类知识系统发生了两个重要变化:一是知识更新的速度越来越快,数量越来越多;二是知识传播途径越来越多,传播速度越来越快。这个时代需要培育的是具有高度创造性和个性化的人,需要培育的是一种能够适应迅速变化、了解和适应未来的人。在这样恢宏的社会背景下,作为一名机械设计老师,要不断学习机械设计领域新知识、新理论、新方法、新应用,树立终身学习观念,不断“自我充电”,不断提高自己的知识层次和思维能力并将其运用到教学实践中,变原来的“一桶水”为“长流水”。同时,通过系统地研究当代大学生的身心发展规律,不断提高对学生认知规律的认识水平,把这种“长流水”升华为适合学生需要的“甘甜水”。唯有这样,才能不误人子弟,才能始终与时俱进,做合格的教师。不断提高自身的语言素质。教育学家苏霍姆林斯基曾说过:“教师的语言素质在极大程度上决定着学生在课堂上的脑力劳动效率。”多年的教学实践证明,教师在教学中语言表达能力的水平直接制约着课堂教学质量的高低。机械设计教师只有不断地追求课堂教学的语言艺术,提高自身的语言修养和语言素质,才能把机械设计教得有声有色。要把语言的准确性和通俗性统一起来,机械设计课有很多概念,对概念的描述语言要准确,同时讲课主要用口语化的语言,要和书面语言区别开来,只有把语言的通俗性和准确性统一起来,讲课才能既严谨又生动。要把语言的精练性和内容的丰富性统一起来,机械设计教师要不断凝练语言,用精练的语言把机械设计的思想、方法、原理讲述清楚,同时又要把内容讲得有血有肉。要充分利用启发性的语言,启迪学生的思维。语言要有张有弛,充满激情,处处扣人心弦,这样学生才能更用心地听课。机械设计教师只有不断探索提高自身的语言素质,掌握语言艺术,才能不断提高机械设计的教学质量。不断提高自身的科研素质。中国科学院院士、教育家杨叔子指出:大学教师还得治学,治学术,做学问,搞研究;否则,就提不高,既不能在学问上、在研究上做出贡献,也不能提高教学水平,提高教学质量,从而严重妨碍育人,特别是严重危害培育拔尖创新人才。机械设计课作为一门基础课,设计的内容广泛,机械设计的方法、原理也在产生日新月异的发展变化,教师只有通过做科研,才能把握学科发展的最前沿。教师通过做科研,不断创新,才能对创新有更深刻的认识,讲的课才能更有深度。机械设计教师只有不断提高自身的科研素质,才能教出富有创新精神的新时代大学生。
二、教学模式、教学方法、教学手段与机械设计教学内容深度融合
根据机械设计课程各章节内容的特点,采用合适的教学模式、教学方法和教学手段,学生掌握课堂内容的同时,不断提高自学能力、想象能力、创新能力等能力,全面提高学生的素质。采用适合于教学内容的教学模式。对于学生比较熟悉的教学内容如“带传动、链传动”可以采用自学――辅导式的教学模式,培养学生的自学能力。“创新设计章节”可以多采用范例教学模式,特别是采用与大学生密切相关的一些范例,如“全国大学生机械创新设计大赛”获奖作品,采用这些范例可以拉近教学内容与学生的距离,引起学生的兴趣,调动学生的学习积极性。对于机械零件常见的失效形式采用现象分析模式,通过实际观察零件的失效形式,使学生产生直观的印象,更容易理解和把握所学知识。方法是十分重要的。机械设计教师要深入钻研适合机械设计教学内容的方法。根据机械设计课程的特点,在教学方法上多采用探究式、讨论式、启发式教学方法以及基于现场的情境学习教学方法,激发学生的学习兴趣。启发式教学方法的应用,比如机械,可以通过举出大家常见的汽车、自行车,启发学生理解机械的概念,进一步启发学生购买这些机械时的要求就是设计这些机械的要求,如何设计这些机械满足上述要求,就是机械设计讲的内容,通过启发,学生就可以知道“机械设计”这门课要讲什么内容,就掌握了这门课的主线。探究式教学方法的应用,例如,在轴的结构设计中,引导学生运用发散性思维分析多种零件布置方案,比较各种方案的优劣,从而找到最佳的方案,强调学生的主动参与。情境学习教学方法的应用,如,在讲授机构运动简图、具有确定运动的条件、自由度计算以及减速器箱体的结构设计时,可以将课堂设置在摆好实物的实验室,“百闻不如一见”,通过让学生亲自动手装拆不同形式的实物和模型,激发学生的学习热情,增加学生学习的成就感,学生的学习效果会起到事半功倍的作用。