張乃龍

摘要：以應(yīng)用型人才的培養(yǎng)為目標，基于過程驅(qū)動的思想，改革現(xiàn)有實驗方法和內(nèi)容，促進學(xué)生帶著問題學(xué)習(xí)課堂內(nèi)容，提升學(xué)生的學(xué)習(xí)針對性和學(xué)習(xí)效果。針對實驗滯后于教學(xué)、實驗與教學(xué)結(jié)合不緊密、針對性不強的問題，從改革減速器拆裝實驗入手，以實驗問題驅(qū)動學(xué)生課堂學(xué)習(xí)，增強學(xué)生對上課內(nèi)容的理解，增加公差配合實踐教學(xué)內(nèi)容，并進行三維建模和二維工程圖繪制等實踐鍛煉，以培養(yǎng)學(xué)生的綜合工程實踐能力。

關(guān)鍵詞：實驗改革；公差配合；教學(xué)設(shè)備；減速箱拆裝

中圖分類號：G642.43 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）11-0185-02

為適應(yīng)教育部卓越工程師培養(yǎng)計劃，達到增強學(xué)生綜合工程能力培養(yǎng)的要求，各高校教學(xué)改革不斷強化和深入，實驗實踐環(huán)節(jié)越來越受到高校的重視。通過逐步增加實驗學(xué)時、實驗課程單獨設(shè)課等措施，可以增強實驗課對學(xué)生工程能力的培養(yǎng)。各高校在實驗改革方面進行了深入研究，主要體現(xiàn)在以下幾個方面：改革教學(xué)管理模式，加強實驗過程管理；[1]合理設(shè)置實驗內(nèi)容，加強學(xué)生綜合能力培養(yǎng)；[2，3]增強理論與實踐結(jié)合，改進實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，增加學(xué)生動手機會；[4，5]利用多媒體及計算機技術(shù)進行實驗探索等。[6-9]實驗改革強調(diào)實驗管理和實驗方式等方面的改革，但當前高校在實驗課內(nèi)容設(shè)置和實驗安排等方面普遍存在一些問題。一方面延續(xù)傳統(tǒng)實驗教學(xué)思路和教學(xué)內(nèi)容，單獨設(shè)課僅僅是一種形式，實驗教學(xué)內(nèi)容往往未自成體系，基本上還是依附于各自的理論課程，實驗安排依附于理論教學(xué)進程；[11]另一方面相關(guān)實驗安排在課堂教學(xué)以后進行，由于學(xué)生普遍存在課堂學(xué)習(xí)目標不明確，學(xué)習(xí)過程不認真，最后突擊應(yīng)付考試的學(xué)習(xí)心態(tài)等問題，導(dǎo)致學(xué)生實驗時對實驗課所需掌握的先修內(nèi)容一知半解，實驗課堂上還要重新講解相關(guān)內(nèi)容，實驗課和課堂教學(xué)成為兩門互不相關(guān)的課程，無法做到實驗教學(xué)和課堂教學(xué)相輔相成。這些現(xiàn)象在很多高校的實驗課教學(xué)過程中普遍存在，嚴重影響了實驗課的教學(xué)質(zhì)量，已經(jīng)引起了許多教育工作者的注意，正逐步上升為亟待解決的共性問題。

一、實驗改革目標

針對以上實驗教學(xué)中存在的各種問題，結(jié)合機械設(shè)計實驗強調(diào)工程技能和實踐動手能力的特點，以機械設(shè)計實驗為改革對象，以增強學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性和持之以恒的學(xué)習(xí)態(tài)度為教學(xué)目標，以改革舊的實驗內(nèi)容安排和實驗與課堂教學(xué)的協(xié)調(diào)關(guān)系為突破口，逐步實行問題驅(qū)動式教學(xué)和討論式教學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)實驗要求關(guān)注和學(xué)習(xí)課堂內(nèi)容，思考課堂內(nèi)容在實驗中的應(yīng)用，最后在實驗課中檢驗和考核課堂所學(xué)內(nèi)容。通過對相關(guān)教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方式的改革，一方面可以增強學(xué)生課堂學(xué)習(xí)的針對性和主動性，另一方面階段性實驗考核督促學(xué)生必須加強課堂教學(xué)的日常學(xué)習(xí)才能較好地完成實驗內(nèi)容，減少應(yīng)試學(xué)習(xí)思想，使學(xué)生逐漸養(yǎng)成良好的課堂學(xué)習(xí)方式和實驗意識，體現(xiàn)了實驗和課堂教學(xué)相輔相成的關(guān)系。

二、機械設(shè)計實驗問題分析

減速箱拆裝實驗是機械設(shè)計實驗課程中重要的實驗內(nèi)容，所用知識點涉及機械設(shè)計課堂教學(xué)的多個章節(jié)，是機械設(shè)計實驗中綜合性較強的實驗，因此，應(yīng)以該實驗內(nèi)容教學(xué)改革為入口，探討機械設(shè)計實驗的改革內(nèi)容和實施方法。

