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關鍵詞:小項目教學法;互換性與測量技術;無縫銜接
作者簡介:戴雪晴(1964-),女,江蘇濱海人,安徽理工大學機械工程學院,副教授;宮能平(1964-),男,安徽含山人,安徽理工大學教務處,教授。(安徽 淮南 232001)
中圖分類號:G642.0 文獻標識碼:A 文章編號:1007-0079(2013)13-0093-02
為了培養造就一大批創新能力強、適應經濟社會發展需要的高質量各類型工程技術人才,為國家走新型工業化發展道路、建設創新型國家和人才強國戰略服務,教育部于2009年提出了“卓越工程師教育培養計劃”。該計劃對高等工程教育階段培養學生的工程能力和創新能力提出了更高的要求。讓學生在接受高等工程教育階段工程能力和創新能力得到強化,除了要進行工程教育模式改革和創新、創立高校與企業聯合培養人才的新機制、實現工程實踐教學與工程實際的“無縫銜接”外,在高等工程教育階段占很大比例的課堂教學過程也應適應“卓越計劃”的需求。這就需要工科院校的教師在講授每一門專業課和專業基礎課時,將激發學生的學習熱情,不斷提升學生的終身學習能力,把課程設計和工程實踐貫穿于整個課程教學過程中,盡可能實現課堂教學與專業課程設計及工程實際的“無縫對接”,作為課堂教學不斷追求的目標。為了達到此目標,解決學生學習每門課的盲目性至關重要,為此,筆者將小項目教學法引入課程教學中,在這方面做了一些嘗試。
一、小項目教學法簡介
項目教學法是以工程實踐為導向,通過完成一個完整的“項目”工作而進行的實踐教學活動,將多門課程所涉及的知識和技能通過一個明確的“項目任務”布置給學生,學生根據任務要求,運用所學的知識和技能,通過“確定項目任務—制定工作計劃—組織項目實施—檢查考核評估—總結評比歸檔”等5個階段,采用“團隊學習”的方法,動腦、動手、交流和合作,最終完成項目任務并以成果的形式予以展現。將這種方法完全移入每門課的課堂教學是有困難的,但可以把這種方法中“項目”這個關鍵詞移植到實踐性較強的專業基礎課和專業課的課堂教學和課后訓練中,取名為“小項目教學法”。小項目教學法就是將多章所涉及的知識和技能通過一個明確的“項目任務”布置給學生,講課時將這個具體的項目實例分解成多個小項目,融合到講解課程的各章節的知識環節及課外作業中。學生與教師沿著項目的分解步驟一起學習,最后再將分解的每一部分內容匯總,組合成一個完整的項目。這樣,課程的學習不再是單方面教師的教,而是融合了學生的學,學生在教師的指導下分析問題,提出問題,解決問題,整個過程能極大提高學生學習的興趣與能力。通過這種方法讓學生學以致用,將理論知識與實際有機地結合在一起,既強化了應用能力的培養,又使學習者更容易理解理論知識,大大改善課堂教學效果。
二、小項目教學法在“互換性與測量技術”教學中的運用
機械類工程技術人員最重要的基本能力之一是掌握機械產品的幾何量精度設計方法、圖樣標注、檢測以及判斷零部件是否滿足圖樣要求的能力,“互換性與測量技術”這門課正是能夠使學生初步具有這種能力的一門重要的專業技術基礎課。它含有豐富的精度設計和檢測基礎理論,又具有很強的實踐性,是聯系機械設計與后續機械加工工藝等課程和課程設計的紐帶,是從專業基礎課學習過渡到專業課學習的“橋梁”。因此,將小項目教學法應用在本門課的教學中,實現這門課的教學與專業課程設計及工程實際的“無縫銜接”更為重要。
由于課時的限制,不能在課堂大量舉例,所以小項目教學法的項目案例選擇非常重要。減速器是機械產品中最常見的一種機械傳動裝置,一般也是學生進行“機械設計”課程設計的設計內容。在進行“機械設計”課程設計時,正確的幾何精度設計和標注,往往是學生們感到頭痛的問題,因此,可以選擇減速器的精度設計和有關零件的檢測作為項目案例,貫穿在整個教學過程的中。
講緒論時,把減速器的精度設計作為一個總項目介紹給學生,并把這個總項目要解決的精度設計問題作為課外專業。通過講解減速器精度設計的主要任務,講清楚機械產品的精度設計是機械產品的設計的一個必不可少的環節,而幾何量精度設計是機械產品精度設計中的重要內容。幾何量精度設計是否正確、合理,對機械產品的使用性能和制造成本,對企業生產的經濟效益和社會效益都有著重要的影響,有時甚至起決定性作用。讓學生清楚地知道學好這門課就能掌握機械產品的幾何量精度設計的基本原理、方法和基本步驟,能為他們順利地完成即將進行的課程設計打下基礎,更重要的是能為成為一個合格的工程師打下基礎,這樣把本課程與實際及課程設計結合起來,讓學生能夠學以致用,從而激發學習熱情。
講授“軸、孔結合的極限與配合”時,可導入減速器的精度設計的小項目“尺寸精度設計”案例。在減速器中,多處存在軸與孔的結合的尺寸精度設計問題,是比較典型的尺寸精度設計案例。講解本章,可以從減速器的裝配圖和部分零件圖開始,讓學生知道機械產品的裝配圖和零件圖上正確的尺寸精度標注是必不可少的,而通過本章的學習,就可初步掌握如何根據減速器的使用功能要求設計、確定組成減速器各零件之間的配合和零件上各相關尺寸公差的方法,學會在機械產品的裝配圖和零件圖上正確標注的方法,并把該減速器的尺寸精度設計問題作為一個精度設計小項目,在本章一開始就布置給學生,然后展開本章的講解。
講授“測量技術基礎”時,可導入在標準溫度下,對減速器中某一實際輸出軸上某處直徑尺寸進行了多次等精度測量的案例。案例要求對測得數據進行處理,得出測量該處直徑尺寸的測量結果。讓學生知道,要完成本案例所提出的任務,需要掌握本章所述內容。
講授“幾何公差及檢測”時,可導入減速器的幾何精度設計案例,讓學生一開始就知道機械零件上幾何要素的形狀和位置精度是一項重要的質量指標,它直接影響零件(機械產品)的使用功能和互換性,正確選擇形狀和位置公差是機械產品幾何量精度設計的重要內容;知道學會本章內容,就初步學會了如何根據減速器或其他機械的使用功能要求,設計并選擇減速器或其他機械中各零件的形狀和位置公差的方法,學會了在機械產品的零件圖樣上進行正確標注的方法,這是機械類工程技術人員最基本的能力之一。
講授“表面粗糙度及其檢測”時,可導入減速器輸出軸和輸入軸的表面粗糙度進行參數及數值的選擇和圖樣標注。讓學生一開始就知道表面粗糙度對零件的使用功能的影響,要完成本案例提出的任務,需要掌握本章的內容。
講授“光滑工件尺寸檢測和量規設計”時,可導入減速器中的零件案例,讓學生知道在各零件加工過程中以及加工之后,需要對各零件上要求檢測的尺寸、形狀和位置等幾何參數進行檢測,得出檢測結果,并作出正確判斷,這就涉及到本章的內容。并以檢驗減速器中的某一軸或齒輪孔用的光滑極限量規的工作量規設計為一個小項目,把該減速器的某一軸頸尺寸和齒輪孔的檢驗問題作為另一個小項目,在本章一開始就布置給學生,要求學生通過課后完成通用計量器具的選擇和光滑極限量規的設計,從而掌握在保證機械產品的零件質量和最佳經濟效益的前提下,正確選擇通用計量器具的方法,掌握設計光滑極限量規的原理和方法,然后展開本章的講解。
講授“零件典型表面的公差配合與檢測”時,可導入減速器中的零件典型表面設計案例這一小項目,讓學生在開始學習本章時,就知道鍵和齒輪以及螺紋、圓錐等為典型表面,它們的精度設計在機械產品的精度設計中所占的比重較大。通過學習本章,可知道國家相關標準對這些典型表面的公差與配合作了哪些規定,應如何選擇公差與配合,如何正確地標注,并將確定減速器中典型表面的公差配合問題,在本章一開始就布置給學生,作為課外作業。然后,通過講解減速器輸出軸與帶孔齒輪聯接、輸出軸與聯軸器的聯接,介紹鍵聯接和花鍵聯接的配合精度、選擇及檢測。從減速器上、下箱體固定螺栓與螺母的結合入手,介紹螺紋的配合的精度、選擇與檢測。根據減速器傳動齒輪使用要求,講解齒輪的偏差項目,以及如何正確選擇標準圓柱齒輪的精度,如何對漸開線圓柱齒輪進行檢測。根據錐形軸端與輪轂的結合方式,講解圓錐配合的精度、選擇與檢測。
以上就是筆者將“小項目教學法”應用于“互換性與測量技術”這門具體課程教學過程的一些做法。
三、結束語
“小項目教學法”將具體的工程案例導入課程每章節教學過程中,圍繞工程案例這個中心,通過課內教學、課外訓練兩個緊密聯系的環節,使每門課程在提高學生綜合素質方面充分發揮其作用,盡可能做到專業課和專業基礎課與專業課程設計及工程實際的“無縫銜接”。通過小項目教學法,學生對各門課程的學習做到心中有數,避免了學習的盲目性,提高了學習積極性和主動性,培養了學生實際應用能力,收到了很好的教學效果。
參考文獻:
[1]韓葉飛.基于項目教學法的計算機應用專業《管理信息系統》課程教學研究[J].佳木斯教育學院學報,2012,(2).
