史 勇,黃小娜,高澤斌,邢春曉,宋 玲,郭俊先,李雪蓮
(新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院,新疆烏魯木齊830052)
《機(jī)械制造工藝學(xué)》課程的實(shí)踐環(huán)節(jié)是新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)學(xué)生在結(jié)束《機(jī)械制造工藝學(xué)》理論課程,并完成機(jī)械制造生產(chǎn)實(shí)習(xí)環(huán)節(jié)后參加的重要的教學(xué)環(huán)節(jié)。實(shí)踐環(huán)節(jié)分為工廠實(shí)習(xí)和課程設(shè)計(jì)兩部分,工廠實(shí)習(xí)地點(diǎn)是中國(guó)一拖集團(tuán)有限公司。在實(shí)習(xí)過(guò)程中,要求學(xué)生必須熟練運(yùn)用《機(jī)械制造工藝學(xué)》課程的基本理論,對(duì)典型零件在加工過(guò)程中的裝夾、工藝路線的安排、工序尺寸的確定等問(wèn)題進(jìn)行觀察分析,從而提高學(xué)生分析和解決問(wèn)題的能力,并為后續(xù)的《機(jī)械制造工藝學(xué)》的課程設(shè)計(jì)打下基礎(chǔ)。課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)要求學(xué)生結(jié)合實(shí)習(xí)內(nèi)容,設(shè)計(jì)“連桿”組件的機(jī)械加工工藝規(guī)程及工藝裝備,通過(guò)對(duì)“連桿”組中各零件進(jìn)行工藝分析,制訂零件的機(jī)械加工工藝路線,并完成相關(guān)工藝裝備(夾具)的設(shè)計(jì)。受新冠肺炎疫情影響,原教學(xué)計(jì)劃中在2020~2021 學(xué)年上學(xué)期安排機(jī)制專業(yè)大四學(xué)生前往中國(guó)一拖集團(tuán)有限公司完成的實(shí)習(xí)環(huán)節(jié),無(wú)法按計(jì)劃實(shí)施,因此,考慮通過(guò)“線上+線下”的交互式和案例式教學(xué)法,在校內(nèi)完成該環(huán)節(jié)的教學(xué)工作。
交互式教學(xué)法強(qiáng)調(diào)以學(xué)生為中心,教師是促成者或獨(dú)立的參與者,是注重培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力的一種教學(xué)方法。在教學(xué)活動(dòng)中,通過(guò)多種方式加強(qiáng)師生間的溝通以及學(xué)生之間的互助,加深學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解和掌握。案例式教學(xué)法是通過(guò)模擬或者重現(xiàn)現(xiàn)實(shí)工作中的相關(guān)場(chǎng)景,讓學(xué)生將自身代入案例場(chǎng)景,并運(yùn)用所學(xué)知識(shí)來(lái)分析判斷場(chǎng)景中出現(xiàn)的問(wèn)題,提高學(xué)生解決問(wèn)題的能力。
新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)2020~2021 學(xué)年《機(jī)械制造工藝學(xué)》課程的實(shí)踐環(huán)節(jié)采用“線上+線下”的交互式和案例式教學(xué)法,依托自治區(qū)教研教改項(xiàng)目“基于工程認(rèn)證評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)課程體系構(gòu)建及課程文檔完善”和新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)教研教改項(xiàng)目“交互式和案例式教學(xué)法在《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》課程的研究與應(yīng)用”的支持,與中國(guó)一拖集團(tuán)有限公司進(jìn)行合作,采用線上實(shí)習(xí)的方式,由中國(guó)一拖集團(tuán)技術(shù)專家通過(guò)騰訊會(huì)議軟件為學(xué)生授課,并進(jìn)行線上互動(dòng)及答疑,線上實(shí)習(xí)結(jié)束后,基于案例和項(xiàng)目教學(xué)模式開展課程設(shè)計(jì)實(shí)踐環(huán)節(jié)。文中將對(duì)“線上+線下”交互式和案例式教學(xué)法的具體實(shí)施方式和實(shí)施效果進(jìn)行詳細(xì)地介紹以及探討。
