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导语:在机械设计课程的撰写旅程中,学习并吸收他人佳作的精髓是一条宝贵的路径,好期刊汇集了九篇优秀范文,愿这些内容能够启发您的创作灵感,引领您探索更多的创作可能。
21世纪科学技术的发展突飞猛进,对专业技术人员综合素质水平的要求越来越高。为更好地适应经济快速发展对专业技术的需求,在高等教育领域,我国已普遍掀起了与学科专业结构调整相适应的课程体系改革。教学中不仅应该加强人文教育、理想信念教育,也应该更加注重学生的学习能力、职业技能实践能力和创新能力的培养。因此,不断将新的科学教育研究成果吸收到专业建设中来,立足院校办学特色,对传统的课程设置合理地进行群组优化,探索、选择满足现代社会发展需求的复合型综合人才培养的教学方法,有着极其重要的现实意义。我院对传统的机械设计课程教学进行了改革与实践,对高等工科院校机械类专业建设进行了有益的探索。
机械类(对口)专业机械设计课程群组的构成及现状
教学型本科院校中承办的高职类生源的本科教育以“高级应用型技术人才”为培养目标,紧密地依靠市场需求设置专业,面向生产、管理和服务的第一线,突出实践能力的职业本色。在传统的机械类专业课程设置中,机械设计课程群组由金属工艺学、画法几何与机械制图、机械原理、机械设计、公差与配合等课程组成,各部分内容追求学科体系的完整性,相互独立,不可避免地出现了内容交叉、知识点衔接不紧密等问题。鉴于课程知识需求,教师对知识点滞后部分的处理,大多采取蜻蜓点水式的介绍,致使高职类生源学生感觉内容繁冗、思路不连贯、理解不透彻,学习效果较差。在机械类专业主干学科机械原理、机械设计课程教学过程中,普遍存在着“重局部、轻综合,重理论、轻实践”的现象。机械设计课程作为机械零件结构设计和强度、刚度设计的综合学科,紧密地与机械制图、公差与配合等课程相联系。由于课程传统框架的制约和授课学时的限制,课程的改革只能是局部的,往往造成机械设计实训环节内容单一,涉及诸多交叉课程综合知识的运用问题暴露无遗,尤其突出的是与精度设计内容有关的知识运用,学生只是一味地照抄照搬,缺乏独立思考、综合分析问题和解决问题的能力,在机械设计课程设计作品中几乎看不到机器整体协调性较强的精度设计思想和工程设计创新意识,达不到设计目的,更没有余力充分利用计算机软、硬件来提高设计能力和效率,使机械设计教学处于进退两难的境地。
在强调个性发挥、提高职业技能的人才目标发展趋势下,在课时不断压缩的现实条件下,要保证良好的教学效果,选择先进的教学方法和手段,对传统课程体系和教学内容进行整合,不断探索、研究新的教学改革思想与对策已势在必行。
课程群组优化改革的探讨
(一)课程改革优化的原则
本课程群组的改革,适应国家的教育政策,符合我院教学型大学的定位与发展规划,适应机械设计制造及其自动化(对口)专业面向环渤海及京津唐地区工业经济快速发展的需求,满足本专业培养目标要求。
本专业机械设计课程群组优化侧重《机械设计》及《公差与配合》课程整合研究,使理论与实践相互渗透,突破人为的基础课、技术基础课和专业课设置模式,更加强调知识点的内在衔接与联系,在保证教学大纲实施的可行性与科学性的同时,达到促进学生知识、能力、素质协调发展的目的,真正培养出本科层次的专业对口的应用型人才。
以学生为主体,注重教学法研究,激发学生创新意识与竞争意识,不断丰富教学改革成果,提高学生解决实际问题的能力。
(二)课程群组优化思想
机械设计课程群组优化,即以机械设计制造及其自动化(对口)专业指导性教学计划中有关机械设计的核心内容为线索,以机器中典型零部件为载体,从零部件功能要求出发,着重研究《机械设计》及《公差与配合》课程的教学大纲,打破课程内容界线,重新精炼课程群组交叉内容,、确定各章节的教学时数与顺序,采用著名的“纲要信号网络法”,把典型零部件的运动设计、结构设计、强度设计、刚度设计及精度设计作为纲要,具体设计方法为信号,将《机械设计》课程的图表、系数、符号、公式及《公差与配合》课程的几何量(尺寸、形状、位置、表面粗糙度等参数)公差与检测内容按图索骥,建立机械设计信息图库,充分发挥多媒体声像并茂的立体演示环境,及时与学生进行信息交流,在保证教学内容连贯的同时,加强了教学重点,彰显了机械设计知识的综合性与整体性。在我院,该课程体系的教学以“一级直齿圆柱齿轮减速器”的设计为例,在编写电子教案的基础上,进一步优化了该课程群组的实验环节,采用了三坐标测量机等先进实验教学设备和手段,增加了开放式、设计式实验学时,精选课程群组综合习题作为训练,使“作业”成为减速器设计的一个环节,作业内容深入且前后连贯、呼应。通过教学改革,课堂上完成机器设计中技术设计阶段的全部学习任务。在进入《机械设计》课程设计中,即可进入现场调研环节,搜集资料,确定小型机器设计题目及技改项目,又可结合人机工程、绿色环保设计等理念,采用优化设计方法,运用AutoCAD及Pro/E等绘图软件进行复杂机器设计和创新设计,使传统设计方法不是创新设计的瓶颈而成为阶梯,为该专业《数控技术》、《制造技术基础》等后续课程的工程实践环节及毕业设计打下坚实基础,充实学生的职业技术能力。
(三)实现优化改革的方法与手段
教学是在教师指导下学生主动掌握知识、技能,发展思维的实践活动。教学方法是教法与学法的统一。但实际工作中,教学改革更多地注重教法研究和应用,在学生如何学习,如何引导学生学习方面探讨较少,甚至存在没有必要对大学生进行学习方法教育的倾向。前苏联教育家赞柯夫说:“教学法一旦触及学生的情绪和意志领域,触及学生的精神需要,这种方法就能发挥高度有效的作用。”由此可见,教学法同样是教改成败的关键。在我院机械类(对口)专业机械设计课程群组教学中,针对高职生源理论基础薄弱,学习主动性、积极性较差的实际情况,教师采用了启发、引导式教学方法,精心设计,更多地给学生提供机械设计知识的“纲要信号网络”,充分运用多媒体设备和优秀的课件,向学生提供声像并茂的活跃课堂,增大信息量和专业技术前沿知识,激发学生的学习兴趣和渴求知识的热情。同时,采取将学生带到实习基地现场讲解、学生亲自动手进行拆装实验、结合实验加以理论指导等方式,引导、帮助学生主动迎合市场经济对职业技能的高标准要求。超级秘书网
课程改革实践效果
课程群组优化以培养学生具有“应用型高级人才”的职业技能为目标,牢牢地把握了工程设计的主线,通过此次整合、优化,彻底打破了两课程间的界线,使机械设计内容体系衔接得更加紧凑、顺畅。学生开始接触专业就了解了科学、严谨的设计思想。教师在授课过程中充实了与精度有关的加工方法、加工工艺等“一体化”的内容,在设计过程中,学生基于对精度设计作用的较高认识,对每一个精度指标的理解与选择,必然会达到“学有所用”的要求。在学生掌握了坚实的设计知识基础上,教师可采用更加先进的设计方法和手段,帮助学生全面提高动手能力。本课程群组的优化改革在我院03机制(对口)本科专业教学实践中,取得了明显的教学效果。教改前,在机械设计任务方面,各设计小组设计题目大方向基本是相同,一般只是设计参数不同;课程优化改革后,有关机械设计的技术设计知识使学生在课堂教学中就接受了全面的训练,因此,各设计小组的设计任务结合了学生的兴趣点和学生的专业特长,实现了更加灵活、多样的个性化设计方案。有的设计题目结合现场实例,充分运用了计算机技术和软件技术的优势,彰显了现代优化设计方法与理论在机械设计中的重要作用。在学生成绩方面,与往届学生的机械设计成绩对比后发现:优化改革前学生学习《公差与配合》课程的成绩与《机械设计》课程设计成绩不挂钩,在进行机械设计课程设计时,大部分学生不愿意再深究公差与配合知识在设计运用中的深层次问题,造成了机械设计实践环节“重过程,轻成果”的现象,学生设计成绩徘徊在“中”和“及格”者居多,而03机制(对口)本科学生成绩整体在“良好”水平。另一方面,随着素质教育在大学教育中的倡导与实施,学生的机械设计作品可以参加有关部门组织的竞赛活动,取得本科人才培养目标中要求的“素质学分”的同时,其实践能力得到了极大的锻炼与培养,增强了学生的职业竞争力。此外,对机械类其他专业的课程建设起到了积极的推动作用。
参考文献:
[1]庞振基,黄其圣,等.精密机械设计[M].北京:机械工业出版社,2005.