針對機械設計課程的特點,即:以不同零件劃分的各篇章在內容上各自獨立,但在實際工程運用中又緊密聯系,相輔相成,如何通過一條主線把各章節彼此相連,讓學生系統地、主動地掌握各零件的設計理論和設計方法?選擇與工程緊密聯系的項目設計作業,采用主體式教學和研討式教學方法,將課程主要章節內容貫穿到項目設計作業的訓練上,成為一條有效的解決途徑。
2基于項目設計的研究型教學具體實踐過程
2.1項目設計作業選擇原則及布置
“機械設計課程設計”是機械設計課程的一個重要教學實踐環節,也是機械類各專業第一次較全面的綜合設計訓練,單獨設置學分。由于減速器中所包含的零件覆蓋了機械設計課程中大部分章節的知識內容,且減速器的類型不同,原始數據有所區別,有利于學生分組進行,且能保證每個同學具有不同的數據,所以通常將二級圓柱齒輪減速器作為課程設計的設計對象。以往“機械設計課程設計”是在機械設計課程結束后進行,通過課程設計將課程中所講授的內容系統地運用到設計實踐中去,是一個從理論到實踐的過程。而在進行課程研究型教學實踐中,能夠貫徹各章節內容的項目設計作業正好可與課程設計相吻合,因此在給學生選擇項目設計作業時,既要考慮與后續課程設計在題目上的一致性,還要考慮內容上的步進性及工作量的適宜性,同時還要使學生既能獨立思考,不抄襲別人的設計成果,還能在討論交流的過程中得到提高和創新。為此我們根據工程實際,針對火電廠燃料輸送系統中不同工作機械中的傳動裝置,如:保定熱電廠葉輪給煤機中的行走裝置、北京高井電廠橋式螺旋卸煤機中螺旋升降機構中的傳動裝置、石景山發電廠翻車機的驅動裝置,以及油田抽油機傳動系統,布置了相關的四個項目設計作業課題,要求4~5人為一組,選擇其中的一個項目,設計不同的傳動方案,并對傳動方案中的減速器進行結構設計和計算分析。為了使學生在獨立思考的同時還能進行有效交流,我們對同一個項目課題,又設置出不同組數據,做到每人一組設計數據。這樣做的好處是:同一組同學在方案設計階段、結構設計階段可以進行廣泛討論,一旦傳動方案確定,具體在零部件設計和計算過程中,由于數據不同,每個人設計參數的選擇和計算結果就會不同,這樣又可使每個學生能夠獨立地完成相關的計算。
2.2教學內容的組織和優化
機械設計具有內容繁雜、概念多、公式多、工程背景強、各章內容又相對獨立的特點。為了配合項目設計作業的順利進行,對教學內容進行了重新組織和優化,將與項目作業內容緊密相關的零件的設計理論及方法往前安排,即將帶傳動、齒輪傳動、滾動軸承、軸、聯軸器、鍵等內容依次安排在了螺紋聯接及蝸桿傳動之前。當講完總論(4h)和帶傳動(4h)后,即在開課的第三周將項目作業題目布置給學生,同時用1學時左右的時間給學生簡單介紹傳動裝置的總體設計,包括減速器的類型、電動機的選擇、傳動比的分配及傳動裝置運動和動力參數的計算等內容。這樣學生在已知設計參數的情況下,減速器內、外零件的設計計算會隨著課程內容的不斷進展而逐步完成。在講滾動軸承壽命計算及軸的結構設計時,直接針對項目設計作業中二級減速箱中具有代表性的高速輸入軸,將軸的結構設計、強度計算及軸承的壽命計算等教學內容貫穿在該實例中,這樣的調整既可以完成規定的教學任務,又結合了項目作業的具體內容,使學生不僅掌握了軸結構設計及強度計算中應該注意的問題,也為其它兩根軸(中間軸和低速軸)的設計提供了很好的借鑒。此外,在每章的教學過程中,具體零件雖然不同,但教學的基本思路始終遵循著一條主線,即:零件的工作情況分析→失效形式分析→確定設計準則→設計計算(參數的選擇)→結構設計,讓學生發現并找出課程系統性和規律性的知識。同時在講課的過程中要求同學們多對比,找共性,比如,同是能夠完成運動和動力的傳動,帶傳動、鏈傳動和齒輪傳動的共性和各自的特點、運用范圍和環境是什么?定性地分析斜齒輪傳動為什么比直齒輪傳動更適合高速重載?有了直齒圓柱齒輪和斜齒圓柱齒輪,為什么還要有蝸桿傳動和錐齒輪傳動,它們的特點及應用場合是什么?通過引出問題,讓學生在學習過程中進行思考,幫助他們更深刻地掌握本課程的基本知識和基本理論。
2.3教學模式的探索
2.3.1主體式教學
主體式教學讓學生盡可能真正作為主體參與教學活動的各個環節,以興趣、問題為導向,啟發、激勵學生的主動實踐意識,注重學生質疑力、觀察力等素質的培養,增加使學生獲得創新成果的機會。為了充分發揮學生的主動性,我們將項目設計作業分成三個階段,即:方案設計階段、減速器內、外傳動零件設計階段、軸系組合設計階段。其中方案設計階段是最具有原始創新的階段,這一階段要求學生充分運用網絡、書刊等資料,提出自己的設計方案并在小組內進行交流、對比和總結,畫出傳動方案簡圖,并對方案的優缺點進行評價。在項目設計作業布置后的一周,我們在課堂上安排了方案設計階段的討論,每組同學選派代表進行報告,發表本組的設計思路和觀點。通過這樣的學習,使學生實現了由“學習者”到“研究者”角色的轉換。
2.3.2研討式教學
項目作業的第二、三階段,我們采用的是研討式教學。第二階段的主要任務是每組同學根據設計的傳動方案,開展傳動系統中傳動零件的設計計算,完成時間為三周。雖然課堂中的教學內容與該階段所運用的主要知識點相呼應,但學生還必須通過課外查閱相關資料、手冊、圖冊等技術資料和文獻方可完成相關的設計,因此學生在學習課程內容的同時,探索和研究與自己項目設計課題相關的解決問題的設計方法和設計過程。在第二階段結束后,組織了第二次課堂討論,由老師及同學進行點評,及時解決設計中存在的問題,比如:在齒輪材料選擇過程中,是否考慮到了做成齒輪軸后齒輪與軸材料保持一致性?傳動比分配是否合適,不造成中間大齒輪和低速軸的干涉?第三階段的主要任務是軸系的組合設計,也是減速器結構設計的重要階段,兼顧工作量和后續課程設計的連續性,在項目設計作業中只要求學生對高速軸進行結構設計,中間軸及低速軸的設計及裝配圖的繪制和零件圖的繪制放在了課程設計階段。第三階段完成時間為三周,與課堂理論教學同步進行,結束后安排了第三次課堂討論和報告。由于軸系結構設計沒有統一標準,卻有統一的設計原則,既要考慮軸上零件的安裝、加工,也要考慮其可靠定位。因此,在這次課堂討論過程中,同學表現非常活躍,同學們不斷發現問題,提出軸系結構設計的不合理之處,并說明原因,提出改進方案。在討論中,學生對軸系組合結構的設計進一步鞏固,在發現別人錯誤的同時,也改進和提高了自己的設計。本次課堂討論的結果使學生在減速器裝配圖繪制中,在結構設計方面的錯誤率大大低于往屆學生,教學效果非常顯著。