充分利用多媒体教学、黑板教学、网络教学等多种教学手段。要将多媒体课件与黑板教学相结合。课堂教学要充分发挥多媒体教学和黑板教学各自的优点。对于关键的理论推导、重要例题,教师可以在黑板上进行重点讲解,而对于大量的图形,使用多媒体课件就可以节省很多时间,多媒体课件还可以通过图像的三维动画效果,以及大量的视听效果,冲击学生的思维兴奋点,激发学生的学习兴趣。同时,在教学中,教师应当充分利用实物、模型等多种直观教具,使学生从感性认识上更准确、深刻地掌握所学内容。充分利用现代化教学手段中的网络教学手段进行课外辅导答疑,学生可以通过网络课件和网络习题随时巩固课上学过的知识,也可以提前预习下节课要讲解的内容,不明白的问题学生可以在网上论坛切磋,网络教学极大地提高了学生学习的实时性。
三、通过实践环节提高机械设计课程教学效果
机械设计课程是一门与实践紧密相连的课程,因此,在课堂教学之外,还适当安排学生参观往年“全国大学生机械创新设计大赛”获奖作品、机械产品和工程现场等,对机电产品的传动系统、结构特点、设计方法等进行现场讲解,加深学生对教材内容应用的理解,扩大了知识面,提高了学生的工程意识。机械设计课程与实践紧密相连,机械设计实验对提高学生对本门课程的把握起到了重要的作用,特别是综合性、设计性、动手操作性的实验。为此,我们增加了机械传动系统创意组合综合性实验,学生自行设计传动方案,选择各种零部件、采用合适工具进行装配。这是一次非常逼真的工程实践训练,综合应用了机械设计课程中所学多种零部件,了解了各种传动方案的优缺点,体会了机械传动系统方案设计的重要性,体验了工程设计、装配中要注意的一些问题。增加了实验的开放性,学生可以根据自己的需要与实验室老师约定实验时间和实验内容。机械设计课程设计是机类学生学完机械制图、几何量公差、机械原理、机械设计等课程后一次综合实践性教学环节,对学生机械设计综合能力的提高起到了重要的作用。在设计题目的选择上,改变传统的以带式运输机的传动装置为题目的方式,鼓励学生调研相关工程需要,自主选择课程设计题目。目前学生采用的题目有机械原理课程设计题目、机械类创新项目的题目或者根据工程实际需要提炼的题目。通过自主选题,锻炼学生的创新思维和创新能力,使学生得到系统性设计训练。在设计过程中,鼓励并创造条件让学生实地考察、拆装相关机械产品,提高感性认识;通过网络等途径查阅相应资料,了解相关零部件价格,培养学生成本设计思想;鼓励学生通过查找资料、规范和标准解决课程设计中碰到的相应问题,提高学生的自学能力和使用标准、规范的能力。实践证明,这种选题的方式以及设计过程的要求,增强了学生课程设计的兴趣和积极性,巩固了学生机械设计理论知识,提高了学生学习能力、查阅资料的能力、动手能力以及工程实践能力,取得了良好的效果。
机械设计课程是机类大学生一门承上启下的课程,学好机械设计课程对于学生巩固以前学过的知识和学好以后的专业课具有重要的作用。教师通过不断提高自身素质,研究教学模式、教学方法和教学手段,不断提高机械设计课程的教学质量,通过参观、实验和课程设计巩固和提高机械设计的学习效果。提高机械设计教学质量,满足人才培养方案提出的要求,培养适应新型工业化要求的卓越工程技术人才,更好地推动经济社会跨越式发展。
参考文献:
[1]秦小屿.提高机械设计课程教学效果的几点思考[J].高等教育研究,2009,26(1),63-64.
Abstract: We takes the cultivation of compound talents as the goal, and makes reform on the teaching content, teaching method and way, practical teaching, and evaluation method of mechanical design and achieves some positive result, which plays positive effect on cultivating students'' mechanical design ability, innovative awareness, and the engineering design ability.
