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关键词:机械设计;教学内容;教学主线。
《机械设计基础》课程是机械类专业的一门重要的技术基础课程。它的主要任务是使学生掌握各种常用机构及通用零件的工作原理、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。对这门课程的教学,主要作了以下探索。
一、 合理安排各章顺序开展教学
由于机《械设计基础》所介绍的常用机构及通用零部件众多,为了不使学生感到“繁杂”,合理安排各章顺序是很重要的。
“轴”在机《械设计基础》中是很重要的一章,轴的设计涉及到轴上的所有零部件。如联轴器为标准零部件,在选择时,其轴孔直径影响到轴的最小直径;齿轮的尺寸影响到齿轮所在位置处转子的直径;在进行轴的结构设计时,轴上传动零部件的受力情况,影响到滚动轴承或滑动轴承型式的选择,进而影响支承所在位置处轴的直径及轴的结构。因此笔者在讲授时,将“轴”的内容安排在最后讲。先介绍各种联接、传动及支承零部件的工作原理及其设计,然后通过介绍“轴” 的设计,将各种联接、齿轮传动、蜗杆传动、带传动、滚动轴承及滑动轴承等零部件综合在一起。这样做容易使学生感到系 统性强、条理清晰。
二、围绕一条主线开展教学
任何一门知识都具有系统性,《机械设计基础》亦如此。因此课堂教学应围绕一定的主线展开。
《机械设计基础》上半部分主要介绍了三大类常用机构:平面连杆机构、凸轮机构、齿轮机构,其中各类机构又可划分为很多种类。由于种类众多,容易使学生感到内容繁杂。为了使学生从总体上把握各类常用机构,在讲解时以常见的往 复式四冲程内燃机作为这一部分的教学背景或主线。使学生在学习某种常用机构时,联想到其它常用机构,并进一步引 导学生主动分析各种常用机构的异同点 。
往复式四冲程内燃机利用平面连杆机构变换运动形式(移动形式与转动形式之间的变换),实现可燃气体的进气、 压缩及排放;利用齿轮机构变换运动速度;利用凸轮机构变换运动形式(将转动形式变换为移动形式),实现进气阀与排 气阀的开关;最后通过飞轮实现输出转速波动的调节。内燃机工作过程所涉及的内容包含了《机械设计基础》上半部分 需要讲授的所有主要内容应该在第一章中给学生较详细地介绍内燃机的工作原理,并在以后各章的教学中加以利用。
如在讲解曲柄滑块机构时,讲到该机构有两种类型,即对心曲柄滑块机构及偏置曲柄滑块机构。然后提问:在内燃机 中的曲柄滑块机构究竟采用哪种类型?接下来讲解这两种类型的区别,即对心曲柄滑块机构没有急回运动,而偏置曲柄 滑块机构存在急回运动。然后解释内燃机的输出要求尽可能匀速输出,故选用对心曲柄滑块机构。这样以实际工程机械为例讲解对心曲柄滑块机构及偏置曲柄滑块机构的特点,能使学生印象深刻。
三、紧密联系课程设计内容开展教学
《机械设计基础》下半部分是关于通用零部件的工作原理、结构特点、基本的设计理论和计算方法。通用零部件种类 较多,如有螺纹联接、键联接、销联接、齿轮传动、蜗杆传动、带传动、轴、滑动轴承、滚动轴承、联轴器等,学生对这部分内 容普遍感到“繁杂”。在介绍这部分内容时可考虑与对应的课程设计内容相联系,如与带式输送传动装置(减速器)的设 计相联系。
众所周知,课程设计是高等工科院校相关专业学生运用所学相关理论知识解决工程实际问题的第一次较全面的设 计训练,是机械设计课程的一个重要教学环节l21。因此笔者在《机械设计基础》下半部分教学中以工程设计为目标,以减速器为主线。使学生在学习各种通用零部件时能够密切联系实际,同时能从全局高度理解各零部件间的关系。
如齿轮传动设计,通常已知传动方案、转速比、传递功率及输入轴转速。笔者在讲解时告诉学生,传动方案是根据使用情况及各种传动方式的特点首先确定的。传动方案可以包括齿轮传动、蜗杆传动、带传动、链传动或它们的组合。而在齿轮传动部分,转速比的选择一方面与齿轮传动类型、齿轮精度、方式有关,另外也与整个系统各部分传动比的分配有关。传动比的不同分配,决定了齿轮所受到的力的大小和齿轮的尺寸,同时对齿轮所在主轴的结构尺寸和滚动轴承的选择产生影响。因此齿轮传动设计不是孤立的,它对整个系统各零部件的设计都有影响,设计时应综合考虑。