2.4評價考核
由于項目設計作業貫穿在整個教學過程中,因此對于學生最后成績的評定,我們采取加大平時成績,弱化最后期末考試成績的辦法,將評價貫穿于機械設計課程的全過程。成績分配比例為:項目設計作業20%,到課率及平時作業為10%,最后閉卷考試成績占70%。
3幾點思考
(1)研究型教學成敗的關鍵在于教師的投入,教師主導的好壞會直接影響到學生主體性的表現,因此教師需要付出更多的時間去組織教學內容,去選擇適合的項目設計作業,去組織課堂討論并評價學生的研究成果(包括討論過程中的點評及課下項目設計作業的批改)。實踐表明,研討式的教學模式,可以激發學生的創新思維,培養對課程內容的興趣,在交流、研討的過程中,加深對知識的理解和運用,同時可多角度地運用設計思想進行客觀分析和辯證思考,逐步養成敢于質疑的良好思維品質。
(2)“機械設計”研究型教學在實踐過程中,將項目設計作業,理論授課和課程設計有機結合在一起,使學生在探討、學習、實踐的過程中逐步掌握理論知識,項目設計作業和理論授課同步進行,課程設計在項目作業的基礎上進一步深入和升華,從而使機械設計的學習成為“理論—實踐—再實踐”的過程。學生在這樣的培養過程中,有利于形成科學的學習態度和創新品格,形成良好的責任心和專業事業心。
關鍵詞:互換性與測量技術;案例式教學;創新思維;工程實踐
中圖分類號:G642.4 文獻標志碼:A 文章編號:1674-9324(2015)51-0152-02
一、前言
《互換性與測量技術》課程是機械類專業的一門專業技術基礎課程,主要是以零件幾何精度設計為基礎,對機械零件的設計標注進行完善,達到產品加工的標準。因此,本課程不但包含豐富的基礎理論知識,而且包含必要的工程實踐知識,是介于機械類基礎課與專業課之間的橋梁[1,2]。目前,該課程普遍采用傳統式教學法――灌輸式教學,以教師講授為主體,學生參與較少,因此教學效果不太理想[3]。為適應湖南文理學院應用型人才培養的要求,必須對該課程進行改革,引入案例式教學法,使學生學習本課程之后能夠應用到實際生產中。
二、案例式教學的概念及意義
案例式教學最早始于哈佛大學法學院。20世紀80年代初引入我國,經過多年的實踐和探索,案例式教學已日趨規范。該教學法需要教師精心策劃與指導,根據教學目的,調動學生參與到典型案例的討論中去,變被動式學習為主動式學習,提高學生的學習積極性[4,5]。通過學生的獨立思考或集體協作,進一步提高其解決具體工程問題的能力。
三、案例式教學的設計
1.案例的選擇。教師針對機械設計制造及其自動化專業的學生采用案例式教學,采用接近實際或工廠現有典型案例是教學的重點和基礎。案例與專業的契合程度將直接影響到教學效果,因此在選擇案例時要重點考慮以下幾個方面:(1)個性化定制。針對各個專業的特點,采用個性化定制案例。案例必須能夠覆蓋互換性與測量技術教學內容主要的知識點,通過案例的學習,學生可對相關案例進行借鑒和參考并得到啟示。(2)貼近工程實際。貼近實際的案例,可以讓學生將學習到的知識馬上應用到實際中去,真實感受到本課程的實用性。(3)與其他課程的相關性。《互換性與測量技術》是大多數機械類專業課程的基礎。譬如湖南文理學院機械工程學院《機械設計課程設計》的內容是減速器的設計,因此本課程在選擇案例時,就以實驗室現有的二級減速器為例,這樣既可以讓學生對減速器有更直觀的了解,又方便后續課程的開展。針對案例的選擇原則,設計了四個案例:
案例一:在涉及到尺寸公差與配合制等名詞時,學生不容易理解,也難以產生學習興趣。以校實訓中心現有的機械零件圖為例,對學生學習進行引導,使學生對實際的零件圖有感性認識。在此過程中,提出一些相關的問題,讓學生隨堂思考。
案例二:在講解標準公差數值表和基本偏差表時,以實驗室減速器中的輸入軸為案例,對不同軸頸尺寸所對應的標準公差和極限偏差進行設計。
案例三:在講解滾動軸承公差與配合時,以實驗室減速器為例,分析滾動軸承與減速器主動軸和傳動軸的配合關系以及與減速器箱體的配合關系,進一步完成對滾動軸承公差和配合的選擇。
案例四:鍵與花鍵是傳動系統中不可缺少的一個環節,用以傳遞扭矩和運動。因此,鍵與花鍵公差與配合的設計就顯得尤為重要。本案例同樣以實驗室現有的減速器輸為例。首先讓學生了解平鍵的功用,進一步學會選擇平鍵的公差與配合。然后結合學生自己的分析,完成平鍵圖樣上的標注。
2.案例的導入。案例的導入可以在理論知識介紹之后,這樣容易使學生將理論知識和實際應用相結合。譬如在介紹滾動軸承這章內容時,首先,給學生介紹滾動軸承的種類、滾動軸承與軸和外殼孔的配合性質及軸和外殼孔的尺寸精度、形位公差和表面粗糙度等因素,讓學生對滾動軸承有初步的了解。接著,給學生展示減速器中的滾動軸承。這樣容易激發學生帶著問題去學習,提高學習的效果。
3.案例的分析討論。案例的分析討論是案例式教學的核心。根據典型案例,在課堂上開展討論。討論方式通常采用兩種:(1)小組討論,可以調動每個學生的學習興趣;(2)在教師的引導下,來對案例進行分析討論,可以使討論更深入、更全面,使學生提前體會到作為一個機械專業學生所面臨的一些問題。
4.案例的總結。案例分析討論完以后,教師要進行總結。首先,對討論過程進行評價,表現好的學生應當予以肯定。接著,對討論過程中遇到的一些問題,可以幫助學生找出解決問題的方法,引導學生對相關問題保持長期的關注和不斷的思考。
5.案例式教學成績評價體系。學生學業評價和教師教學績效評價是案例式教學的重要環節之一。改變傳統的學生學業評價中“一考定全局”終結性評價模式,實行形成性評價和終結性評價相結合、課內教學與課外自主學習相結合的全程評價,采用多樣化的考試方式,推進考試制度改革。
本課程案例式教學評價可規定學生課程最終成績分平時成績與期末考試成績兩部分,平時成績占40%,期末考試成績占60%。平時成績的考核方法:平時成績滿分40分=出勤成績(滿分10分)+案例式學習過程成績(滿分15分)+案例分析總結報告/幾何精度設計大作業/學科競賽(滿分15分)。
四、結論
為適應應用型人才培養的要求,本文對案例式教學法在《互換性與測量技術》課程中的應用進行了探索和實踐。案例式教學法由四個階段組成:案例的選擇、案例的導入、案例的分析討論和案例的總結。它不同于傳統教學法,突出了學生的主體地位。通過該教學法的實施,學生學習的積極性得到很大的提高,教學效果也有了改進。
參考文獻:
[1]王曉玲.公差與測量技術[M].北京大學出版社,2010.