【关键词】课程设计;能力培养;实践性
课程设计是工科学生在四年学习中最早接触的理论知识运用于工程实践的重要实践课程。实践是人们最好的老师,大学生的综合能力只有通过亲身参加社会生活的实践才能得到?《机械设计基础》课程设计一方面是培养学生独立机械设计能力,掌握基本设计方法和进行基本技能的训练,学会查阅资料;另一方面培养学生树立正确的设计思想和严谨的工作作风,提高工程设计及创新的能力。对后续专业课程的学习、毕业设计及今后的工作都具有重要影响。
目前机械设计基础课程设计的题目以减速器设计为主,虽然减速器是很典型的机械部件,基本涵盖了《机械设计》课程所学习的主要内容,有利于学生全面掌握有关知识。但因课程设计一般是安排在课程教学结束的期末进行,设计时间为二周。而学生忙于准备考试,不少学生难于集中精力认真搞课程设计,采取应付的做法:照搬指导书的步骤,按部就班地做模仿设计。设计过程对学生来说没有什么挑战性和新鲜感,各项能力也得不到应有的提高。因此,笔者认为在课程设计过程中培养学生的自学能力、交流能力、信息收集能力、合作能力、工程表达能力、绘图能力、实际操作等能力至关重要。
1 自学能力的培养
从教育教学角度,相对中学时代特别是高中阶段的教学模式与大学教学模式有很大不同。高中阶段的教学方式是教师将教学内容反复地讲授并示例解释,直到学生理解为止;而大学教学方式是教师在很短时间将较多的教学内容传达给学生。这就要求大学生自己在课后对于教师没用讲到或讲授中简单提到的内容及难理解的学习内容,要靠学生自己去学习和理解并找出规律。一个人大学毕业所学到的知识,对于其一生所应学习的知识来说犹如九牛一毛;大学生在校所学的多是基础理论性知识,更多的应用科学、实用技术需要走上社会后根据需要通过自学来补充、完善。在知识激增、竞争加剧、科学技术日新月异的今天,人们要适应不断发展变化的新生活,惟一的途径就是自学。自学能力是一个人知识不断扩展和更新的基本保证,是每个人能够生存、发展和有所作为必不可少的条件。因此,需从大学生的学习、生活适应期起培养学生的自学能力。在《机械设计基础》理论教学过程中布置设计任务,让学生阅读设计任务书,查阅指定资料和读物,搜集必要信息,积极思索,初步形成关于课程设计问题的分析和解决方案。教师可以在这一阶段给学生列出一些思考题,让学生有针对性地开展准备工作。培养其自学能力。
2 交流能力的培养
首先要使学生了解交流能力的重要性,学生才会积极主动地去发展交流能力。常言道:与君一席话,胜读十年书。交流是获得间接经验的有效手段,也是表达情感,增进友谊的重要手段。 《机械设计》课程设计涉及的知识面广,使用的公式繁多,正确选择公式中各参数是合理确定零件的主要参数和尺寸的重要前提,这对于初次接触设计的学生来是个不小的难题。因此在课程设计过程中,将教师的指导和答疑变为指导学生分组讨论:⑴设计方案选择的讨论:到底选择那种方案最佳,以及各传动方案和工作机的性能要求之间有什么关系;⑵参数选择的讨论:数据取佳,究竟是取大好还是取小好,其根据是什么;⑶有些计算公式是有实验条件的,怎样鉴别设计任务与实验条件的差异,又如何取修正值。通过面对面互相交流、互相提问、互相质疑,学生不仅学到了知识,形成自己的见解,还能增进互相的沟通和了解。
3 信息收集能力的培养
课程设计前让学生利用已有的知识,生活经验,书籍报刊,广播电视,电脑网络等多种途径收集相关信息。在理论课学习过程中,让学生带着问题去查阅相关资料,有目的地筛选资料,多快好省地获取自己所需的信息;然后在思考过程中不断地对收集的信息(图片、图表、文字记录等)进行分类组合,生成自己的新认识、新见解。尤其是技术标准、规范、设计手册等有关设计资料,熟练运用这些设计资料是设计人员的一项基本技能;在平时的作业中注意加入这方面的训练内容,以提高学生获取设计资料的能力。
4 合作能力的培养
随着社会竞争的日益激烈,团队合作能力已成为当代社会竞争争胜的条件之一。设计任务下达之前,按3-4人为宜将班级分成若干小组,每组推荐一名主持人,负责分配和协调小组各成员的任务,及时沟通和处理设计过程中出现的问题。小组成员之间首先要建立信任感,积极参与,相互配合,相互协作;其次彼此分享设计过程中的点点滴滴,做到资源共享,知识互补,才能提高小组合作竞争能力。课程设计可帮助学生学会人际交往,开展合作学习,形成合作意识,培养合作能力。
5 工程表达能力的培养
工程表达能力是指具有平面、空间、曲线、表格、公式、绘图等综合表达能力。在课程结束后随之而来的课程设计是检验和培养综合能力、工程素养的关键环节。比如轴系结构设计,在完成相关的章节后,布置一次大作业,再安排一次讨论课,通过引导学生通过讨论纠正设计中的问题,帮助其加深理解,提高认识。在该阶段,从方案的选择、数据的处理、绘图、编写设计说明书到树立正确的设计思想,有意识地运用规范、标准、查阅手册、图册等参考资料,综合展现独立思考、独立完成的工程表达能力。
6 实际操作能力的培养
2009年,北京工业大学耿丹学院采用按学号顺序分组的办法,5~6人一组,但在教学指导中教师发现小组的学生差异很大,有的小组学生普遍基础不好,导致设计工作难以进行。2010年起,学校采取了以学习基础来划分设计小组的办法,每个组分配一名成绩好的同学为种子学生,每个组内包含一名基础成绩差的同学,其余3名同学按照学号顺序来分配小组。经过2010年到2013年的教学实践证明,这样划分设计小组效果不错,受到师生的一致好评。
2设计地点的选择
课程设计起初选择在教室进行,设计过程中需要的手册、标准等由学生从图书馆借来使用。由于手册多而且多数比较厚重,同时受教室墙壁的阻隔,妨碍了图书的共享。2012年起,图书馆进行了相应的改造,开辟了自然科学阅览室,藏有工程类的样本书和期刊。阅览室的环境特别方便学生进行手册查询,也弥补了设计手册复本的不足,提高了学生设计的效率。
3设计过程的控制
课程设计是在教师的指导下,由学生独立完成的。为使学生尽快进入设计角色,并自始至终地保持积极主动完成课程设计的热情,在设计过程中注重培养学生的学习能力及解决工程问题的能力。
1)明确设计任务,给出课程设计的时间安排和考核要求,让学生尽快熟悉设计对象。由主讲教师就课程设计目的、要求、设计任务、题目等安排向学生交底,对设计过程中遇到的一些共性问题启发提示。
2)帮助学生理清设计思路,落实掌握设计方法。机械设计课程设计展览中将减速器设计过程中“边计算、边画图、边修改”的思路和方法作为重点。设计过程中引导学生对经验设计、设计计算与结构尺寸确定等方面的正确运用和处理,使学生体会设计是综合运用所学知识的过程,将强度、结构、工艺等方面的知识通过设计过程加强和巩固,使设计结果满足设计要求。设计计算和结构设计是设计能力的2个主要方面,而结构设计是确定零部件形体的主要阶段,也是一个难点,为此提出结构设计要完整、清楚地表达设计意图,准确、合理地满足设计要求,把2/3的时间用于装配草图设计、装配图的绘制。同时课程设计全过程中突出结构设计,提倡学生独立思考,鼓励设计新颖结构,将结构工艺性和经济性作为评价结构设计合理性的主要方面。总之,组内的每个学生都需要完成装配草图设计、装配图的绘制。而拆零件图的工作,则由小组成员协作完成。