关键词: 机械设计基础;课程改革;能力培养
Key words: mechanical design basis;curriculum reform;ability training
中图分类号:G712文献标识码:A文章编号:1006-4311(2012)09-0199-01
0引言
机械设计基础课程是机械类各专业的一门重要的技术基础课程。通过该课程的学习,要求学生掌握各种常用机构及通用零部件的工作原理、特点和应用的基本知识,使学生初步学会根据具体条件及与本课程有关的标准、规范,选用机构及零件类型,并能对机构的运动、零件工作能力进行简单的校核,从而具有设计简单机械传动装置的能力。由于本课程的特点,不仅为后续的专业课程,也为课程设计、毕业设计和解决生产实际问题建立基础。近几年来,随着教学改革的深入,学科建设的进行和课程体系的调整,我们围绕培养复合型人才的培养目标,结合学校的学科建设和实验室建设对机械设计课程建设采取了一系列改革,且取得一定成效。
在机械设计基础课程教学改革中,我们坚持以人才培养目标为依据,不断更新教学内容,优化课程体系,确保课程内容的前瞻性、课程结构的科学性和合理性,实现教学内容和课程体系的整体优化。
1教学内容更新
随着教学改革的深入,我们将工程力学和以前的机械设计基础两门课程整合为一门机械设计基础课程,课时大幅减少,因此必须对教学内容进行精选。课程内容的选取本着基础知识够用,主要从理论知识和操作技能两个方面,选择课程的内容,满足职业岗位的需求。机械设计基础课程教学任务的设计以工业产品和常用机构为载体的分析与设计为载体,将课程内容进行解构和重构,序化教学内容,设计学习模块6个,每个模块进一步分解为若干个任务。教学过程中以学生为主体,以实施完成工作任务为途径,培养学生正确选择通用零件及传动装置的能力,掌握重要机构、零部件的设计方法,具有使用设计手册查阅参数的能力,重点培养分析和解决问题的综合能力,最终达到本课程的培养目标要求。
2采用先进的教学方法和手段
在教学过程中以激发兴趣、培养能力为主导,根据教学内容表现的需要,我们采用任务驱动、实例贯穿、课堂与实习地点一体化相结合的教学模式。
任务驱动教学模式:以减速器设计等典型任务为导向,将齿轮的设计、轴的设计、轴承的选择、联轴器的选用、V带的设计等作为主要教学模块,每个教学模块由若干个教学任务组成。
“实例贯穿式”教学模式:以典型机构设计为“案例”,提出解决方法,注重教学过程,将课件、录像和现场教学融为一体。
课堂与实习地点一体化:为了全面提高学生的综合素质和动手能力,培养符合企业岗位技能要求的技术人才,把一部分教学的课堂搬到实训室进行,让学生更直观、准确地认识机械设备工作原理,加深对理论知识的理解和掌握。在这种教学模式下,讲述理论部分时,通过CAI课件、录像、动画等现代教育技术的运用以及现场相关机织设备的运转演示与指导教师的动手操作,让学生更直观、准确地认识机械设备工作原理与操作方法,加深了对理论知识的理解和掌握。在理论部分讲完后可立即安排相应的动手实验,使学生在理论的指导下独立动手操作,并通过实验验证所学的理论知识,这样使理论教学和实验教学的衔接更紧密,时间的安排上也较灵活。通过实践,学生的学习兴趣普遍提高,而且独立思考和分析问题的能力提高,同时对机器设备原理与工艺调整以及操作技能都掌握得较好。这些技能对他们成为能力较强的应用型人才有很大帮助。
3实践性教学环节的改革
培养学生的实践和创新能力目前已经成为高职教育的一项重要教学改革内容。在实践性教学环节的改革中,我们坚持理论教学和实践教学并重,注意提高学生的实践动手能力,启迪创新思维,培养学生分析和综合运用现代技术手段,解决工程实际问题的能力。
机械设计基础课程实践环节包括实验和课程设计。我们有机械设计陈列室和机电一体化创新实训室,每学期我们安排一定的课时在这些实训室进行现场讲解。在创新实验室,学生可以自己动手做各种实验,有的内容在课堂上不能完全理解,就到实验室通过相关机构或各种零部件的组装加深理解。