[2]廖輝,黃崇林.案例教學在“互換性與技術測量”中的實踐[J].課程教材改革,2013,(293):79-80.
[3]李F.案例教學法在互換性與技術測量教學中的應用[J].裝備制造技術,2013,(8):202-204.
教學內容不能突出其“工程實踐性”、“創新性”和“應用性”。教學中嚴重存在“重理論輕實踐、重傳授輕應用”現象,難以實現應用型本科學生“學以致用、學用結合”的教學要求,學生缺乏利用所學知識解決工程實際問題的能力。2.實驗教學實驗課程完全依附于理論教學,是理論教學的輔助。實驗教學的目的只是用于加深學生對理論知識的理解或對理論教學的驗證。驗證性實驗多,而綜合性、設計性及開放性實驗少,無法真正提高學生的動手能力和創新能力。實驗條件欠缺,實驗設備陳舊,實驗教學缺乏實用性、先進性及創新性。實驗往往都是孤立的,所涉及的知識面比較單一。各個實驗之間缺少系統性,缺乏知識學科的關聯,實驗內容缺少內在聯系和邏輯性,沒能形成一個比較完整的實驗教學體系。
課程設計課程設計的選題單一、內容陳舊,設計過程缺少關于工藝、成本、環保、質量、使用及維護等相關知識應用的鍛煉,無法提高學生進行工程實際應用的能力。課程設計的圖紙采用手工或CAD二維繪圖的設計手段已明顯落后于企業產品設計對應用型人才的要求。4.教學方法目前教學方法存在以下問題:授課內容多,教學課時安排少;講述原理多,結合實際偏少;縱向論述多,橫向比較少;講述常規原理多,介紹行業最新技術成果少;課堂講授多,課堂課外討論少。[3]
“機械設計基礎”教學改革
對應用型機制本科學生教學的主要目標是在基本教學的基礎上加強對學生綜合運用知識進行機械設計的能力和創新能力的培養。“機械設計基礎”主要分為理論教學、實踐教學和課程設計三個教學環節。教學改革也應該在基本教學基礎上在教學的三個階段都進行學生創新能力和綜合運用能力的培養。主要改革措施詳述如下:
1.精簡理論教學環節為了與應用型人才的培養模式相適應,“機械設計基礎”教學課時安排上,根據本課程應用性和實踐性較強的特點,適當減少理論教學課時。因此授課內容就要有所側重、有所刪減。課程講授內容遵循“基本、實用”原則,主要培養學生機構的分析能力,使學生掌握機械的基本設計方法。最后使學生從根本上掌握各種常用機構的基本運行原理以及機械中常用的一般通用零件的設計要領。并注重在教學過程中將一些機械發展的最新成果和最新技術介紹給學生,開闊學生們的眼界,提高學習的積極性。
2.加強實驗教學實驗教學是“機械設計基礎”教學體系中不可缺少的一部分,主要培養學生理論聯系實際、分析及解決問題的能力,對學生的創新能力和綜合素質的培養起著非常重要的作用。實驗教學在教學內容安排上,為了提高學生綜合認識機械設計及創新能力,應該加強一些綜合性和創新性的實驗。教學改革后開設的實驗主要有:機械零件認知實驗、機構運動簡圖測繪實驗、漸開線齒輪參數測量實驗、漸開線齒輪范成實驗、帶傳動性能實驗、機構創新試驗、軸系測繪實驗、減速器拆裝實驗、機構運動方案創新組合實驗、平面機構創意組合測試分析實驗、機械速度波動調節實驗、機械傳動綜合實驗等。通過這些實驗可以使學生的機械設計和創新能力得到提高。機械創新設計類實驗使學生的學習變被動為主動。通過自主設計實驗方式、方法及實驗步驟,學生的創新思維和創新技能得到了鍛煉,增加了學習的趣味性。
3.提高課程設計質量“機械設計基礎”課程最后進行的是課程設計,主要在理論教學中所學的機械零件基本設計知識基礎上,綜合考慮工程實際,進行實際傳動方案設計訓練。基于目前課程設計存在的問題,應用型機制本科課程設計的教學過程主要從以下幾個方面入手進行改革:
(1)拓寬課程設計題目。目前,各院校課程設計的題目都是減速器,每級學生都做著重復的設計內容。另外,機械制圖課程中也選擇減速器進行測繪,因此就使得課程設計題目重復。因此,必須要拓寬課程設計選題范圍,增加題目的層次。題目的選擇應更靈活,更接近于實際,實現設計題目的多樣化。鼓勵學生自選題目,充分調動學生的積極主動性,更大程度上鍛煉學生們的設計及創新能力。
(2)案例設計。結合工程實際,給定功能要求,讓學生擬訂傳動方案。讓學生從功能分析出發,自己擬訂結構及機械傳動方案,進行方案比較優化,確定參數,完成從定性問題轉化為定量的設計工作,而后進行相應的計算、校核及完成相當數量的工作圖設計。
(3)引入三維軟件。為鼓勵學生在課程設計中應用3D技術,在開課之初就明確告訴學生,課程結束后要進行為期兩周的課程設計。設計內容是機械的傳動裝置,要求學生必須采用三維軟件將所設計的傳動裝置表達出來,將課程設計提前布置,化整為零,并結合機械設計教學,引導學生應用三維技術。
(4)強化指導過程。在課程設計過程中,教師的指導非常關鍵。指導教師在課程設計中應該具有強烈的責任心,要對學生的整個設計過程進行檢查并及時糾正錯誤,尤其注意設計理念及三維圖形繪制的指導,使學生能真正從設計過程中受益。
(5)重視答辯。課程設計的最后一個環節是答辯,也是對兩周課程設計工作的考核。即使設計題目或者設計數據不同,每個學生都在教師的指導下參考手冊、教材進行設計。通過答辯可以使學生對設計有進一步的認識并認識設計的不足之處。因此,答辯也是一個答疑、總結提高的過程。
借助“創新大賽”進行知識綜合
基于目前企業對應用型人才創新能力的培養要求。在“機械設計基礎”理論教學、實驗教學以及課程設計中都要注重對學生創新能力的培養。但是這些對于學生創新思維、工程實踐能力的培養還遠遠不能達到要求。因此可以將“機械設計基礎”的教學擴展至第二課堂。通過參加各種各類的機械創新設計大賽、機電大賽以及3D大賽,讓學生真正地將所學的各種機械的、電氣的基本理論知識、專業知識以及一些三維軟件類的知識進行綜合利用,能很好地鍛煉學生的綜合運用能力、創新能力、團隊合作能力以及競爭能力。
普本的學生是第一次進行這類綜合型設計,不知道從何下手,因此,設計指導過程尤為重要。在指導學生設計時,始終要牢記一個原則,那就是學生是設計的主體,老師只能起到引導、檢查和解惑的作用。讓學生明白不能養成什么事情都要靠老師的習慣,這樣才能達到培養學生獨立分析問題和解決問題的能力,實現進行課程設計的目的。
1改進教學方法
改變以往設計在一周開始的第一天,下達任務書的方式,應提前下達任務書,讓學生有所熟悉。在設計開始時,首先要對設計的內容、方法和大致步驟進行講解,讓學生對設計過程有初步了解。針對學生對機械的感性認識不足問題,我們安排學生到實驗室,親自重新拆裝減速器,仔細觀察和了解其構造和傳動關系等。此外制作了相關的三維實體動畫供學生觀看,通過點擊相關動畫鏈接,可以進行觀察減速器的結構布置。
2合理安排進度,認真指導、督促
在設計過程中經常出現前緊后松的情況,這主要是因為學生初次進行設計工作,把握不好設計進度。一般設計可以分為方案確定、傳動零件計算、草圖繪制、裝配圖繪制、零件圖繪制以及說明書編寫六個階段。根據實際時間,給每個階段分配合理的時間,每個階段結束以后要檢查進度,這樣可以杜絕學生前期不慌不忙,后期匆匆忙忙的局面。
對于傳動方案,教師不予制定,讓學生自己設計幾套方案,老師組織論證,讓學生自己闡述每套方案的優劣,最后,老師做總結,給出指導意見,促進學生主動參與課程設計。減速器中的傳動零件,主要是帶傳動、鏈傳動以及齒輪傳動,其計算方法在理論教學中已經講述過。在學生設計過程中,要檢查學生在設計過程中不要發生結構上的干涉。
