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Abstract: In this paper, the evaluation of quality of mechanical curriculum design with method of effective value analysis applied to the course of hydraulic transmission design practice, to evaluate the quality of course design, the initial formation of the analysis evaluation system of RMS design quality of hydraulic transmission course, receive better teaching effect.
Key words: hydraulic transmission;curriculum design;evaluation
中圖分類號:G423 文獻標識碼:A 文章編號:1006-4311(2013)25-0305-02
0 引言
液壓傳動課程設計是機械設計制造及其自動化專業主干課程《液壓傳動》的一個實踐教學環節。通過課程設計,可以提高學生獨立選用和設計液壓技術的能力,培養學生的創新意識和動手能力,提高液壓傳動的使用設計水平及技術創新能力[1]。制訂一個科學的質量評價體系,不僅可以公正、真實評定學生的成績,而且對促進和提高液壓傳動課程設計的教學質量具有非常重要的現實意義。本文在《液壓傳動》課程設計實踐教學中實施了有效值分析評價法評價體系,取得了較好的教學效果。
1 建立液壓傳動課程設計質量評價體系
1.1 建立液壓傳動課程設計評價目標系統 依據機械類課程設計質量的有效值分析法評價體系[2],針對液壓傳動課程設計實際情況,建立評價目標系統。
總目標:Z-液壓傳動課程設計質量;
第一級分目標:Z1-說明書質量,Z2-圖紙質量,Z3-答辯質量,Z4-平時成績,Z15-袋;
第二級分目標:
Z11-完整性,Z12-頁數,Z13-內容,Z14-規范化;
Z21-正確合理性,Z22-規范;
Z31-自述,Z32-回答問題正確率;
Z41-出勤率,Z42-答疑,Z43-進度;
第三級分目標:
Z111-封面,Z112-目錄, Z113-致謝,Z114- 參考文獻;
Z131-計算正確,Z132-內容完整, Z133- 步驟完整;
Z221-圖幅,Z222-布圖 ,Z223-標準件與規定畫法,Z224-標題欄;
Z311-清晰程度,Z312-完整性。
第四級分目標:
Z1141- 格式,Z1142- 數量,Z1143- 符合實際。
1.2 分配評價目標的加權系數
第一級分目標加權系數分配:
g1=0.30,g2=0.20,g3=0.25,g4=0.20,g5=0.05;
第二級分目標加權系數分配:
g11=0.30,g12=0.20,g13=0.30,g14=0.20;
g21=0.70,g22=0.30;
g31=0.35,g32=0.65;
g41=0.50,g42=0.30,g43=0.20。
第三級分目標加權系數分配:
g111=0.20,g112=0.30,g113=0.20,g114=0.30;
g131=0.40,g132=0.30,g133=0.30;
g221=0.10,g222=0.20,g223=0.40,g224=0.30;
g311=0.55,g312=0.45。
第四級分目標加權系數分配:
g1141=0.30,g1142=0.40,g1143=0.30;
分配完各個目標的加權系數之后,再計算出各級分目標相對總目標的加權系數,將最末一級分目標的加權系數列于表1。
1.3 特性量的分數評定 由目標樹可知要對23個最后一級的評價目標按10分制進行分數評定。這是與實踐結合最為關鍵環節,對評價目標,應根據不同課程的課程設計、不同專業課程設計要求的不同及不同的對象詳細制訂出符合實際、能確保課程設計達到一定水平的特性量,同時又盡可能地量化,使評價更加客觀。
1.4 修改完善評價制度 在原有的課程設計評價制度基礎之上,根據上述的評價目標、特性量的分數賦值的規定,修改完善評價制度,以滿足學生在課程設計進行過程中有目標可循,指導教師在評價時有據可依。其中主要進行了以下幾點修改和完善:①修訂了液壓課程設計指導書;②簽到表包括日期、簽名和簽到時間;③答辯題目分成5組,每組3道題,學生自己任選一組題。并結合設計圖紙隨機問兩個問題。
2 評定學生課程設計成績
運用已建立的液壓傳動課程設計質量評價體系,對學生的課程設計進行評價。如學生1的液壓傳動課程設計的評價見表2。
由表2計算出學生1的總價值。將各個評價目標的加權價值代入式(10.2)[3]計算得GWg1=■Wgi1=8.681
本次課程設計為每一組5名學生,按照上述方法把其他4名學生(j=2,3,4,5)的總價值全部計算出來。它們分別是:GWg2=8.276、GWg2=7.826、GWg2=7.776、GWg2=6.237。
然后按著成績構成的百分比要求,從整個學生的總價值中由高到低地評定出成績分別為:優秀、良好、中等、及格。
3 結束語
運用機械類課程設計質量有效值分析法評價體系來評價液壓傳動課程設計質量,不僅可以做到更加科學、公正、全面地評定學生的課程設計成績,而且能夠促使師生將更多的精力投入到課程設計中,從而全面提升課程設計的教學質量。
參考文獻:
[1]張利平.液壓傳動設計指南[M].北京:化學工業出版社,2009.
關鍵詞:機械專業;實踐教學環節;機電液復合人才培養;教學改革;探究式教學法
中圖分類號:TH 文獻標志碼:A 文章編號:1674-9324(2014)36-0194-03
成人高等教育是我國教育體系中的重要組成部分,是對我國高等教育制度的發展和完善,也是發展終身教育制度的重要組成部分。目前,我國成人高等教育的主要形式有:函授教育、夜大學、自學考試、學歷文憑考試等學歷教育,以及大學后繼續教育[1]。當今社會,尊重知識、尊重人才的觀念已經被社會認可,但是現行教育體制重學歷教育、輕技能培訓,造成技術工人嚴重短缺[2]。而我國機械行業的高級技術工正面臨著嚴重的人才缺口。隨著我國工程技術的發展,自動化程度不斷提高,在大型工程機械方面,更需要很多機電液的復合型人才,需要機械類學生具有一定的綜合應用機電液一體化相關技術的能力。
為了順應社會發展、市場經濟發展對人才需求的變化,《成人高等教育機械專業機電液復合人才培養教學研究與實踐》課題,針對機械專業機電液綜合能力培養,對課程內容進行了研究和整合,在機電液課程設計中采用探究式教學方法進行探索和實踐。
一、現有成人高等教育模式存在的問題
當前,我國成人高等教育主要存在的弊端是傳統的成人教育,教學內容及教學方法等長期摹仿普通高等教育用的一種設計,甚至把成人高等教育變成“它縮型”的普通高等教育。目前,機械類成人高等教育存在的主要問題是輕視實踐、脫離實際,知識結構體系不夠完善、實踐訓練不足,實踐教育過窄、功利導向過重、共性制約過強,從而導致成教畢業生的就業市場不樂觀。成人高等教育的出路在于明確定位、加強改革、提高水平[3]。
課題教改的思路是成人高等教育應有別于普通高等教育,設計學生的知識、能力、素質結構和培養方案時,以市場需求為導向,以適應社會需要為培養目標,以培養高等技術應用型專門人才為根本任務,以技術應用能力(機、電、液綜合能力)為培養主線。
二、教學內容修訂、機電液課程群整合
機械類專業的學生,工作的對象是機械設備,現代機械設備已不是一個單純的機械產品,而是機電液一體化的集成產品,機電液一體化技術的發展對機械制造模式及機械產品產生了深刻的影響[4,5]。因此,在機械類專業教學改革中,專業建設的核心內容,是制定與優化人才培養方案,探索培養滿足機械需求的高等機械工程類人才。
人才培養方案包括為實現教育目標所必須的課程體系、教學內容、教學方法、實踐環節等基本內容。第一步,廣泛調研,了解社會對機械工程人才綜合素質與知識結構能力的需求;第二步,確定機械類專業人才在機電液綜合能力方面的培養目標和培養模式,架構機械類專業學生機電液綜合能力培養的理論教學體系。