4设计结果的评定
课程设计完成后,按小组进行结业答辩。设计综合成绩按照图纸质量、说明书、答辩情况及综合设计表现,按百分制评分(平时60%,答辩40%)。
5结论
综上所述,《机械设计》课程设计教学的有效改革,主要体现在以下几个方面。
1)分小组进行课程设计有助于学生互学,还培养了团队精神。
2)在图书馆开展课程设计,提高了设计效率。
3)加强课程设计的过程控制,确保每个学生得到锻炼。
【关键词】高职教育 机械设计基础 课程改革
0 引言
高等职业技术教育是为社会培养高等应用性实用型技能综合式人才,让学生充分就业。而《机械设计基础》是高职机械类专业一门很重要的主干基础课,主要内容包括机械传动知识、常用机构、轴系零件等,但它同时也是一门能直接用于生产的设计性课程,旨在培养学生综合运用选修课程中所学知识和技能,解决机械工程实际问题的能力,为后继专业课程教学和学生日后从事设计工作打下坚实基础。因此,它的教学直接影响到学生后续课程的学习,对培养学生具有机械设计知识、设计技能和创新设计的能力尤为重要。因此,如何教好这门课,是当前高职院校机械类专业需要认真研究探讨和解决的问题。
1 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,需要学生掌握的东西越来越多,既要学生掌握必要的理论知识,又要能对知识点进行运用,由于该课程涉及知识点多、难度大,并具有一定的实践性,高职学生自身基础知识的薄弱使他们对各章节之间的教学联系缺乏清晰的认识,学习效果差。如果只满足于给学生讲道理,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。传统的教学经常把理论与实践相分离来进行教学,这样的结果是学生到上设计课的时候已经忘记了前面学习的理论知识,不能很好地突破该课程的重点、难点,学生大多只是为了一时完成任务,勉强交上一份设计,但对于机械设计的实践运用能并没得到真正的提高。为了更好地帮助学生解决就业,培养社会需要的技能型人才,对教学方法的改进迫在眉睫。
2 整合课程内容,调整课程结构
2.1 对于教材中过深的、不必要的理论知识,予以大胆删除
高等职业教育培养目标强调的是人才的应用性,其毕业生所从业的岗位,决定了他们没有必掌握计算公式、定理、方法等的推导过程,而更应注重于如何运用这些公式、方法等来解决实际设计问题。因此,对教材中一些过深的、不必要的理论推导、证明都应予以删除,以便学生集中精力掌握这些公式、定理、方法的实际应用,解决实际设计问题。这样更符合培养目标的要求。例如:平面四杆机构的设计方法中的解析法;齿轮传动中按轮齿齿面接触疲劳强度和齿根弯曲疲劳强度设计计算公式的推导过程;凸轮机构常用的从动件运动规律的推导过程等等都应删除。而以机械传动、机械零件的设计为重点,保证实用性。
2.2 落实课程设计所必要的基本知识和基本理论,侧重基本设计方法和实践性内容
机械设计所需的基本知识和基本理论、紧密结合工程实际且多样化的设计方法,是培养机械设计能力的根本保证,教学时应以设计为线索,以解决实际问题为目标,构建起设计基本知识和基本理论比较完备,设计方法实用、多样的基本内容体系。精讲“带传动设计”“齿轮传动设计”“轴的设计”等这些关乎减速器设计质量的课程内容,特别要增加实用性、实践性内容和习题,增加应用性的设计方法、经验数据和公式的使用、查图表等内容。突出应用性,将学生引向实际设计。
3 改革教学方法,提高教学效率
《机械设计基础》课程主要研究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,由于大多数学生缺乏实践知识,他们在学习过程中普遍感到抽象、难学,尤其是机械原理这部分知识,认为机构运动简图与实际机器相差甚远,很难将两者统一起来。因此有必要对教学方法进行改革。
3.1 注重理论联系实际
在讲解机构时,列举了实际机器和日常生活中的应用实例,又特别介绍了与专业有关的金属切削机床等应用实例,因而增强了基础课与专业课之间的联系。在讲授“铰链四杆机构的演化”内容时,我们就地取材,用雨伞作教具。采用学生熟悉的生活工具模拟学习内容,不仅取材简单,而且生动形象,容易与实际的机器相结合,克服结构运动简图抽象的特点。还可以组织学生到生产现场或学院实训基地进行现场教学时,事先布置一些思考题,让学生带着问题一边参观一边讨论,把课堂理论知识和实践知识有机地结合起来。
3.2 适当运用现代教学手段
机械原理部分有一些机构的原理比较抽象,无法用语言形象地表达清晰,很难在学生中形成深刻的印象。如四杆机构的演化、死点位置的应用和危害及机构通过死点的方法,各种间歇运动机构的原理等,是教学环节中不易掌握的难点,由于学生没有太多的实际生产经历,很难通过想象加以理解。而CAI教学和传统的教学相比,具有直观、形象、信息量大等优势。运用计算机的动画制作技术,将一些难以想象和无法用语言表达的机械运动过程和工作原理制成多媒体课件,在讲授相关内容时巧妙地将现有教具与多媒体课件结合使用,使那些难以想象的机械运动过程和工作原理演示出来,可以提高学生的学习兴趣,拓展延伸了实验教学空间,也提高教学效率,改善教学效果。
3.3 以实验教学促技能
机械设计实验是学生职业技能培养的重要环节,因为它的实验课题是以机械工程技术为背景的。因此,在丰富多彩的教学实验教学过程中,我们可以从注重实验室环境布置开始,自制一些文字、图片和教学挂板,介绍减速器的分类、发展趋势、加工过程及设计方法。还可以在课程设计期间全面开放实验室,学生可在实验室没课的任意时间进入实验室,针对自己选定的研究课题,进行探索性实验。一方面极大激发了学生的学习热情,培养了学生的实践动手能力、设计能力及科研能力。
3.4 搞好课程设计,培养学生的综合技能
机械设计基础课程设计是机械设计基础课程教学的最后一个环节,其目的是培养学生综合运用基础理论知识的能力、工程分析能力和运用资料等基本设计能力。要求学生从总体方案的布局到零部件结构设计一起完成,使设计更加系统和完整。为鼓励学生创新,应要求学生自己设计多套方案,进行比较选择,充分发挥学生的想象力和创造性。在设计前应先组织学生对该传动装置进行拆卸、安装,使学生熟悉装置的基本构造,整体组成结构及各部分结构、功能和调整;各个零件之间的连接关系与特点 ,然后找出标准件与非标准件,明确传动装置布置形式与空间位置的关系,建起一个立体的概念,避免出现闭门造车和照抄照搬式的设计,与生产实际相脱节。对于学生中普遍存在的工艺知识和公差知识的不足,应在设计中逐步给予讲解和补充,使学生通过设计全面掌握和巩固机械设计的相关知识。
4 结语
总之,《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。全面推进教学改革措施,才能取得良好的效果。必须删掉陈旧或重复的教学内容,增加新发展的内容,拓宽学生的知识面;充分利用计算机的辅助教学作用,使计算机贯穿于整个教学环节,使教学方法上一个台阶,为学生学习专业课和走向工作岗位打下坚实的机械设计基础。
【参考文献】
[1]范林.机械设计基础教学改革探讨[J]. 天津职业院校联合学报,2008(3).