在课程设计改革中,我们改变了以往的仅单纯按理论知识设计一级圆柱直齿轮,现在我们以各种类型的减速器为课题,先对减速器进行拆装和测绘,然后设计出符合工厂实际需要的各种类型的减速器。同时为调动学生的积极性,我们允许自由选题。在教师的指导下,学生可根据自己的想法对现有机械进行改进设计。在完成本课程的学习后,我们推荐学生参加大学生创新设计比赛。
4考核方式的改革
在考核方法上,注重全面考察学生的学习状况,通过参与课堂讨论的质量、分析能力、对新知识的接受和消化能力、学习迁移能力等多方面的评价,与基础理论知识考核结合评价学生的学习效果。形成了过程性评价70%与成果性评价30%相结合的评价体系,其中过程性评价综合考虑小组成员互评和教师评价。这种考核方式充分关注学生的个性差异,发挥评价的启发激励作用,增强学生的自信心,教师还可以利用评价所提供的大量信息,适时调整和改善教学过程。
5结束语
通过改革和实践,学生的学习积极性、主动性和学习兴趣普遍有所提高。特别是在动手能力,工程实践能力,综合素质,创新设计能力等方面的提高更为显著。
虽然我们在机械设计基础教学内容、教学方法和手段等的改革方面做了一些尝试,并取得了一定的成绩,但仍存在一些问题和不足之处,有待今后的教学改革实践中不断地改进和完善。
参考文献:
[1]张庆玲.机械设计技术.北京:清华大学出版社,2009.
[2]张晓桂.机械设计基础课程的教学改革与探讨.全国机械设计教学研讨会议,2007.
[3]杨枚.《机械设计基础》课程教学内容改革总结.科技信息,2010(36).
[4]刘碧俊.高职《机械设计基础》课程改革与实践.《教育研究》2010年1月.
[5]陈海波.机械设计基础课程整合教学模式的探索.湖南科技学院学报,2009.
关键词:工程机械设计;教学;方法;实践;创新
中图分类号:G642.0 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2016)18-0089-02
随着我国铁路、公路等重大建设项目的不断展开,大型工程专用机械的市场需求急剧增加,亟须大量专业的设计人才。“工程机械设计”课程作为我校工程机械专业的核心课程之一,目的通过对工程机械系统的深入学习和研究,让学生理解并初步掌握常见工程机械的设计思路和方法,培养学生的设计能力。它的课程教学成功与否,从个体层次来讲涉及到学生个人设计能力和工程素质的培养,从社会层次来讲可能会影响工程机械设计人才后备力量。但是由于本课程复杂广泛的课程内容与有限的课时之间存在的矛盾,限制了学生掌握深层次的有关工程机械设计知识,再者传统的教学模式单一,缺乏必备的实践经验,因此对于这门理论性和实践性兼顾的课程,学生普遍认为学习这门课程感觉吃力,从而影响了学习效果和工程素质的培养质量。
本文针对“工程机械设计”教学中遇到的问题,并结合多年的“工程机械设计”课程教学经验,从教学内容、教学方法等方面进行了深入探讨与研究,以期培养具有工程意识、设计能力及创新精神的合格人才。
一、教学内容注重系统性、实践性、拓展性、创新性
在教学内容的选择上,突出表现在系统性、实践性、拓展性、创新性等几个方面,不仅内容选择合理,难度程度适中,重点突出基本理论和分析设计方法,密切联系实际应用,还注重对教学内容的取舍和更新,根据最新科研成果,补充一些教材中未包括的新技术。[1]
1.系统性。“工程机械设计”课程内容多而杂,各个章节相对独立,相互联系疏松,重点不突出。各个部件的知识和设计方法缺乏共性介绍和系统阐述,缺少工程应用实例和应用背景。为了解决这一问题,在组织教学活动中逐步归纳总结,在授课之初强调系统性,不仅是对课程内容进行优化组合,还要促使学生具备系统性思维以理解掌握工程机械设计知识。首先简要但系统地介绍其总体设计和计算原理,让学生仅需在头脑中建立一个工程机械设计的相对完整概念。可以这么认为,学生在这个阶段学习可“不求甚解”,但是肯定会促使学生产生“知识空白”,自然会激发学生将后期学到的各个章节的知识自动“填空”。这种改变,彻底颠覆了以往教学中首先介绍相关概念,然后讲述主要零部件的设计方法,最后才进行整机设计的教学内容,避免了在学生在听课过程中将学到的知识视为“无的之矢”,逐步就失去了继续学习的兴趣和愿望。近年来的教学实践表明,这种“本末倒置”的教学内容确实激发了学生的学习兴趣,促进了学生工程机械设计能力的提高。