(一)教學改革方法及創新點
專業建設包括課程整合、實驗、實習、機電液綜合課程設計等內容。教學改革解決問題的方法如圖1所示。
(二)課程教學內容改革
我校機械專業成人高等教育,課程設置模式沿用傳統的學科課程的組織模式,其特點是:分學科設置課程,根據社會發展需要,一般五年一次修訂人才培養計劃和培養目標,重點是整合并建設課程群,使課程體系具有科學性、特色性、系統性和可操作性。①夯實基礎,機械類專業基礎課程包括機械制圖、機械零件、計算機繪圖、金屬材料與熱處理、公差配合、工程力學、機械制造工藝等;②反映專業特色,專業必修課程主要有機械設計基礎、電工電子技術、機械制造工藝基礎、液壓與氣動、微機原理、數控技術、計算機輔助設計、機電傳動控制、機電一體化系統設計。③寬口徑,如機制方向選修課包括計算機輔助制造、數控編程與MasterCAM、精密制造和特種加工;機電方向、數控方向選修課有單片機原理及應用、特種加工、數控編程與MasterCAM。這可以拓寬學生的專業知識面,增強學生的適應性和創造性。④實踐性環節,基本實驗、基本操作技能訓練課程有機械制圖測繪、C語言課程設計、機械設計課程設計、機電液綜合課程設計、電工電子認識實習、金工實習、生產實習。⑤專業綜合能力培養有畢業設計、創新大賽、科技小組、社會實踐等。這充分考慮了課程的實用性。
三、探究式教學法
采用科學合理的教學方法成為教學改革的必由之路。探究式教學法(Inquiry Teaching),又稱發現法、研究法,是指學生在學習時,教師只是給他們一些事例和問題,讓學生自己通過閱讀、觀察、實驗、思考、討論、聽講等途徑去獨立探究,自行發現并掌握相應的原理和結論的一種方法[6]。教師根據實際的教學內容和學生特點,組織不同程度的探究活動。
目前,我校成人教育機械專業有本科及專升本。為了加強實踐應用能力的培養,適應大工程背景的工學結合的要求,學校在課程設計等實踐環節,采用探究式教學方法。
四、機電液課程設計中探究式教學法的實施
我們把機械類專業的課程設計,即機電一體化課程設計(兩周)、液壓傳動課程設計(一周)整合成機電液綜合課程設計(三周)。整合成機電液綜合課程設計的特點是它是機電液課程的綜合復習,三者有機結合、融會貫通。在具體設計探究活動的過程時,由于課程設計時間的限制,教師一定要把握好探究內容與探究難度,要站在整體和全局的高度進行設計,逐級推進,系統安排,選擇合適的內容讓學生能完整地經歷科學探究的全過程,以提高學生動手能力、解決實際問題能力和機電液的綜合應用能力。
教師布置任務:設計一小型混泥土輸送泵車或混泥土攪拌機;具體要求:根據功率大小,設計機電液傳動系統;同學們確定設計方案。
課題小組一般4~5人為一組。教師提出問題,學生討論后決定學習的重點內容,老師起指導作用,直到完成課題,解決問題。重點是強化實踐環節,發揮學生學習的主觀能動性。第一步,學生接受任務后進行討論,查資料,確定設計方案,涉及的內容有機電傳動、液壓傳動、傳感器的應用、電路設計、數據采集與處理、計算機智能系統設計、機械結構設計等。第二步,學生分析項目任務后,開始查閱資料并復印部分論文,涉及的內容有機電傳動、液壓傳動原理、傳感器、產品樣本等。引用別人的成果、學習別人所做的選擇,這個過程能使學生開闊眼界,啟發學生的創造思維。第三步,確定方案。方案確定需要教師和全課題組同學的參與、討論、定奪。同學們先根據自己的設計任務談談對該任務的理解、已做的準備工作和將要實施的設計方案,如采用機電傳動系統或液壓傳動系統,通過查閱相關資料后,確定設計方案并說明采用方案的理由,并將此方案展現給大家進行評判。這是同學們廣泛聽取和采納別人意見的過程,這個過程確實使學生感到收獲很大。
五、結論
1.機械專業成人高等教育,課程設計是實踐性環節的主干課程;課程設計中,始終以學生為主體,以工作過程為導向,按典型工作任務進行課程設計,使學生在校內外的學習和實習過程中都與工作知識緊密結合,提高了學生的創新思維和動手能力。
2.教師通過探究式教學與其他教學方式的結合,使教學具有時效性。探究式教學的過程中,學生能夠全程主動參與到教學活動中,充分發揮了學生的主體作用,學生的主體地位、自主能力都得到了加強,也使教師與學生成為實施工學結合課程的共同體。
參考文獻:
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[關鍵詞]液壓與氣壓傳動;精品課程;課程建設
[中圖分類號] G642.3 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437(2017)04-0065-03
引言
隨著“工業4.0”時代的到來和“中國制造2025”戰略的提出,制造業的模式和思維將發生重大改變。[1][2]制造業升級換展對制造業人才的培養提出了更高的要求。作為制造業人才培養基地,廣東海洋大學機械設計制造及其自動化專業為廣東這一制造業大省的經濟建設輸送了大量的人才。在廣東由制造業大省向制造業強省轉變的過程中,人才培養是其中關鍵的一環。要培養高素質人才,讓我們培養的人才能夠適應時代的發展和國家的戰略發展規劃,就需要對課程體系進行一定的改革。
液壓與氣壓傳動是機械設計制造及其自動化專業的一門主要專業基礎課,是專業必修課。液壓與氣壓傳動于2006年被遴選為廣東海洋大學精品課程,經過近9年的建設,2015年被遴選為省級精品課程,這為液壓與氣壓傳動精品課程的深入建設提供了新的契機。精品課程建設是“質量工程”的重要內容之一,其建設的目的是通過先進教學方法與教學手段的運用,提高理論教學與實踐教學質量,最大限度地調動學生學習的積極性與主動性。目前,其已成為高校教學質量和教學改革工作中非常重要的一部分。強化精品課程建設可完善人才培養模式和課程教學體系,推進課程教學改革,切實提高教育教學質量,同時,它還可以加強各學校之間相關課程的交流,實現優質教學資源共享。[3][4][5]
一、課程設計理念與思路
精品課程體現的是教學的優質與高效。教與學相結合,教學效果要放在首位。
液壓與氣壓傳動技術現已廣泛應用于機床、工程機械、汽車、船舶、航空航天等各領域,成為自動化技術領域不可或缺的技術。液壓與氣壓傳動課程是機械類專業重要的專業基礎課,是機械類專業的一門核心課程。對機械設計制造及自動化專業的學生來說,它起著承上啟下的重要作用,在一定程度上影響著學生后續專業課程的學習。因此,液壓與氣壓傳動課程的設計理念與思路要體現應用型人才的培養,要重視理論和實踐的結合,此外還要注重對學生創新能力的培養。
二、課程體系
液壓與氣壓傳動是機械設計制造及自動化專業的骨干課程,其以流體力學三大基本議程為基礎,是學生公認的比較難學的一門課程。其對機械制造裝備設計、機械制造技術基礎、機電一體化、數控技術、機電一體化系統設計、自動化制造系統等課程起著重要的支撐作用,并與其他專業課共同構成完整的知識體系。隨著液壓技術與先進制造技術的發展,液壓技術與電子技術結合越發緊密,如果授課內容不更新,落后于工廠的應用,不僅不利于培養學生的創新精神及工程實踐能力,而且還會讓學生喪失學習興趣。在精品課程建設過程中,為使液壓與氣壓傳動課程的設置符合學生的學習規律,而且與時展相吻合,課程組將關注點放在教學內容的改革上。課程組依據課程自身綜合性高、工程性強的特點,經過討論選擇,對課程內容進行梳理整合,采取了一些實踐創新,目前已形成了面向工程的問題驅動型“課程理論教學―基礎性實驗―綜合性實驗―課程設計”的教學培養模式,搭建了相應的課程體系。
修訂、完善教學、實驗大綱。課程的重點在于讓學生掌握液壓元件的工作原理、應用條件和使用范圍,讓學生明白液壓元件相關參數的意義和選擇的依據。由于包括液壓缸在內的液壓元件已經標準化,因此新版大綱弱化了對連續性方式、伯努利方程和動量守恒方程公式推導的要求,只強調應用,同時對液壓元件的設計也不再要求。
三、課程內容與教材建設
