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关键词:机械零件课程设计 教学方法 教学效果
机械零件课程设计是工科类中等专业学校学生第一次比较全面地运用所学的专业理论知识和生产实践知识,并借助设计资料、标准、规范和一些经验数据进行的综合设计训练。机械零件课程设计是一门实践教学课,其目的是培养学生理论联系实际的设计思想,让学生掌握机械设计的一般方法,能利用所学知识解决工程实际问题。通过学习,最终让学生掌握一般机械传动装置、机械零件的设计方法及设计步骤,同时对学生进行基本技能训练,例如计算、绘图、熟悉和运用设计资料(手册、标准、图册和规范等),让学生了解、掌握常用机械零件、机械制图、机械传动装置、简单机械的设计过程和实施步骤。
机械零件课程设计的课题很多,而选择带式运输机的设计计算为零件课程设计的典型题目,其难易程度符合工科类中等专业学校教学大纲的要求。内容包括电动机功率及类型的选择、带传动和齿轮传动的设计计算、轴和键的设计计算、轴承的选择和轴承寿命的计算以及减速箱的结构和附件的设计等。就课题的工作量来说,除上述内容外,学生还需完成减速箱的装配图和部分零件工作图。对于理论知识与实践经验均不足的中专学生来说,要在规定的时间内圆满完成以上任务不是一件容易的事情。
采用什么样的教学方法来指导学生,以较高的效率完成这一设计工作呢?笔者认为,采用“分步教学法”(即一看、二讲、三讨论、四总结、五答辩),指导学生进行机械零件课程设计,可以较好地达到预期目的。
一、看
要进行机械零件设计,必须认识设计对象。鉴于机械零件设计一般安排在下厂实习以前,学生现有的实践经验不足,因此必须由指导老师带学生到实习工厂进行一次减速箱的现场拆装,使学生对减速箱的组成、类型、结构、附件和作用以及机械传动装置有一个完整的感性认识。若条件许可,教师最好一并介绍几种外形各异、采用不同类型传动方式的减速箱,以开阔学生视野。
二、讲
指导老师的讲授包括平时的机械零件理论课程讲授和进行零件课程设计时的讲授两部分。首先,对于教材的讲授,要有的放矢地提出理论课结束后将要进行的机械零件课程设计任务。如带式运输机,教师要概略地阐述在带式运输机的设计过程中将要遇到哪些问题,用哪些知识去解决,把机械零件的各章内容用一个实际问题有机地联系起来。这样,学生学习时就可以不断地体会教材本身的完整性和各章之间的相对独立性,从而带着带式运输机这个待解决的实际问题积累知识,为机械零件课程设计打下坚实的基础。其次,在讲授机械零件课程设计初期,学生已经掌握了一定的设计知识,但接到具体的设计任务时却往往感到不知从何下手,即对机械零件课程设计的程序缺乏全面了解。在这个阶段,教师讲授的重点则要结合课题讲清设计程序、步骤以及在设计过程中应正确对待的一些问题,如查阅已有资料与创新的关系,正确使用标准和规范,零件强度、刚度的计算与结构和工艺要求的关系,以及如何处理计算与图幅的比例关系等。在讲授传动装置的总体设计时,教师要求学生按照规定的传动方案选定电动机的功率、型号,合理分配传动比以及计算传动装置的运动和动力参数等,具体的运算过程留给学生自己完成。
三、讨论
经过减速机实地拆装和教师的讲授,学生们对带式运输机的整体设计过程已经比较清楚,即可按照“三边设计法”(即边画图、边计算、边修改)进行设计计算。在这一阶段,教师工作的重点应转到观察发现学生们在设计过程中出现的错误上来,特别是一些共性错误,进行归纳分类,为机械零件课程设计答辩收集资料。在适当的时候,教师可组织讨论,让学生自己提出纠正错误的办法。在讨论中,教师只作启发性的引导,经过讨论待问题已基本清楚时,再由教师作总结性发言。这种讨论大致要经过两轮,第一轮要解决传动装置的总体设计和传动零件设计计算中出现的问题,第二轮要解决减速箱的结构、附件及在工作过程中可能出现的问题。
四、总结
总结,即整理编写设计计算说明书。设计计算说明书是图纸设计的理论依据,又是设计计算过程的整理和总结,它是设计工作的一个重要组成部分。毫无疑问,学生自我总结、编写设计计算说明书的过程是独立获取知识的过程。通过总结,学生回过头来系统地分析整个设计过程中存在的问题,进行必要的更正和修改。同时还可以通过这一典型的课题设计,从中悟出一般机械设计所遵循的普通规律,举一反三。在这一阶段,教师要提出统一要求。
五、答辩
答辩是机械零件课题设计的最后一个教学环节。学生准备答辩的过程是一个不断深化设计知识的过程。课程设计完成后的全部图纸与说明书应有设计者和指导教师的签名,未经指导教师签名的设计不能参加答辩。由指导教师组成答辩小组按设计小组进行答辩。答辩时按说明书编写顺序,设计者首先对自己的设计进行5~10分钟的讲解,说明主要解决的问题,然后回答教师的提问。每位学生的答辩时间不超过15分钟。课程设计成绩根据学生平时设计情况、课程设计质量以及答辩情况,由答辩小组综合衡量、讨论评定。本课程设计成绩为百分制,其中平时表现占30%,以做课程设计时的表现为主要依据;设计质量占50%;答辩占20%。