[2]黄立城. 对高职类《机械设计基础》课程教学的几点看法[J]. 职业,2011(17).
[3]江凌云. 机电一体化专业机械设计基础课程教学改革初探[J]. 大众科技,2006(06).
考试改革是高等学校教育教学改革的重要组成部分。鉴于现行高校考试制度存在考试目的重评价轻反馈、考试重知识考核轻能力考查、考试形式比较单一等弊端,以机械设计基础课程为依托,建立多元考试模式,并提出将理论设计转化为实物设计,进而转化为产品的设计理念,做到学以致用。通过实践,该考试模式激发了学生学习兴趣,培养了学生的设计能力和将理论应用于实践的能力,达到了通过考试反馈和指导教学的目的。
关键词:
机械设计基础;考试目的;考试形式;阶段考试;机械实物设计
考试是教育教学过程中不可缺少的环节。通过考试能够监测教学效果、调节教学过程、掌握教学平衡,衡量是否实现预定的教育目标、教学目标、学习目标等。考试已成为高等学校深化教学改革、推进素质教育、提高教学质量、培养应用型人才的重要任务之一。李丽等人探讨了机械类专业课程考试改革,提出专业基础课程的考核要与生产实际相结合,可以运用“考试”+“实验”+“项目设计”的方式[1]。张忠福讨论了高等学校以能力为中心的考试改革,提出了考试工作应做好3个转变,即由注重书本知识考核到注重能力考核的转变,由闭卷考试向灵活多样的考试方法转变,由注重期末一次性考试向注重全过程考核的转变[2]。本文以机械设计基础课程为依托,延续了李丽、张忠福等人的改革思路,建立多元考试模式,并提出不仅要进行机构设计,还要将机构设计转化为实物,转化为产品,进而转化为生产力的新理念。
一、存在问题
(一)重评价、轻反馈
考试作为教学过程中的一个重要环节,具有导向、诊断、反馈、评价、区分、预测、激励等功能[3]。机械设计基础课程的现行考试模式突出了期末试卷成绩的价值功能,部分教师将期末考试成绩作为评价学生学习状况的唯一标准。期末试卷考试内容往往重理论、轻实践,缺少对学生创新能力、设计能力和应用能力的考核。有些教师不能领会考试的导向、诊断和反馈功能。很少有人通过考试对教学质量和效果进行重新评估、重新认识,也很少有人通过考试改进教学方法、优化教学内容,进而提高教学质量。
(二)重知识、轻能力
考试内容多教材化,考试题型标准化,导致学生机械地记笔记、背笔记,即使试卷成绩较高,实际上并没有理解和掌握所学的内容,只不过是死记硬背而已。因此,这种考试只能考查学生对理论知识的短时记忆能力,不能够考查学生对知识的理解和掌握程度,更不能考查学生的设计能力、应用能力和创新能力,并且会误导学生只重分数,不重能力和综合素质的提高[4-5]。
(三)形式单一,缺少灵活性
机械设计基础课程多采用闭卷考试的形式,考试形式比较单一,缺乏弹性。机械设计基础包括机械原理和机械设计两部分内容,课程内容较多,需要考查的知识点量大。期末试卷多分为A、B卷,A、B卷试题不能有相同的题目,加之考试时间有限,一套试卷无法囊括该课程教学大纲所有的知识点,试题覆盖面窄,并且多注重理论知识,很难通过一套试卷实现对学生全面合理的评价。机械设计基础涉及大量的机构设计内容,但在有限的考试时间里很难完成完整的机构设计题目。因此,通过单一的试卷考试无法考查学生的综合机构设计能力和分析问题、解决问题能力。另外,课程各章节的考试题型大多模式化,缺少灵活性。每个学生作为个体是有差异的,他们的兴趣点各有不同,同一套试卷不利于学生个性的发挥和发展。
二、改革方案
建立了“平时”+“阶段考试”+“期末考试”+“机械实物设计”+“答辩”的考试新模式。平时成绩占20%,阶段考试成绩占10%,机械实物设计成绩占20%,答辩成绩占10%,期末考试成绩占40%。
(一)加强对平时学习的激励与考核
平时成绩综合考虑学生的课堂表现、出勤、作业完成情况等。平时成绩占总成绩的20%,其中作业占5分,课堂表现占10分,出勤占5分。根据学生作业完成情况,独立完成、准确率高、格式规范的学生成绩高,独立完成但准确率稍差的学生成绩较高,抄袭、作业不规范的学生成绩低,鼓励学生独立完成作业,避免抄袭现象;课堂表现分则根据学生表现给予加分和减分。为了引导学生思考、活跃课堂气氛,在课堂教学过程中教师会设置一些问题[6],学生主动要求回答,并且回答正确,每次加1分。旷课、迟到、上课睡觉、玩手机等,每次扣0.5~1分。迟到现象,每次扣0.5分。综上,平时总成绩不超过20分。通过加强对学生平时学习的激励与考核,能够培养学生良好的学习习惯,激发学生的学习兴趣。
(二)通过“阶段考试”加大过程考核力度
无论哪门课程,各章节之间都存在一定联系,同时都有各自的独立性。通过单个章节的阶段考试可以考察学生对本章内容的理解和掌握情况,及时解决学习过程中出现的问题。考试结果又可以引导教师对教学内容有所调整和侧重,对教学方法有所改进,从而对教师教学具有反馈和促进作用。同时,学生也可以从中查找出自己的薄弱环节和差距,比较全面客观地评价自己,有针对性地调整自己的学习策略,不把考试作为学习的终点,而是把考试作为再学习的起点,进而达到较好的学习效果。
(三)扩大期末试题覆盖面,实现合理评价
期末考试安排在课程结束之后,考试形式为闭卷笔试,分值为100分,最后汇总成绩时,期末考试成绩乘以40%。为公平起见,提出扩大试题覆盖面、增加题量的想法,为避免与有限的考试时间相冲突,提出在试卷中给出部分选作的题目,学生可以自主选择感兴趣的题目。另外,命题要突出能力的考核,学生可以发表自己的见解,鼓励学生主动思考。与此相应的评分标准要更为人性化,改变以往的评分标准的单一性。
(四)通过机械实物设计环节,培养综合设计、实践动手能力
机械设计基础课程涉及各种类型机构的设计,如凸轮机构设计,齿轮机构设计等。在考核内容中设置了机械实物设计环节,旨在培养学生运用所学知识进行机构设计的能力和实际动手能力。由教师给出所设计机械需要完成的动作及执行动作构件的运动规律,学生自主选择机构的类型和材料,做出符合要求的实物。根据完成情况,教师给出机械实物设计成绩。挑选完成较好的作品,对结构进行完善和优化,联系感兴趣的企业,做成产品,进而可以转化成生产力。该环节既能尊重学生作为个体的兴趣,考查学生综合机构设计的能力,又能培养学生的动手能力以及解决实际问题的能力,同时又将理论转化成实物,由抽象转变为直观,真正做到学以致用。
(五)通过答辩培养语言表达、反应能力
在教学过程结束后安排一次答辩,随机提出与课程相关的至少3个题目,根据学生回答情况给出答辩的分数。答辩能真实地反映学生对本门课程的理解和掌握程度,对学生的评价更公平合理,同时锻炼培养了学生的表达能力和反应能力。
三、实践效果
在机械设计基础课程的教学过程中,实施了多元考试模式,取得了一定的成效。平时考核的环节激发了学生平时学习的积极性,使学生作为教学主体真正地融入课堂教学,与教师间形成互动,活跃了课堂气氛,同时约束了学生的不文明行为。阶段考试环节,使学生及时找到了自己的薄弱环节和差距,有针对性的进行学习,学习效果大有改善。教师也能够根据阶段考试成绩及时调整授课内容,改进授课方法,将知识更为有效地传递给学生。通过考试内容的改革,丰富了考查的内容,尊重了学生个性的发展。学生对机械实物设计环节比较感兴趣,设计出的实物机构形式各异,大多实现了预期的功能要求,学生对自己的作品都很满意,很有成就感。实物设计环节激发了学生的学习兴趣,培养了机构设计能力和动手能力。多元考试模式的实施,既考查了对理论知识的掌握,又考查了对基础知识运用,实现了对学生综合水平的合理评价。