四、 在教学中引入现代机械教学内容
传统机械主要由原动机、传动部分及执行部分3部分构成,这也是机《械设计基础》这门课所要讲述的对象。但随着科学技术的发展,现代机械的应用范围不断扩大。所谓现代机械是在传统机械上集成了控制系统、测试系统及其它辅助系统(如故障诊断、显示等),以提高生产自动化水平、延长设备使用寿命、保护环境等。
目前大多数《机械设计基础》教科书没有“现代机械”这一方面的内容介绍。笔者认为,一方面,教师应该强调现代机械仍然是以机械工程为基础的,工科学生必须具备机械设计基础知识,为后继专业课程的学习及日后从事技术革新创造条件;另一方面,教师在讲课时也应适当介绍一点现代机械特别是机电一体化机械方面的知识。这不但不会削弱所应讲授的传统机械方面的内容,反而会加深学生对机械的发展及整个机械大系统的理解,增强学习机械设计基础知识的积极性,消除“机械过时论”或“机械无用论”的错误思想。
五、 结 论
《机械设计基础》是一门非常重要的技术基础课,内容较多,但课时相对较少。研究如何在教学中培养学生机械大系统的观念、工程意识、机械设计能力、创新意识是非常重要的。而教学内容、教学方法的不断改进,有助于提高学生的学习兴趣,增强他们学习的主动性,为今后进行相关机械设计工作打下良好的基础。
参考文献:
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[3]徐龙祥,欧阳祖行。机械设计[M]。北京:航空工业出版社,1999。
[作者简介]熊细保(1947—),男,江西丰城人,汉族,江西渝州科技职业学院副教授,主要从事机械类专业教学工作。
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 课程设计 教学改革
机械设计课程设计是机械类专业和近机类专业学生在学完机械设计及同类课程后所设置的一个重要的教学实践环节,也是工科院校学生第一次较全面、规范地机械设计的应用实训环节。通过课程设计这一教学环节,力求从课程内容上、从分析问题和解决问题的方法上、从设计思想上培养学生工程设计能力。其主要目的是培养学生综合应用机械设计基础课程及其他先修课程的理论知识和生产实际知识去分析和解决工程实际问题的能力,并使所学知识得到巩固、加深和融会贯通,协调应用;使学生学习和掌握一般机械设计的基本设计方法,设计步骤,培养独立设计能力,为今后专业课程设计及毕业设计打下基础;使学生在设计中得到基本技能训练,如计算、绘图、使用相关资料(手册、图册、标准和规范等),以及正确使用经验数据、公式,等等。
为了有效利用课程设计提高学生各种能力,我们针对传统课程设计进行了一些教学改革,具体措施如下。
一、设计任务改革
1.设计题目改革。将学生分组,传统的课程设计一般一个组一个设计数据,个别学生有依赖思想,不动脑筋,仿照甚至照抄别人的设计。改革后每个组设计任务不同(如有的组要求设计直齿轮传动,有的组要求设计斜齿轮传动),组内每个学生的设计数据也略有差异,这样基本上是一人一个设计题目,但组内成员设计题类似,既杜绝学生想照搬别人的思想,又利于组内讨论和学习,通过设计每个人的水平都会上一个台阶。
2.设计内容改革。在设计题目中添加一些限制条件,如要求一级圆柱齿轮减速器两齿轮中心距在90—130之间,在设计过程中如果学生传动比分配不好就难于达到这个要求,需返回重新设计计算强调设计过程中“三边”设计理念(即边计算,边画图,边修改),也使学生形成了优化设计方案的理念。
二、设计时间安排改革
