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      機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計教學(xué)改革應(yīng)用與實(shí)踐*

      2015-12-20 05:31:54魏玉蘭
      湖州師范學(xué)院學(xué)報 2015年12期
      關(guān)鍵詞:機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計題目

      魏玉蘭,李 兵

      (湖州師范學(xué)院 工學(xué)院,浙江 湖州313000)

      一、引 言

      2015年兩會政府工作報告中提到“全面推進(jìn)現(xiàn)代職業(yè)教育體系建設(shè),引導(dǎo)部分地方本科高校向應(yīng)用型轉(zhuǎn)變”。我校作為地方性本科院校,重視實(shí)踐教學(xué)、強(qiáng)化應(yīng)用型人才培養(yǎng)。機(jī)械制造及其自動化是機(jī)械工程學(xué)科的重要分支,是應(yīng)用型大學(xué)中工科的典范,更是肩負(fù)重任。機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計是該專業(yè)的一門非常重要的實(shí)踐性課程,亦是機(jī)械電子和機(jī)械設(shè)計專業(yè)學(xué)生重要的實(shí)踐環(huán)節(jié),在整個知識架構(gòu)中起到了理論聯(lián)系實(shí)際作用,是培養(yǎng)學(xué)生掌握機(jī)械設(shè)計方法和提高動手能力的重要平臺[1]。在機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計中,學(xué)生要綜合運(yùn)用機(jī)械設(shè)計、機(jī)械原理、工程材料、機(jī)械制圖、互換性與幾何量測量等先修課程來分析和解決機(jī)械設(shè)計問題;培養(yǎng)學(xué)生的工程設(shè)計能力,使學(xué)生掌握機(jī)械設(shè)計的一般步驟和方法。

      現(xiàn)在機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計采用帶式輸送機(jī)中減速器的設(shè)計為題,安排兩到三周時間完成說明書及圖紙。然而,該題目自80年代起開始使用,無論是教學(xué)內(nèi)容,還是教學(xué)方法都比較陳舊,存在很多問題,無法適應(yīng)現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展的需要,更無法更好的培養(yǎng)出符合現(xiàn)代市場需求的工程設(shè)計人員[2,3]。因此,機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計的改革勢在必行。

      二、現(xiàn)狀及存在問題

      (一)內(nèi)容單一、抄襲嚴(yán)重

      由于機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計的題目多年不變,為了避免學(xué)生的抄襲只能更改設(shè)計數(shù)據(jù)。然而現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)技術(shù)如此發(fā)達(dá),網(wǎng)絡(luò)上的機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計相關(guān)文獻(xiàn)越來越多,導(dǎo)致抄襲現(xiàn)象也越來越嚴(yán)重。部分學(xué)生直接把網(wǎng)上下載來的設(shè)計說明書數(shù)據(jù)稍作修改,圖紙只修改標(biāo)注數(shù)據(jù)[3]。因此造成學(xué)生缺乏學(xué)習(xí)主動性和積極性。

      (二)缺乏團(tuán)隊(duì)協(xié)作意識

      由于課程設(shè)計參考資料過多,在設(shè)計過程中只會照貓畫虎,造成學(xué)生之間缺乏溝通與交流,雖然從一定程度上可以培養(yǎng)學(xué)生對所學(xué)課程內(nèi)容的理解,卻難以培養(yǎng)學(xué)生之間的團(tuán)隊(duì)合作能力。而實(shí)際生產(chǎn)中,任何一個機(jī)械設(shè)備不可能單靠一個人就能完成,必須依靠團(tuán)隊(duì)的力量,集思廣益確定最優(yōu)總體方案,通過合理分工完成設(shè)計。因此,必須在大學(xué)階段培養(yǎng)學(xué)生的協(xié)作能力與團(tuán)隊(duì)意識,使學(xué)生更加快捷的與社會接軌[3]。