四、结语
考试改革实现了考核形式多元化、考试内容丰富化、考试过程阶段化、考试题目可选化,考查内容能力化、理论设计实物化,达到了对学生合理评价、以考试反馈和促进教学、以考试指导学生再学习,提高课程教学质量的目的。
作者:孙岩 单位:辽宁科技大学机械工程与自动化学院
参考文献:
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关键词:机械设计基础 理实一体化 项目 成果
机械设计基础作为一门专业基础课正进行着课程改革,以适应不断发展的职业教育,其关键之处就是将理论知识更多地溶入实践操作过程,即所谓的理实一体化教学。作为一种不同于传统教学方法的创新教学模式,它具有理论教学与技能训练相结合,教学过程突出技能训练,有效提高教学质量和效率等特点,这种新教学模式的研究和推广充分体现了现代职业教育更加贴近经济生产的特色。在课程改革过程中,结合我校机电专业建设的特点,经过几年探索和实践,机械设计基础课程的教学改革取得了较明显的效果。即以实际工作过程为参照,对课程内容进行了科学的模块化处理,具体做到了“四个整合”(陈述性知识与实践性知识整合、理论知识学习与实践技能训练整合、专业能力培训与职业素质培养整合、工作过程与学生认知心理过程整合),并通过一系列科学的教学设计,将所要学习的内容细化成具体的学习情境,参考实践操作规程,制定出符合理实一体化教学特色的教学模块,使该课程的建设上了一个台阶。
一、深入研究,对课程教学内容进行科学的处理
多年来笔者一直从事机械设计基础课教学工作,由于教学理念以及设施设备等原因,以往对于该课程的教学内容大部分采取照本宣科的模式,以至于教师教得辛苦,学生学得痛苦。随着这几年学校对于实训设备的大量投入,以及现代教学理念的推广应用,该课程的教学模式有了质的变化。近几年来,在机械设计基础课教学过程中积极推广理实一体化教学模式,即理论实践一体化教学——充分利用现代教育技术,将理论、实验、实训等教学内容一体化设置;讲授、听课与实验、操作等教学形式一体化实施;教室、实验室与实训场地等教学硬件一体化设置;知识、技能与素质等职业要求一体化训练,由此形成融知识传授、能力培养、素质教育于一体的一体化教学模式。我们将机械设计基础课程的理论知识教学环节由原来的300多学时削减到100学时左右,大幅度增加实验和实训的时间分配。例如,在齿轮传动的教学过程中,我们用10个左右的学时讲一些简单的定义、尺寸计算、加工原理和安装维护等方面的知识,理论上做到够用。但是大幅度增加实训环节的课时量,这种新型教学模式从根本上有利于贯彻“能力为本位,就业为导向”的职教理念和创新人才培养模式,有力地推动了职业教育的良性发展。
具体到课程设置时,我们从职业教育的特点以及学生的实际能力出发,从社会的需求和学生就业岗位出发,建立以学生技能等级逐层递进为训练顺序,以技能及相关文化和职业道德为横向结构的教学体系。将理、实教学学时调整为3:7,减轻了课业负担,加强了技能培训,充分利用我校较好的硬件设施,使学生在拆卸中学原理,在装配中长技能,每一个学生均能在理论知识与实践技能相结合的学习环境下培养出较为全面的职业素养,几年下来,学生身上充分体现出理论知识基础实、兴趣浓、吸收快等特点。并结合新知识、新技术、新工艺、新方法,不断改进和调整教学方法和课程结构,使学生及时了解并掌握与经济发展相贴近的课程内容。将传统枯燥的“一支粉笔、一本教案、一张挂图”的教学模式转化为一堂利用现代化教学手段演示的生动、形象、具体的实际操作技能课,让学生全面接触实践操作,使教学内容与岗位实践融合,提高了学生的实际动手能力,形成了一切以培养学生技能为目的,提高学生职业素养为核心的体系。最终达到提升学生的劳动力价值和人力资本增值的核心竞争力目标。
二、编写制定出实用性较强的理实一体化教学方案
依据模块化、项目化的要求和项目课程标准及技能鉴定标准,按科学性、合理性、实用性、针对性、适时性、有效性原则编写出项目课程教学教案。具体在该课程的以下几个章节:1.螺旋传动;2.齿轮传动;3.饺链四杆机构;4.轴系零件;5.综合知识的课程设计。以上每个章节我们都编写了项目课程教学的课改教案、多媒体课件,添置配备了教学教模或实物教具(一般为3~4个学生一组)和部分学生自制教具。同时在编写教案处理教材时注重实践知识和创新内容的融入环节。针对社会需求,紧紧围绕机械设计基础课程的特点,进行课题训练,学生实习分组,根据课题和设备条件确定教学程序。例如:铰链四杆机构章节中机构方面内容的创新我们把它作为重点教学内容,并且让学生按照设计方案结合实际自己动手操作,去完成摇头式电风扇的机构创新构思设计,教师在此实施的过程中评价学生方案的优劣,从而推选出最佳设计方案。
通过这种理实一体化教学方法的实施和推广,学生的思维有了更广阔的施展空间,例如在生产实际中经常遇到螺纹滑扣的问题,我们就让学生运用所学的螺纹知识,结合理实一体化教学过程中学到的设计理念,设计出了图示中的“万能扳手”(如图所示),有效地解决了实际工作中遇到的问题,并获江苏省2009年度职业学校中职组创新大赛的三等奖。
三、教师队伍建设要求相应提高
在对课程教学计划重新制定的同时,也对教师的专业素质和适应能力提出了更高的要求,由于这种教学模式涉及到理论和实践两个方面,要求教师既要懂得理论讲授、又能够进行实践教学。为此,学校加大了对专业教师职业技能方面的培训力度,在教学不太紧张的阶段,安排部分专业教师参加各种各样技能培训,学校制定相应的政策鼓励教师利用假期或双休日到企业去锻炼,并且是带着教学中的疑难问题到企业去求解。另外我们还从长期合作的企业里引进优秀的工程技术和管理人员充实教学一线,聘请一支既有实践经验又有较高理论水平的工程技术人员作为兼职实习指导教师。通过这些措施,培养出一支合格的能开展理实一体化教学的师资队伍。
四、通过多种途径,设计出可行性较强的实训项目
要想真正实施好理实一体化教学,除了要求我们必须具有既能满足理论教学、又能满足实训教学的一体化教学场所,还要有一套可操作性强的学生训练项目。有了有可操作性的项目,结合学校现有的设施设备以及校企合作过程中的部分实习基地,就能够培养出社会真正需要的专业技术人才。因此我们首先对部分企业进行调研,然后依据企业需要与学校实际情况制定出一套行之有效的教学项目,同时根据项目内容对学校机电专业实验室和实训工厂进行了科学的规划和布置。例如增加设备的投入、学生动手制作一些小的实训器材、在实训工厂增设一些现代化教学设施等等。而且投入巨资即将完工的实训基地也充分考虑到这些,所有的一切都是为了保证能够有一套切实可行的实训项目让学生使用。
五、建立有效的教学质量评价体系