传统的课程设计一般放在机械设计课程学完后二周进行,改革后将课程设计穿插于机械设计课程教学中,将课程教学内容分为两个项目,项目一为牛头刨床机械传动系统分析,项目二为带式输送机传动装置设计。课程设计的内容就穿插于项目二中教学,增加了原来课程教学中没有的电动机选择、传动方案选择、运动和动力参数计算等部分,这样学生可以根据运动和动力参数计算的结果进行带传动、齿轮传动、轴系结构等的设计。这样使学生通过设计这个主线把所学知识串起来,感受本课程各部分内容的有机联系,从而提高学习兴趣,自觉地投入学习,避免过去经常出现课程设计做完了才明白机械设计学的是什么的情况,课程学习更有目的性。
三、设计内容的变化
传统的课程设计都是把一些定式的设计作为内容,如带式运输机传动装置中的减速器设计。改革后将项目一机械传动系统分析应用作为一个创新项目的辅助设计,对培养学生创新意识、调动学习积极性和培养创造力有很大的作用。在课程设计中机械系统运动方案、设计内容等都可以自行选定,充分发挥学生的主观能动性。如学生设计的多功能灯罩、多用厨灶、吸尘黑板刷、玩具熊猫吐泡泡等都是非常具有创意的作品。这种与社会工作相接轨的设计模式能极大培养学生分析问题解决问题的能力,学生毕业后能快速适应社会。
四、绘图方式改革
传统的课程设计一般采用手工绘图,而且零件图一般选用轴或齿轮类零件,改革后采用手工绘制装配草图,用CAD软件绘制正式装配图及零件图,而且零件图要求每组有一套完整的非标准件零件的零件图。对个别CAD软件应用有难度的学生也允许用手工绘图。
五、答辩方式改革
传统的做法是设计完毕后统一答辩,其弊端是要留出答辩的时间较多,另外答辩中的问题学生没弄清的答辩后可能也不会再去探究了。改革则采用教师在辅导过程中就提出问题,要求学生回答,作为一个过程考核,这样在设计过程中老师能利用闲暇时间了解学生掌握知识的程度,学生也能通过问题弄清设计过程中要注意的一些细节及必须掌握的知识,达到课程设计的目的。
机械设计课程设计是相对比较繁杂的,通过采取以上改革措施可以在一定程度上调动起学生的积极性,并使抄袭的现象得到有效遏制,同时也激励大家既进行竞争又加强合作,最重要的是提高了学生应用所学知识解决问题的能力。模具0811班春同学在设计小结中写道:“通过两周时间的课程设计,我从中学到了很多东西,平时课堂上教师讲的知识点在课程设计过程中我们需要认真的连成‘线’,综合起来后才能将自己的减速器完整地、正确地设计出来,远比多上几节课更让我获益的多,希望今后能够多些此类型的课程,让我们所学的知识能够有一个大综合,既可以巩固知识、增长见识,更是为今后的工作进行的实战训练,同时,也让我们拾起了即将遗忘的大一的知识,让我们真正认识到复习巩固的重要性,远比老师叮嘱几遍来得更真切实在。”模具0811班冯灵同学则说:“啊!好累!好烦!好紧张!这是我心中的感慨。每天在跟时间赛跑,与自己的耐心相对抗。我发现人的潜力是无尽的,只要你去努力,那些不可想象的事情就没有那么难了。一分付出一分收获,这两周的课程设计我过得很充实,也学了很多。”
参考文献:
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关键词:机械设计课程;创新教育;应用
DOI:10.16640/ki.37-1222/t.2016.22.247
0 引言
创新教育是一种具有实践性与创造性的教育形式,以学生主体活动为主,教师予以引导,让学生充分发挥主观能动性,主动思考、主动动手实践,让理论与实际的结合更为紧密[1]。机械设计这门课程需要学生提升动手能力以及思维能力,通过对各类通用机械传动装置的抽象化思考创造出具象化作品,利用齿轮、链、带等传动装置设计出创新机械,能够进一步提升学生对各类传动装置的理解能力以及运用能力,为其毕业后走向社会动手实践打下坚实基础[2]。本文以机械设计课程教学为主线,研究了创新教育的具体应用方法。
1 改革教学理念
在传统机械设计课程教学过程中,教师的教育理念在于让学生接受书本上的知识,属于灌输式教学模式,教学内容缺乏重点且存在一定繁琐性。学生在上课过程中无法抓住有限课堂时间中的重点内容以及重点环节,因此在知识的具体应用上能力略显不足[3]。在创新教育背景下,要求教师转变教育观念,让学生成为课堂的主体,以学生主动思考、主动动手、主动参与、主动实践为出发点,将自己作为引导者,充分利用课堂时间让学生参与到教学内容的思考之中,让教学更具连续性。帮助学生思考每个环节之间的实际联系,提升学生对机械传动装置的应用能力。
