桂 偉 陳 皓 陳曉航
(武漢商學(xué)院,湖北 武漢 430056)
基于學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的《機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)》課程教學(xué)探討※
桂 偉 陳 皓 陳曉航
(武漢商學(xué)院,湖北 武漢 430056)
本文針對《機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)》課程教學(xué)的現(xiàn)狀,基于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思想、創(chuàng)新素質(zhì)、創(chuàng)新能力,提出構(gòu)建四線式理論內(nèi)容體系,將生產(chǎn)實際中的最新機(jī)構(gòu)作為教學(xué)案例,增加創(chuàng)新型設(shè)計型實驗項目,改革機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)課程設(shè)計教學(xué)模式,將學(xué)生的課外機(jī)械創(chuàng)新訓(xùn)練有機(jī)融合在機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)課程教學(xué)中的措施。
創(chuàng)新能力;四線式;教學(xué)模式
《機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)》是機(jī)械類和近機(jī)械類專業(yè)的一門重要專業(yè)基礎(chǔ)課程,是對學(xué)生進(jìn)行機(jī)械綜合設(shè)計能力、進(jìn)行創(chuàng)新能力訓(xùn)練的主要課程,它涵蓋了《機(jī)械制圖》、《理論力學(xué)》、《材料力學(xué)》、《機(jī)械設(shè)計》、《機(jī)械原理》、《互換性與測量技術(shù)》等課程的主要內(nèi)容,主要研究常用機(jī)構(gòu)和通用零件的工作原理、結(jié)構(gòu)特點、基本設(shè)計理論和計算方法,具有較強(qiáng)的理論性、實踐性和綜合性的特點,因此在這門課程的教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力是應(yīng)用型本科院校人才培養(yǎng)的需要。作者結(jié)合自己多年進(jìn)行《機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)》課程的教學(xué)經(jīng)驗,針對課程教學(xué)的一些現(xiàn)狀,在培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思想、創(chuàng)新素質(zhì)、創(chuàng)新能力等方面開展了一些探討。
(一)理論教學(xué)
《機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)》課程理論教學(xué)案例陳舊是課程教學(xué)普遍存在的突出問題。教材《緒論》里講機(jī)械、機(jī)器、機(jī)構(gòu)、構(gòu)件以及零件的基本概念時,依舊采用“單缸內(nèi)燃機(jī)”作為教學(xué)案例。在平面連桿機(jī)構(gòu)講到“死點”概念時,依舊采用七八十年代家里普遍使用的“腳踏縫紉機(jī)”作為教學(xué)案例。盡管單缸內(nèi)燃機(jī)以及腳踏縫紉機(jī)都是機(jī)器、機(jī)構(gòu)的典型代表,但是缺乏時代性、創(chuàng)新性,無法引領(lǐng)學(xué)生掌握當(dāng)代最新技術(shù),培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。
從對學(xué)生的學(xué)習(xí)情況調(diào)查看,學(xué)生普遍感覺學(xué)習(xí)《機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)》課程內(nèi)容后,不知道所學(xué)習(xí)的內(nèi)容會用在實際工作崗位的什么地方,認(rèn)為所學(xué)知識用的用途不大,進(jìn)而產(chǎn)生抵觸情緒,而且學(xué)生普遍對《機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)》課程內(nèi)容缺乏系統(tǒng)性的認(rèn)識[1]。
(二)實驗教學(xué)
當(dāng)前《機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)》實驗教學(xué),以“演示型、驗證型”實驗為主,“設(shè)計型、創(chuàng)新型”的實驗幾乎沒有。實驗教學(xué)模式是在實驗前,教師把實驗的教學(xué)內(nèi)容、操作方法與操作步驟、實驗報告格式,甚至包括每一步將得到什么實驗數(shù)據(jù)、結(jié)果等都寫得清清楚楚。這種情況下,學(xué)生的實踐僅僅只是按部就班地完成教學(xué)大綱的規(guī)定內(nèi)容、掌握基本原理和方法,完全是在教師設(shè)定的范圍內(nèi),都是機(jī)械地完成操作,學(xué)生缺少或者說根本不要主動積極的思考。然而一旦離開了教師,學(xué)生就會不知所措,其結(jié)果只能是學(xué)生的自主創(chuàng)造性被削弱,動手能力較差。這種實驗教學(xué)模式忽視學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動性,不利于學(xué)生創(chuàng)新思維的培養(yǎng)。