草圖繪制和裝配圖的繪制是問題最多的階段,也是重點階段,在進行這一段時,老師應該把往屆設計中學生最容易出現的問題給學生講解,讓學生避免再犯同樣的錯誤。在這一階段,經常會出現設計不合理的問題,因此,老師要引導學生對自己的設計不斷質疑,發揚不怕繁瑣的精神,對出現的問題要及時修改,對第二階段不合適的計算要重新計算。通過計算、畫圖和修改相結合的方法,不斷提高學生分析問題和解決問題的能力。同時,還要提醒學生注意圖面布局的合理性,尺寸標注、標題欄以及明細欄等要按標準繪制,標準件要按照規定畫法繪制。最后一個環節是說明書的編寫,編寫規范必須按照學校規定的格式,做到書寫認真,用語規范。
3加強計算機的運用能力
隨著近些年計算機技術的飛速發展,計算機的應用已經深入到了各個領域。隨著國家教委的“甩圖板工程”的實施,目前,全國工科高校基本已經完成了甩圖板的教改目標。目前,社會上大小公司繪圖工作都是用計算機完成,因此加強學生計算機繪圖能力勢在必行。為加強學生的CAD繪圖能力,在前期的《機械制圖》和《機械CAD》課程教學中,通過布置大作業,讓學生利用所學知識,掌握了CAD制圖的方法,為后學的課程設計和畢業設計的計算機繪圖打下基礎。
在課程設計時,對不同學生有不同的要求,對于能力較強的同學,鼓勵他們通過軟件編寫相應程序,進行課程設計中軸系零部件的強度、壽命計算,利用計算結果,自動生成主要視圖。此外,對于三維軟件應用好的學生,鼓勵他們建立裝配體模型,加強了三維軟件的使用能力。
計算機技術應該用固然是主流趨勢,但學生在校畢竟是進行基礎設計能力培養,這點不能忽視,同時,還有計算機技術的使用也為抄襲提供了方便。針對這種情況,我們采取的措施是,計算機的使用是輔助的,方案圖和裝配圖的草圖必須是手工繪制,經老師確認后才能進行計算機繪圖。這樣既避免抄襲,又加強了計算機繪圖能力和傳統手工設計能力,實現雙贏。
考核方式
如何對學生的工作做出一個公平公正的評價,也是一個至關重要的過程。傳統的方式就是交上相關資料后,老師根據資料的情況給個成績。這種方法弊端很明顯,經常出現自己做設計的同學的評價,還不如抄襲別人的學生的評價好,這對學生以后的工作態度會有很大影響。針對這種情況,我們采取了綜合評價標準,具體方案是:平時成績(考勤、表現等)占20%,說明書占10%,答辯成績占30%,零件圖和裝配圖占40%。這樣在整個過程中,學生是否在認真設計,是不是抄襲,很多問題在答辯中可以得到印證。通過這一套考核方法,能督促學生認真對待課程設計,端正態度,能夠全面了解學生課程設計的品質,并能夠真實的評價教學成果。
結束語
【關鍵詞】卓越工程師 基礎工程教育 整體思維 復式教學模式
【基金項目】本文章受:2013年江蘇省高等教育教改研究立項課題(項目編號:2013JSJG139)和工業中心2012年國家級實驗教學示范中心實踐(工程訓練)教學改革研究項目(項目編號:ZXJG201202)項目的支持,在此表示感謝。
【中圖分類號】G64 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089(2014)03-0251-02
本文所要解決的主要問題在于,如何緊扣“強化培養卓越學生的工程能力和創新能力”的大目標[1][2][3],針對目前我國高等學校基礎工程教育教學模式的弊端創新教學模式,變傳統的“個體思維”的線性教學模式為“整體思維”的復式教學模式[4][5]。讓學生在整個基礎工程教學訓練過程中看到每門課程、每個知識點的工程背景、學習目標,變“盲目”為“明目”,變被動為主動,變“等著喂”為主動“覓食”,從根本上解決學生的學習方法、學習動力及學習效率問題,從而主動參與到自身工程能力和創新能力培養的活動中來。
1.基礎工程教育課程性質的共性研究
教學模式,是指以課堂教學、實驗實踐、課程設計等為教學環節,以教學方法與教學手段來保證教學內容和教學目標的貫徹執行的總和。
目前我國的基礎工程教育設置有工程圖學、工程力學、工程材料、機械原理、機械設計、機械制造基礎等課程。為了找到一個能覆蓋整個基礎工程教育的普適性教學模式,本文首先對這些課程的性質共性和相關度進行了深入細致的研究分析,總結歸納如下:
(1)它們都具有系統的理論性,具有如數學、幾何學、物理學、化學等基礎理論的支撐。
(2)它們都具有相同的從設計到制造的系統的工程背景,且每門課程及其中每一個知識點都可以找到具體的工程對象;反過來,對于相同的一個工程對象,又可引出每一門課程的相關內容和知識點,如該產品的工程設計方法、構件的強度、剛度及壓桿穩定性計算方法,設計表達及工程制圖方法,生產加工與材料選擇等。由此也就體現了這些課程的另一個共性,即實踐性。
(3)這些課程各有本課程知識點的目的,卻又互相關聯、互為基礎。例如:工程圖學提供工程產品的建模、成型原理,解決設計思想及制造方法的分析表達及理解問題,要學習并掌握其知識點,就必須同時了解工程設計方法、生產加工與材料選擇、結構的力學分析與計算等方面的知識,了解從生產到制造的全過程;機械原理與機械設計課程內容解決有關機器、機構、構件和零部件的設計方法和一般步驟,就必須同時具備工程力學與工程材料的基礎知識,并會用現代的工程圖方法對設計進行記錄、聯想、分析、表達及交流,等等。
2.基礎工程教育類課程教學模式的建立
本文研究建立的教學模式是一種適用于基礎工程教育的普適性教學模式,不受課程設置的限制。它基于工程對象,是一種“整體思維”的復式教學模式。它由兩大過程組成一個螺旋式遞進的回路。首先是一個從整體到個體的過程,一個“面-線-點”的過程,即由一個具體的工程對象(與實驗、課程項目、課程設計相對應),引出整體工程概念及工程基礎工程教育的整體目標,再以由此伸展從設計到制造全過程(概念設計、結構設計、力學分析、材料選擇、建模成型等)多條支干,所有支干并行、但每條支干都由相應課程的知識點作為分支;第二是一個回歸整體,提升掌握的過程。在這一“回歸提升”的路徑上,所遇到的知識點及期間的聯系、工程背景和概念不再陌生,而是通過各種實驗實踐、項目和課程設計等手段加深、驗證和升華。真正達到了“實踐-理論-實踐”的螺旋式上升的目的。
要執行這樣的教學模式,對教師而言,啟發式、互動式、項目式等教學方法是必然的手段,不必生硬刻意去求。由此而帶來的教學目標及測評方法也必然不同于傳統形式,而是重于過程而不苛求唯一答案;對學生而言,由頂而底的方式,使他們面對的是有著具體目標和工程背景的知識點,如果不去順藤摸瓜,主動尋覓,動手親驗,是無法求解求知的。因此,這樣的教學模式是對學生工程能力和創新能力的培養是必要而可行的。
3.案例實驗
在基礎工程教育系列課程中,工程圖學是第一門技術基礎課,往往安排在學生進入大學學習階段的第一學期,與基礎理論課程的學習同時起步。這一階段的學生的學習方法、學習效率正處于一個從高中到大學、基礎理論學習到專業學習的關鍵的轉型期。同時,工程圖學又是工程師通用的技術語言,在一個工程產品從設計創造到制造使用的全過程中,起著記錄設計靈感及不斷修改完善、表達溝通設計思想和創造結果的舉足輕重的重大作用,因此我們選擇了這門課程作為成果的切入點,并以江蘇大學卓越計劃教改項目為背景。