液壓技術已廣泛應用于機械行業的各大領域。機械類學生通過液壓與氣壓傳動這門專業基礎課的學習,能掌握液壓傳動與氣壓傳動的基本理論知識,掌握主要液壓和氣壓元件的工作原理、性能、用途,能在設計系統時合理選用元件,能對一般的機電工程液壓、氣壓系統和機電一體化產品的液壓氣動系統進行分析,具有常用液壓和氣動系統的分析與設計計算能力,能掌握液壓、氣動元件與系統動態特性的分析方法。通過本課程的學習,學生不僅能了解液壓與氣壓傳動的特點(既包括優點,也包括缺c),而且可以開闊思路,這有助于其以后從事機械設計的相關工作。
液壓與氣壓傳動精品課程的負責人張世亮教授依據多年的教學經驗,編寫了《液壓與氣壓傳動》教材。教材于2006年由機械工業出版社出版,并被評為21世紀機電類規劃教材。
此外,在教學過程中,課程組的教師將新理論、新技術、新方法引入其中,同時結合科研項目將當今前沿的技術和方法融入教學中,這不僅使液壓與氣壓傳動課程的教學不拘泥于教材,還能結合當今能源緊缺的問題,增加液壓傳動中的節能技術。
液壓傳動與實踐緊密相連。通過分層次教學,我們針對不同層次的學生,相應地增加了一些綜合性、設計性實驗,從而使得實驗內容不再局限于驗證性實驗。這不僅提高了學生的學習興趣,而且培養了學生的動手能力與創新能力。
四、教學方法與手段
在課堂教學中,課程組教師以學生為主體,依據不同教學內容、要求,采用啟發式教學、問題探究式教學和前后對比式教學等不同方法,化難為易,強調課程的基礎性與應用性。
采用啟發互動式教學。在課堂教學中適當設問,不僅可以提高學生學習的積極性、主動性,而且還可以活躍課堂氛圍,加深學生對關鍵問題的理解,體現學生學習的主動性,改變學生在課堂學習中的被動地位,教師的工作也由原來的知識信息傳遞轉變為評估、建議與指導。比如在講解溢流閥并聯時,學生最初對這一內容并不太理解,這時教師可以通過啟發式提問,比如:你們了解木桶效應嗎?如果盛水的木桶是由許多塊木板箍成的,那么木桶的盛水量是由什么決定的呢?通過這樣的啟發,很多離生活很遠的溢流閥的問題都可以化解為離生活很近的木桶問題,這樣學生的理解的難度就會大大降低。另外,我們還允許學生對任何聽不懂的知識點隨時提問,雖然這在一定程度上給任課教師帶來了壓力,但也會大大調動學生的積極性。
采用問題探究式教學。在某個知識點或某個原理學習之初,教師以學生為主體,讓學生主動探索,自己找出規律,以徹底掌握這個知識點。采用探究式教學可充分發揮以學生為本的主體作用,把習題講解穿插在知識點的介紹過程中,注重培養學生獨立思考的能力。學生遇到困難后,能激發自身的求知欲。比如在講授液壓傳動的應用場合時,如果空洞地介紹知識點,可能一般學生沒什么興趣。但如果是先播放一個視頻,然后問學生:視頻中的小猴子能把大熊貓舉起來嗎?通過此情景的設定,可以自然地引入課題,同時激發學生的學習興趣,調動起學生強烈的求知欲。
采用對比式教學法。對比教學法可引導學生潛移默化地把相近、相似的結構、原理等進行比較、歸納,更好地理解掌握其中的共同點與區別,使學生在掌握某一知識點后可聯想到另一知識點,從而提高教學效果。比如在講授壓力閥中的減壓閥時,可以采用對比式教學法,讓學生與之前講過的壓力閥中的溢流閥進行對比,從符號的表示方法開始,到其結構原理,再到鑒別方法,等等。
五、課程網絡教學平臺
科技的進步、信息化的發展使得我國的網民數量快速增長。網民中一個非常重要的群體就是在校的大學生,尤其是90后大學生。如今,他們的生活和學習已經離不開網絡,網絡教學平臺、網絡教學系統、網絡教學資源和網絡教學視頻等應運而生。為此,教學也要適應現在的大學生對網絡的依賴,利用好網絡,而不是做網絡的奴隸。為此,精品課程建設過程中需考慮并適應現在大學生的學習方式。在液壓與氣壓傳動課程教學改革的過程中,課題組最大限度地利用當前流行的教學技術與設施,在教學活動中充分運用包括計算機技術、網絡技術和多媒體技術在內的多種教學手段,把“課堂教學、實驗教學和網絡教學”有機融合在一起。[6]液壓與氣壓傳動精品課程網站目前已經基本建設好,里邊增添了很多動畫。由于普通學生缺少工廠實踐經驗,通過動畫演示可以幫助學生更好地理解閥的工作原理、閥受到控制后閥芯的運動、油路的通斷液壓油液的流動以及在液壓油液的驅動下執行元件的運動等。通過動畫、視頻及音響等多種技術的結合,可增強學生的直觀感受,讓學生更充分理解液壓元件工作原理及結構特點。
在液壓與氣壓傳動精品課程網站,學生除了可以獲取課堂上的教學資源外,還能看到本課程的教學大綱、教學日歷、電子教案、電子課件、授課視頻、模擬測驗題等。網站還有網絡答疑交流模塊,這促進了師生間的交流,提高了教師的教學質量。
六、結語
精品課程的建設是一個系統工程,涉及教學的方方面面,是一個不斷發展、創新、完善的過程,我們應該在探索中發展,在發展中創新,在實踐中完善。本文就液壓與氣壓傳動精品課程的設計理念與思路、課程培養體系、課程內容、教學方法與手段及網絡教學平臺建設進行了探討,旨在通過不斷實踐、完善,把液壓與氣壓傳動精品課程建設成能夠滿足今學生需求的精品課程,以充分發揮精品課程的作用,實現優質教學資源共享,使我們培養的人才能夠適應時代的發展和國家戰略發展規劃。
[ 參 考 文 獻 ]
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關鍵詞:任務驅動;項目教學;工作過程
【分類號】:G72
1. 概述
我國高等職業教育的目標是“以就業為導向,以服務為宗旨”,高等職業院校的學生除應當具有良好的職業道德和職業素質,還應當具有熟練的職業技能和扎實的系統專業應用知識?!兑簤号c氣動技術》是機制專業核心的專業技術課程,注重鍛煉學生的實際工作能力,在工作過程中培養學生的團隊協作意識及獨立學習的能力。設置良好的工作情境和完整的工作過程,打破原來的教學體系和教學模式,提高學生學習興趣,更好的培養學生動手能力、創新能力和可持續發展的能力顯得尤為重要。
2. 課程設計理念及思路
依托膠東半島制造業產業圈,發揮我院在食品糧油行業的優勢,積極開展校企合作,從分析膠東半島地區為主的現代制造業的機械制造、數控技術、機電設備維修等崗位群所需要的知識、能力、素質著手,對課程體系進行重構,以培養學生的專業能力、方法能力、社會能力和養成職業素養為目標,建設基于工作過程的工學結合課程。
課程開發過程中,通過校企合作,課程組成員深入企業進行崗位調研,并與企業專家進行多次論證和研討,并結合畢業生跟蹤調查情況,明確課程所服務的各專業崗位群情況。
與企業專家學者對課程面向的各專業崗位群進行分析,明確典型工作任務,提煉各崗位所需的液壓與氣動技術職業能力,同時將車工、數控車等國家職業資格技能鑒定中對液壓與氣動方面的職業能力要求融入其中。
確定教學目標,提煉相應的學習領域,設置良好的工作情境和完整的工作過程,打破原來的教學體系和教學模式,提高學生學習興趣,更好的培養學生動手能力、創新能力和可持續發展的能力。其流程圖如下:
圖1 課程設計流程圖
3. 典型工作任務
3.1 設置基于工作過程的任務載體
根據課程設計理念及思路,依據職業崗位對知識、能力和素質的要求,每一個學習項目都是以任務為載體,按照完成任務的方法、步驟與過程組織教學,學生是完成任務的主體,教師是任務實施過程中的指導者,以完成任務的效果與質量評價學生的學習成果。在任務實施過程中,將全班學生分成幾個小組,每個小組由小組長負責分工和協調學習任務,在完成項目任務的過程中培養學生的創新能力,團隊協作能力,發現問題與解決問題的能力。
鍋爐是生產生活中的常見設備,而鍋爐門的開啟和關閉能否實現自動化,在此設定鍋爐使用過程中,操作者通過控制液壓缸,實現鍋爐門的打開和關閉。該控制液壓缸為一雙作用缸控制,雙作用缸的動作由一個帶彈簧復位的三位四通閥來控制。在開門過程中,操作者可以通過按鈕來控制開關及控制鍋爐門鎖緊在任何一個位置處。
圖1-2 鍋爐門液壓控制系統
3.2設計+仿真+實操一體化教學模式的項目實施
將教學現場設置在實訓室內,利用現有的機器設備、液壓元件,綜合實驗臺輔助教學,實現工作現場與教學零距離,使學生真正了解所學知識在設備上的應用,在內容上實現與企業的三貼近,即貼近生產、貼近技術、貼近工藝。使教學更加具有針對性、實用性,學生在學習的過程中更為直觀,更容易吸收,學習更加主動,工作后更容易進入角色。使學生在教中學、學中做、邊學邊做,使知識、技能與職業素質同步增長。突出技能的培養,有效的提高學習效率。