[关键词]机械原理;机械设计;课程设计;内容
[中图分类号]G632 [文献标识码]A [文章编号]1005-6432(2013)34-0179-02
机械原理和机械设计是职业学校机械专业的一门专业基础课,它是沟通学生理论课和专业课的桥梁。机械基础课程设计是课程学习之后进行的综合性,实践性很强的课程,如何搞好课程设计,如何通过课程设计使学生的设计能力,实践能力,协作能力等综合能力得到提高,基础知识得到巩固,是从事本课程教师值得探讨的问题。笔者在从事机械基础课程设计的教学实践中,为了培养学生的综合能力和工程素质,进行了一些有益的改革尝试,使学生受益匪浅。
1 机械基础课程设计的内容改革
1.1 课程设计的目的
机械基础课程设计是职业学校机械类专业的学生在学完课程后独立进行的一次工程实践。该课程的最终目的是让学生进行一次较全面的设计训练,培养他们理论联系实际,提高综合应用理论知识和生产实践知识去分析和解决有关工程实际问题的能力,为以后的专业课程设计打下坚实的基础。
1.2 课程设计的内容改革
选题是课程设计内容的关键,教师的选题应尽可能把教学过程中涉及的知识在课程设计中得到综合体现,同时要保证学生能够按时完成。改革前,江苏省张家港工贸职业高级中学机械原理和机械设计课程设计是分别进行的,互相之间没有联系。机械原理课程设计在第4学期开设,内容以机构的运动分析为主;而机械设计课程设计在第五学期开设,以零件的强度分析和绘制装配图,零件图为主。不论是机械原理还是机械设计,课程设计的题目和设计方案都是教师给定的,而且有设计题目的样机,机械原理题目是插齿机插刀系统基本运动设计,机械设计课程设计的题目是减速器的设计。这样的选题都有一定的依据。插齿机插刀系统的方案设计中涉及连杆机构,凸轮和齿轮等机构,能够很好地反映教学的内容,学生通过参观样机基本能够在较快的时间内完成规定的任务,所以两周的设计过程显得很轻松,真正能够设计不同方案的学生并不多见,这样在创新能力的培养方面得不到很好的锻炼。而减速器作为传统的设计题目,其零件的选择包括电机、皮带、螺栓、齿轮、轴、轴承、键、销、联轴器、、密封以及箱体等,它的设计结合书本知识最多,而且难度适中,能够较全面地反映机械设计课程内容的教学要求。作为学生机械设计的题目在较长时间都没有得到改变。而且单独进行机械原理和机械设计的课程设计,最大的弊端是学生缺乏对整体机械的认识和系统工程的认识。为了使学生各方面的能力得到综合提高,我们将机械原理和机械设计课程设计整合为机械基础课程设计,设计题目暂时定为包装机械(包括液体包装机和固体包装机)的设计。设计时间由原来的“两周”加“三周”改为现在的“四周”,设计方式也做了相应的调整,原来不管机械原理还是机械设计均为三人一组,三人的设计题目,已知条件均相同,这样可能会导致三人互相抄袭,而且多年的课设结果也反映出这样安排的弊端;改革后仍为三人一组,但是三人是负责整机的设计,他们之间相互联系而又互不相同。他们必须按照给出的设计任务,商定设计方案,其中一人的不合作就会影响整个小组的设计,导致方案失败。这样,学生在相互协作能力和创新能力方面均可得到相应的锻炼。从总体的工作量来看,原来机械原理课程设计包括机构运动简图的绘制(1#);插刀的位移,速度,加速度线图的绘制;凸轮的位移线图和对应的凸轮工作图;和编写设计说明书。机械设计课程设计包括装配图的绘制(0#),轴和齿轮的设计,以及编写设计说明书。改革后,机械基础课程设计总体工作量基本保持不变,但同一组三人各有侧重,把包装系统分成三部分(输送部分,热封部分,装料部分),每人负责其中一部分的设计,最后要求学生绘制出整个机械系统的机构运动简图(1#),相应的部件图(0#),轴和齿轮(或凸轮)零件图,和编写设计说明书。经过几轮的尝试后,打算每一组人数增加到6~8人,能够在四周的课程设计过程中,相互分工,做出液体包装机(或固体包装机)的整机设计。
2 改善教学方法,注重能力培养
2.1 注重设计能力的培养