整个教学过程的教学质量评价可分为过程评价和结果评价,且以过程评价为主,评价方式参照企业质量管理体系的部分内容。首先通过分析调研确定评价要素,并在此基础上设定评价指标。评价指标的实施,尽可能排除感情因素的影响,设定一系列科学规范的评价规则,使教学质量评价指标形成系统,成为体系。例如,根据学生对操作技能掌握的程度不同可获得不同的成绩评价,并以适当的方式予以公布,这样学生对职业技能的掌握就有较高的主动性和积极性,教学效果就十分明显。通过建立这样一个科学实用的质量评价体系,让理实一体化的教学模式顺利推进。
总之,以项目课程理实一体化教学方法为核心的机械设计基础课程改革,已逐步成为学校机电类专业课改比较理想的模式。能否取得良好的教学效果关键在于项目的构建和是否编制出与之相适应的项目教材,这就需要我们有更大的课程改革步伐和决心。推而广之,职教课程改革如果能够始终紧扣理实一体化的理念进行,应该能够大放光彩。
参考文献:
1.1传动方案的设计与计算
依据设计任务书给出的工况条件和要求,设计传动形式、计算传动功率、选择电机、合理分配传动比、确定方式。
1.2减速器的结构设计与计算
经过初步的设计与计算,计算出大小齿轮的分度圆直径、齿宽,估算出各轴的最小直径,并开始齿轮减速器的结构设计。需要注意的是这个部分与绘制图纸是相辅相成的。
1.3绘制图纸
结构制图的设计绝不是简单的对照着例图抄图,整个设计过程要遵循严格的先后顺序。首先,根据计算出的数据估算整体尺寸,以利于图幅图面的选择和布置。其次,画出大小齿轮的大体轮廓,定内壁线。根据预留螺栓要求的扳手空间确定凸缘尺寸,画出减速器轮廓的宽度。另外,由轴的最小轴径和轴承型号确定轴各段的尺寸。最后,就要根据内壁和壁厚来确定外轮廓及吊耳吊孔,根据齿轮啮合位置和透视窗设计准则来确定透视窗的大小和位置等。只要掌握了一定的方法和知识,整个设计也将知难行易。
1.4设计说明书的编制
这部分是将整个设计过程记录下来,重点是轴和其他重要零件的校核。它所涉及的是传动方案设计与计算的依据,结构设计的说明,标准件、外购件的选择与计算等。若有一个模版就会使编写思路更加清晰。
1.5设计总结与答辩
在设计总结与答辩阶段,老师会根据教学经验对学生的设计理念、方法或者设计中容易遇到的问题进行提问。这需要学生以扎实的功底认真的态度来做好设计中的每一步,而在此过程中学生会学到更多的知识。
2机械设计课程设计中的感受
2.1在实践中学习,理论联系实际
理论联系实际是理论教学中的一项基本原则。在教学过程中具体运用这一原则时,要防止片面性,要在理论和实际的内在统一性上下功夫,要广泛地联系实际,联系学生的思想状况、理论水平、知识需求和接受能力,从而科学、完整地贯彻教学原则。
1)在课程设计的实践中,要对学生进行设计基本技能的训练,使其学会查阅和使用标准规范、手册、图册及相关技术资料,培养计算、绘图、数据处理等方面的能力。在设计与计算中,与传统作业大不一样,不能仅靠公式计算来确定参数。而且,课本和设计指导书中给出的很多参数都是范围,所以必须根据设计的具体情况选出具体数值。例如,V型带可选择的传动比是2~7。这些数值究竟在自己的方案如何选择?这需要学生认真阅读课本、参考手册,通过各种方式查阅现有的减速器在特定条件下各级传动比的分配来对比,最后总结出自己的“经验”。而这种“经验”会为学生步入社会打下坚实的基础。
2)学会将理论联系实际的设计思想综合运用到课程设计中,锻炼结合生产实际分析、解决实际工程问题的能力,巩固、深化和扩展有关机械设计方面的知识。
2.2科学的方法
设计过程中,方案设计与计算同基础理论知识联系很多,而且有设计模板,学生做起来不算很难,但进入减速器结构设计阶段,很多学生没有任何经验,不知从何下手。科学的方法对学生的重要性毋庸置疑。
1)要有足够的知识储备和绘图练习。如果学生在机械设计课程的学习过程中,能高质量地完成螺纹连接、键连接、皮带传动设计、齿轮、链轮设计,特别是对其结构部分的设计(制图)作业,则在减速器的具体结构设计与制图中的小零件就不会是学生的阻碍了。
2)善用图示图解法。齿轮减速器结构设计一直是工科院校机械类专业的经典教学内容,各类参考书目非常多,用图示图解更加直观清晰,容易被学生接受。利用老师总结编制的一套教学解析图,针对学生容易出现的设计错误和难以理解的地方,用图形的方式突出重点,并加以强调,减少设计过程的失误和时间浪费。例如,当学生对起盖螺钉的规格不太清楚时,图上会以简明扼要的话语告诉学生这种零件在设计手册的位置及使用注意事项。
2.3变被动学习主动学习
将课堂还给学生,让学生成为课堂的主体,教师则成为课堂上学生的引导者.这样学生才会集中精神去思考、去参与课堂学习,变被动学习为主动学习。当确定了本次课程设计的重点是减速箱的设计,明确了减速箱的目的是为了减速之后,学生可以思考其学过的达到减速目的的多种方式,如齿轮减速,蜗轮蜗杆减速,链、带传动减速或利用液压气压来实现减速等。但为何市场多选用齿轮传动减速而不选择其他方式,这就需要学生比较各种减速方式的优缺点及适用情况,借鉴前人的经验,根据机械设计的实用原则来解决这些问题。而这个过程,恰恰是学生在不知不觉中变被动学习为主动学习的过程。
3设计过程的探讨
当一张设计图基本完成的时候,很多细节问题也往往被学生忽略。例如,螺纹连接件的类型有很多,我们常用的有螺钉、螺栓、双头螺柱、螺母和垫圈等,而这些连接件的尺寸和结构形式都是有标准的,所以设计时要根据相关标准来选择绘图。起吊装置中的吊环、吊耳等应该按起重重量来选择,结构和尺寸也应按照标准来绘制,特殊情况可以根据具体情况做适当的修改。为保证安全起吊,吊环的螺钉也应完全拧入螺孔。同时,定位销、油标尺、通气器也是标准的,甚至标题栏的制作更是需要我们找到确定的依据,这些依据会使整张图纸更具标准化、正规化与完整性。另外,有些参数需要圆整,尽可能不带小数,如轴径尺寸;有些参数必须取标准值,如齿轮模数、螺栓螺母;有些数值即不需要圆整也没有标准,如斜齿轮分度圆直径尺寸值等。设计零件图的重点是尺寸标注、公差选择与标注、加工工艺要求与检验要求。这些都是学生特别容易轻视的。细节决定质量,只要在此阶段把握好细节,一切有理有据,那么学生的设计必然是高质量的设计。
4结束语
关键词:机械设计基础;实践环节;工程应用
中图分类号:G4
文献标识码:A
doi:10.19311/ki.16723198.2017.09.075
《机械设计基础课程设计》作为《机械设计基础》课程的延续,机械设计基础课程的一个重要实践教学环节,是工科院校机械类学生第一次独立自主设计,主要考核学生分析查表、分析实际问题、绘图和语言表达等方面的综合能力。也是一次对理论与实践相结合的新教学模式的探索。
随着社会和企业对人才需求的变化,要求机械类工程应用人才具有扎实的理论知识基础、良好的动手操作能力、独立思考能力,具有发现、分析和创新性的解决实际工程问题的能力。这也对我国大中专院校的教学质量提出了新的要求和目标。与此同时,机械设计基础课程设计作为一个重要的实践环节也凸显出了更大的意义。本文围绕培养与企业需求相符合的工程应用型人才这一目标,从机械设计基础课程设计的教学内容、教学方法和考核制度等方面进行改进和实践。