學生根據下達的任務,結合所學知識主動建構方案,然后按設計方案在FESTO仿真環境下進行回路搭建與調試,完成實驗后導出分析結論。在方案通過仿真實驗后,學生再在實驗室內完成實際回路的組裝與調試。通過仿真操作教學培養學生主動學習,主動工作的習慣,培養學生獨立解決問題的能力,培養學生軟件應用能力和實踐動手能力。
4. 結束語
學生在項目實踐過程中,理解和把握課程要求的知識和技能,體驗創新的艱辛與樂趣,培養分析問題和解決問題的思想和方法。充分利用現代化教學手段,依托校外實訓基地與液壓氣動實驗室內的設備,采用理論仿真實操一體的教學模式,優化教學過程,提高教學質量與教學效果。
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關鍵詞:機電系統課程設計;實踐教學;科技創新;能力培養
《機電系統綜合設計》是本科機械專業繼《機械設計課程設計》之后設置的,培養機電一體化技術復合型技術人才的另一個必修的、非常重要的綜合實踐環節。其內容主要是鍛煉學生對所學自動控制、機電傳動、傳感檢測和計算機控制的綜合應用。
一、《機電系統綜合設計》課程設計存在的問題
《機電系統綜合設計》課程設計即機電一體化課程設計,可以鍛煉學生的動手能力,讓學生親身體驗設計和實現機械設備全自動化功能的過程。這類課程設計很少采用仿真方式完成,設計對象多為實際的機電設備。這種設備集成度較高,價格昂貴,體積比較龐大,所以可供學生實踐的臺套數少,設備更新周期較長,這樣給課程設計帶來以下不利的因素:(1)由于設備種類不多,造成課程設計的題目比較單一,而且由于設備相同,很難使得每個小組題目的側重點不同。多個小組題目相同的結果,造成部分學生不做設計,只等其他小組調試成功后將程序復制過來,再根據自己設備的參數稍加修改,就可完成老師布置的任務。這種情況使得此實踐環節對于某些學生來說學習效果很差。(2)由于設備更新周期長,也使得每年的課程設計題目都會重復使用。這樣也給部分學生帶來向已經留校讀研的學生直接索取設計結果的機會,不能獨立完成,使課程設計流于形式。(3)由于課程設計題目大部分都是指定性題目,學生基本上只要按照課程設計指導書按部就班的設計就能完成,學生自己發揮的空間少,缺少激勵學生自主創新的評價機制,導致此實踐環節不能成為對學生創新培養的重要平臺。為此,本文提出了從教學模式與選題原則,以及方案實施兩個方面對機電一體化課程設計的教學改革方案。
二、機電一體化課程設計教學模式的改革
1.改變設計任務布置的方法讓學生有自主發揮空間課程設計的教學模式通常為首先給學生下達任務書,其次讓學生根據課程設計指導書,查閱設計手冊和資料,按部就班的進行設計,學生很少有發揮的空間,這樣不利于調動學生的主動性和積極性,學生只忙于應付交差。為改變這種狀況,首先在給學生布置任務時只列出某個項目應該完成的基本功能,讓學生在完成基本功能的基礎上自主添加3~4個功能,并根據自主添加功能的復雜程度給予評價。2.機電一體化課程設計選題原則(1)重視學生對軟件工具的學習和掌握。對于機電一體化設計來說,常用的工具軟件主要有用于機械結構設計和仿真的軟件,如Solidworks、ABAQUS、ANSYS、和ADAMS等,以及用于機電控制技術開發的工具軟件,如Proteus、Keil、PLC開發平臺、HMI開發平臺、VC++和虛擬儀器開發平臺等。設計題目的選擇要求學生至少能夠用到1~2種這類的軟件工具,才能完成設計任務。(2)課程設計的內容要與生產實際相聯系。實際的機電產品常用的運動控制方式:PLC+驅動器、單片機+驅動器和IPC+驅動器等,構成機電一體化的運動控制部分。傳動部分包括了氣壓與液壓傳動、電氣傳動、機械傳動等。這些都是數控系統和工業機器人的組成要素。結合現有的實驗設備和這些要素,為學生設計了如下的課程設計題目,完成的設計任務。這類任務的設備由于設備更新周期長,所以容易存在每年重復使用的情況。而且多個小組的題目相同,容易出現抄襲現象。為避免這種情況就需要減少題目相同的組數,但是這又帶來學生人數多于題目數量的問題,為解決這個問題,豐富題目的數量,可將學生參加科技創新的作品引入課程設計。Robcon機器人大賽和全國機械創新設計大賽的設計題目,其要求學生提交的作品有很多可以設計成機電一體化裝置。而且這種設計是從產品的設計方案做起,歷經結構設計、加工制造、組裝調試直至所有功能實現的機電一體化產品制造的全過程。這個過程使得教學更貼近實際,更好地發揮了學生的自主創新能力。以下是這幾年學生申報的機電一體化課程設計的題目:①自動搬運機器人;②越障排爆機器人設計;③自動檢測清障機器人設計;④爬桿機器人的設計與實現;⑤小型3自由度機械手臂的設計。以上作品學生都能在規定的時間里完成.(3)課程設計題目的工作量和難度應該以大多數學生能達到的知識能力范圍為準,設計內容應屬于先修機電控制系列課程的知識范圍,不要超綱,既強調實踐性又要兼顧知識性。
三、機電一體化課程設計改革的實施方案
1.抽簽選題分組。由于課程設計所用的設備不一樣,考查的知識側重點也不盡相同,為避免因選題而出現的不和諧因素,學生首先自愿結合小組,然后每小組派出1人抽題,抽到題目后每小組還容許根據自身的優勢與其它組交換題目,以便更好的發揮學生的個人所長。2.認識實驗臺總體構成及功能。學生抽完題目后,教師要給各個小組介紹設計所用到的設備結構及其工作原理,布置和解釋設計任務,提供設計手冊及相關設計資料的查閱方向。3.安排設計進度。對于設計進度的安排,發給學生的進度表要明確給出能夠進行核查的,設計任務階段性完成的指標節點,以便督促和監督學生的設計進程,保證課程設計能夠順利的完成。為保證設計質量還應讓每個設計小組進行中期匯報。4.演示答辯與設計報告撰寫。學生要通過現場演示和ppt匯報的形式完成課程設計成果的驗收,并按要求提交設計報告。四、結束語通過幾年的實踐,逐漸規范了機電一體化課程設計的教學,部分地解決了課程設計教學中存在的問題,特別是將學生的科技競賽作品作為課程設計的題目補充,既豐富了課程的題目,又使學生通過課程設計對題目的規范要求,重新認識了機電一體化設計的含義。
參考文獻:
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關鍵詞:機電工程;液壓與氣壓傳動;高校
中圖分類號:G642.0 文獻標識碼:A 文章編號:1002-4107(2017)04-0006-03
當今世界科學前沿的重大突破、重大原創性科研成果的產生,大多是多學科交叉融合的結果。因此,多學科交叉融合促進了優勢學科的發展,新興學科的產生,以及重大創新的推出,同時也對擁有交叉學科知識技能人才的培養提出了新的要求。機電工程作為一個典型的交叉學科,在其專業教學中越來越多的課程呈現出學科交叉性。相比其他一些專業基礎課程,其在課程內容和課程實踐等方面具有自身的特點。其中“液壓與氣壓傳動”課程是機械工程方向中機電結合比較典型的一門傳統課程[1]。該門課程融合了流體力學、機械設計及原理以及自動化控制等多門相關課程的知識運用,是一門將機械與電子控制技術相結合的具有交叉學科代表性的一門課程。
“液壓與氣壓傳動”課程知識點繁雜,理論性、系統性和邏輯性都較強,部分內容較抽象。同時作為一門傳統課程,雖然其教學理論基礎比較豐富,但是隨著當前應用領域和場景的變化,目前的課程體系已經不適應社會發展對創新型、應用型人才的需求,因此在課程教學上還需要與時俱進,進行相應的教學改革和調整。
一、“液壓與氣壓傳動”課程教學現狀
隨著我國高等教育由精英化向大眾化階段的穩步發展,人才培養的多元化格局日益明顯,將應用型本科人才作為學校主要的人才培養目標是很多普通高校的必然選擇。應用型人才指的是一切從事非學術研究性工作的實際操作者,他們需要把科學原理應用到社會實
踐中,以創造直接的經濟利益和物質財富。“液壓與氣壓傳動”作為一門經典的機械類專業基礎課,已經形成了“理論教學、驗證實驗、課程設計”的課程體系。在該體系下,結合我國高等教育的應用性趨勢,通過本課程的學習,學生要掌握液壓與氣壓傳動技術的基本概念和基本原理,掌握常見的液壓和氣壓元件的結構、工作原理、特點、應用和選用方法,熟悉各類液壓基本回路的功用、組成和應用場合,了解和掌握現有的系統,能夠分析系統和設計系統。本課程要使學生具有液壓設備的維護技能和自學能力,同時注重培養學生的工程實踐能力和創新能力。但是和上述課程定位矛盾的是,現有的教學內容安排和教學方式都無法完全達到相應效果和要求[2]。