2.实践性。实践教学是高等教育人才培养系统工程中不可缺少的组成部分,是非常重要的教学环节之一,是实现高等工程院校培养人才目标的重要途径和手段。由于课程的教学环节实践性较强,在教学内容安排上,要求在实践教学基础上完成理论教学,并以实践来验证理论。因为学生此前对于工程机械的作业特点、工作原理、施工工艺技术等并不十分了解,必须适当补充一些必要的背景知识。授课前组织学生通过对校内实训基地的铲土机、挖掘机等常规工程机械进行课前实习,使学生真实地了解工程机械的用途、结构组成、工作原理等,这样可保证学生在对各章节的设计理论学习中,能够将所学知识“对号入座”,便于知识的消化和吸收。并且在授课期间,该实训基地及其他相关实训室全程开放,学生可动手进行发动机、变速箱、离合器、泵、阀等主要部件的拆装,以此锻炼学生实践能力与创造能力,提高分析问题与解决实际工程问题能力,促进学生知识、能力、素质的协调发展。
3.拓展性。笔者在课程设计和毕业设计中发现,很多学生对于工程机械的整机和部件设计中有关强度和刚度的理解并不是很深入。为了弥补该缺陷,在授课意加入部分“钢结构”设计知识,尽管这部分知识没有纳入工程机械设计专业的教学计划,但是从学生整体把握和设计工程机械的角度来说显然是必要的。并且引导学生应用三维设计软件进行相关绘图和仿真计算,例如,学生们前期课程学过SolidWorks软件,在工程机械设计的相关课程设计和毕业设计中,鼓励学生应用该软件进行产品“样品设计”和“虚拟设计”,进行模拟装配和运动仿真,这将大大减少设计错误。并且应用专业软件对零件的三维模型进行有限元分析。此外,还向学生们讲授了MIDAS软件进行简单的钢结构计算。经多次课程设计和毕业设计实践表明,学生们对于此类扩展性的知识很感兴趣,收到很好的教学和应用效果。
4.创新性。从工程机械发展趋势来看,全球工程机械将向着环保、智能、大型化方向发展,谁掌握核心技术,谁就掌握工程机械的生命线。在“工程机械设计”授课中,引领学生坚持从实际出发,从生产需要出发,尊重前人的知识和经验,不“闭门造车”,创造性地学、创造性地用,在理论研究和创新取得良好成果的基础上争取技术研发和创新。课上以徐工集团设计制造的“钢铁蜘蛛侠”ET110步履式挖掘机为例,讲解其步履、轮式驱动结合的符合式结构,能全轮驱动、全轮转向、轮腿复合,以实现跋山涉水如履平地,灵活机动操控自如的目的,并强调自主创新是工程机械设计的生命力。
二、教学方法突出范例教学、实例讲解、案例实践
为了保障在“工程机械设计”课程的教学过程中,将教学内容的系统性、实践性、实用性、拓展性、创新性一一体现出来,并且能够让学生们轻松接受,需采用突破常规的教学方法,突出范例教学、实例讲解、案例实践这三种授课方法,它们并非相互独立,而是环环相扣构成一个完整的教学方法体系。
1.剔除冗杂臃肿,讲求范例教学。由于“工程机械设计”课程课时有限,而内容繁多冗杂,教学内容中着重提出了系统性的概念。采用范例教学的方法,对轮式工程机械和履带式工程机械各个系统设计的共性介绍和阐述,例如:对轮式工程机械的传动系计算传动比时,包括总传动比的计算,传动比的分配,以及变速箱档位数和中间传动比的确定,这些是经过精选的基本性的基础性的知识,以起到示范窗口作用,从这个窗口可以看到全室。通过范例教学,首先达到“个”的认识,进而达到“类”的认识,再者达到规律性的认识,最后还要达到通过自己的体验,提高对各个系统及整体结构的完整认识。