當前的減速箱拆裝實驗一般安排在機械設(shè)計課程后期，要求學(xué)生先期完成齒輪、軸、軸承等章節(jié)知識的學(xué)習(xí)。在實驗過程中，要求學(xué)生首先進行減速箱的拆解，觀察各零部件之間的裝配關(guān)系和零件的定位方法，然后測繪低速軸上的所有零件，包括端蓋和部分下箱體，最后根據(jù)測繪結(jié)果繪制低速軸裝配草圖。主要目的是通過拆解、測繪和繪圖的過程，讓學(xué)生掌握齒輪箱體的結(jié)構(gòu)、軸和齒輪的結(jié)構(gòu)、軸上零件的定位和固定方法、密封以及各附屬零件的作用、構(gòu)造和安裝位置。但由于多數(shù)學(xué)生在課堂上為被動學(xué)習(xí)，對學(xué)習(xí)的相關(guān)知識點沒有深入理解和認識，導(dǎo)致在軸承和齒輪的定位、套筒的使用、端蓋和軸的配合等環(huán)節(jié)出現(xiàn)了各種錯誤。雖然指導(dǎo)教師在檢查作業(yè)時指出了錯誤并讓學(xué)生修改，但由于學(xué)生理解不深入，沒有真正掌握相關(guān)知識點，在課程設(shè)計環(huán)節(jié)仍然會出現(xiàn)同樣的問題。因此，如何合理安排實驗內(nèi)容和實驗方式，讓學(xué)生真正理解和掌握相關(guān)知識點是重點探討的內(nèi)容。

三、機械設(shè)計實驗改革內(nèi)容

當前開展的卓越工程師教育強調(diào)增加學(xué)生的實踐環(huán)節(jié)，培養(yǎng)學(xué)生的工程實踐能力。為適應(yīng)教學(xué)要求，北京工業(yè)大學(xué)先期對機械設(shè)計實驗課程進行了改革，實驗獨立設(shè)課，與教學(xué)同步進行，一方面增加了實驗學(xué)時與學(xué)生的實踐時間，另一方面實驗與課程分離，擺脫了原有的依附地位，增強了實驗的自主性。針對獨立實驗的優(yōu)勢和學(xué)生實驗實踐環(huán)節(jié)存在的問題，以提高學(xué)生實踐能力和動手能力為目標，以減速箱拆裝實驗為突破口，對機械設(shè)計實驗內(nèi)容及實驗安排進行改革，突出讓學(xué)生帶著實驗問題去課堂學(xué)習(xí)的理念和自主學(xué)習(xí)的思想。

實驗改革內(nèi)容以減速箱拆裝實驗為基礎(chǔ)，調(diào)整實驗相關(guān)內(nèi)容及實驗安排，故圖1主要列出了減速箱相關(guān)的實驗內(nèi)容，其他沒有列出的實驗穿插進行。圖1所示的機械設(shè)計實驗改革內(nèi)容，是在實驗初期提出相關(guān)問題后，讓學(xué)生逐步在課堂學(xué)習(xí)中找出答案，并逐步完成和完善實驗內(nèi)容；同時針對綜合工程實踐能力訓(xùn)練的要求，把與機械設(shè)計緊密相關(guān)的測繪、制圖、三維建模、公差標注等技能訓(xùn)練融入到實驗內(nèi)容中，通過逐層推進的方式，讓學(xué)生逐步掌握和靈活運用知識與技能，從而達到學(xué)習(xí)和訓(xùn)練同步進行的目的。

四、減速箱拆裝實驗的具體實施

1.減速箱拆裝

原有的減速箱拆裝實驗一般安排在學(xué)生學(xué)習(xí)完軸、軸承和齒輪設(shè)計以后進行，共4學(xué)時，導(dǎo)致學(xué)生為完成任務(wù)而實驗，根本沒有時間考慮其中的技術(shù)細節(jié)。為了增強學(xué)生對實驗內(nèi)容相關(guān)知識點的認識和理解，根據(jù)帶著問題去學(xué)習(xí)，自己尋找答案的理念，在實驗課第一次課就讓學(xué)生進行減速箱的拆解和零件測繪，拆解的對象為使用多年的小型實驗減速箱。該減速箱經(jīng)多年使用，零件磨損和人為造成的裝配混亂，已無法準確展示零部件的裝配和定位關(guān)系，所以學(xué)生測繪后在后期裝配時需要根據(jù)所學(xué)知識完成零部件裝配，對于錯誤零件尺寸還要根據(jù)裝配要求自行修改完善，最終達到正確裝配和定位關(guān)系無誤的目的。首次實驗不要求繪制裝配圖，不對測繪結(jié)果進行檢查，所有檢查工作在后期實驗內(nèi)容中逐步進行，留給學(xué)生充足的理解和修改時間。實驗課堂上僅留下思考題讓學(xué)生在課堂學(xué)習(xí)過程中認真總結(jié)，尋找答案。