改革后的工程圖學的教學內容由“制圖的基本知識與基本規定”、“投影原理與畫法幾何基礎”、“工程制圖基礎”、“機械圖樣的繪制與解讀”、“計算機繪圖”5大模塊組成。教學環節由課堂教學-零件測繪-計算機繪圖-課程設計4個環節串聯。
關鍵詞:Solidworks;畢業設計;三維造型
中圖分類號:G712 文獻標識碼:A 文章編號:1671-0568(2011)35-0044-03
現代制造業日趨國際化,縮短產品開發周期,減少開發新產品投資風險,已成為企業賴以生存的關鍵。[1]制造企業運用先進的設計模式,采用先進的制造技術,從而在激烈的市場競爭中立于不敗之地。為了適應現代制造業對人才的需求,培養掌握先進制造技術、具有現代工程素養和創新能力的技能型人才,是高職院校刻不容緩的重任。
畢業設計是高職學生三年學習的重要總結,是最重要的一次集中性實踐環節,它要求學生綜合運用相關知識,結合實際課題進行設計和創新,從而培養學生的動手能力和創新能力,全面提高學生運用知識的水平。[2]筆者所在的教學團隊根據高職學生的知識特點,設計了多個富有創意和挑戰性的實際課題,由學生選作,要求采用三維機械設計軟件的主流產品Solidworks完成。主要是基于以下考慮:①學生在相關專業課程中已經學習了Pro/E軟件的應用。有一定三維CAD軟件應用經驗者都知道,各三維CAD軟件的應用思路大體相同,學習一種三維CAD軟件作為基礎,再學習其它三維CAD軟件將很容易上手。但學生在學習階段并沒有這樣的認識,因此希望他們在校學習階段即積累一定的三維CAD軟件應用的經驗。②通過企業調研,我們發現目前Solidworks軟件在國內外中小企業中已經得到了廣泛的應用,受到廣大設計人員的歡迎,為了使學生免除進入企業后,縮短適應期,減少再培訓等環節,在校學習階段即提供機會讓學生深入學習Solidworks軟件,為實現與工作崗位的無縫對接打下良好的基礎。
一、舉一反三,拓展思路
大部分的高職機械類專業都開有機械基礎或機械設計基礎課程,在該課程的教學環節中,有兩周左右的課程設計內容,要求學生根據給定條件完成一個減速器的設計,包括設計計算、二維裝配圖繪制及部分零件圖繪制。但在兩周的時間里,學生并沒有利用這一機會完成減速器三維造型。因此,在畢業設計階段選擇減速器設計課題的學生,第一個任務就是利用Solidworks軟件完成減速器的三維造型,由此學習Solidworks軟件的零件造型、裝配、工程圖及文件管理等方面的功能。
上述減速器作為經典的案例在教學中廣泛采用,其設計過程已經程序化,有大量可供參考的資料,為了拓展學生的思路,提高其綜合應用課本知識的能力,要求進一步獨立完成其它類型減速器的設計。例如下圖所示的同向三螺桿擠出機減速器、異向三螺桿擠出機減速器等。
要求學生通過查閱資料,制定設計方案,完成設計計算并利用Solidworks軟件完成三維圖及工程圖的繪制,使他們懂得怎樣將所學的知識融會貫通,靈活應用于解決實際問題。
二、從設計到加工,體驗真實的生產過程
在技術進步的大背景下,產品的設計和加工工藝越來越精細,產品的成品品質越來越精致、優良。[3]機械制造類工作崗位越來越離不開計算機輔助設計與制造軟件的應用。Solidworks是一款綜合性的創新平臺,利用它可以設計多樣化的產品。下圖是利用Solidwork軟件設計的玩具小車,可以實現其精美的造型,如同真實的產品一樣。在完成造型后,進一步制定各零件的數控加工方案,利用CAM軟件編制數控加工刀路,生成NC程序,并在數控機床上實際加工出產品。
學生在此過程中可以完成機械制造業中的設計、工藝、編程、機床操作等典型工作任務,體驗設計員、工藝員、編程員、操作工、檢驗員等崗位角色,使學生熟悉零件從設計到加工的整個過程,掌握零件的基本設計方法與數控加工的基本技能,進一步鞏固與擴充以前所學的《機械設計基礎》、《機械制造基礎》、《數控加工工藝》、《數控編程與操作》等課程的知識。同時鼓勵學生充分發揮其創新能力,設計出具有自身特色的產品。學生要利用三維軟件實現自己的構想,必須鉆研Solidworks軟件的各種造型功能,從而提高軟件應用能力。通過反復的交流與修改,設計并最終加工出屬于自己的作品,培養了創新意識,加強了實際操作技能。
三、整機設計,綜合能力的培養
該課題要求學生利用Solidworks設計和裝配一種單螺桿膨化機。首先由教師提供設計指導書,包括膨化機原理、產量計算方法、螺桿設計方法等等資料,在充分熟悉基本資料的情況下,鼓勵學生擴散思維,采用不同的結構實現所需要的功能,學生綜合運用以往知識,先擬定各自的設計方案。最后集中進行各種方案展示、小組互評、指導教師點評,通過比較、篩選和組合,確定出最為合理的設計方案。
小組成員分工合作,從膨化機的功能入手,通過產量、功率等要求確定基本尺寸,還要考慮密封、、加熱、定位、拆裝及標準件的選擇等一系列問題,并進行強度驗算。最終完成三維裝配圖和二維零件圖。
在完成畢業設計的過程中,學生以獨立的主體身份從事一定的、相對獨立的具體工作,大大激發了他們的求知欲望。以往的畢業設計中,二維圖紙的繪制和修改工作量很大,占用了學生大量的精力和時間。而三維設計軟件的應用可將畢業設計的重點由二維圖紙的繪制轉化到不同方案的設計和創新上,突出了設計創新,培養了學生運用現代化手段解決工程實際問題的能力。對增強學生的綜合分析問題、解決問題能力,建立機械設計的整體思維大有幫助。
四、理論聯系實際,實現與工作崗位的順利對接
傳統的畢業設計中設計出的產品由于沒有得到制造、裝配以至樣機試驗的驗證,許多不合理的設計,甚至是錯誤的設計很難被發現。輸送機設計課題即來自真實的產品。該課題是與輸送機生產廠家合作設計制造一臺計量輸送機,學生與指導教師一起參與到該項目中。首先由用戶提出使用要求,包括輸送材料、輸送能力、輸送距離等基本要求,然后學生與指導教師一起討論結構設計、基本尺寸的確定、電機的選擇等。確定方案后,由學生利用Solidworks完成該輸送機的三維繪制,再交給用戶確認。由于SolidWorks軟件可以完成復雜零件的三維造型,并可根據需要生成各種剖視圖,有助于了解產品復雜的內部結構,對設計方案的表達更加簡單明了,與用戶的交流也更加順暢。同時,由于界面友好、造型方便、圖形質量好等特點,也使得產品設計和造型的時間縮短,效率大大提高。
用戶確認后,由學生輸出二維工程圖交由工廠進行生產。由于設計、生產、用戶各方都沒有該種物料計量輸送機的經驗,生產后出現物料架橋等問題,需要對原方案進行改進。每次改進都是首先在三維圖上修改,再在實物上完成。經過不斷改進,最終滿足了用戶的要求。整個過程由于SolidWorks軟件的應用,大大縮短了試制周期,降低了成本。學生自始至終參與了該計量輸送機的設計與生產,參與了各種問題的解決,其在畢業設計中所做的工作即是實際工作崗位上一名結構設計人員需要完成的工作,真正實現了與工作崗位的順利對接。
實踐證明,將SolidWorks三維設計軟件引入畢業設計,可取得良好的教學效果,極大地調動學生畢業設計的積極性和創造性,由此提高了學生對先進制造技術的理解和掌握,鍛煉了學生解決實際問題的能力,對學生創新能力的培養起到了積極的促進作用,畢業設計的效率和質量大大提高。
參考文獻:
[1]韓西娜,張莉.SolidWorks在產品設計中的研究與應用[J].裝備制造技術,2007,(10).