2.现场理论教学,实现实例讲解。“工程机械设计”这门课程本身内容具有很强的实践性特征,因此,很有必要带领学生到学校实验室、训练中心,或距离学校较近的工程施工现场,进行部分课时的现场理论教学,对典型工程机械的种类、特点、工作原理及运用进行集中合理的直观教学。例如,对铲土机、挖掘机等工程机械的类别、组成构造、现场布置、运用等内容,可以按照课程大纲要求,结合教学进度,合理安排施工现场理论教学,让学生更直观地学习工程机械的有关内容,能够对课堂教学中学生理解困难或吃力的内容起到弥补的作用。
此外,还提出引入科研成果以提高学生的学习兴趣。近十多年来,我校在大吨位架桥机、造桥机、全断面隧道硬岩掘进机、大断面隧道盾构机等设备的研制与施工领域承担了一批重大科研项目,取得了多项国际先进和国内领先的科研成果。我们通过筛选、整理,将这些最新的研究成果引入到教学中,不但丰富了课堂教学内容,使枯燥知识变得生动具体,而且同学们感到学习“工程机械设计”课程的实用性,增加了学习兴趣,调动了学习积极性。
3.改革实践环节,倡导案例实践。本课程理论性较强,实践性也较强,本科生学习的目的是:将所学的工程机械设计方法和理论应用到实际问题中去。在授课结束后安排为期一周的“工程机械课程设计”,使用案例法进行实践教学,突出“学生为主,教师为辅”的教学指导思想,以达到以下目的[2-3]:(1)通过设置工程需求,将学生置身于真实复杂的工作环境中;(2)让学生练习使用在课堂所学及其拓展的知识和技能来进行设计决策;(3)帮助学生获得解决工程机械领域内实际问题的能力,并培养学生创新意识。
根据我校专业特点,近几年开设的工程机械设计范畴的课程设计题目主要有:有轨平板运输车设计、起重机主结构设计、挖掘机工作装置设计等,课程设计内容既与课堂教学内容衔接,又有所扩充。
三、改革的效果
在“工程机械设计”课程的改革和实践中,为实现从“知识传授”转向“能力培养”的教育目的,对课程教学内容、教学方法进行一系列改革,深入探索提高学生学习积极性、培养学生创新能力的新型教学模式。
多年的教学实践表明,本次改革不仅有助于学生深入理解课堂所学的基本理论和方法,掌握工程机械设计中的关键技术,而且激发了学生的学习热情和积极性,明显提高了教学质量,是培养知识面宽、动手能力强、能很快适应社会需求的高素质学生的有效途径,近几届学生的专业知识及能力都有显著的提高,深受用人单位的欢迎。
参考文献:
[1]靳玉乐.理解教学[M].四川教育出版社,2006.
信息技术的推广和工业设计、制造技术的发展,对高校实践课程提出了新的要求。针对当前机械专业机械设计课程设计的教学模式的不足,提出了课程内容与形式改革措施。为有效提升学生实践能力与创新思维能力,将模型3D绘图与加工制造引入机械设计课程设计中,探索理论计算、设计绘图、加工制造“三位一体”的教学模式。经实践证明,新模式下教学效果突出。
关键词:机械设计;课程设计;模式;探索
随着我国社会结构的变化,催生高等教育教学结构与形式转型,国内地方高校在不断探索应用型人才的培养模式与体系。机械设计课程设计融合了机械设计基础、机械制图、机械制造基础、极限配合与测量技术等课程的知识,是机械类专业培养学生机械设计能力与创新能力的实践教学环节。因此,机械设计课程设计在培养应用型人才为目标的机类和近机类高校实践教学中具有十分重要的作用。当前,机械设计课程设计仍为减速器的理论设计计算为主,辅以二维图纸表达,致使实践性课程缺乏足够的实践环节。为此,以提高学生实践能力与创新思维能力为目标,将模型3D绘图与加工制造引入机械设计课程设计中,探索理论计算、设计绘图、加工制造三位一体的教学模式。
1机械设计课程设计教学现状