设计能力的培养是一个循序渐进的过程,要完成一个好的设计,需要各门课程之间的相互支撑,相互融合。而目前许多课程的学习是孤立的,一门课程考核完成后即告结束。而针对机械类专业的特点,在课程的教学过程中不同知识的融合给课程设计提供了一次有益的尝试。其中设计计算和结构设计是设计能力的两个主要方面,我们将后者作为课程设计的重点。结构设计是确定零部件形体的主要阶段,是一个难点。对于机械类专业的学生来说,由于机械基础知识比较扎实,欠缺的是工程实践经验,所以在进行结构设计时,思维局限在书本知识上。为此要求学生提出结构设计合理,表达清楚的设计意图有一定的难度。所以,在实践过程中要求学生设计产品时要考虑到产品的造型、制造、市场等生命周期,即学生的设计能够解决工程实际问题,这样首先可以激发学生的设计热情。课程设计的全过程都要突出结构设计,鼓励设计新颖结构,以结构合理性和工艺合理性作为评价结构设计部分的主要方面。同时在课程设计过程中,教师应善于给学生创造一个能够发挥最大想象力的空间,在布置任务时,只给出设备能够最后实现的功能,而不规定具体是如何实现的,这样有利于学生在设计过程中最大限度地发挥自己的想象空间。教师在设计过程中还应注意引导学生发现问题,进而分析问题,解决问题。鼓励学生大胆创新,在想象和创新中提高学生的自信心和设计能力。
2.2 注重实践能力的培养
课程设计的题目应能够符合工程实际的需要,一般设计的题目尽量选用真题。在以往的课程设计中,教师给出设计参数,布置设计任务以后,学生一般参考样图进行绘制,这样思维必然局限于教师的设计思路,对学生创新意识的培养非常不利。在改革后,学生可以到机械厂和实验室去参观小型的装置,这样对机器有一个总体的印象,可以观察机器的运动情况,同时学校还给学生提供了两台包装机供学生装拆,这样学生可以从不同角度了解机器的结构,整个机器的组装过程和零部件的形状,立体感强,层次清楚,学生基本能够从视觉角度感知机器内外部的情况。而且,在实际项目的设计过程中,学生必须根据实际情况,从资料收集,设计计算和结构设计等方面考虑,提出合理的设计方法,这对于学生综合设计能力的培养有一定的促进作用。
2.3 注重协作能力的培养
各同学之间协作能力的培养在课程设计过程中占有重要的地位。改革后在机械基础课程设计中,一般以3人为一组。小组成员之间在形成具体的方案时要求各成员之间相互讨论,在设计方案基本确定以后,组织一次小组间的讨论,提出每组方案中存在的优缺点。这样既可以培养学生与他人之间的协作,又有独立的构思和设计,分组设计带来的一个意外收获是形成了小组之间的良性竞争,这种竞争增加了学生的工作热情,体现了学生是教学设计主体的原则。在课程设计过程中,教师是每组的一个成员,在教学过程中和学生共同讨论设计方案的可行性,在关键的问题上对学生进行指导,掌握每位学生的设计进度。
3 改革考核方式,提高课程设计质量
最初课程设计的考核方式比较单一,一般是“师评”,即教师根据图纸的质量和平时的印象给学生打分,这样存在一定的不合理性,教师可能只关注图纸的质量和课程设计的进度,存在一定的片面性。为了克服这种不合理性,在随后的课程设计中作了一定的修改,但原则上还是每位同学均参加答辩,答辩的最后成绩分阶段给出,总共由四部分组成(平时考勤占10%,设计计算部分占20%,草图和最后图纸质量占40%,答辩30%)。经过这样的改革后,发现同学们在设计阶段思维会更加活跃,自主性会得到更充分的发挥。而且由于答辩时面临的是全班同学和老师,准备答辩和答辩的过程对每位同学的心理承受能力和口头表达能力都得到了锻炼。
通过从教学内容,教学方式和考核方式的改革,学生才能从全方位真正提高课程设计质量,真正锻炼同学们的能力,与课程设计目标相一致。
参考文献:
摘要:主要对机械专业的机械原理课程教学体系进行了探索,通过机械原理课程的理论教学和实践教学的改革,培养了学生的创新思维,激发学生的创新意识,提高了学生的机械设计能力和创新实践能力。
关键词:机械原理;教学;创新
机械原理课程作为机械类专业中一门重要的专业基础课,它具有较强的工程性、实践应用性、创新性,在整个教学体系中起着承上启下的作用。该课程主要讲述机构的结构分析、运动分析、力分析和常用机构的运动原理和应用。学过这门课以后,学生能对现有机械的组成和运动情况进行分析,具有运用所学知识,组合新的机构及创造出新产品的能力。在培养学生的机械设计能力和创新思维、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。
一、基于创新能力培养的机械原理课程教学体系的建立
目前,国内外高校都十分注重培养大学生的科技创新和实践能力,德州学院结合机械原理的精品课程建设,以培养和发展机械类本科生的综合素质和实践动手能力为目标,以创新教育为重点,以“激发创新兴趣,培养创新思维,引导自主实践,重在创新过程”为原则,对机械原理课程进行了全面的建设。机械原理课程建设总体框架如图1所示。
二、通过理论教学模块培养学生的创新意识和创新思维
1.改革理论教学内容,培养学生创新意识和思维
随着企业对机械工程技术人员的设计、创新和新产品开发能力越来越重视,机械原理教学内容也应该随之进行改革。以机构设计为核心构建课程体系和组织教学内容,加强对连杆机构、凸轮机构、齿轮机构等机构的结构、应用特点的介绍,全面、系统地讲授各机构的运动、动力性能。对与理论力学重复的部分如平面机构运动分析、力分析、刚性转子平衡可适当减少课时,简单介绍。