      (三)缺乏創(chuàng)新意識

      由于課程設(shè)計題目固定,時間緊張,工作量大,從而局限了學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。而創(chuàng)新是科技和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的動力,現(xiàn)代企業(yè)產(chǎn)品和技術(shù)的不斷發(fā)展,需要更多有創(chuàng)新能力的人才去推動。機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計作為機(jī)械類學(xué)生第一次比較系統(tǒng)而全面的設(shè)計訓(xùn)練,必須充分激發(fā)和培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新潛能,為社會創(chuàng)新人才的培養(yǎng)奠定基礎(chǔ)[3]。

      三、教學(xué)改革理論基礎(chǔ)

      工程對象教學(xué)法是基于工作過程的創(chuàng)新型工程教學(xué)方法,是在理論和實(shí)踐教學(xué)中引入各種典型的工程對象,以典型工程對象作為創(chuàng)新教學(xué)平臺,將理論講解、實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)與創(chuàng)新活動等融為一體的新型教學(xué)方法[4~5]。機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計是利用機(jī)械設(shè)計課程中所學(xué)到的知識設(shè)計機(jī)械設(shè)備的一門實(shí)踐性課程,“工程對象教學(xué)法”的教學(xué)模式與此課程有異曲同工之處,無疑是最適合采用此方法進(jìn)行教學(xué)的課程。再結(jié)合慧魚創(chuàng)新組合模型,使課程更具備真實(shí)性和直觀性。豐富的工程對象可使學(xué)生更系統(tǒng)地理解所學(xué)知識,并在此基礎(chǔ)上熟練掌握專業(yè)技能。其次,按照“任務(wù)驅(qū)動”的模式分解課程的知識點(diǎn),圍繞具體任務(wù)展開教學(xué),能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和探索欲望,變被動學(xué)習(xí)為主動學(xué)習(xí)。最后,打破了常規(guī)的“講課+實(shí)驗(yàn)”的教學(xué)形式,將理論講解、實(shí)踐教學(xué)與創(chuàng)新活動等融為一體,采用教師引導(dǎo)、學(xué)生主體的方式開展,使教與學(xué)的有效性得到最大限度的發(fā)揮。

      工程項(xiàng)目教法學(xué)的特點(diǎn),恰與現(xiàn)在機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計存在的問題形成鮮明的對比,可有效解決學(xué)生學(xué)習(xí)主動性差,創(chuàng)新意識低的問題。慧魚創(chuàng)新組合模型的引入可增加設(shè)計題目和內(nèi)容,解決內(nèi)容單一、抄襲嚴(yán)重的問題,因此提出采用工程項(xiàng)目教學(xué)法的,基于慧魚創(chuàng)新組合模型的機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計教學(xué)改革方法。

      四、機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計教學(xué)方法改革措施

      (一)課程設(shè)計題目的設(shè)定

      為了解決以往課程設(shè)計存在的設(shè)計內(nèi)容單一問題,結(jié)合4年來的教學(xué)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),對課程設(shè)計題目做出了以下調(diào)整:

      1.鼓勵學(xué)生自選工程對象作為課程設(shè)計題目

      由于不少學(xué)生在暑期都有生產(chǎn)實(shí)踐的經(jīng)驗(yàn),接觸過形形色色的工程對象,也有了自己理想的就業(yè)區(qū)域和就業(yè)方向。為了使學(xué)生更加清楚未來的研究對象,鼓勵學(xué)生根據(jù)自已的需要選擇課程設(shè)計題目。這樣可以幫助學(xué)生畢業(yè)后快速熟悉企業(yè)與產(chǎn)品。