2 优化教学内容
机械设计课程所涉及到的知识点较多,例如机械制图、机械工程材料工艺学、材料力学、机械制造公差与技术测量、金属材料及热处理等等,需要学生将各个知识点融会贯通、综合思考。在教学内容的优化上,教师首先应认识到机械设计课程对学生学习的要求,例如需要学生掌握基础工程技术知识并打下稳定的理论基础,让学生了解到机械设计中涉及到的工业生产相关技术、新成就以及发展趋势等,让学生认识到机械设计课程具有较强生命力以及科学性,激发学生主动学习积极性以及对课程的兴趣。
具体而言,教师可通过课堂比较让学生认识到不同机械传动装置存在的差异。例如在进行齿轮这一环节的教学时,在教学内容中加入示范教学,教师可通过教学模型让学生认识到齿轮与齿轮之间的紧密转动所带来的传动性,并且利用不同大小、不同颜色、不同位置的齿轮让学生清楚的观察到当第一个齿轮运转时所带来的其他齿轮转动影响,分清齿轮之间的区别与联系。其次,教师可运用正例与反例方式,备课时准备丰富的教学素材,例如机械传动装置的例子。教学过程中通过正例让学生了解到学习的规则与概念,利用反例将无关特征影响排除,令学生加深对规则与概念的本质认知。最后,教学内容与教学语言也应丰富多彩,通常机械设计教学相对于文科类课程而言较为枯燥,若能够在教学内容上加以创新,可提升学生的学习兴趣。
3 多元化教学方式
在教学方式上,由于机械课程设计这门课的逻辑性,因此教学方式无法像文科类课程一样通过情境设置等方式让学生讨论。但可利用机械设计课程的特点,通过动手实践实现探究式教学、小组式教学等方法,让每位学生参与其中[4]。
首先,教师应在教学顺序上合理设计,在备课过程中深入分析知识结构,让学生对各个理论知识的理解循序渐进,从普通性到特殊性,从整体性到部分性,在不断分化的下位结构原则组织上展开教学。教学内容的编排方面,教师应遵循让教材网络化、一体化、结构化的原则。网络化指的是利用网络知识,让学生了解更多的机械设计相关案例。例如机械传动装置可应用于哪些方面,首先让学生思考,接着在课堂上利用多媒体向学生详细展示传动装置在不同产品中的运用原理。一体化和结构化指的是让每个知识点融会贯通,加深学生对知识点的理解。除此之外,教师也应向学生阐明教学目标以及学习目标,让学生了解在一学期的学习过程中需要掌握哪些知识、达到怎样的标准、如何将知识运用到具体实践之中,令其学以致用。
4 强化实践环节
机械设计课程偏向于理科类,因此更注重学生的动手实践能力以及逻辑思维分析能力,让学生对每个机械零部件、机械传动装置、机械的基本组成以及机械的具体应用详细了解、深入了解。利用课堂时间及课后时间进行实验教学可提升学生对机械相关方面的知识及实践积累,培养学生分析问题、理论联系实际、解决问题、创新思维的能力。
以传动机构归类的教学内容为例,传动机构可分为三种,首先为凸轮机构,其次为偏心轮传动,最后为曲柄连杆机构。教师首先可安排学生在课余时间利用网络及计算机了解关于手动压力机的相关信息及资料,整理归类资料后以实践训练的机床为例,安排手动压力机相关课题的讨论,通过小组讨论学习及探究式学习等方式确定以齿轮齿条传动机构作为项目设计方案,展开实践教学。
5 结束语
综上所述,教师在实施机械设计课程教学设计过程中应将创新教育理念融入其中,设计的课程具有实用价值并让学生了解到价值所在。在课程设计方案上也不应具有唯一性,可通过令学生主动思考找出多个问题解决方式。教学设计可从机器功能为出发点,让学生通过讨论和自主探索选择适合的电动机和相关零件及传动机构,全面考虑机器的造型、安装调整、制造工艺、经济可靠、使用维护等问题,提升其实践能力,让创新教育理念真正对课程教学设计有所帮助。
参考文献:
[1]杜永英,陈雪娇,鄢利群,王丽艳,李铁军,宁建荣.应用型大学本科课程机械类创新设计教学探索与研究[J].机电产品开发与创新,2016,v.29;No.156 01:106-108.