传统教学模式将机械设计课程设计的教学目标设定为着重培养学生机械制造与设计的系统化设计思维,其是在机械原理与机械设计课程中机械零部件设计方法的基础上设计机械装置,进行机械机构选择与方案设计、总体布置、总装配图设计、主要零件设计及设计计算说明书编写等训练。机械设计课程设计选择最具代表性的机械装置“减速器”作为设计题目,其课程学习要求包括以下3点:①要求学生熟悉减速器的工作原理、各零部件装配装配关系和箱体类结构设计等知识与技能;②着重要求学生掌握齿轮机构、轴、螺栓组件、轴承、键、销等零部件的设计计算与选择;③要求学生熟练应用标准、规范、手册、图表和设计资料。以采用塔里木大学机械电气化工程学院机械设计课程设计为例,其教学模式采用传统教学模式,在完成88学时的机械设计理论学习后,再开展为期2至3周的机械设计课程设计,学生以4~6人为一小组合作完成减速器理论设计、计算及二维图绘制。在课程设计时间段内,学生对减速器的设计仅停留方案构思、机械零部件和机械总成的结构布置与设计,均属理论设计与绘图,回顾以往的课程设计教学环节与学生反馈信息,发现在课程设计过程中体现出以下弊病:
(1)多数学生对综合应用所学知识与技能解决实际问题的能力较差,对减速器的结构缺乏认识;
(2)学生对课程设计兴趣不够浓厚,缺乏自我设计与创新主动性,且过度依赖指导教师指引;
(3)在减速器的设计过程中,设计计算生硬套搬设计步骤,照抄设计手册和减速器图册的减速器图样与尺寸;同时,在此教学模式下学生以完成作业任务式的心态对待课程设计,导致课程设计抄袭现象,亦无法达到课程设计原本教学要求。该模式下无法体现出设计创新与实践教学,对培养学生自主创新设计作用微乎其微。
2机械设计课程设计改革措施
现代经济社会发展要求高校培育的人才能运用专业知识解决工程实际问题和探索问题的能力。机械设计课程设计作为一门机械专业机械设计综合知识与技能应用的平台,是提高学生机械设计与工程素质的重要环节。机械设计课程设计的教学目标不仅是为培养学生机械制造与设计的设计过程,也是在培育学生掌握机械产品或机械结构的创新设计思维,以及培养学生对现代机械产品的自主创新设计技术工作的适应能力。针对传统课程设计的不足,基于培育具备理论设计、实践加工、理念创新的新型机械设计人才,对机械设计课程设计的实践教学体系进行探索性改革,具体措施如下:
(1)重组机械设计课程的实践教学体系。传统的教学模式下,机械设计的实验课程开设认识性或验证性的实验,主要包括机械零件结构认识现场教学实验、带传动实验、液压滑动轴承实验、轴系部件设计实验、减速器拆装实验等项目。以培养机械设计与制造能力为主线,重组机械设计课程的实践教学体系,增设实操性实验,制定新的教学计划。基于传统的教学模式下,对已有实验项目做改进增设实践操作性内容。以带传动试验为例,以往实验要求学生观察带传动弹性滑动和打滑现象,计算带传动的参数,新教学体系在此基础上增设带与带轮的安装和拆卸。
(2)课程设计内容改革。传统的教学模式下,机械设计课程设计以设计二级减速器为主,设计内容以理论设计计算为核心。针对课程设计内容实践性环节不足,课程设计选择相对较为简单的一级减速器作为设计内容,增设减速器3D绘图和模型加工部分。减速器3D绘图采用UG、SOLID-WORKS等软件绘制,此项内容增设依据新大纲模式下机械制图、三维制图课程整合为一体。减速器模型加工采用优耐美、谢兰微型模具加工机床加工。在新课程设计内容与模式下,安排学生开展为期3周的机械设计课程设计,学生以6~8人为一小组合作完成一级减速器理论设计计算、二维和三维图绘制、模型制作。新课程设计模式大幅增加了课程设计实践性环节,不仅促进了学生课程设计的兴趣,也消除了课程设计片面最求负责机构设计而教学效果不良的现象。
(3)创新环节。课程设计选题采取多样性、灵活性原则,将固定式的减速器设计改变为创新与思考结合的装置设计。基于此为突出课程设计的创新性,开展创新设计项目的调研、机械装置设计方面专利文献资料的检索与收集、装置设计方案构思。课程设计内容应涉及机械设计课程中所学的机构与传动方式。设计任务确定为每组按照所选定的设计题目,综合运用机械设计课程以及其他先修课程的理论和技能,运用合理的方法设计出方案。学生小组可选择指导教师拟定设计题目,学生小组也可自行拟定确定设计题目,但需指导教师审核。