      2.鼓勵學(xué)生選取機(jī)械設(shè)計大賽中的工程對象作為課程設(shè)計題目

      機(jī)械設(shè)計大賽的題目都是根據(jù)機(jī)械學(xué)科大學(xué)生應(yīng)該具備的設(shè)計能力而設(shè)置的,該設(shè)計題目不僅難易適中,重復(fù)率低,且設(shè)計內(nèi)容豐富、與時俱進(jìn),與現(xiàn)代社會需要和熱點(diǎn)相吻合。以此為題不僅可以滿足課程設(shè)計的要求,也能更好地鍛煉學(xué)生的自主創(chuàng)新能力。此外,設(shè)計說明書和圖紙等資料可以進(jìn)接用于機(jī)械設(shè)計大賽,可謂一舉兩得。

      3.鼓勵學(xué)生采用慧魚創(chuàng)新組合模型中的工程對象作為課程設(shè)計內(nèi)容

      鼓勵學(xué)生利用慧魚構(gòu)件,搭建自己感興趣的工程對象,并以此作為課程設(shè)計題目。這樣可以在完成課程設(shè)計的同時,提高學(xué)生的創(chuàng)新設(shè)計能力,而創(chuàng)新設(shè)計能力正是現(xiàn)在大學(xué)生亟待提高的能力,也是學(xué)校、企業(yè)和社會最需要的。

      (二)教學(xué)過程設(shè)置

      課程設(shè)計題目選定好后,正式開始課程設(shè)計。以往的課程設(shè)計過程是空對空的方式,從已知數(shù)據(jù)到設(shè)計參數(shù),再到各傳動零件的設(shè)計,最后到圖紙。整個過程都是單一地面對各種不同的書籍,到課程設(shè)計結(jié)束,很多學(xué)生都不是很清楚自己設(shè)計的工程設(shè)備的工作方式?;诨埕~創(chuàng)新組合模型和工程項(xiàng)目教學(xué)法的機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計改變了這種空對空的設(shè)計方式。改革后的課程設(shè)計過程如下:

      (1)首先根據(jù)選定的課程設(shè)計題目確定總體方案,學(xué)生根據(jù)自己設(shè)計的總體方案利用慧魚創(chuàng)新組合模型搭建機(jī)械設(shè)備模型。學(xué)生可以直觀的看到自己設(shè)計的產(chǎn)品,并能通過模型的運(yùn)動情況更加準(zhǔn)確的確定出最佳設(shè)計方案,并寫出具體的方案比較。

      (2)根據(jù)設(shè)計參數(shù)選擇原動件的型號,再進(jìn)行傳動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計,軸系零部件(軸、軸承和聯(lián)軸器)的設(shè)計和校核。

      (3)根據(jù)設(shè)計結(jié)果完成裝配圖及零件圖的繪制。

      (4)整理設(shè)計說明書,完善圖紙,準(zhǔn)備答辯。

      由于在設(shè)計之初已利用慧魚創(chuàng)新組合模型完成了機(jī)械模型的搭建,因此裝配圖的繪制也不再像以往一樣迷茫,設(shè)備的結(jié)構(gòu)及裝配關(guān)系已一目了然,故裝配圖的繪制更加順利且直觀,各零部件的作用也更加清晰。這也為接下來的設(shè)計說明書的整理和答辯奠定了基礎(chǔ)。課程設(shè)計流程如圖1所示。

      圖1 課程設(shè)計過程

      (三)教學(xué)過程管理

      針對上文中提到的課程設(shè)計中存在的問題,為了提高機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計教學(xué)效果,達(dá)到課程設(shè)計教學(xué)目標(biāo),對機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計的教學(xué)管理方法開展了一系列教學(xué)改革,具體措施如下:

      1.課程設(shè)計教學(xué)時間管理

      常規(guī)的課程設(shè)計時間一般安排在機(jī)械設(shè)計課程結(jié)束后,也就是期末。每年的機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計時間都與大學(xué)英語四六級考試和期末考試撞車,導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)態(tài)度不夠端正,總是利用課程設(shè)計時間學(xué)習(xí)其它內(nèi)容[3]。另外課程設(shè)計時間只有2周,時間緊迫,學(xué)生根本沒有仔細(xì)考慮和探究的時間,只能是依葫蘆畫瓢,導(dǎo)致課程設(shè)計效果不佳[3,6-8]。為了解決這個問題,我們對課程設(shè)計時間做了調(diào)整,在開學(xué)初就向?qū)W生下發(fā)課程設(shè)計要求,使課程設(shè)計過程伴隨機(jī)械設(shè)計課程的開展一起向前推進(jìn),做到邊學(xué)邊用,這一點(diǎn)也與工程項(xiàng)目教學(xué)法不謀而合[9]。這樣做的好處有二:第一,學(xué)生在學(xué)習(xí)的過程中已基本掌握了設(shè)計過程和方法,并且學(xué)生有足夠的時間去消化所學(xué)的知識;第二,可激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣,變被動學(xué)習(xí)為主動學(xué)習(xí)。

      除此之外,在學(xué)期末安排集中課程設(shè)計,要求學(xué)生在2個星期的時間內(nèi)完成所選工程對象的模型搭建和設(shè)計,學(xué)生可以將學(xué)習(xí)過程中分散的設(shè)計內(nèi)容連貫成線,進(jìn)一步完善設(shè)計內(nèi)容,加深對設(shè)計對象的認(rèn)識和理解。

      2.課程設(shè)計總動員

      為了讓學(xué)生從根本上意識到課程設(shè)計的重要性,提高學(xué)生的認(rèn)識和重視程度,在開學(xué)初下發(fā)課程設(shè)計內(nèi)容要求的時候由任課教師進(jìn)行動員,向?qū)W生明確課程設(shè)計要求、評分標(biāo)準(zhǔn)、及課程設(shè)計的重要性。幾年的任教經(jīng)驗(yàn),發(fā)現(xiàn)學(xué)生一個共同的特點(diǎn),老師要求嚴(yán),則學(xué)生態(tài)度端正,老師要求松,則抄襲和應(yīng)付現(xiàn)在嚴(yán)重。因此一定要對學(xué)生提出嚴(yán)格而明確的要求。比如說明書和圖紙應(yīng)達(dá)到的基本標(biāo)準(zhǔn),課程設(shè)計對畢業(yè)設(shè)計的影響等等,只有學(xué)生從心理上意識到了課程設(shè)計的重要性,才會以認(rèn)真的態(tài)度完成它,也會讓學(xué)生在課程設(shè)計過程中真正掌握對自己將來有用的知識。

      3.教學(xué)氛圍建立

      好的學(xué)習(xí)氛圍才有好的學(xué)習(xí)效果。為了營造良好的學(xué)習(xí)氛圍,首先指導(dǎo)教師應(yīng)提高認(rèn)識,把課程設(shè)計的課堂教學(xué)管理作為比理論教學(xué)更為重要的任務(wù),考慮到課程設(shè)計教學(xué)的靈活性,實(shí)際上課程設(shè)計的教學(xué)管理要比理論課堂管理難度更大。以往的課程設(shè)計課堂管理方法相對較松,一般指導(dǎo)教師只會抽時間對學(xué)生進(jìn)行指導(dǎo),這樣就會出現(xiàn),學(xué)生遇到難題時找不到指導(dǎo)教師的情況,這樣學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性就會很快降低[3,6]。為了解決該問題,我院要求指導(dǎo)教師全程跟課,隨時解決學(xué)生遇到的難點(diǎn)和疑點(diǎn),但指導(dǎo)教師在學(xué)生遇到難點(diǎn)和疑點(diǎn)時,不要急于給出答案,而應(yīng)鼓勵學(xué)生間的交流與合作,通過同學(xué)之間的討論,找出解決問題的辦法,以加深理解,同時提高學(xué)生的團(tuán)隊(duì)意識。研究表明,教師與學(xué)生之間,學(xué)生與學(xué)生之間在課內(nèi)外的接觸、溝通和交流,有助于增加學(xué)生的學(xué)習(xí)動力和對學(xué)習(xí)的投入[10]。在指導(dǎo)過程中,指導(dǎo)教師也應(yīng)適時拋出問題,引發(fā)學(xué)生的深思和求知欲望,并應(yīng)積極鼓勵學(xué)生自己去查閱資料,引導(dǎo)學(xué)生獨(dú)立思考,培養(yǎng)他們自主創(chuàng)新能力,并對學(xué)生獨(dú)立解決問題的能力給予充分的肯定和鼓勵。為了保證課程設(shè)計任務(wù)按時完成,指導(dǎo)教師應(yīng)每天檢查并公布學(xué)生進(jìn)度,以助于學(xué)生之間互相促進(jìn),共同進(jìn)步。課程設(shè)計結(jié)束后,教師應(yīng)及時總結(jié)本次課程設(shè)計教學(xué)過程中值得借鑒的經(jīng)驗(yàn)。