实现以教为主(老师满堂灌)向以学为主转变,以课堂教学为主(过分重课堂)向课内外结合转变,以结果评价为主(过分重分数)向结果和过程结合转变,是中国高等教育发展到今天早已达成共识的三个改革目标。如何实现这三个目标,至今没有成熟的方法。本文以机械设计类课程为例探讨创新人才培养模式。
以知识传授为基础,以能力培养和素质提升为目的是本课程教学改革的总体目标。本文将项目式教学引入机械设计类课程教学中,将三维CAD造型软件、机械原理、机械设计和机械设计课程设计等课程教学有机融合在一起,充分调动学生学习积极性、主动性。
1 项目式教学法的实施原则
机械设计类课程主要包括:机械原理、机械设计和机械设计课程设计,是机械类专业重要的专业技术课程,课程具有很强的理论性和应用性,特别是机械设计其课程内容庞杂,各章自成体系,初学看似毫无联系,采用传统的“讲授新课-布置作业-复习旧课”的课堂组织模式,很难调动学生学习积极性,教学效果较差。
以工程项目为背景的教学方法是以学生、项目和能力培养为中心,而不是传统的课堂、教材和书面作业、卷面考试。在具体的实施过程中一般要遵循以下原则。
(1)实施过程要具有可操作性,特别是要注重提高学生学习兴趣,既能全面提高学习效果,又不会过度增加学生学习负担。
(2)在教学过程中,以学生为中心,充分发挥学生的主动性和创新精神,让学生根据自身需求推动学习过程的进行;教师起辅助作用,负责整个教学过程的设计和组织。
(3)选取的工程项目要适合,既要满足教学内容要求,又能充分调动学生的积极性。
(4)要具有供丰富的学习资源和良好的团队协作学习环境。
(5)以项目的完成情况来评价学生的学习效果和成绩。
2 项目的选择
机械设计课程的培养目标是传授一般通用机械整机设计过程所需要的知识和技能,包括:运动设计、结构设计和工作能力设计。要使学生学完此类课程后,只要提供工艺所要求的运动参数和载荷谱,不管是何类机械都可进行设计,彻底改变毕业设计“抄图加校核”的现象。课程必须要完成一个简单整机设计全过程的训练,使学生具有纯机械传动的原始创新能力。
所以,选用项目要能够将整个课程内容串联起来,使学生对整个机械设计有一个整体认识,而不是局限在单个零件上。通过项目设计,提高学生学习积极性,变被动学习为主动学习,让学生主动寻找解决问题得方法,在实践中去提高能力。同时,项目不能太复杂,使学生既学习了知识、锻炼了能力,又不会太大的增加学生学习负担。
基于以上目的,在教学过程之中选用步进式工件输送机作为项目式教学的工程案例。该机由电动机通过传动装置、工作机构驱动滑架往复移动。通常步进式工件输送机传动装置常由减速器和一级开式齿轮传动组成,也可由带传动、链传动组成。工作机构可选用曲柄摇杆系统实现步进输送,也可以采用其它机构实现,如导杆机构、凸轮机构、棘轮机构等。所以该项目涵盖了机械原理和机械零件的所有基本内容,符合教学内容要求。既充分可锻炼学生的学习能力,又可充培养学生的创新能力。
3 项目教学法的实施步骤
以学生较熟悉的齿轮减速器、曲柄摇杆机构、凸轮机构等为设计内容,将工件输送机的设计贯穿到每一章的教学中。第一步,每一章的教学以工件输送机特别是减速器对应的零部件为主体,引出该章节的教学内容;第二步,通过老师讲解和学生自学去寻找解决问题的方法;第三步,学生提出可行的设计方案,经分组讨论后确定最终方案;第四步,参考教材设计步骤和方法进行相关参数及尺寸计算;第五步,用三维软件进行建模仿真,有必要的可生成工程图;第六步,将计算和模型提交老师进行作业评价。在教学中将学生分组进行,每组3~4人,大家协同作战,教师就参与讨论,把握设计方向。第四、五步学生在课下完成,其他步骤根据课程安排和学生掌握情况合理分配课上和可课下时间,主要原则是以学生为主,教师为辅。
例如,在讲到连杆机构时,老师用工件输送机的视频引出何为连杆机构及其在工程中的应用;然后用少量时间介绍完连杆机构的学习内容;接下来提出设计项目,让学生在解决工件输送机工作机构的过程中进一步熟悉教学内容,提出自己的设计方案并分组加以讨论;选定方案后经初步计算,便可用三维CAD软件进行建模,并进行机构运动仿真分析;根据分析结果修改方案和参数,直到满意为止;最后上交设计分析材料,教师对结果进行评价。
三维CAD建模是机械类学生必须掌握的基本技能,学校都设有UG、Pro/Engineer等软件的教学部课程。将引其引入结构设计中,一方面将传统设计方法与现代设计方法相结合,提高学生学习兴趣;另一方面可减少学生课下作业量。学生只需完成零部件的三维模型,而不是去画工程图。这样可大大提高项目是教学模式的可行性。
同时将三维CAD软件的学习应用与结构设计性相结合,也可解决CAD软件教学中的一些弊病。传统的CAD软件教学只注重建模的基本命令和操作流程,老师给出图形学生去建模,这样学生只能机械的接受,不能灵活运用。CAD软件的最大优势是结构设计,这一点被课堂教学完全忽略了。将CAD软件融入项目是教学可大大弥补这一点。