在《機(jī)械制造工藝學(xué)》課程實(shí)習(xí)環(huán)節(jié)中,由于學(xué)生無(wú)法現(xiàn)場(chǎng)認(rèn)識(shí)零件的加工設(shè)備、體驗(yàn)加工工藝過(guò)程,因此,為了提升實(shí)習(xí)效果,激發(fā)學(xué)生的主動(dòng)性和創(chuàng)造性,采用“線上+線下”的交互式和案例式相結(jié)合的授課方法。實(shí)習(xí)環(huán)節(jié)為期三周,每天安排兩場(chǎng)直播授課,由中國(guó)一拖集團(tuán)的專家結(jié)合我校機(jī)制專業(yè)的課程體系和教學(xué)目標(biāo)有針對(duì)性地為學(xué)生講授。授課專家搜集工廠案例視頻并加以總結(jié),適當(dāng)?shù)卮┎宓骄€上課堂中,通過(guò)歸納典型機(jī)械零部件的設(shè)計(jì)案例加強(qiáng)與學(xué)生的互動(dòng),幫助學(xué)生提高分析和解決實(shí)際問(wèn)題的能力[1]。在線下授課中,教師精心設(shè)計(jì)各類與機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)相關(guān)的思考題,加強(qiáng)與學(xué)生的交流和討論。此外,利用現(xiàn)代化的教學(xué)手段來(lái)促進(jìn)交互式和案例式教學(xué)方法的實(shí)施,建立網(wǎng)絡(luò)資源庫(kù)和案例庫(kù),豐富學(xué)生的學(xué)習(xí)資源。本項(xiàng)目的研究?jī)?nèi)容主要包括以下幾個(gè)方面。
首先分析學(xué)生知識(shí)結(jié)構(gòu)。機(jī)械制造工程學(xué)課程實(shí)踐環(huán)節(jié)的重要先修課程為《機(jī)械制造基礎(chǔ)》、《工程材料》、《金屬工藝學(xué)》等課程。實(shí)踐環(huán)節(jié)安排在大四上學(xué)期,學(xué)生此時(shí)已經(jīng)掌握了有關(guān)機(jī)械加工和工藝的相關(guān)知識(shí),也初步具備了設(shè)計(jì)典型機(jī)械零部件的能力。學(xué)生欠缺的是實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)以及關(guān)于機(jī)械設(shè)計(jì)的系統(tǒng)訓(xùn)練,因此授課教師課前應(yīng)加強(qiáng)相關(guān)案例的搜集,重點(diǎn)介紹典型零件加工工藝過(guò)程和裝備,并總結(jié)匯總。
其次是對(duì)現(xiàn)有視頻資源進(jìn)行分析重組。從教師前期搜集的資源中,重點(diǎn)整理出金屬熱處理、拖拉機(jī)制造工藝、齒輪加工工藝、鍛造工藝及鑄造工藝等視頻資源,并對(duì)視頻資源逐一觀看、分析,選取與課程教學(xué)內(nèi)容相匹配的15 段視頻,每段時(shí)長(zhǎng)不少于1 小時(shí)。鑒于機(jī)械制造技術(shù)的智能化發(fā)展以及對(duì)學(xué)生知識(shí)擴(kuò)展的要求,授課教師需挑選智能化制造及工業(yè)機(jī)器人智能化技術(shù)方面的5 個(gè)視頻,穿插到實(shí)踐過(guò)程中,供學(xué)生們觀看學(xué)習(xí)。
第三是通過(guò)交流合作確定最終實(shí)習(xí)內(nèi)容。針對(duì)課程實(shí)踐環(huán)節(jié)的重點(diǎn)內(nèi)容——“曲軸的加工工藝、連桿的加工工藝和箱體類零件的加工工藝”,積極與中國(guó)一拖集團(tuán)的技術(shù)人員交流合作,由中國(guó)一拖集團(tuán)的老師為學(xué)生線上授課,共安排直播授課20 場(chǎng)。這樣的實(shí)習(xí)授課模式下,學(xué)生在校內(nèi)就可以了解企業(yè)的生產(chǎn)情況,并結(jié)合授課教師的詳細(xì)講解,也能達(dá)到實(shí)習(xí)要求[2]。
建設(shè)好線上資源。采用釘釘軟件建立機(jī)制專業(yè)師生實(shí)習(xí)交流群,并制定實(shí)習(xí)計(jì)劃,做好實(shí)習(xí)課程表,校內(nèi)任課教師將前期搜集的相關(guān)視頻資料在課前按照實(shí)習(xí)計(jì)劃及時(shí)分享給學(xué)生,并布置相關(guān)作業(yè)題引導(dǎo)學(xué)生自學(xué)。學(xué)生為了按要求完成作業(yè)需主動(dòng)在網(wǎng)上查閱資料,同時(shí),建議學(xué)生將個(gè)人疑問(wèn)匯總起來(lái),以小組為單位進(jìn)行討論解決[3]。