1“机械设计基础课程设计”现阶段存在的问题
1.1题目单一,束缚学生创新力
机械设计基础课程设计设计题目多为以减速器为主体的传动机械装置。主要包括对传动参数计算、齿轮传动设计、带传动设计、轴的设计、轴承和键等常用零部件的选用。该装置比较全面地反映了机械设计基础课程教学内容,成为各大高校常用的典型课程设计题目。采用“教师随机辅导,学生自主作业”的教学模式,主要考核学生分析查表、分析实际问题、绘图和语言表达等方面的综合能力。题目单一带来的后果就是网上参考资料泛滥,或者往届学生设计资料外流等各种原因造成的学生抄袭情况严重的现象。导致与学校开设这门课程的目的有所偏离,更重要的是这种现象严重束缚了学生的创新力。
1.2设计任务大,时间紧
机械设计课程设计实践周期大多为三周,通常在理论课程后进行,根据学生专业基础知识差异,可分为单级齿轮减速器和二级齿轮减速器。课程设计设计大量的参数计算,需要学生在掌握理论知识的基础上能够熟练使用设计手册,而且在设计过程中还需要全面考虑强度、刚度、密封、以及加工工艺等方面的问题,学生在缺乏实际设计经验的情况下很难顺利完成设计计算。同时在整个设计过程中还融合了工程力学和几何公差与测量方面的知识。这些课程开始时间与课程设计间隔过长,很多学生无法快速学会将这些知识运用到课程设计当中。初次之外,绘图工作量较大,一般要求学生手工绘制一张A1的装配图和两张A3的零件图,书写一本课程设计说明书。种种原因都导致学生时间紧迫,无法在有限的时间里面完成优秀的设计。
1.3管理方式存在差异
理论教学主要在课堂进行,有教师主导,严格按照教学计划进度教学。而课程设计一般指定一个固定教室,以班级为单位。在课程设计期间,要求学生按照教学时间集中在教室进行学习,在此期间,教室随机进教师对学生进行辅导和考勤。这种管理模式对学生的自律性要求极高,事实证明,大部分学生并不能严格按照要求时间节点完成设计任务,导致整个设计过程延后,设计质量下滑。
1.4学生态度不端正
课程设计考核以答辩形式为主,很多学生认为不管过程如何,都不会出现不及格的情况。这种心理使得大部分学生态度不端正,缺乏对该课程的重视。导致的后果就是最终的设计成果质量较差,甚至为学生抄袭提供的正当的借口。这与机械设计基础课程设计开设的目的是相背离的。
1.5缺乏团队合作精神
机械设计基础课程题目大多为减速器传动装置,要求学生独立完成。为了保证每位学生数据不会重复,一般可根据结构和数据不同划分,这样也可以减少抄袭现象。然而,机械设计基础课程设计时间长,工作量大;涉及的理论知识相对宽泛,且学生又都缺乏实践经验。这样问题都会影响设计进度和质量。一般课程设计都会安排教师进行指导,为培养学生独立思考和分析问题的能力,教师一般都其监督和引导作用。一旦遇到疑难问题,而指导教师又不能及时出现并予以解答,学生只能束手无策。作者通过对学生观察,发现大部分学生在设计过程中独自为营,遇到问题只会埋头思考,反复琢磨却无处求解,对很多设计过程要么不求甚解,要么抄袭其他人。最终在这个环节的收获也是寥寥无几。
1.6考核标准存在差异
机械设计基础课程设计的最后成绩主要由课堂考勤、进度检查、数据计算准确与否、作图质量和答辩等几部分组成,分为优、良、中、及格和不及格五个档次。与笔试形式的考核不同,这种考核方式没有一个明确的评分标准。由于每位指导老师评估成绩时的侧重点不一样,导致考核时上述各部分所占的比重也不尽相同。为此而产生的影响就是经常有学生对自己获得的成绩与预期有所偏差。这种现象也极大地打击了部分学生的积极性,对该课程环节在全校的印象产生消极作用,不利于对下一届学生课程的开设和管理。
2提高“机械设计基础课程设计”水平的方法
2.1从题目改革入手,培养学生创新力
国外高校注重实践创新能力的培养,建立创新激励机制和多渠道、多层次开展实践创新活动。培养学生创新能力是世界上许多科技强国高等教育改革的目标。日本把科学技术中创造力作为一个重要的发展战略。德国将学生开拓创新能力作为新世纪教育的重要部分之一。我国的高等教育也提出深化教育改革,加强素质教育,开展提升创新的教育。提高学生的实践能力,培养求异思维;注重个性发展,是培养他们的创新精神和创新能力的必要途径。传统的机械设计基础课程目的是巩固所学理论知识,重在引导学生将课堂所学融入到设当中。因此,减速器设计基本满足这一要求,这也是课程设计题目常年不变的原因所在。题目和数据不变导致的后果就是学生思维受限,缺少对新事物的好奇心以及解决问题的新方法的探索。最终完成的作品大都中规中矩,缺少创新点。
21世纪的人才培养模式是:“低重心、宽口径、重实践、强能力”。为此我们必须更新教育思想和观念,加强机械设计课程设计的改革和建设,着重培养学生的协同创新能力。为达到这样一个目标,我们可率先从课程设计题目改革开始。减速器传动装置所包含的设计内容确实能全面的概括机械设计基础这门课的是知识点,不需要刻意回避对改题目的选用,但参与课程设计的学生专业各有不同,包括机械设计制造及其自动化、车辆工程、工业工程和材料专业的学生。我们可以从学生的专业不同入手,结合各专业的学习重点对题目适当调整,例如车辆工程专业主要培养的是与汽车工程有关的设计人才,学生对汽车的认识和兴趣也相对较大。为此我们刻意将减速器设计改为变速器的设计,这样既能与学生所学专业联系起来,也能考核学生对机械设计基础课程理论知识掌握情况,以此类推,对材料专业可在考核机械传动零件的设计同时侧重考核对减速器的材料选择和结构优化。这些细微的改动既符合课程设计开始的目的,又能结合学生专业的特点。除此之外,教师还可以自主拟题,或者将一些适合学生的大学生创新比赛的题目引入课程设计当中去,让学生又更多的选择空间。同时,这些新题目参考资料较少,更能激发一部分学生对未知的挑战,激励学生发散思维,提出更多有创新的想法,最终设计出具有创新力的优秀作品。
2.2合理安排设计时间,保证设计质量
课程设计题目通常都是几个学生做一个题目,只在数据上有所不同。课程设计的开设一般都在机械设计基础课程之后,理论与实践环节相对独立,而对于在设计过程中需要运用的其他相关课程的知识,也与课程设计开设的时间相距较大。这些客观原因都给学生的设计带来不便,除去设计所花费的时间,学生还要花费大量的时间来回顾以前学习的课程知识。这样造成的后果就是r间不够,最终只能敷衍了事。
解决这个问题的关键在于如何安排时间。首先,传统课程设计的任务下达时间较晚,学生准备不充足,容易手忙脚,这是由理论教学和实践环节脱节而导致的。为此可将课程设计任务融入理论教学当中,分阶段的穿插在教学过程中,使学生能够明确设计要求,带着设计任务进课堂。既有利于学生掌握课程内容,又能培养学生理论联系实际的能力。同时,学生还可以利用课余时间研究课程设计任务,及时请教老师。这样既能缩短设计时间,也能减轻教师的指导任务。逐步培养学生发现问题并解决问题的能力。其次,就作者观察,大部分学生在接到设计任务开始,或是埋头思考,或是无所适从,缺乏交流和沟通。而现代企业对人才的需求上更多的是要求协同合作,在实际生产中,任何一个机械设备也不可能单靠一个人设计完成,也不可能单靠一个人的设计方法完善所有功能,必须融合团队所有人员的思想。因此,必须在学生阶段培养学生协同合作的能力。最后,课程设计任务中要求学生手工绘制装配图和零件图,工作量较大。而且与现代企业的设计模式存在差异,为避免学生与企业脱轨,可适当引入计算机辅助软件,培养学生的绘图能力。