(一)教材內容編排不合理,內容陳舊
現有的教材內容仍然是以流體力學基本理論、液壓氣壓傳動元件、液壓氣壓傳動回路為主,各章節的編排關聯性并不明顯,而且部分章節內容過于陳舊,與實際應用結合的部分比較缺乏,使得學生在學習過程中,難以抓住重點,對課程沒有形成整體準確的認識,造成學習興趣不高,學習效果不好的結果。例如,大部分傳統教材在傳動力學理論這一章中介紹了流體三大方程,引入了“液動力”的概念和計算方法。但是在舉例時,選擇的是比較抽象的示例,其和實際應用關聯不大,而且在后續的元件介紹章節中卻沒有對“液動力”做相關的介紹,導致學生在學習這部分內容時,感覺抽象難懂,且和液壓與氣壓傳送課程相關性不高,使得他們對此的學習興趣不高。
(二)教學方式單一
受教材和教學資源的限制,傳統教學方式還是以多媒體演示的方式進行輔助教學,即將部分教學內容以圖片或動畫的方式展示給學生,配以教師的講解,使得學生比較直觀地學習液壓系統工作原理。但是這種方式的缺點在于學生缺乏學習的自主性和互動性,學生學習還是處于被動,同時原理的展示與系統的實際應用關聯性較小,因此教學效果仍然差強人意。例如,在介紹各種液壓泵的工作原理時,傳統的教學材料是以簡化后的動畫來進行展示,這種方式的優點是原理性展示簡單直觀,但是展現不出實際元件的特征,例如在介紹齒輪泵的困油現象時,就無法展示清楚現象發生的所在位置和原因。
(三)實驗環節
在實踐實驗環節,目前的實驗平臺主要以液壓和氣壓傳動系統搭接平臺為主。其中以液壓傳動系統為例,受硬件配置的限制,搭接的回路比較有限,另外接口的拆裝費時費力,導致實驗環節的時間大部分浪費在連接系統元件上,而在系統的設計與整體認識上著力過少,導致學生對實驗學習的內容沒有清晰的認識,進而對實驗學習的積極性不高。
二、“液壓與氣壓傳動”教學策略
(一)優化教學內容
早期高等教育以精英教育為培養目標和培養群體,而隨著高教規模的擴大,高等教育逐漸向著普及性教育方向l展,教學培養的目標也針對群體需求逐漸多樣化,大學教育培養的不再僅僅是研究型人才,更多的是應用型人才。對于研究型人才,教學內容可著重放在課程的理論和推導部分,而對于應用型人才則應把教學內容重點放在工程應用上。前者的自學能力相對較強,其培養目標在于學科課程的繼續深造和學科理論知識的研究,而后者的培養目標在于實際工程應用系統設計和操控能力的培養[3]。因此在進行教學內容的選擇和組織時,不能再把時間花費在基本公式的推導和演算上,而
是把系統實際情況和流體理論基礎結合起來,強調理論的應用,而非理論的證明和推導。
作為一門綜合應用型的課程,“液壓與氣壓傳動”系統融合機電專業多門課程的內容。例如,系統中采用的各種液壓元件涉及了機械原理、機械設計等課程的相關知識,系統的控制部分涉及了傳感器、電路控制、PLC控制等課程的相關知識。因此,在講授這門課程時,不能將其看作一門獨立的課程進行介紹,而應該在講授過程中,引導學生結合之前所學的相關課程知識進行拓展性、思考性的學習。圖1所示為講授液壓溢流閥時的思路拓展。
當前大學畢業生到社會,特別是到企業工作,雖然需要有廣泛的知識,但由于任何工作單位都有重點有分工,因此,即便是到液壓元件或系統制造企業工作,也有不同的針對性和著重點。例如,做液壓元件設計的,需要對元件的設計及制造比較了解;而做系統設計的,則只需要了解元件的使用功能,而不需要掌握元件的設計制造過程。因此,在教學過程中,可以針對授課對象的學習興趣和特長,從這兩個方面分別進行引導和講解。如表1所示,兩種教學引導方向決定了講授內容的重點,以及對學生學習的重點要求不同。
表1 教學引導方向與教學內容重點
每一個學生的學習基礎不同,學習興趣不同,設定的學習重點方向也不同。在機電專業的“液壓與氣壓傳動”教學中,有些學生對機械設計方向感興趣,有些學生對機電系統控制技術感興趣,由此也決定了他們未來就業的方向,這樣在課程教學中教師應針對這些不同的方向,對其進行有針對性的引導,使得他們在各自感興趣的領域進行更多的課程實踐和學習。例如,對機械設計方向感興趣的學生,可引導他們著重液壓與氣壓傳動元件的機械結構設計的學習,如分析實用性較強且比較典型的元件結構設計方法,利用CAD軟件進行元件的設
計和圖紙的繪制等。而對機電系統控制方向感興趣的學生,則引導他們著重液壓與氣壓自動化系統的O計方面的學習,如機電伺服轉換技術、PLC控制等技術的應用,掌握自動化系統設計軟件的使用,完成液壓與氣壓傳動系統圖的繪制和軟件設計。
(二)運用基于問題的教學方式
“授人以魚,不如授人以漁”,自主學習能力是現代社會中對工科畢業生的最基本要求,同時自主學習也是學習效果較好的一種學習方式,因此在課程教學過程中要引導學生的這種自主學習的主動性。在“液壓與氣壓傳動”這類與工程類的課程教學中,要實現學生的自主學習能力的培養,就是把工程實際問題引入課堂,采用“面向問題的學習”的教學法,引導學生去尋找解決問題的方法[4]。
例如,在講解液壓損失的章節時,傳統的方式就是把液壓損失計算的相關參數和公式演算給學生,讓學生了解怎么計算液壓管道的液流壓力損失。但是從“面向問題的學習”角度出發,學生應該了解液壓管道中液壓損失的基本原則,并能應用這些原則來解決系統中設計損失的問題,還能選擇適當的原則來獲取解決液壓損失的方案和措施,進而能夠評價一個液壓管道設計的優劣,或能為一個新應用設計一個相應的液壓管道。
為了能夠實現“面向問題的學習”,首先在教學材料的準備上,相對傳統教材來說,需要準備更多開發的資料信息提供給學生。因此,開發數字信息化的教學資源平臺是一種必要手段。但是傳統的教學資源平臺,往往只是通過網站平臺提供一些課件PPT、教材插圖靜態信息,缺少互動性和對學生學習的漸進式引導,所以對提高學習效果并不明顯。隨著網絡技術的發展,Web平臺具有越來越強的動態特性,包括互動性、動態圖形、立體圖像的處理能力、移動性等。尤其是HTML5標準的Web平臺,它支持離線訪問、支持全媒體內容展示、支持交互式的2D/3D 圖像渲染、提供豐富的API 以調用移動設備的硬件,以此為基礎開發互動式數字化教學平臺,可以達到“面向問題的學習”的互動性和引導性的功能。在平臺中,對液壓與氣壓傳動系統的教學資源進行優化分類,采用更直觀和有趣的方式進行展示,同時展示的內容要與工程實際相適應,不再用抽象簡單的圖片或動畫來進行原理說明,而是結合工程實際,用現實系統和元件來加以展示。平臺的內容要方便學生檢索,同時要便于學生進行知識點的串聯和總結,幫助他們能夠對整個課程內容進行歸納,形成一個清晰的認識。
其次,在教學方式上,課前可提出液壓與氣壓傳動的實際工程問題,由學生自行查閱資料,課堂上展開小組討論或問題陳述和演示,然后教師再引導進行理論性的分析,帶出課程相關的知識點。目前比較有代表性的形式就是“翻轉課堂式教學”。通常情況下,學生的學習過程由兩個階段組成:第一個階段是“信息傳遞”,是通過教師和學生、學生和學生之間的互動來實現的;第二個階段是“吸收內化”,是在課堂前后由學生自己來完成的。由于缺少教師的支持和同伴的幫助,“吸收內化”階段常常會讓學生產生挫敗感,喪失學習的動機和成就感?!胺D課堂”對學生的學習過程進行了重構?!靶畔鬟f”是學生在課前進行的,教師不僅提供視頻,還可以提供在線的輔導;“吸收內化”是在課堂上通過互動來完成的,教師能夠提前了解學生的學習困難,在課堂上給予有效的輔導,學生之間的相互交流更有助于促進他們知識的吸收內化過程。
(三)改進實驗教學方式
實驗實踐教學是對學生專業應用能力的一種訓練和培養,目前國家逐漸推進本科教育向應用型大學教育的方向發展,實驗實踐教學的比重也越來越大,要求實驗、實訓、實習環節,實訓實習的課時占總的專業教學課時的30%以上,并建立實訓實習質量保障機制。這樣使得其在課程教學中的重要性也越來越大,影響最終的教學效果。因為應用型教學的目的是要培養應用型人才,其強調專業性、職業性知識與能力的培養和訓練[5]。