實(shí)習(xí)環(huán)節(jié)采取直播授課的方式,利用簽到功能完成學(xué)生的課前點(diǎn)名工作。點(diǎn)名結(jié)束后,中國(guó)一拖集團(tuán)的技術(shù)專家通過(guò)騰訊會(huì)議軟件直播授課,學(xué)生在認(rèn)真聽講過(guò)程中做好筆記,同時(shí)將聽課過(guò)程中產(chǎn)生的疑問(wèn)記錄下來(lái)。在線講解結(jié)束后進(jìn)入答疑環(huán)節(jié),由技術(shù)專家結(jié)合工廠生產(chǎn)實(shí)際,為學(xué)生線上答疑,幫助學(xué)生解答課前預(yù)習(xí)和聽課過(guò)程中所產(chǎn)生的疑問(wèn)。在此環(huán)節(jié)中,鼓勵(lì)學(xué)生積極與專家進(jìn)行互動(dòng)交流,以獲取更多的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)[4]。
課后,由校內(nèi)任課教師對(duì)當(dāng)天專家直播授課內(nèi)容進(jìn)行總結(jié),結(jié)合課程教學(xué)目標(biāo)和教學(xué)任務(wù),重點(diǎn)幫助學(xué)生理清直播內(nèi)容與課程設(shè)計(jì)及畢業(yè)設(shè)計(jì)的關(guān)聯(lián),并給學(xué)生布置課后作業(yè)。學(xué)生需要通過(guò)釘釘學(xué)習(xí)日志功能上傳當(dāng)天的學(xué)習(xí)筆記和作業(yè),由任課教師進(jìn)行線上批改,并給出評(píng)分作為學(xué)生平時(shí)成績(jī)的重要部分[5]。
為了擴(kuò)大學(xué)生的知識(shí)面,充分發(fā)揮學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力,每天線上實(shí)習(xí)環(huán)節(jié)結(jié)束后,安排學(xué)生3~4 人一組,針對(duì)當(dāng)天專家的授課內(nèi)容在網(wǎng)上搜集和整理與課程視頻內(nèi)容相關(guān)的典型零部件的加工和裝配工藝案例,學(xué)生間相互探討,任課教師把關(guān),共同研究,建立《機(jī)械制造工藝學(xué)》課程的案例庫(kù)[6]。
校內(nèi)任課教師定期在線上給學(xué)生進(jìn)行教學(xué)輔導(dǎo)。學(xué)生以小組為單位,主動(dòng)展示自己搜集的案例,通過(guò)釘釘軟件的屏幕共享功能分享給大家,采用線上課堂討論、相互提問(wèn)的方式,分析案例的典型性和實(shí)用性,并決定是否納入課程的案例庫(kù)。通過(guò)這樣的教學(xué)輔導(dǎo)過(guò)程,使學(xué)生將自身代入機(jī)械工藝設(shè)計(jì)的案例場(chǎng)景,運(yùn)用已有的知識(shí)來(lái)分析、判斷并解決現(xiàn)實(shí)工作情境中發(fā)生的事件。搜集的案例主要以視頻、動(dòng)畫為主,以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造力,同時(shí)也是對(duì)在線授課資源的補(bǔ)充[7]。
通過(guò)搜集整理的各種典型零部件的設(shè)計(jì)案例,開發(fā)各類形式多樣、靈活有趣的思考題。思考題緊扣課程重點(diǎn),以機(jī)械加工精度和加工質(zhì)量、典型零件加工工藝制定、裝配工藝過(guò)程設(shè)計(jì)、機(jī)床夾具設(shè)計(jì)等內(nèi)容為主,思考題還要與學(xué)生所觀看的視頻資料緊密聯(lián)系,與生產(chǎn)實(shí)踐相結(jié)合。通過(guò)各類思考題的開發(fā)與探討加強(qiáng)師生間的互動(dòng),幫助學(xué)生跳出思維定式,從多種角度來(lái)思考問(wèn)題[8]。
在學(xué)生交互階段,學(xué)生采取教師的教學(xué)方法,以小組為單位,主動(dòng)搜集各類資料,自行設(shè)計(jì)多層次、高水平問(wèn)題,在課下相互提問(wèn)、解答。學(xué)生們可通過(guò)多種思維策略設(shè)計(jì)問(wèn)題及搜集案例,尋找相似事物中細(xì)微的不同之處,從而培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維能力。同時(shí),教師也可以在課余時(shí)間與學(xué)生共同探討,促進(jìn)學(xué)生課后的生生對(duì)話、交流、討論,提高學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和參與度,進(jìn)而促進(jìn)學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握和升華。