3设计模型加工
模型作为设计理念的具体表达,具有三维直观、真实准确的特点,是产品设计最终的设计表达形式。对于机械设计专业的学生,模型制作不仅有助于分析和掌握产品的功能、结构、形态、材料、工艺等,还能够启发设计灵感,开拓设计思维。在机械设计课程设计中增设模具加工环节,可提升机械设计与制造专业学生的设计思维与动手能力,也可有效融合机械制图、二维制图、三维制图、机械原理和机械设计等多门专业课程的知识。机械设计的创新离不开模型设计加工工具与设备;优耐美(奥地利进口)、谢兰(美国进口)微型模具加工机床是模具设计的创新平台,其安全、稳定的性能是培养动手能力优良设备。国内部分高校已开设微型模具设计加工课程应用于学生实践操作技能和创新能力培养的课程。微型模具加工机床采用模块式结构,机体微型轻巧,组装、操作简单,由锯床、车床、磨床、钻床、铣床、铣齿床六大类机床组成,可对木质、软质金属、树脂胶板等材料进行切、削、磨、铣、钻等加工功能。据课程试验性操作证明,微型加工机床可以车轴(木质、铝质等材料)、铣齿轮、钻孔、裁切板材、磨削毛坯等。在机械设计课程设计中引入微型模具加工,极大的提升了学生课程设计的兴趣,也有效提升了学生的动手操作能力,也为了数控加工课程的学习奠定了基础。
4“三位一体”模式构建
在1979年,北京科技大学“机械设计制图”课程教学团队对非机械类机械基础系列课程进行了改革试验,把“画法几何及机械制图”、“机械原理”、“机械零件”三门课程有机地整合为一门课,在教学内容、教学模式和教学方法上进行了改革创新,并多次获得教学成果奖。国内诸多教学工作者开展了二维教学模式向三维立体教学模式的转化与融合的尝试,提出了工程制图三维化教学模式。舒宏等提出CAD制图内容穿插在制图教学中开展。在制图课程中融入形体、零件三维建模,部件的装配与驱动关系,直观地理解零件的形状、配合、部件的工作原理等。三维CAD教学从产品设计的角度,以三维产品设计到二维工程图为主线。机械制图、三维实体设计、机械设计三门课程的内容相互联系紧密,国内外诸多教育工作者试图将此三门课程融合为一体。而此三门课程内容在机械设计课程设计的设计内容中得到综合体现与应用,将设计与加工制造结合可将设计思维正确与否得到准确的验证。故探索将模型3D绘图与加工制造引入机械设计课程设计中,探索理论计算、设计绘图、加工制造“三位一体”的教学模式。在此教学模式中,学生的课程设计不在单纯意义上的设计计算,设计模型加工与制造是课程设计重要的组成部分。以往依据理论计算,确定零件尺寸与装配关系,依据选材校核零部件的强度与刚度。现在需要依据加工单元与材料来考虑所设计装置各零件形状与尺寸,形成了由零件加工形式、模型装配、零件设计计算等一体化的设计加工模式。以一级减速器设计模型为例,新教学模式下齿轮、轴的模型设计需要依据微型模具加工机床加工范围来设计计算零件的尺寸与材料,箱体模型采用木板裁切、粘拼而成,螺栓组件、轴承、键、销等标准零部件可选配或采用其他材料替代。零部件理论设计计算、装置传动效率计算过程不再是单纯的搬套,装置二维或三维图形绘制亦无从过度复制粘帖,且在整个设计过程中需要多位同学协同完成设计。
5实践效果
2014年,在机械设计制造及其自动化专业单班的课程设计中应用新的教学模式,课程设计期间学生无缺勤现象,且改变了以往小组内“吃大锅饭”的现象,整个小组内按照设计要求分工任务。经问卷调查表明,学生对新模式下的机械设计课程设计满意度极高。同时,机械设计课程设计的改革也为后期学生开展大学生创新试验与设计奠定了良好的基础。机械设计课程设计教学改革以来,有效促进了机械设计课程设计的建设与发展,有效提升了学校教学质量,逐步形成了以设计项目为主线组织设计计算、绘图、模型制作“三位一体”的新模式。
参考文献
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