機械設計具有自身的程序,圖1為設計的基本程序。圖1機械設計的基本程序目前,機械設計教學中主要存在以下問題。
1.1教學內容過于防范
目前,機械設計這門課程包含的內容較多,有機械原理和機械設計。機械設計包括材料、力學、熱處理、機械原理、公差與配合、機械零件、機械CAD等內容,所涉及的知識層面較廣,教學內容較散,且與其他課程有著很多重復,如機械設計學科中有一項螺紋連接的相關教學內容。可見,教學范圍與機械設計這門學科的學習原則不相符合。又如,減速器的類型、樣式和設計參數要求,和機械制圖中的減速器設計相關知識存在較高重復率,不僅在學科的學習層次上造成混亂,還浪費了學生的學習精力。
1.2與時俱進能力不強
機械設計這門學科的實用性較強,同時其教學內容隨著科技的不斷發展而不斷變化。所以,傳統的教學內容如果不進行更新,很難滿足現代社會的需求。現代機械設計教學應當滿足工程性和技術性需求,同時也應當具備系統性。因此,現代機械設計學科緊隨時代的變化而改變,將傳統的設計技術進行時代元素的融入。如今,很多相關院校對機械設計教學中的設備結構、設備強度和運動學等技術的教學比較注重,教學力度也較大,使能源問題、環境問題的教學很少涉及。尤其是安全、人機關系、美學等社會因素和價值工程、周期費用分析等經濟因素,導致機械設計教學無法滿足現代人們的生產需求。
1.3教學方式落后
很多相關院校對機械設計的教學仍然采用講學通用的原則,對于教學中的重點知識,讓學生采取理論知識記憶的灌輸性傳統學習方法,而對這門學科的實際應用教學涉及較少,僅僅加深了學生的相關知識或原理的理解。同時,缺乏案例式教學、現場教學以及討論啟發式教學,在學生的學習過程中沒有充足的時間進行自主探索,嚴重阻礙學生對知識的理解與掌握,同時一定程度上阻礙了學生運用所學知識解決實際工程問題能力的發展。因此,應當對機械設計教學體系進行創新。
2創新機械設計教學體系措施
2.1調整教學內容
機械設計的學科教學內容應從實際出發,注重教學的整體性、實踐性以及創新性。如今,很多學生對于機械設計的基礎知識掌握不明確。所以,機械設計教學中應當遵循適度夠用的理論知識學習原則,可采取重點學習、部分理解等方式。首先,教學內容要清晰精簡,要精簡機械設計這門課程的教學內容,避免學生在相關知識的學習中產生知識重復。同時,在學生的實際應用教學中,如實驗、實習、課程設計、社會調查、畢業論文以及課外科技活動等注重實踐運用的教學環節,不但要適度融入相關基礎知識,還要增加其課程。其次,要注重知識的整合。在機械設計的實際教學中,將其中關聯性與聯系性較大的知識急性整合學習。最后,在機械設計的教學過程中應當注重知識點的增設。不僅要注重知識的重點性,還要考慮知識的完整性,可以增設以電、液為動力的機構組合,結合實際的典型機械等新內容,使學生全面認識現代機械,以適當前生產實際需要,方便計算機輔助設計的應用和推廣。
2.2加強學生能力培養
機械設計是一門極具實踐性的課程,過程中應當注重學生設計技能和創新能力的培養,以培養學生技術應用能力為主要教學目的,同時注重學生工程意識、工程實踐能力、創新意識以及社會實踐能力的培養。實際教學過程中,教師應當徹底摒棄傳統的灌輸式教學模式,在講解相關理論知識或原理時,注重培養學生總結結論的能力。同時,在相關知識或原理的講解時,融入其在實踐中的應用,堅持產、學、研相結合,體現機械設計教學的基礎性、系統性、實踐性以及現代性。
2.3創新教學方法
目前,相關院校的招生多是面向全國,導致各種學生的機械設計學習基礎不一。因此,要不斷創新如今的機械設計教學。教學過程中,應當加強直觀教學,在學生學習相關理論知識或原理的同時,讓學生接觸各類種機械、機構、零件、部件、圖紙,提高學生相關知識或原理的實踐性。同時,教師也可以利用多媒體、電子教案、CAI課件以及錄像等現代教學技術,借助計算機和互聯網,利用虛擬現實技術和仿真軟件系統,開展機械設計的現代化、立體式教學。此外,教師在機械設計的實際教學中,應當盡量減少相關知識或原理的理論推導,運用例證講清思路,加深學生對相關理論知識或原理理解,提高課堂教學效率。
2.4增加教學實踐
機械設計是一門較注重實踐運用的學科,教學時教師不能僅僅注重學生的知識學習,要更加重視學生的知識運用,如繪制機構運動簡圖。圖2為機構簡圖的繪制步驟。以四桿機構為例,結合日常見到的篩東西、磨豆腐等,布置設計任務。在四桿機構的講解過程中,不斷提醒雙曲柄機構、曲柄搖桿、雙搖桿機構分別有什么運動特性,能轉化為什么樣的運動形式,現實生活中有哪些物品用到了這些機構,不斷啟發引導學生思考設計任務。一個機器少不了動力,因此課程中增加電動機的選用環節。學生設定自己運動機構的各種參數后,按部就班選用電動機,由此掌握效率等概念,并對整體的機器建立一個大概的認識。電動機選好后,考慮減速的問題。這時,可以引進齒輪機構(包括蝸輪蝸桿)、帶傳動、鏈傳動。齒輪機構重點講傳動比的分配、計算及選用,對于漸開線的形成等和現場應用聯系不密切的內容可忽略不講。帶傳動、鏈傳動重點講傳動特點和應用。此外,學習過程中要加入查手冊選材料環節,把時間用到應用實踐上。
3結語
目前,我國機械設計教學體系仍然存在教學內容過于龐雜、無法適應時代的快速發展以及教學方式過于陳舊和落后等問題。因此,在機械設計實際教學過程中,應當調整教學內容,加強學生能力培養,同時不斷創新教學方法,以期為國家培養更多機械設計創新性人才。
作者:李愛軍 徐紅芹 王紅梅 單位:山東理工大學機械學院
參考文獻
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[2]錢抗抗.創新教育模式的理論研究與改革實踐——淺談機械設計基礎的微課開發與實踐應用[J].職業,2016,(11):45.
關鍵詞 基礎課程 教學改革 互換性與測量技術
中圖分類號:G424 文獻標識碼:A
Reform and Practice of Interchangeability and Measuring
Technology Foundation Course Teaching
SONG Ling, KANG Yinxia(Mechanical Institute of Transportation, Xinjiang Agricultural University, Urumqi, Xinjiang 830052)
Abstract Combined with interchangeability and measuring technology foundation course characteristics and the actual situation of the students in our school, from the basic idea of teaching reform, the realization of the teaching content etc, this course has carried on the beneficial exploration and practice teaching reform, and has obtained certain achievement.