為了加強(qiáng)對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)過(guò)程的監(jiān)管,同時(shí)對(duì)課程的考核模式進(jìn)行創(chuàng)新,采用“考勤+實(shí)習(xí)日志+課后作業(yè)+案例搜集+小組討論”的考核方式。要求學(xué)生在視頻授課前完成簽到考勤,并通過(guò)上傳當(dāng)日的學(xué)習(xí)圖片。授課結(jié)束后,學(xué)生將實(shí)習(xí)日志上傳,由校內(nèi)任課教師進(jìn)行統(tǒng)一批改,實(shí)習(xí)結(jié)束后,以班級(jí)為單位將實(shí)習(xí)報(bào)告紙質(zhì)版交到任課教師處。教師根據(jù)課程內(nèi)容布置課后作業(yè)加以鞏固,學(xué)生認(rèn)真完成作業(yè)并提交。案例搜集和小組討論環(huán)節(jié)中,學(xué)生以小組為單位,自行搜集案例,設(shè)計(jì)思考題,并完成作答,然后提交給任課教師,任課教師進(jìn)行審核和批閱。通過(guò)這種綜合考核模式,可以有效實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)過(guò)程的監(jiān)管,學(xué)生也通過(guò)以小組為單位的合作學(xué)習(xí)模式,實(shí)現(xiàn)相互監(jiān)督和相互激勵(lì)。
圖1 《機(jī)械制造工藝學(xué)》實(shí)習(xí)環(huán)節(jié)的“線上+線下”交互式和案例式教學(xué)法流程
《機(jī)械制造工藝學(xué)》課程實(shí)習(xí)環(huán)節(jié)結(jié)束后,進(jìn)入課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié),該環(huán)節(jié)課時(shí)安排為兩周,內(nèi)容是設(shè)計(jì)連桿零件的機(jī)械加工工藝規(guī)程及工藝裝備。課程設(shè)計(jì)的具體要求有:(1)能熟練運(yùn)用《機(jī)械制造工藝學(xué)》課程中的基本理論以及在線實(shí)習(xí)中學(xué)到的知識(shí),合理地解決零件在加工中的定位、夾緊以及工藝路線安排、工藝尺寸確定等問(wèn)題,保證零件的加工質(zhì)量;(2)提高結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能力。學(xué)生通過(guò)設(shè)計(jì)夾具訓(xùn)練,根據(jù)被加工零件的加工要求,設(shè)計(jì)出高效、省力、經(jīng)濟(jì)合理且能保證加工質(zhì)量的夾具;(3)學(xué)會(huì)使用相關(guān)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)及圖表資料,掌握與本設(shè)計(jì)有關(guān)的各種資料的名稱出處,能夠做到熟練運(yùn)用[9]。
往年我校的《機(jī)械制造工藝學(xué)》課程設(shè)計(jì)是在學(xué)生完成實(shí)習(xí)環(huán)節(jié)后返校進(jìn)行的,繪圖環(huán)節(jié)主要采用手工繪制二維工程圖。由于2020~2021學(xué)年采用線上實(shí)習(xí)的教學(xué)模式,通過(guò)任課教師和學(xué)生的共同努力,雖然取得了較好的效果,但缺乏現(xiàn)場(chǎng)教學(xué),學(xué)生的空間想象能力和工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)還是無(wú)法完全彌補(bǔ),學(xué)生的創(chuàng)新能力依舊受到了一定的制約,因此,為了提高課程設(shè)計(jì)質(zhì)量,考慮從以下幾個(gè)方面對(duì)課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)進(jìn)行改進(jìn)。
本學(xué)期課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容應(yīng)該在保證工作任務(wù)要求的基礎(chǔ)上,與前期線上實(shí)習(xí)環(huán)節(jié)的內(nèi)容緊密結(jié)合,對(duì)連桿的加工工藝過(guò)程進(jìn)行分解,分為加工大頭孔、小頭孔、端面和螺紋孔四部分,學(xué)生以小組為單位,根據(jù)小組成員的特點(diǎn)自主選題。同時(shí),也可結(jié)合大學(xué)生創(chuàng)新項(xiàng)目及校企合作項(xiàng)目擴(kuò)大選題范圍[10]。題目確定后,任課教師根據(jù)學(xué)生的選題,對(duì)學(xué)生進(jìn)行輔導(dǎo),并聯(lián)系一拖集團(tuán)和其他相關(guān)的內(nèi)地企業(yè),利用企業(yè)的現(xiàn)有資源為學(xué)生提供工程案例參考。通過(guò)以上教學(xué)方式,可以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,挖掘?qū)W生的工程設(shè)計(jì)創(chuàng)新能力[11]。