在教学内容上适当增加一些日常生活中的实例和工程机械的结构实例。讲授机构时先以生活中的应用实例导入,再以各种机加工机床的结构作为实际工程机械实例深入学习。如讲解连杆机构时,先以常见的推拉门窗、太阳伞等生活实例应用引入,然后进一步介绍在牛头刨床的传动机构。而这些机床的结构中如牛头刨床中包含了机械中的连杆机构、齿轮机构、间歇运动机构等,使学生能够将感性认识和理论知识结合起来,提高学生对机构有了直观的认识。
同时在讲授各个机构时应将其彼此联系起来,如介绍凸轮机构的工作原理时,可以提问学生前面所学机构中哪些机构能够实现主动件匀速转动从动件移动,学生就会能够将连杆机构中的曲柄滑块机构联想起来,然后可以进一步联想起凸轮机构高副低代后就是连杆机构。接着让学生将自己所知道的凸轮机构和两机构联合使用的应用实例举出一二。这样将前后所学内容连贯在一起,融合贯通起来,培养学生的创新思维和创新意识。
2.改革理论教学方法和手段,强化学生的创新意识和思维
充分利用现代化的教学手段,增加课堂授课的信息量;在对教学内容进行深入研究的基础上,结合机械原理的教学内容建立以图片、动画、录像资料为主的素材库。对各个机构的运动、分析及应用采用三维动画演示,运用其形象、直观、生动的特点,创造生动逼真的教学环境,优化课堂教学,提高学生的学习兴趣和素质。而学生在学习机械原理以前已经进行三维实体软件的学习,大部分三维动画是由学生独立完成的。这样将三维实体软件的应用与专业理论学习结合起来,不但使吸引学生的学习兴趣,更培养了学生利用先进软件工具解决具体工程问题的能力。学生拓宽了思路,进一步提高了创新意识。
同时,在德州学院的教学网中建设了机械原理课程教学网站,并被学院评为优秀网站。网站内容包含教学课件、习题解答、在线复习、实验指导、学生创新实例、师生互动平台等内容。教师可以通过课程网站对学生进行答疑,增强了教师与学生学习的互动性。同时教学网站给学生提供一个自学的平台,学生可根据个人兴趣进行自主性学习,从而有效地化解理论课时少的矛盾。
三、通过实践教学模块提高学生的创新精神和创新能力
1.设计合理的课后大作业,有助于提高学生的创新思维
在教学过程中,除了精选的理论基础作业外,可以适当有针对性地布置课后大作业,规定一段时间内完成,利用课余时间分组进行评价。这些作业可以来源于实际生活,也可以来源于工程实际应用。通过完成作业达到学生对《机械原理》知识的综合应用和提高。特别是学习到几种常用机构时,比如讲到连杆机构时,可以布置自动翻书架的设计、爬楼机器人机构设计等题目让学生任选其一进行设计,也可以让学生自己设计题目进行设计。既提高了学生设计自主性和创新思维,激发学生的学习兴趣,又使不同程度的学生都能有所收获。
2.积极进行实验教学改革,提高学生的创新能力
2010年的人才培养改革中,提高了机械原理实验课时量,增加到了12学时。近几年,学院加大了对机械专业实验室的投入,增加了创新实验设备的购进。目前可做机械原理课程实验的有机械设计基础实验室和机械创新实验室。目前机械课程实验教学中已由原来的以演示性、验证性实验为主转变为以综合性和设计性实验为主。现在的实验教学中除保留了机械原理的认知实验、机构运动简图的绘制、齿轮齿廓范成原理实验等基本实验外,增加了平面机构创意组合实验、机构运动方案创新设计实验、轮系创意组合实验、慧鱼创意组合实验等实验。规定了必修实验的个数为5个,除此之外为选修实验项目和学生自行设计实验。为了提高学生的实践动手能力和创新能力,我们将机械创新实验室对外开放,学生可以根据自己的实验设想和具体方案,用现有的仪器设备,利用业余时间去实验室将自己的实验设计构思进行验证。整个过程都是由学生亲力亲为,不但提高了学生对各种仪器的综合操作技能,同时也加强了他们独立思考、分析解决问题的能力和创新精神。
3.积极进行课程设计改革,鼓励学生大胆创新
为了体现专业特色,同时又兼顾课程教学理论知识,我们对机械原理课程设计的题目、内容和考核方法进行了改革。课程设计题目避免重复,设计内容不光要有图纸和设计说明书,还鼓励学生要采用计算机软件对自己所设计的方案进行三维虚拟造型,进行运动学仿真及可行性验证。学生们对三维虚拟造型都很感兴趣,学习Pro/E等三维设计软件的积极性也较高。通过这一环节的训练,不仅提高了学生对三维设计软件的熟悉程度,而且还调动了他们的创新积极性,扩大了他们的思考空间,激励他们改进设计,大胆创新。课程设计的考核还鼓励学生做出所设计机构的实物,若方案可行并有实物模型做出的则课程设计成绩评定为优秀,鼓励学生动手实践,提高自身的实践能力。
4.科技创新模块以科技设计竞赛为载体,促进学生创新素质提高