      (四)成績評定與考核標(biāo)準(zhǔn)

      1.成績評定

      采用“三位一體”成績評定方法。“三位”是指教師、學(xué)生互評、學(xué)生自評,“一體”指,三個成績按照不同的權(quán)值合為一個總成績。在成績的評定過程中,指導(dǎo)教師負(fù)責(zé)制定、解釋成績評定的具體辦法和評定指標(biāo),審定最終成績評定結(jié)果的有效性,并接受學(xué)生有關(guān)成績評定的質(zhì)疑等。學(xué)生互評是指學(xué)生根據(jù)全班同學(xué)的設(shè)計工作總體情況,對全班同學(xué)成績做出客觀評價。這樣不定可以使用績評定更加公平,也可幫助學(xué)生了解自己與他人之間的差距,提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。除此之外,可起到學(xué)生之間互相監(jiān)督,減少抄襲的目的。學(xué)生是課程設(shè)計的主體,對自己的設(shè)計任務(wù)完成情況有基本的認(rèn)識,要求參考其他人對自己的設(shè)計完成情況做出評價,有助于對自己做出清醒的認(rèn)識。

      評定等級分為優(yōu)秀、良好、中等、及格和不及格五個等級,評定綜合得分在90分(含)以上為優(yōu)秀,80-90分者為良好,70-80分者為中等,60-70分為及格,60分以下為不及格[11]。

      2.考核標(biāo)準(zhǔn)

      改革后的機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計由于增加了模型搭建環(huán)節(jié),因此其考核標(biāo)準(zhǔn)也發(fā)生了改變,在原來平時表現(xiàn)、設(shè)計說明書、裝配圖和零件圖、答辯的基礎(chǔ)上增加模型搭建環(huán)節(jié),各環(huán)節(jié)所占百分比如表1所示。

      表1 考核標(biāo)準(zhǔn)

      慧魚模型根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計的合理性評分;平時表現(xiàn)包括出勤率和課程設(shè)計過程中的學(xué)習(xí)態(tài)度。這就要求指導(dǎo)教師在課程設(shè)計過程中關(guān)注每個學(xué)生的表現(xiàn)。設(shè)計說明書重點(diǎn)關(guān)注總體方案、原動件選擇、傳動系統(tǒng)設(shè)計、軸系零部件設(shè)計及校核及箱體設(shè)計,另外需要關(guān)注說明書格式方面的要求;圖紙重點(diǎn)檢查軸系零部件的軸向和周向定位,潤滑、螺栓連接方式和畫法、密封、間隙調(diào)整;裝配圖需關(guān)注三大尺寸,零件圖需要關(guān)注尺寸和形位公差;答辯時主要根據(jù)學(xué)生對所設(shè)計機(jī)械結(jié)構(gòu)圖的掌握程度和問題回答的正確性進(jìn)行評分。成立課程設(shè)計答辯小組,給學(xué)生3分鐘講述時間,每一個學(xué)生5分種時間回答老師提問。答辯教師應(yīng)認(rèn)真檢查學(xué)生圖紙和說明書,并指出存在的錯誤。答辯結(jié)束后,學(xué)生應(yīng)根據(jù)教師指出的錯誤進(jìn)行修改。這樣有助于全面了解學(xué)生課程設(shè)計質(zhì)量和真實(shí)評價教學(xué)效果。使學(xué)生端正學(xué)習(xí)態(tài)度,避免應(yīng)付差事。也為今后的畢業(yè)設(shè)計答辯打下良好的基礎(chǔ)[6]。