2.3改革考核制度,启发学生创新思维
传统的课程设计考核方式主要是答辩形式,一方面考核学生对设计任务完成的情况,一方面考核学生的语言表达能力。由于指导教师不同,每个人心中的考核标准存在一定差异,导致最终学生的成绩也各有不同。解决方法之一是统一考核标准,在组织答辩之前,所有的指导教师可以集中讨论,对评分标准有一个统一认识;其二是根据学生选题难度划分不同评分标准,如:选择常规题目和自选题目的学生在创新性上存在差异,可将创新能力作为评分标准;个别学生在绘图过程中使用的计算机辅助工具,可将对软件的操作作为评分标准;或者由学生组织团对设计并参与相关赛事,可将团队合作作为评分标准。这些新型的评分标准可极大地激励学生灵活应用计算机工具,创新性的分析和解决工程实际问题。最终培养出适应企业模式的综合性机械类应用人才。
3结论
本文结合了我国经济发展和现代企业的对人才的需求,对机械设计基础课程设计这一实践课程存在的题目单一、设计任务大、时间紧、理论是实践脱节、学生态度不够端正、缺少团队合作精神、考核标准存在差异等方面的问题提出相关的解决方法,为提高机械设计基础课程设计水平提供一定借鉴。
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课程体系综合设计研究
将机械原理、机械设计课程设计内容进行整合,探索机械原理、机械设计课程设计中如何培养学生的机械运动方案设计、机械创新设计和解决工程实际问题的能力,提出适合创新人才培养目标的机械原理、机械设计课程设计实施方案,并完成2008级机制班机械基础课程综合设计教学实践。同时,考虑机制、模具、汽车、机电方向的不同,选择适合不同方向的综合设计题目,以设计对象为主线,尝试在综合课程设计中引入机构运动演示,要求学生用计算机仿真验证机构运动设计的合理性[4],尝试在综合课程设计中引入机械方案创意设计模拟实验,要求学生利用运动方案进行模型拼装创新实验,验证机构运动设计的科学性、合理性。通过机械基础设计课程改革,加强学生创新能力培养。把机械原理、机械设计课程设计时间由原来的分开设计整合为一,机械原理、机械设计两门课程的课程设计题目选择范围加大,同时增加设计时间,激励学生对这类题目产生较大的兴趣,每一位学生都积极思考,差不多每人都提出一到几种运动方案,然后通过小组讨论,挑出最佳方案后,由各组确定自己的最终机械系统运动方案。通过这些创意设计活动,可大提高学生的创新设计能力,改革课程体系综合设计手段,加强CAD、CAM、CAE等技术应用[5]。运用虚拟样机技术,可以大大缩短产品的开发周期,因而受到了制造厂商、科研机构、大学、公司的极大重视。其中ADAMS是美国MDI开发的非常着名的虚拟样机分析软件。尝试以ADAMS为工具,让学生对自己设计出的机构进行建模与仿真,真实地仿真机构的运动过程。改革设计手段,将给课程设计赋予新的活力。
课程体系综合设计的实践及应用
1改革设计题目,注重学生素质的培养
机械CAD能力、综合应用与设计能力和创新设计能力是新世纪高素质机械工程技术人才的重要素质。因此,机械基础课程综合设计训练主线则是以典型机械系统设计为内容,并将机械原理和机械设计的两课程设计贯通,由根据设计要求到机械运动方案及其运动与动力设计(即机械运动简图设计),再到机械系统结构设计和工作能力设计(即装配图及零件工程图的设计),从而形成一条加强机械系统设计和综合设计能力训练的设计训练主线[6]。使学生经过原理方案的设计、执行机构的设计、传动方案的设计、结构设计等过程,加深对机械系统的整体认识,加强设计中的工程意识,培养综合创新设计的能力。目前各高校都在进行课程设计改革实践,但两门课程设计合在一起的课程设计指导书还很少见[7]。因此,根据我校实际情况,编写了适合于本科机械类的机械基础课程综合设计指导书,指导老师可根据不同方向教学班次选用设计题目。
2机械传动方案设计,培养学生创新能力
机械传动方案设计是一个重要的环节。在这一环节中应充分体现以学生为主体,以教师为主导的指导思想。教师在指导时,应因材施教、因人施教,对不同层次的同学要有所区别。在选题方面,提倡设计能力较强的同学选择指导书以外的题目。在指导方面,对这些同学应适当增加设计的难度和深度。方案设计时重点是要把握创新点[8]。在方案分析过程中,为了实现一个确定的设计目标,要求学生至少提出3种可行的方案,并对方案进行分析、比较,总结出其优点与不足。然后确定出设计者认为最优方案作为本次课程设计方案。最后对此方案进行详细设计,包括其运动过程和运动尺寸的确定,进行结构设计和强度设计直至计算。
3引入虚拟样机技术进行机构分析
虚拟样机技术又称为机械系统动态仿真技术,是国际上20世纪80年代随着计算机技术的发展而迅速发展起来的一项计算机辅助工程技术。运用虚拟样机技术,可以大大缩短产品的开发周期,受到了制造厂商、科研机构、大学、公司的极大重视。其中ADAMS是美国MDI开发的非常着名的虚拟样机分析软件。基于贯彻实施培养卓越工程师思想,在机械基础课程综合设计中引入ADAMS软件对插床导杆机构、冲压机构、摆动式运输机机构、牛头刨床摆动导杆机构等进行运动学和动力学分析,自动绘制刀具的位移、速度、加速度曲线,自动绘制曲柄受到的平衡力矩曲线图等,能通过后期处理绘制最大动态剩余功曲线图,使曲线结果清晰、精确。导杆机构动态仿真时,观察在各位置时所对应曲线含义,加深对课本关于机构有关运动学、动力学相关参数优化设计的理解。ADAMS软件还能对机构采取参数化建模,学生可以通过输入机构不同原始参数,进一步比较不同结果。与过去用图解法或自编程序法进行机械原理课程设计相比,利用计算机对机械进行辅助设计,实现了教学创新,学生普遍反映用ADAMS软件进行课程设计快捷、方便、直观,课程设计能达到满意效果。
4理论联系实际,修改设计对象
在实际工程应用领域中,推荐采用的大多数齿轮减速器都是采用硬齿面。随着工业的发展,新技术新工艺不断涌现,在齿轮行业,特别是随着硬齿面齿轮加工技术的成熟,加工设备的完善,硬齿面齿轮减速器已经成为齿轮减速装置的主流,得到了广泛的实际工程应用,而软齿面齿轮减速装置有被逐步淘汰的趋势。因此,应结合实际,采用硬齿面齿轮减速器设计的题目来进行实践环节的训练。由于硬齿面齿轮减速器的设计与实际结合紧密,学生的自觉性与积极性得到了很大提高[9]。与此同时,有关硬齿面齿轮设计的资料无法从现有资料中直接利用,这迫使学生主动查找相关资料,询问老师,学生的实际设计能力得到了更大的提高。从改用硬齿面齿轮减速器设计结果来看,整机的重量减轻、体积缩小,使用材料大幅减少,相应的造价也随之下降。这使学生认识到科技的进步给生产实际应用带来的巨大影响。