德州学院大力支持广大学生参与各类科技文化竞赛活动,制订了《德州学院大学生科技文化竞赛管理办法》、《德州学院创新学分和技能学分认定办法》等,对学生在第一课堂外实施的一系列创新和技能活动中取得的创新或技能成果给予一定的学分和物质奖励,大大提高了学习的创新意识。而竞赛都要求在符合大赛主体与内容的前提下,学生自行选择设计题目。设计大赛一般要求提交模型或样机,因此参赛学生不仅要构思,还要设计、制作和调试。将创新构思和实践能力紧密结合起来。所以在竞赛的具体实施过程中,从查资料、绘制图纸、撰写说明书到自己亲手制作,以及作品的调试以及最后的竞赛答辩,学生们经历了各个环节,对创新所需的实践能力进行了全方位的训练。
四、结论
经过几年的机械原理课程的建设,取得了较好的效果。机械原理课程被评为德州学院优秀课程。通过机械原理课程的学习,一方面,培养了学生独立思考问题、分析问题的主动性;另一方面,也激发了学生的学习兴趣,提高了他们的工程意识和创新设计能力。
参考文献:
[1] 管锋.机械原理课程实践性环节的教学改革与实践[J].
长江大学学报(社会科学版),2011,(4):121-122.
机械设计是机械工程专业的一门专业技术基础课,在机械工程专业课程体系中占有十分重要的地位,是衔接公共基础课和专业课的桥梁与纽带,担负着为后续专业课程奠定基础的重要角色。但从目前应用型人才培养模式看,现行的教学方法及手段等在很大程度上导致了理论教学和实践教学相互脱节,影响了工程应用型人才培养的质量,需要进行一系列的改革。
一教学内容的改革与探索
1理论教学方面
应用型人才培养的理论教学应以社会需求为导向,以理论教学的基础性和应用性为出发点,以培养学生技术应用能力为目标[2]。要精选、更新教学内容,在教学过程中要不断地将一些最新的科研成果充实到教学内容中去,力求反映发展前沿,使机械设计课程的内容始终保持较强的时代性、前沿性。
2实践教学方面
培养应用型人才必须突出能力本位的思想,实践教学是应用型人才培养过程中重要的教学环节,它对培养学生的创新意识和实践能力,提高他们的综合素质有着理论教学不可替代的特殊作用[3]。
机械设计课程的实践教学包括实验及课程设计两方面内容。根据工程专业的培养目标,以能力培养为主线,把提高学生综合素质、培养创新精神和实践能力作为实践教学的主要目的,构建与理论教学相辅相成的实践教学新体系。
在实验教学内容上注意与相关课程关联,根据社会发展与需求及时更新实验内容,减少验证性、演示性实验,增加与工程实际联系密切的综合性、设计性、创新性实验,并在实验项目中尽可能地采用新技术、新方法、新设备。教学中,增加轴的测绘、减速器等机械的拆装及机械创新实验等实验项目,有利于提高学生的动手能力,使学生对工艺方面的要求及结构设计有一定的了解,为提高学生整体设计能力打下基础。
在课程设计选题上要改变以往题目的单一性,除保留减速器这一传统的设计题目外,还要选取与工程实际关系密切的课题(如一些科研子课题)作为课程设计的课题,比如:各种简单类型的行星齿轮传动设计、汽车传动系统中的减速器、减速器虚拟设计等。最大限度地调动学生的积极性,激发学生的创新意识。
二教学方式方法的改革与探索
1理论教学方面
(1)做好学生的思想政治教育工作,帮助学生明确职业化素质,提升职业适应能力,增强学生的应用创新意识,提高学生的应用创新能力,培养学生的应用创新人格。
(2)课堂讲授突出重点,贯彻少而精的原则。培养工程应用型人才,要充分考虑各专业后续专业课程和学生就业后在实际工作和研究过程中对机械设计知识的需求,在保证基本的机械设计教学体系的情况下,专业需要的部分要多讲,专业不需要的部分要少讲或作简单介绍。
(3)建立多元互动的课堂教学体系。在教学中充分发挥学生的主体作用,让学生在课堂上有发言讨论的机会。以教师为主导,开展提问式、启发式、讨论式等以学生思维训练为主的教学方法,如:在教学中,引入工程设计中遇到的实际问题(带传动打滑、链传动脱链等),教师引导思路,让学生用相应理论去解决问题,并让学生分组展开讨论,充分发表自己的见解,对于学生既锻炼了知识应用能力,又提高了学习的积极性和兴趣,激发学生的创新欲望,有益于学生综合应用能力的培养。
(4)淡化公式的推导过程,注重公式的实际应用。机械设计课程特点是公式多,尽管公式多,但除了一些定义性公式应在了解的基础上记住外,其余得只要求正确使用不必硬记。教学中要淡化公式的推导过程,注重公式的应用,更多地注重实际问题的解决过程,减少讲授理论的比例,加大练习和应用比例,这种理论联系实际的教学有益于锻炼学生解决实际问题的能力,培养学生的应用型思维。
(5)坚持共性与个性相结合,贯彻因材施教的思想,促进学生个性的发展。为了满足不同的需求,我们在授课后增加课外辅导和答疑时间,针对不同生群因材施教。