目前大部分高校的“液壓與氣壓傳動”課程的實驗內容分為兩個部分:認知型實驗和驗證式綜合訓練型實驗。認知型實驗主要是通過對液壓與氣壓傳動元件進行拆裝實驗,進而了解其工作原理及其性能;驗證式綜合訓練型實驗主要是搭建液壓與氣壓傳動系統的幾個典型回路,進行性能驗證性實驗。因此,在進行“液壓與氣壓傳動”實驗教學時,教師不能再局限于傳統實驗臺的回路搭接,而應利用現有的仿真軟件,拓展實驗平臺,完成多種多樣的綜合性的工程實際系統的設計,加強對學生系統設計能力的培養。同時,教師在實驗教學過程中,引入工程實際問題,要求學生通過小組分析和討論,完成解決工程問題的方案設計。通過這種方式,學生的專業能力、個性能力、社會能力和方法能力將得到綜合性的訓練和培養。例如,在進行系統設計教學時,要求學生設計完成一個實際液壓與氣壓傳動控系統,要求學生利用仿真軟件,搭接出系統圖,并能夠完成系統的控制和運行操作。
同時在現有實驗條件下,在實驗實踐考核方式上做一些改進,也可以提高教學效果。例如,最終的實驗考核,采用抽簽選題,分組搭接的方式。題目從實驗項目中提取,只給學生提供所需的液壓與氣壓元件,按要求搭接相應功能的回路。這種帶有游戲色彩的考核方式,能讓學生避免呆板地應對考試,而體驗到考核的挑戰性和趣味性。通過題目給出的元件符號,學生選擇尋找正確合適的搭接元件進行回路搭接,由此體現學生平時的理論學習和實際動手的成果。
三、結語
從“液壓與氣壓傳動”作為一門機電工程學科交叉性應用課程的角度出發,提出在教學內容上從元件設計和系統設計兩個方面進行有針對性的優化組織。教學方式上采用“面向問題的學習”教學方式,將工程實例更多引入教學過程,以教會學生掌握系統綜合分析與設計為目的,同時開發互動性好的Web平臺輔助教學,引導學生帶著問題主動學習,這對提高課程的教學質量有積極的作用。
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進“液壓與氣壓傳動”課程教學改革實踐[J].液壓與氣
關鍵詞:工程設計;核心課程;CDIO;完整技術工作;角色轉變
中圖分類號:G642.0 文獻標志碼:A 文章編號:1674-9324(2014)36-0042-03
一、培養工程設計型人才是工業現代化的需求
隨著計算機、微電子、自動控制等技術的發展,工業自動化正向集成綜合自動化過渡。機械設計制造及其自動化技術的綜合應用正起著越來越重要的作用,由于機械產品及設備的技術復雜性和涉及知識的交叉性,使得現有的技術人才難以勝任技術含量較高的工作。
機械制造業是工業自動化的重點,機械設計制造及其自動化是工科院校主要專業,其培養的學生畢業后相當一部分將直接面向工廠、面向車間、面向工程應用與設計的現代化主戰場。而現有的高等教育人才培養模式長期采用灌輸式理論教育,且受多種因素制約,學生對工程實際的認知較少,綜合運用知識的能力較差。學生畢業進入企業后,由于遇到的實際工程問題通常是隱性的,無法再像課堂學習一樣,根據已知條件和固有步驟就可得到答案,加上新的科學技術成果大量應用于生產實際,設備的復雜性和涉及學科的交叉性大大提高,使得現階段的高等教育人才培養模式已經阻礙了高素質工程技術人才的培養,其培育的紙上談兵型人才已經遠遠不能適應工業現代化的需求。因此,各高校工科專業進行以培養學生工程設計能力為目標的教學體系改革已經迫在眉睫。
二、機械設計制造及其自動化專業工程設計能力的內涵
機械設計制造及其自動化專業的人才培養目標是現代機械工程師,使學生接受機械工程領域的基本知識和專業理論知識,受到機械工程師基本技能的訓練。學生畢業進入企業后,除具備機械設計制造及其自動化專業的一般知識與能力外,作為現代機械工程師,還應具備以下能力:(1)能夠正確判斷機械設計制造及其自動化專業領域的工程實際問題;(2)具備針對工程實際問題的系統分析能力和解決問題的能力;(3)具備機械制造行業的工程設計、工程開發能力;(4)能適應機械制造行業涉及學科的交叉性和復雜性,具備協調與合作能力;(5)具備終生學習的能力。
三、機械工程系列核心課程教學培養現狀
機械工程系列核心課程包含機械制圖、機械原理、機械設計、理論力學、材料力學、電工電子技術、互換性與測量技術基礎、機械制造工藝學、機電傳動控制、液壓傳動與氣壓傳動、數控技術等理論課程,以及課程設計、專業課程設計、畢業設計、認識實習、生產實習等實踐教學環節。每門課程的理論性和實踐性都非常強,與相關課程關聯關系強,在機械類學生的知識結構中都具有舉足輕重的地位。
以《機電傳動控制》為例,該課程的理論性、實踐性和綜合性強,涉及動力學基礎、電機與拖動、傳感器、機床電氣自動控制、電力電子技術、傳動控制系統、可編程序控制器等知識面,關乎《理論力學》、《電工電子技術》、《機械制造技術基礎》等前期課程,和《金屬切削機床》、《機床夾具設計》、《液壓傳動與氣壓傳動》等同期課程,甚至《數控技術》、專業課程設計、生產實習、畢業設計等后期課程的關聯教學,在機械設計制造及其自動化專業人才培養體系中尤為重要?,F有教學體系中,機械工程系列核心課程均存在內容量大,知識面廣,教學以理論為主,實驗為輔的現狀。理論教學方面,由于原理圖多,文字敘述較抽象,學生又無實物接觸,難以全面了解、掌握機械工程技術在生產實際應用中的內涵和精髓,不僅影響了學生的實際應用能力,也降低了學生在今后的工作中不斷學習提高的后勁。在工科教學中尤為重要的實驗或實踐教學環節,多采用驗證型實踐教學,且往往由于受控對象體積大、重量重、價格高、維護難等因素,難以大量裝備于實驗室,使學生在實踐教學中無法感受工程實踐的趣味性、知識性和實驗成功后的成就感,在很大程度上挫傷了學生的積極性,更談不上對工程設計能力的培養。對于教學另一重要環節,即考試,現有的考試方式僅注重于考查具體知識點的了解或掌握,比較理論化,并不注重與工程實際的聯系,往往出現教師為考而教,學生為考而考、考后即忘的現象,無助于對工程技術人才的培養。
機械工程領域知識的復雜性和交叉性,使得實際工程問題通常是隱性的,學生畢業進入企業后,無法再像課堂學習一樣根據已知條件和固有步驟得到答案,企業必須投入相關資源進行二次培養,企業的經濟效益和高校的人才競爭能力都大受影響。因此,工科院校機械設計制造及其自動化專業,針對機械工程系列核心課程實施以培養工程設計能力為目標的課程改革,培養學生對工程實際問題的分析判斷能力、工程設計能力和終生學習能力是實現該專業人才培養目標的需要,是適應社會發展需求的需要。
四、以培養學生工程設計能力為目標的機械工程系列核心課程教學改革研究與實踐
我校以培養工程設計能力為目標的機械工程系列核心課程教學改革的思路是以培養學生工程設計能力為總體目標,貫徹以工程項目構思(Conceive)、設計(Design)、實施(Implement)和運作(Operate)全過程為載體的CDIO高等工程教育理念,打破以理論知識全面性為原則的專業課程群設置方式和課程教學內容安排方式,以完成工程項目CDIO過程作為課程群設置或整合、課程教學內容(含實踐教學)安排、教學方法以及師資和教材建設的核心,系統推進教學改革。一個典型的領域工程項目(一級項目),其CDIO過程所需的專業知識和技能幾乎可以涵蓋一個專業方向甚至一個專業的所有課程(含實驗),這就給專業課程群設置及其教學內容整合提供了一個內在的“綱”,極大地增強了專業課程群的整體性。與此同時,工程項目的實施流程及各部分工作內容也為專業課程的教學內容和教學重點安排提供了有效依據。以工程項目運行過程來驅動課程教學實施,構建真實的工作場景,以完成“完整技術工作”的訓練并以此來實現工程綜合應用能力的培養,加速學生從在校生到工程技術人員的角色轉變。解決現有教學體系中重理論輕實際、教學過程中缺乏工程實踐和工程設計的引入、教與學均是紙上談兵等教學問題;解決現有實驗環節以傳統的驗證型實驗為主的實驗教學模式下,學生動手能力差、綜合分析問題能力欠缺,以及現有實驗設置與工廠實際脫離、與先進技術的發展和應用相脫離的現狀,使實驗教學環節與培養工程設計人才目標相促進;解決現有考試方式“考”老師所“教”、考試內容簡單化、命題標準化等教學問題,真正避免現有教學制度下,老師教學生“考”而不是教學生“學”和“用”的現狀。