Key words foundation course; teaching reform; measuring technology foundation
“互換性與測量技術基礎”是機械類及相關專業的技術基礎課,是教學計劃中聯系設計課程與工藝課程的扭帶、是從基礎課學習過渡到專業課學習的橋梁,同時它又涉及多種互換性標準。學生學習和接受起來有一定的困難。筆者結合本課程特點及我校學生的實際情況,從教學改革的基本思路、教學內容的實現等方面對本課程教學改革進行了有益的探索和實踐,取得了一定的成果。
1 教學改革的基本思路
首先,“互換性與測量技術基礎” 課程內容與工程實際緊密相連而學生又大多缺乏工程經驗限制了學生對課程內容的理解,教學內容多與國家標準有關,隨著國家標準的變動,使教學內容也在不斷地修改。這一特點使得老師不能再用傳統的填鴨式教學模式,而應采用啟發式和討論式教學方法培養學生學習的能力。其次,課程具有不可忽視的相對難度。由于課程涉及專業和實踐內容多而學生尚未開專業課且缺乏實踐經驗、課程涉及標準規定多術語定義多而內容枯燥難建興趣的特點,本課程難學、難教、難應用得以普遍認同。因此,我們應確立“面向發展,注重實踐”的教學改革思路,堅持實際性、理論性、時效性和綜合應用性并重的原則,實現理論與實際相結合、基礎理論與前沿應用的辯證統一。教師以“尺寸精度一形位精度一典型零件精度設計”為主線,從設計的角度講授某一零件的精度設計過程,引導學生站在應用的高度解析公差及實用性,并獲得零件精度設計的思路。
2 教學內容改革
2.1 課程教學存在的問題
本課程大量涉及標準化領域,而標準化是個不斷變化又不斷提高其水平的過程。因此,本課程隨標準化過程動態變動,教材改版快、內容變動快。教材的工程實例難以兼顧各專業的需求。本課程難學、難教、難應用得以普遍認同,“公差、公差,上差下差,中間更差”便是寫照。
2.2 改革課堂教學內容
2.2.1 課程內容的篩選和整合
由于本課程內容多,各章彼此獨立,課時少等特點,因此各內容沒必要全部講到。應該在保證夠用的基礎上加以選擇,減少理論教學的課時,加大實踐教學的課時。使學生學會從圖紙標注上分析問題以及解決標注問題的方法,從而提高學生的動手能力。
互換性與測量技術課程實際性強、綜合應用性強,同時公差與配合又是機械設計的關鍵,是絕對的技術秘密。學生沒有實踐經驗,因此學生接受起來會有許多的困難。由于這種情況,我們對講課內容進行適當篩選和整合,將一些章節作為自學的內容。例如,將很少用的“圓錐和角度的公差與配合”和“螺紋公差與檢測”作為自學內容,不再講解。將“幾何量測量基礎”和“量規設計基礎”兩章合在一起進行講解。并把這部分內容放在實驗課上講解,通過介紹學校已有的各種測量儀器的結構、使用方法。在進行尺寸測量實驗時,把通過公差等級和計量器具的不確定度選擇計量器具及測量后數據的處理作為重點。在做金工實習時,同學通過測量自己加工的各種零件,進一步掌握通用量具的使用,如游標卡尺、內徑量表和內、外徑千分尺等。同時了解到不同種類計量器具具有不同的測量精度,同類計量器具精度不同,測量結果也各不相同。
2.2.2 重點內容與難點內容分區分對待
課程章節互相獨立,彼此沒有聯系。對各章節都有重點內容,通過講解主要的知識點要使學生很好地掌握。對于難點內容用多媒體課件教學,加強學生感性認識,講清有關理論知識及國家標準之外,還應把重點放在實踐課上。例如,針對“圓柱體結合的公差與配合”這章內容,主要的知識點有誤差和公差;基本尺寸、極限尺寸和實際尺寸;基本偏差和標準公差等幾組重要概念。在講解過程中,特別要注意講清楚它們各自之間的區別和聯系。而難點內容是公差與配合的應用,這部分內容通過大量的實例,先讓學生有感性認識,知道精度設計也要掌握好可行性和經濟性問題。然后再利用實驗課、實習及課程設計等實踐環節使學生進一步掌握相關的基礎知識,較好地理解公差與配合的應用,可進行中等難度的幾何精度設計。提高學生的實際應用水平,為后續設計打下良好的基礎。
2.3 采用多樣化的教學方法與教學手段
2.3.1 典型實例教學法
同學平時只做一些簡單的課程設計,或只針對機械制圖課程做些大作業,但并不清楚設計圖紙的標注對生產加工的作用,對其如何設計和標注更是一無所知。因此,在課堂上通過分析一些實際加工的圖例,使學生進一步把理論與實際相結合。圖1是減速器的齒輪軸零件圖樣。該齒輪軸精度設計應根據該軸的功能要求、幾何特征和裝配要求選用幾何公差。
兩個%O40mm的軸頸與滾動軸承的內圈相配合,采用包容要求,以保證配合性質;為了保證裝配后軸承的幾何精度,與滾動軸承配合的軸頸在采用包容要求的前提下,有進一步提出了圓柱度公差為0.004mm的要求;兩軸頸上安裝滾動軸承后,將分別裝配到相對應的箱體孔內,為了保證軸承外圈與箱體的配合性質,需限制兩軸頸的同軸度誤差,所以又規定了兩軸頸的徑向圓跳動公差0.008mm。
%O50mm軸頸的兩個軸肩都是止推面,起到一定的定位作用,故給出了兩軸肩相對于公共基準軸線A-B的軸向圓跳動公差0.012mm,%O30mm軸頸與軸上零件配合,有配合性質要求,因此也采用包容要求,為了保證齒輪的正確嚙合,對%O30mm軸頸上的鍵槽提出了對稱度公差為0.015mm的要求,基準為鍵所在軸頸的軸線。
通過分析大量的圖例,可使學生更好地理解公差與配合的含義、進一步掌握公差與配合的選取,并能對簡單的實際工程問題進行精度設計。
2.3.2 總結歸納法
課程術語、概念和公式比較多,可是要全部記下來要花大量的時間和精力,而且容易混淆和忘記。因此有必要把所講術語、概念和公式進行歸納總結,找出主線,引出分支。指出術語、概念和公式間的聯系和區別以及相同之處和不同之處。讓學生在理解的基礎上加以記憶。
2.3.3 利用現代化教學手段
現代化教學手段主要體現在利用多媒體課件進行教學,多媒體課件教學不僅有大的信息量,而且通過大量的圖例可把抽象的文字信息變得更直觀、更具體。是學生接受起來更容易,也使教學過程更具有直觀性和生動性。
在講解標注時,利用多媒體課件和CAD軟件,現場進行計算標注,學生容易理解。講解查表計算時,利用多媒體課件在課堂上演示,讓每個同學都清楚怎么查表,同時帶著同學現場練習查表,提高學生動手能力。
2.4 加大實踐教學力度
因為缺少實踐經驗,為把理論與實踐相結合,應加強實踐環節。
2.4.1 利用好實驗課
通過實驗課,首先讓學生了解和學會應用各種實驗設備和儀器,如大型工具顯微鏡、萬能工具顯微鏡、雙管顯微鏡、機械比較儀、光學比較儀等。掌握正確地選用各類公差標準的原則,學會對機械產品零件進行幾何精度設計計算的原則和方法。了解有關檢測的基本原則,具備有關幾何精度檢測的基本能力。通過講解公差配合陳列柜中的模型,可使同學進一步掌握形位公差的14個項目及其公差帶特點和有關標準的基本術語、定義;掌握評定形位誤差時的最小條件或最小包容區域。鞏固所學內容。
2.4.2 重視課程設計,參與課題研究
一般機械類專業在大三開設減速器設計、在大四開設工藝設計。此時,學生已學過工程制圖、機械原理、機械設計、材料力學和互換性與測量技術基礎等與設計有關的基礎課程。設計過程中,重點不僅放在原理能否通過、結構是否合理,還要把材料的選擇和公差精度的設計也作為重點。這樣才能使學生把所學知識系統地掌握和利用。培養和鍛煉學生的科學研究的能力。
3 結束語
互換性與測量技術課程是機械設計課程設計的先修課程,作為長期擔任機械類課程教學的教師,筆者深感互換性與測量技術課程的重要,深感學生在機械設計課程設計中精度設計上存在的問題。針對這些問題提出幾點建議:
(1)理論教師應積極開展實驗教學研究,通過實驗教學研究進一步掌握本課程的基本知識和內容體系。不斷學習,及時了解新標準、新規防范。(2)該課程的教改教研重實效。該課程教改教研的目的是為了解決教學中存在的問題,而非為了研究而研究。(3)教師能熟練運用科學研究的方法和手段。
項目來源:新疆農業大學課程建設項目
參考文獻
[1] 孟慶鉑,吳晨.“互動式”教學模式的模型建構初探[J].天津市財貿管理干部學院學報,2010(1).