2实践教学方面
(1)改革实验教学方法,提升实验教学质量。在实验教学环节中,要充分发挥学生的主体作用,给学生提供更多的参与动手的机会,让学生多动手、多实践,培养他们的实践动手能力、运用所学知识的能力、解决问题的能力和创新意识,我们采用分阶段、多层次的实验教学方法,以满足不同层次学生的需求并强化学生的实践动手能力。
第1阶段:感性认知阶段,带领学生参观零件陈列室,掌握常用机构和通用零件的原理、结构及其基本功能,增加学生的感性认知。第2阶段:验证型实验,要求学生掌握实验原理及实验设备的基本操作,运用所学理论知识,能进行相关数据的处理,培养学生的实验基本操作能力。第3阶段:综合设计型,要求学生掌握机械设计课程所涉及的知识进行综合设计型实验,培养学生的综合设计能力。第4阶段:创新型自主性实验,在机械创新实验室,让学生通过具体的工程实践结合专业基础知识自己动手创新机械,培养学生的综合能力及创新能力。
(2)课程设计选题结合工程实际。根据学生各方面的综合素质和表现分配题目,设计题目要与工程实际紧密联系起来,可将一些科研子课题引入到课程设计中,将原先的二维绘图转变为三维设计,有利于对新产品的创新设计。
设计中要尽量采用现代设计方法,比如优化设计、可靠性设计等。实现设计手段现代化,设计中引入计算机技术手段,选用目前企业运用较广的计算机辅助设计软件Ansys、Pro/E、UG等,如:采用Pro/E对零件进行三维建模,并用建造好的虚拟模型进行CAE分析,然后修改模型,对满足创新设计要求的产品进行虚拟制造。丰富了课程设计教学内容,调动了学生的学习积极性,也使所培养的学生更符合企业对设计人员的需求。
把机械设计课程设计当作一门必修独立课程进行考核,具有单独学分,这样可增加学生的重视程度;对于设计答辩,应成立有效的课程设计答辩小组,不能流于形式,事先拟定多个答辩题目,保证课程设计学时,严格答辩考核是实现机械设计课程培养目标的最重要因素之一;采用综合评价标准,全面评价学生课程设计质量,真实评价课程设计教学效果,把成绩分成几大块,包括平时出勤,计算说明书,零件图及装配图,答辩情况。
(3)科研与教学相结合。科研与教学相结合,是应用型创新人才培养的有效途经。人才的培养需要经历漫长的实践、学习、再实践的过程,才能做出创新性业绩。只有通过大量的实践活动才能更有效地提高学生分析问题和解决问题的能力以及团队意识。
组织学生参加教师的科学研究活动,在教学活动过程中,从形式、内容、方法等方面,体现科学研究的要素与精神,把获取理论知识的学校教育与获取实践能力的科研实践有机地结合在一起,可以培养学生的创新意识,提高学生创新能力。将教学与科研有机结合,通过引导和组织学生积极参加与课程相关的研究项目,强化实践教学环节,可提高学生的实践动手能力。
三教学手段的改革
1采用多媒体教学课件
机械设计课程的理论性及实践性都比较强。而大多数学生对课程中遇到的一些工程实践问题感性认识不足、难以想象和理解,因此,作为教师,我们应该充分利用多媒体技术,多制作一些具有个性化的多媒体教学课件,体现我们不同的教学风格。通过多媒体教学课件,将原有教学内容进行重新调整,来加强教学内容的层次性和概括性,使原有庞大和繁杂的教学内容缩减为若干个清晰明了的教学板块,重点突出,层次鲜明,便于学生深入地理解和掌握重点内容,通过多媒体手段,极大地提高教学效果和质量,培养了学生的形象思维能力。
2采用直观教具和适当的板书
多媒体教学虽然内容丰富、详细,教学内容生动形象、具有较强的吸引力,课堂教学中可以实现教师与同学们的教学互动。但是,在课堂教学过程中,不能过多地、片面地追求多媒体教学,课程的某些内容在教学中还应辅以适当的教具、模型及板书。
因为课件信息量增大的同时播放速度较快,学生记笔记困难,印象不深,可以通过板书来弥补。对于理论性强的知识要利用板书进行讲解,能充分发挥教师的口头语言和身体语言的感染力;对于一些难度不大、较易理解的形象性知识,则利用多媒体课件讲解,这样教学效率高、效果好。
机械设计课程教学对工程应用型人才的培养有着十分重要的作用。对于机械设计课程,从教学内容、教学方法、教学手段及实践教学等方面进行改革与探索是很有必要的,通过这些方面的改革,可激发学生学习兴趣,提高教学效果,有利于加强学生创新能力及工程实践能力、分析问题及解决问题能力的培养。对学生创新精神的培养和综合素质的提高具有重要意义。
总之,在经济、科学技术迅速发展的今天,作为高等学校的教师,我们不但要更新教育观念,改变教学模式,建立教学新体系,更要积极钻研业务知识,不断完善自我,切实提高教学水平,以培养出满足现代社会需求的高素质工程应用型人才。
参考文献
[1]杨志坚.中国本科教育培养目标研究(之六)[J].辽宁教育研究,2004(10):1-16,49.