為了提升課程設(shè)計(jì)的效果,增強(qiáng)設(shè)計(jì)產(chǎn)品的直觀性,改進(jìn)前期網(wǎng)絡(luò)授課和網(wǎng)絡(luò)實(shí)習(xí)的不足,采用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件,以小組為單位,對(duì)連桿加工的工藝裝備進(jìn)行設(shè)計(jì)。首先引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行小組討論,明確自己所在小組在夾具設(shè)計(jì)過(guò)程中需要的定位元件和夾緊元件類別,然后參考《機(jī)械設(shè)計(jì)工藝手冊(cè)》和《夾具設(shè)計(jì)手冊(cè)》,按照設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn),使用三維繪圖軟件繪制出所需的定位元件和夾緊元件。其次,小組成員根據(jù)個(gè)人的任務(wù)要求,利用三維軟件繪制夾具體及非標(biāo)準(zhǔn)件,設(shè)計(jì)過(guò)程中,任課教師采用線上和線下的輔導(dǎo)方式對(duì)學(xué)生繪制的三維圖進(jìn)行點(diǎn)評(píng)和指導(dǎo)。學(xué)生完成夾具體設(shè)計(jì)后,再使用三維軟件對(duì)夾具進(jìn)行裝配,并對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行干涉檢查,檢驗(yàn)零部件設(shè)計(jì)的合理性,形成最終的作品[12]。
學(xué)生的三維作品完成后,需要轉(zhuǎn)換成二維圖紙。由于前期學(xué)生的課程學(xué)習(xí)和實(shí)習(xí)環(huán)節(jié)均為在線完成,導(dǎo)致學(xué)生對(duì)圖紙上工藝尺寸的標(biāo)注依然不熟練,這就需要任課教師加強(qiáng)對(duì)學(xué)生的線上和線下指導(dǎo)。通過(guò)線上討論、任務(wù)驅(qū)動(dòng)、網(wǎng)上輔導(dǎo)等方式,對(duì)學(xué)生圖紙上的尺寸標(biāo)注、設(shè)計(jì)說(shuō)明書中的定位誤差和夾緊力的計(jì)算等內(nèi)容進(jìn)行輔導(dǎo),幫助學(xué)生完善課程設(shè)計(jì)內(nèi)容[13]。同時(shí),對(duì)課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的考核機(jī)制進(jìn)行改進(jìn),注重過(guò)程的考察,以學(xué)生小組方案的制定、三維圖紙的繪制、二維圖紙的繪制、工藝過(guò)程卡和工序卡的編寫以及設(shè)計(jì)說(shuō)明書的內(nèi)容為考核標(biāo)準(zhǔn),另外將學(xué)生與教師的互動(dòng)情況、學(xué)生對(duì)夾具設(shè)計(jì)案例的搜集、小組成員的合作情況、不同設(shè)計(jì)階段各個(gè)小組的任務(wù)完成情況也作為考核的重要指標(biāo)。課程設(shè)計(jì)最終采取小組答辯的方式,公平、公正地對(duì)學(xué)生的課程設(shè)計(jì)進(jìn)行綜合評(píng)分[14]。
在新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)教研教改項(xiàng)目的支持下,結(jié)合大學(xué)生創(chuàng)新項(xiàng)目與教學(xué)環(huán)節(jié)的聯(lián)系,對(duì)《機(jī)械制造工藝學(xué)》課程實(shí)習(xí)環(huán)節(jié)和課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的教學(xué)模式進(jìn)行了改革,將線上授課與案例分析、小組討論、案例庫(kù)建設(shè)相結(jié)合,加大授課過(guò)程中對(duì)學(xué)生的監(jiān)管力度。通過(guò)在校內(nèi)的具體實(shí)踐活動(dòng),克服了我校學(xué)生無(wú)法前往企業(yè)實(shí)習(xí)的不足,通過(guò)線上與線下相結(jié)合的教學(xué)模式,最大程度上優(yōu)化了學(xué)生的課程實(shí)習(xí)和課程實(shí)踐環(huán)節(jié)的效果。今后,我們將充分總結(jié)和利用這些教學(xué)經(jīng)驗(yàn),同時(shí)以創(chuàng)建精品課程為目標(biāo),繼續(xù)對(duì)授課和實(shí)踐環(huán)節(jié)進(jìn)行改進(jìn)和創(chuàng)新,加強(qiáng)學(xué)生實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng),推動(dòng)我院實(shí)踐課程教學(xué)水平的不斷提高。