針對教學體系改革,建立以能力培養為中心、以工程設計為主線的課程教學體系,優化課程結構,改革教學內容。如教學過程中,以“車用氣瓶螺紋接口自動加工專機”的完整設計工作為主線,給出學生某企業待加工氣瓶產品的不同形狀與尺寸規格、加工精度要求、加工效率與設備成本要求等參數,要求學生直接進行該產品加工設備的設計。整個教學過程既圍繞“氣瓶螺紋接口自動加工專機”的實際工程課題研究,又緊密圍繞《機電傳動控制》課程各章節內容,注重工程實際在恰當知識點的引入。如進行第二章“機電傳動系統的動力學基礎”內容的教學時,將轉矩折算與電機選擇、專用鉆孔動力頭設計、車床變頻器主軸改造等工程實際案例逐層相結合,扎實培養學生的工程設計思路和能力。教學過程中適當引入“三通球閥加工專機設計”、“鋁塑藥品包裝機改造”、“80噴漆線伺服系統”等相關工程設計實例貫穿課堂的教學和設計指導。部分章節如“繼電器接觸器控制系統”、“PLC控制技術”等采用了現場教學模式,使學生易學,老師易教。
在《機電傳動控制》課程教學改革過程,共有三條主線:其一,課程自身教學系統主線;其二,工程設計項目與實驗教學主線;其三,對相關課程知識進行驗證學習的主線。三條主線圍繞工程設計項目主線同步展開,最終為學生的《機電傳動控制》課程服務。學生在課程學習過程中,在授課教師的帶領下,進行了企業委托項目《氣瓶螺紋接口自動加工專機》的研究與設計。因涉及學習內容多,工作量大,單靠課堂學時遠遠不能完成。但是由于構建了一個學生進入企業后真正的現代化生產主戰場,極大地激發了整個團體的學習積極性和創造性。依靠課后大量的資料查閱與學習,課堂上再結合教師對《機電傳動控制》相應章節的講解與對該工程項目的設計思路引導,學生在課程學習期間即完成了該項目的工廠調研、工藝分析、方案設計、刀具設計等工作,完成了企業要求的設計任務。并成功申請了發明專利“氣瓶螺紋接口自動加工生產線”1項和實用新型專利“直動式電控疊加溢流閥”、“專用锪車復合刀具”等9項,目前均已獲得授權。由于學生學習積極性高漲,課后主動學習時間大增,在這個環節中扮演重要角色的教師的實際教學過程相對以往教學模式輕松。教師更多是扮演“導師”角色,而不是以往的“填鴨式”教學;學生通過實際的工程設計歷練逐步建立和深化了工程意識與能力,達到的是雙贏效果的工程設計人才培養目標的實現。同步實施的實驗環節改革,強調針對工程實際進行設計、選型、搭建、調試的系統性實驗,培養動手操作和創造能力,注重該課程與相關課程的關聯設計,注重該環節理論與實踐的聯系;對于考試環節,不以最后一考來定輸贏,而以階段性工程設計與期末整體性設計相結合,筆試與口試結合,注重工程設計的實際應用方面的考評。
五、總結
目前,我校《機電傳動控制》課程以培養學生工程設計能力為目標的教學改革已經實施了五年,并帶動了機械工程系列相關核心課程群的教學改革。由于在改革實踐過程中,以工程項目運行過程來驅動課程教學實施,以完成“完整技術工作”的訓練實現工程綜合應用能力的培養,加速了學生從在校生到工程技術人員的角色轉變。從用人單位反饋情況(兩屆)看,就業學生在創新能力、實踐能力、知識結構、團隊意識、崗位適應能力等方面較往屆有較高水平的提升。
總之,我們將繼續積極進行改革,密切觀察實施過程,冷靜分析成績和不足,不斷總結經驗教訓,期望能為中國的工程教育改革做些實事,提供新的改革思路,為培養符合現代企業要求的工程技術人才做出貢獻。
參考文獻:
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Abstract: Considering the characteristics and the reducing of class hours of the course hydraulic and pneumatic drive, this paper discusses the methods of stimulating students’ interest and improving teaching quality from adjusting of teaching system, application of multi teaching tools, innovation of experimental section.
關鍵詞:液壓與氣動;教學改革;教學體系;實驗環節
Key words: hydraulic and pneumatic drive;teaching innovation;teaching system;experimental section
中圖分類號:G642.0 文獻標識碼:A文章編號:1006-4311(2010)05-0114-02
0引言
《液壓與氣動》是機械類專業的必修專業基礎課程之一。一方面,隨著計算機技術和制造業的發展,液壓氣動技術越來越廣泛地應用于工程機械、農業機械、礦山機械、機床、航天航空等領域,機電液氣一體化已成為現今機械設計和發展的趨勢;另一方面,因為課程數目的增加和課程改革的深入,液壓氣動課程的課時量卻有所減少,這就對該課程的教師提出了更高的要求,怎樣在有限的課時內讓學生對液壓與氣動有更深入的理解成為目前教學所要解決的核心問題。[1-3]筆者認為,改變傳統的教學體系是在教學量減少的前提下提高教學質量的可行措施,此外,多種教學手段的使用、實驗環節的改革也可以起到提高學生興趣,加強教學效果的作用,下面就從這三個方面談談筆者的一些體會。
1教學體系的調整
目前國內的液壓氣動教材的編排,多按以下結構:液壓與氣壓基礎知識、液壓與氣壓元件、液壓與氣壓回路、系統設計。筆者通過教學實踐發現,在課時減少的情況下,按此體系教學,會產生如下問題:
1.1 課時量不足,導致元件回路都無法講透,學生學習過程中難以很好理解課程,容易出現知識鏈的斷接。
1.2 由于液壓氣壓元件結構繁瑣,細節較多,將該部分放在前段容易讓學生感覺課程枯燥乏味,喪失學習動力和興趣,從而影響接下來的教學效果。
針對這些問題,筆者認為,想要提高學生的學習興趣,提高教學效果,必須把灌輸式教學轉換為引導式教學,要逐步誘導學生深入教學內容,步步為營,層層遞進。因此,筆者在教學中對教學體系做了調整,不再將元件部分放在回路之前,而是將元件部分穿插在回路部分之中進行教學。具體來說,就是在講解回路的過程中,對涉及到的重要元件再做專門的講解,考慮到課時的限制,在講解元件的過程中,應注重工程應用,可以適當省略某些繁瑣的結構細節。
譬如在講解順序動作回路時,可以先播放一段鉆床自動夾緊、進給、退出到松開的加工視頻,利用視頻先吸引學生的注意力,并引導學生在頭腦中提出問題;其次,講解一種典型順序動作回路的工作過程,再提出順序閥如何實現此功能的問題,進一步激發學生的求知欲;再次,講解順序閥的結構形式和主要特性;最后,基于順序閥講解其它相關回路,并舉例。
這樣的教學方式,除了可以提高學生的學習興趣,還能夠在課時有限的情況下,有效地讓學生對所學知識形成體系。
2多種教學手段的使用
通常,學生對文字和公式的單純刺激容易產生疲勞,教育心理學的研究表明,人在注意特定事物時,注意力很難維持很久,有意注意的穩定性一般為40分鐘[4],而課堂上因為存在很多潛在的干擾,學生的注意力更容易分散,所以,只有不斷增加新的刺激,才能讓將學生的注意力重新拉回到課堂上來。多種教學手段的應用不僅可以在課堂內很好地起到這樣的作用,還可以將教學拓展到課堂之外。
2.1 多種教學素材和多媒體的合理搭配教師應該在課前準備盡量多的素材,例如圖片和視頻資料,然后通過多媒體呈現給學生,這些視覺效果強的材料往往可以吸引學生的注意力,讓學生產生好奇心和求知欲,例如在第一條中說的例子。并且,素材的選擇不應局限于工程機械、機床等,還應該多找一些貼近生活的素材,例如,游樂場里就經常利用液壓設備,展示這些機械,更能激發學生的興趣。
2.2 應用軟件和多媒體的合理搭配液壓氣動是一門較為抽象的課程,回路圖里的壓力看不到、摸不著,學生不容易有直觀認識,因而可能造成理解上的障礙。一些應用軟件的使用可以提高學生的認識程度。例如筆者所在教研室就引進了Automation Studio軟件,該軟件擁有強大的液壓氣壓回路的設計能力,即使在課堂上使用也很方便,只要調出元件就可以快速組成回路,回路運行時可以顯示閥口的即時壓力、溫度等參數,既省時間,又直觀易懂,必要時,還可以給回路加上電路控制,也可以調用一些完整的液壓氣壓系統向學生演示。此外,可以利用Proe等3D設計軟件繪制三維元件圖,這樣可以將元件的內部結構更完美地呈現給學生,便于學生理解。