一、毕业设计图纸存在的主要问题
其一,是图纸的标准化问题。学生的标准化意识淡薄,作图随心所欲,标准件不按照标准画,如螺纹、滚动轴承、齿轮、皮带轮、链轮等的表示。另外,表现在图幅大小以及比例的不按标准选择。譬如,所有的零件图,无论尺寸大小均采用相同的图幅,造成大图纸画小零件,图面留出大片的空白,而一些较大尺寸的机架零件、箱体零件,画在较小的图幅上,除了顶天立地外,用于反映结构的局部视图或剖切图便无空间表达;对于标题栏、明细栏的填写也非常随意,或直接简单套用国外三维软件中的格式,不符合我国的技术制图规范;在图线应用上也是粗细不分、虚实不分,标注所有的字体大小不规范等现象也时常发生。
其二,是零部件的表达方法问题。目前,学生在做设计时,一般先应用电脑软件完成三维建模,再将三维模型在电脑中转化成二维工程图。一些学生不具体分析零件的结构,在转化成二维工程图时一概用三视图表达。实际上一些简单的轴、盖、轮、环等,一个或两个视图就能表达清楚;而复杂的箱体零件可能需要三个以上视图表达。另外不会选择合适的剖视图也是一个突出的问题,一些学生对需要剖切的部分不作剖切,既使剖切也只采用单一的剖切平面画全剖视图,不会使用多个剖切面或其它剖视图。
其三,是尺寸标注问题。学生对于装配图的尺寸并不清楚应标注哪几类,通常只标注总体尺寸,装配尺寸、安装尺寸遗漏较多;而对于零件图的尺寸很少考虑设计与工艺基准问题;常见结构的尺寸标注不采用标准符号,如沉孔、倒角等的尺寸;另外,亦存在装配图上的配合尺寸与零件图上的公差数值不对应,在装配图上漏注配合尺寸和在零件图上漏注公差等更是常见病。
以上诸多问题的存在,反映学生在多门基础课程和专业课程学习中的不足,当然机械制图及计算机绘图课程首当其冲。机械制图是机械专业唯一一门学习投影制图的基础课程,对学生基本投影方法的建立、制图国家标准的掌握以及零部件表达方法有着非常重要的作用。学生对课程内容掌握的程度将直接反映在毕业设计图纸上。如何针对学生在毕业设计图纸上所反映出的不足,对《机械制图》课程进行相应调整与优化,笔者从《机械制图》课程教师的角度,结合在教学实践中的体会提出一些建议。
二、《机械制图》课程体系的优化
虽然机械制图课程指导委员会对课程的学时数有指导意见,但目前大多数学校对课时都会压缩,以缓解其它新设课程所带来的课时紧张。学生应对就业的压力的提前实习,更加重了教学时数的紧张。在这种情况下,课程体系的优化尤为重要,包括内容的增减,练习的方式,教学手段的配合等,以保证学生在有限的学时内学得更实用、更扎实。
1.《机械制图》课程内容的优化
(1)强化学生的标准意识
工程图纸称为“工程界的语言”,是科学技术交流、生产管理中不可或缺的部分。因此,图样的绘制必须建立在统一的标准基础上,如在国家《技术标准》《机械制图》标准中,针对图纸幅面、标题栏、明细栏,绘图的比例、图线以及图中所注的尺寸、书写的字体等都有明确规定。而在平时的教学过程中,仅用几节课的时间介绍标准,难以培养学生自觉贯彻执行标准的意识,应在整个课程的学习过程中反复训练、逐步培养,如在画三视图、剖视图的练习时加入标题栏的填写、尺寸标注训练,并强调各种图线的正确应用。此外,在计算机绘图的教学中,强调标准的执行尤为重要,因为大多数绘图软件是国外引进的,所采用的标准与我国的标准有所差异,必须强调这种差异,并使学生学会对不符合我国标准的部分加以修改,日常的每次出图都应符合规范。只有通过反复的训练,才能使学生牢固建立标准意识,在毕业设计时对标准的应用自然会驾轻就熟。
(2)加强零部件表达训练
毕业设计课题中,涉及到许多非标准零件的设计,必须通过画零件图反映出设计思想。零件图应包括视图、完整的尺寸、技术要求和标题栏。其中视图既要求将零件全部结构形状表达清楚,又需力求简洁明了,要达到这一要求并非易事,需在平时加强练习,而实物测绘练习是一个非常有效的的方式。