      五、教學(xué)方法改革調(diào)查與反饋

      為了檢測該教學(xué)改革方法的成效,選取了機(jī)械專業(yè)四個班級中的兩個班級進(jìn)行教學(xué)改革,采用基于慧魚創(chuàng)新組合模型的,以工程對象為設(shè)計目標(biāo)的課程設(shè)計教學(xué)方法。

      表2 傳統(tǒng)教學(xué)與改革教學(xué)法學(xué)生工程項(xiàng)目自我效能得分比較

      一個學(xué)期的課程結(jié)束后,對四個班級共163名學(xué)生進(jìn)行了調(diào)查問卷,其中81名學(xué)生采用了傳統(tǒng)的教學(xué)方法,82名學(xué)生采用了改革后的教學(xué)方法。調(diào)查問卷的題目參考了文獻(xiàn)[3]的附錄1,對學(xué)生的工程項(xiàng)目自我效能進(jìn)行了調(diào)查,調(diào)查結(jié)果統(tǒng)計如表2所示。調(diào)查結(jié)果表明,基于慧魚創(chuàng)新組合模型,采用工程項(xiàng)目教學(xué)法提高學(xué)生的工程項(xiàng)目自我效能效果顯著,學(xué)生的自信心有了明顯的提高,反映了該教學(xué)方法的優(yōu)越性;但同時也從另一個側(cè)面反映了我們學(xué)生的工程實(shí)際能力,機(jī)械類學(xué)生在實(shí)際動手能力方面還有很大的提升空間。在以后的教學(xué)過程中應(yīng)加大學(xué)生工程實(shí)際能力的培養(yǎng),在更多的專業(yè)性課程中引入慧魚創(chuàng)新組合模型,嘗試工程項(xiàng)目教學(xué)法的應(yīng)用和推廣。

      六、結(jié) 語

      以工程項(xiàng)目教學(xué)法為理論基礎(chǔ)的機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計,利用慧魚創(chuàng)新組合模型構(gòu)件全、搭建快捷、組裝結(jié)構(gòu)全、實(shí)踐性強(qiáng)、運(yùn)動直觀、創(chuàng)新性強(qiáng)的特點(diǎn),將傳統(tǒng)單一題目的課程設(shè)計改為學(xué)生自定題目和固定題目相結(jié)合的方式,固定題目在機(jī)械設(shè)計課程講授過程中,學(xué)生邊學(xué)邊設(shè)計。課程設(shè)計其間學(xué)生結(jié)合自定題目,利用慧魚模型搭建機(jī)械結(jié)構(gòu),然后根據(jù)模型完成原動件、傳動件和軸系零部件的設(shè)計,最后進(jìn)行答辯。成績的評定由原來的單一指導(dǎo)教師評分改革為教師、學(xué)生互評和學(xué)生自評相結(jié)合的方式,評價內(nèi)容也增加慧魚模型搭建。經(jīng)過兩個學(xué)期的教學(xué)實(shí)踐及教學(xué)效果反饋表明,該教改方法大大降低了學(xué)生課程設(shè)計期間的抄襲現(xiàn)象,學(xué)生的主觀學(xué)習(xí)能動性明顯提高,學(xué)生動手能力,創(chuàng)新能力也得到了改善。

      [1]朱玉.CDIO 工程教育模式下“機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計”教改的探討[J].中國電力教育,2010(19).

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