2.減速箱零件繪制及測繪數(shù)據(jù)檢查

三維建模軟件和實驗課相關(guān)教學(xué)內(nèi)容的學(xué)習(xí)，以簡單且易于學(xué)習(xí)的solidworks為學(xué)習(xí)對象，讓學(xué)生掌握基本的三維零件建模和三維裝配技術(shù)，為后期的課程設(shè)計和工作打下基礎(chǔ)。在對學(xué)生進行三維軟件設(shè)計教學(xué)時，以減速箱零件為建模對象，讓學(xué)生邊學(xué)習(xí)邊繪制自己測繪的零件，自己驗證測繪的數(shù)據(jù)是否完整，在學(xué)習(xí)軟件的同時，完成測繪零件建模任務(wù)，同時增強學(xué)生對測繪的認識。課后作業(yè)要求提交所有測繪零件的三維圖原始文件，以檢查軟件學(xué)習(xí)和零件繪制情況。針對電子作業(yè)易于拷貝的問題，制定相關(guān)考核原則，所有拷貝作業(yè)全部按0分記。同時要求在課堂學(xué)習(xí)時關(guān)注各類零件結(jié)構(gòu)設(shè)計原則和定位方法。

3.減速箱三維模型初裝配

完成三維建模軟件學(xué)習(xí)后，要求學(xué)生根據(jù)測繪情況和所學(xué)三維裝配技術(shù)，完成箱體零部件的裝配。裝配要求以測繪圖為準，對發(fā)現(xiàn)錯誤的位置不需修改，以此考查學(xué)生的三維裝配知識和箱體測試結(jié)果，考評時以和實物一致為考核目標，不考核裝配關(guān)系是否正確。

4.實習(xí)作品減速箱拆解及錯誤分析

自己往往很難發(fā)現(xiàn)自己的錯誤，而查找別人的錯誤常常比較容易，且錯誤點和錯誤原因也容易掌握，為此應(yīng)安排一次錯誤分析實驗內(nèi)容。北京工業(yè)大學(xué)在學(xué)生進行機械制造課程實驗時，每年都會產(chǎn)生大量的減速箱作品，由于對相關(guān)結(jié)構(gòu)設(shè)計認識不足、公差配合設(shè)置不合理，所以制作出的作品存在各種各樣的問題，這為增加學(xué)生認識提供了良好的道具。在錯誤分析實驗中，從學(xué)生制作的作品中挑選一批減速箱讓學(xué)生進行分組拆解，每組學(xué)生拆解一臺減速箱，分析減速箱存在的各種問題，并向其他組同學(xué)進行匯報，以增強學(xué)生對結(jié)構(gòu)設(shè)計和公差配合選擇的直觀認識與理解。

5.減速箱三維模型再裝配

通過前期三維建模知識和課堂理論知識的學(xué)習(xí)，以及減速箱錯誤分析實驗，學(xué)生對減速箱的正確結(jié)構(gòu)有了充分的認識和理解。結(jié)合前期實驗內(nèi)容，要求學(xué)生完成箱體裝配圖的修改，檢查零件結(jié)構(gòu)和定位關(guān)系是否合理或正確，對當前不能滿足裝配要求的零件自行修改結(jié)構(gòu)及尺寸，以保證零部件裝配關(guān)系正確，以此增強學(xué)生對零件結(jié)構(gòu)設(shè)計和零件定位的認識。

6.零部件二維工程圖和裝配圖繪制

在完成前面的實驗內(nèi)容后，配合公差與實驗設(shè)備進行公差配合基本知識和使用問題的講解。課后要求學(xué)生繪制低速軸工程圖和低速軸二維裝配圖，繪圖時要求關(guān)注各類公差的選擇和標注、軸的結(jié)構(gòu)、零件定位等問題。通過作業(yè)檢驗前期的學(xué)習(xí)成果，并進行圖紙關(guān)鍵位置錯誤檢查和圖紙答辯。

通過各環(huán)節(jié)的學(xué)習(xí)和實驗，使學(xué)生逐步掌握零部件測繪、三維建模和裝配、工程圖繪制等技術(shù)，通過實際應(yīng)用增強對課題知識的理解，同時也為后期課程設(shè)計奠定良好的基礎(chǔ)。

五、結(jié)束語

針對目前學(xué)生普遍存在的學(xué)習(xí)積極性不高和應(yīng)試學(xué)習(xí)的問題，通過對與課堂教學(xué)緊密配合的實驗教學(xué)環(huán)節(jié)進行相應(yīng)改革，促進學(xué)生的課堂學(xué)習(xí)；通過提高學(xué)生實驗作業(yè)質(zhì)量要求，促進學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性；同時，實驗教學(xué)中交互式學(xué)習(xí)將有效增強學(xué)生對所學(xué)問題的認識和理解，為培養(yǎng)具有綜合實踐能力的人才打下基礎(chǔ)。

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（責(zé)任編輯：孫晴）