实物测绘从教学角度看是从形体表达到机械设计的一个台阶,对机械专业的学生来说,如果将来从事制造业,他们也将经常接触实物测绘,消化吸收先进机械的仿制,首先需要测绘;而当破损的零件缺少备件又无图样和资料可查时也需要测绘;对原有设备零件更新改造时,也是在测绘的基础上进行新产品的设计。因此,实物测绘是机械专业学生必须掌握的基本功。
实物测绘的内容分为两个部分,单个零件测绘和部件测绘。在教学手段上,让学生自由分组进行测绘、讨论与研究,以增加学生的积极性和主动性,减少因反复练习所带来的枯燥乏味。
在单个零件测绘中,主要开展零件表达方案讨论。例如,主视图的方向、视图的数量;用哪一种剖视图表达中空结构最合适;带倾斜结构的零件如何用斜视图和局部视图结合起来表达。鼓励小组成员各抒己见,在讨论中互相学习,掌握零件表达方法的综合应用。
在部件测绘中,学生通过拆装装配体,了解零件各个结构的功能,明白结构的设计主要由功能所决定。同时,也了解了设计的整体性问题,如结合的可靠性、拆装的方便性、外形与内形的一致性等,为之后的毕业设计作知识上的铺垫。忽略零件的工艺结构亦是毕业设计中容易犯的错误,对于这方面的错误,可通过零部件的拆装、绘制草图等练习,加强意识、提高常见工艺结构设计能力。
另外,毕业设计课题中有不少会要求对机器的机身、大型底座进行设计,这部分通常是焊接结合件,需要焊接图方面的知识作支撑。因此焊接图不能因为课时原因不纳入教学内容的范畴,相反应该加强焊接图表达的学习,同时掌握标注标准焊接符号。
(3)注重简化画法的应用
传统制图教学中截交线和相贯线的绘制,向来是《机械制图》课程的重点和难点,讲解这些内容耗费了较多的课时。随着计算机设计与绘图技术的普遍应用,学生的三维造型能力普遍提高,截交线和相贯线的的投影通过实体造型可方便获得,学生只需掌握相交实体的形状,截切平面的位置,掌握交线的走向,其结果只需以简单的线条表示。在国家标准GB/T16675.1中,对表面交线的简化画法都有说明,在工程实际应用中也是简化处理的。对于简化截交线和相贯线知识的讲解,既可以精简学时,又可以解决教学难点。除此之外,常用的螺纹紧固件(GB/T4459.1)、滚动轴承(GB/T4459.7)等在制图国家标准中都有简化表示,教学中加以强调,练习、考试也以简化画法为主,提高学生制图的简便性。
2.《机械制图》课程与其它课程衔接的优化
《机械制图》一般在大一第一学期开设,学生从学校到学校,许多学生都没有看到过机床等加工设备,更不可能了解一个零件是怎样加工出来的,所以在讲解“尺寸标注”“公差与配合”等内容时,学生对设计基准和工艺基准难以理解,对配合方式的选择和公差的标注感到困惑也是可以理解的;对这部分内容在本课程中可以加以淡化,把本课程结束时的制图大作业延迟到《金工实习》《互换性与公差配合》《机械设计》等课程上完以后进行,再来结合大作业加强“尺寸标注”“公差与配合”等教学内容,学生会容易理解和掌握。一些专业基础课、专业课之后都会有课程设计,其中的制图部分一点也不能放松要求,要完全按规范进行。只有将机械制图贯穿机械专业学生四年学习的全过程,才能让学生循序渐进,不断深入地掌握好这门工程界的“语言”。
三、结束语
毕业设计,是学生对大学期间所学知识的综合应用,也是进入职场前的模拟考,通过《机械制图》课程体系现的优化,对提高学生的图纸质量会有一定积极的作用。而要全面提高毕业设计的质量,需要学生、教师、学校有关部门等多方共同的努力,如优化基础课程、专业基础课程、专业课程及相关实践性课程的衔接,优化各课程的教学内容及课时安排;毕业设计的选题最好来自厂矿企业实际课题,与学生今后从事的工作相关,吸引学生投入更多精力;做好毕业设计过程的管理,使学生有充裕的时间对课题进行论证,对图纸进行修改,保证毕业设计质量。
参考文献:
[1]万宏强.机械专业毕业设计中的设计与绘图问题.科技创新导报,2010,(12).