2.3 注重教師和學生間的互動要改變老師從頭至尾講解的教學模式,讓學生更多地參與到教學當中,這樣,既可以吸引學生的注意力,又可以即時檢驗教學效果,發現學生的薄弱環節。互動的形式也可以多樣化,除了向學生提問,還可以利用前面說的Automation Studio軟件讓學生用給定的元件現場設計回路,完成后可以馬上檢驗回路是否可行,還可以設計一些故障回路讓學生排除故障。特別在每堂課的后期,學生注意力容易分散的階段,采用這樣的手段復習已經講過的內容,可以取得很好的效果。
2.4 網絡技術的應用華南農業大學為教師提供了網絡教學平臺,利用該平臺,教師可以上傳一些素材,也可以提出一些問題讓同學們回貼討論。網絡手段的應用讓教學不再局限于課堂,增加了教學的靈活度和自由度。
3實驗環節的改革
3.1 實驗應該和教學緊密結合,實驗的設計和時間安排應該要滿足教學的需要,補充課堂講授的不足,并且和教學同步。所以應嘗試擯棄以往實驗歸實驗,講授歸講授的教學模式,需要的時候,可以嘗試直接在實驗室授課。比如,在講授某些元件的時候,如果讓學生直接面對實物,理解起來會更容易,也更深刻,同時,將部分講授課和實驗課融合,可以節約課時。
3.2 將老師的科研加入實驗環節??蒲许椖炕蛘呱婕翱茖W前沿,或者與實踐緊密結合,利用一到兩節課時間向學生展示和介紹科研成果和進展,既可以開闊他們的眼界,又可以提高他們的學習興趣,樹立遠大的目標。比如,粘度是液壓油的重要性質,但單靠課堂講解,很難讓學生對粘度有深刻的認識,筆者帶學生參觀試驗臺,并且用不同粘度的油做實驗的演示,這樣便讓同學們更廣泛地理解了粘度的意義。又如,筆者向學生展示課題組自行研制的氣動枝剪機械,并向他們說明機械的設計原理都是課堂上學習的內容,從而提升學生的自信心。
3.3 條件允許的情況下,還可以增加液壓與氣動的課程設計環節,進一步提高學生理論聯系實際的能力,這點目前已經列入本教研室的未來計劃。
3.4 鼓勵并指導學生在各種設計大賽中使用液壓與氣動技術。筆者所在教研室在這方面做了大量工作,指導的學生在歷屆全國機械創新大賽中獲得了突出成績。參與這些設計比賽可以讓學生的設計能力有質的提高。
4結束語
綜合上述三點,整個《液壓與氣動》課程的教學過程如圖1所示。通過課堂教學、實驗教學和課后教學的改革,整個教學過程更具加立體,在課時量有限的條件下,可以保證較好的教學質量。
教學的改革是一個長期積累和循序漸進的過程,在教學的過程中,應該敢于嘗試新方法和新手段。《液壓與氣動》課程涉及面廣,內容抽象,加之課時的減少,對教學者是新的挑戰,但通過對教學體系和實驗環節的調整,通過使用多樣的教學手段,引入新的教學理念,同樣可以達到良好的教學效果。
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關鍵詞:應用型創新人才 培養模式 機械專業
中圖分類號:G642 文獻標識碼:A DOI:10.3969/j.issn.1672-8181.2014.04.017
進入21世紀以來,社會發展日新月異,高校的改革不能只關注教學本身,而應該更多地關注社會發展趨勢與企業的需求,努力使自己培養出來的學生更加符合社會需求。
寧波大紅鷹學院機電學院機械設計制造及其自動化專業自2008年隨著學校升本以來,至今已經招收五屆學生,共計1200名左右,學院包括學校明確提出要辦機械類專業應用型創新人才的培養模式,并且非常重視。隨著08級本科畢業生進入社會開始工作,學院對學生所在的中小企業做了機械設計制造及其自動化專業人才培養目標及規格調查問卷,并進行相應的分析,為更好地推進機械類專業應用型創新人才的培養模式打下基礎,使得我院機械類畢業生能更好更快地融入企業,為企業服務。
我們深入調查了畢業生在企業里的工作情況,與企業進行大量溝通,了解企業對我們畢業生的基本要求,從而修訂了學校本科機械類專業應用型創新人才培養模式,從以下幾方面考慮:
1 專業培養目標
本專業立足浙江、面向長三角,培養德、智、體、美全面發展,具備機械設計、制造、自動化等方面的基礎理論、基本知識與應用能力,能在工業生產第一線從事機電領域內的計算機輔助設計與制造、科技開發、運行管理等方面工作的高素質應用型人才。
2 應用創新型人才的專業培養基本要求
2.1 應用創新型人才的知識結構
第一,具有較扎實的自然科學基礎,較好的人文和社會科學科學知識,較好地掌握本國和一門外國語言、文字的知識。 第二,較系統地掌握本專業領域寬廣的技術理論基礎知識,主要包括力學、機械學、電工與電子技術、機械工程材料、機械設計工程學、機械制造基礎、自動化基礎、數控加工技術等基礎知識。 第三,了解企業運行管理、銷售等方面的基礎知識。第四,具有機電一體化裝備、模具設計與制造和制造信息化等專業方向之一所必需的專業知識,了解其前沿及發展趨勢。
2.2 應用創新型人才的能力結構
第一,具有正確運用本國語言、文字撰寫和閱讀科技論文、設計說明書的能力。第二,受到現代工程師的基本訓練,具有進行機電產品設計、制造及設備控制的基本能力。第三,具有本專業必需的制圖、計算、實驗、測試、文獻檢索等基本技能。第四,能夠順利閱讀本專業的英文資料,具有一定的英語聽、說、寫能力和涉外業務處理能力。第五,具有計算機技術應用能力,本專業必需的基本工藝操作能力。第六,具有初步的科學研究、科技開發、組織管理能力。第七,具有較強的學習能力和創新能力。第八,掌握鍛煉身體的基本技能。
2.3 應用創新型人才的素質結構
第一,具有較高的政治素養和良好的道德品質。第二,具有較強的自信心、進取心和社會責任感。第三,具有求實誠信、吃苦耐勞、愛崗敬業的品質和良好的團隊合作精神。第四,具有良好的學習習慣。第五,具有健康的體魄和良好的心理素質。第六,具有較強的法律意識、市場意識、安全意識、質量意識以及創新意識和創業精神。
2.4 應用創新性人才的職業資格要求
推薦獲得下列證書之一:
第一,熟練掌握一類數控機床的基本操作,達到相應的國家職業資格中級工或以上水平。第二,機械AutoCAD(Ⅱ)級或以上水平證書。第三,Pro/E(Ⅲ)級或以上水平證書。也可以是(UG、MasterCAM等同級證書)。
3 應用創新型人才培養的創新點
學校為了配合學生的各種能力的培養,在加強理論學習的同時,完善實踐教學,培養學生發現問題、分析問題、解決實際問題的能力,以項目驅動為教學改革手段,提高學生的工程應用和知識創新能力,增強學生畢業后在工作崗位上的快速適應性。其中實踐教學體系一般主要由以下幾部分組成:
第一,需要掌握的基本技能主要包括了工程制圖學完后的機器測繪、工程力學中的常用實驗、公差配合與測量技術實驗、金工實習等,這些實習內容培養學生具有基本的動手能力。第二,專業技能主要是課程設計,其中包括了機械設計課程設計(以二級減速器的拆裝設計為主)、機械制造基礎課程設計(以不同的夾具設計為主)、電工電子課程設計(PLC、單片機)、機械原理課程設計、液壓傳動課程設計等,目的是培養學生具有基本的實踐技能。第三,創新設計主要包括全國挑戰杯設計大賽、浙江省機械設計大賽、學生的專利申請等,主要培養學生的工程創新思維與動手能力。第四,專業考證包括了數控加工技術、AutoCAD、PRO/E及Solidworks等職業資格認證培訓,為今后在工作崗位的發展能打下堅實的基礎。
4 結論
根據應用型本科機械類專業工程應用型創新人才的企業需求分析,提出機械類專業應用型創新人才培養的新模式,按“一核心三方向”的要求創建專業知識培養體系:以數控制造為專業核心,以機電裝備制造、模具制造、制造信息化為專業方向;按“一突出三加強”的要求創建能力培養體系:突出技術應用能力,加強學習能力、涉外業務處理能力和創新能力,以此為我校機械類專業應用型創新人才的培養質量提供強有力的保證。
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