(三)課程設(shè)計
傳統(tǒng)《機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)》課程設(shè)計教學(xué)模式,是由指導(dǎo)教師給全班布置設(shè)計任務(wù),一般是以簡單傳動裝置減速器為設(shè)計對象,并在設(shè)計任務(wù)中中給出明確的、經(jīng)過實際驗證的設(shè)計數(shù)據(jù)和設(shè)計方案。學(xué)生只需利用學(xué)過的機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)的基本知識,完成減速器的結(jié)構(gòu)設(shè)計、零部件強(qiáng)度計算和裝配圖零件圖的繪制。由于學(xué)生對減速器缺乏認(rèn)識,在設(shè)計過程中經(jīng)常出現(xiàn)全班所有學(xué)生都在設(shè)計減速器,設(shè)計過程思路及方法都完全一樣,這種課程設(shè)計只是一種模仿型設(shè)計訓(xùn)練,而不是一種創(chuàng)造型設(shè)計訓(xùn)練,只能檢驗學(xué)生的書本知識掌握的情況,不能較好地與工程實踐相結(jié)合,因此很難起到培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的作用[2]。
根據(jù)煙氣露點,分別取60℃、50℃、40℃三個不同的設(shè)計排煙溫度,及安裝冷凝式換熱器之前的正常排煙溫度180℃。查詢在這些溫度下的煙氣的各成分的比熱,并且按照上式計算煙氣的定壓比熱容,計算結(jié)果如表6所示。
構(gòu)建基于學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的《機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)》課程的理論教學(xué)、課程實驗、課程設(shè)計和課外機(jī)械創(chuàng)新訓(xùn)練的四位一體的課程教學(xué)體系,是在《機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)》課程教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的重要措施。
(一)基本理論教學(xué)內(nèi)容不變,適度增加創(chuàng)新教學(xué)內(nèi)容
“知識量增加,學(xué)時量減少,能力培養(yǎng)要提高”是《機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)》課程的教學(xué)現(xiàn)狀,課程最大的特點是內(nèi)容多而雜,課程重點不突出,概念、名詞、公式、圖表眾多,大量的經(jīng)驗數(shù)據(jù)、公式、國家標(biāo)準(zhǔn)、國家規(guī)范等內(nèi)容夾雜在一起,使學(xué)生感到內(nèi)容零亂,學(xué)起來很吃力,抓不住重點。因此,應(yīng)根據(jù)本門課程應(yīng)用性和實踐性較強(qiáng)的特點,適當(dāng)減少理論教學(xué)的時數(shù),增加應(yīng)用和實踐教學(xué)的時數(shù)。需要在課程的內(nèi)容體系上,進(jìn)行系統(tǒng)性的安排與教學(xué),構(gòu)建四線式課程內(nèi)容體系,即原理分析線、結(jié)構(gòu)設(shè)計線、強(qiáng)度校核線、精度選擇線,《機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)》課程包含機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計、工程力學(xué)以及公差配合等課程內(nèi)容,機(jī)械原理部分主要是研究機(jī)構(gòu)工作原理,即以分析機(jī)構(gòu)原理為主線;機(jī)械設(shè)計部分主要是設(shè)計零件,即以結(jié)構(gòu)設(shè)計為主線;工程力學(xué)部分,主要是利用理論力學(xué)、材料力學(xué)知識對機(jī)構(gòu)進(jìn)行強(qiáng)度校核,即以機(jī)構(gòu)強(qiáng)度校核為主線;公差配合部分主要是利用互換性與測量技術(shù)課程中的知識對機(jī)構(gòu)各零件之間的形狀精度、位置精度以及配合精度進(jìn)行合理規(guī)定與選擇,即以精度選擇為主線[3]。
學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)是建立在扎實深厚的專業(yè)理論知識和工程應(yīng)用能力基礎(chǔ)之上的,通過課程改革,構(gòu)建四線式課程內(nèi)容體系,采取從基本知識、基本理論和基本方法的理解與掌握入手,使得《機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)》課程教學(xué)更有利于學(xué)生掌握基礎(chǔ)知識、培養(yǎng)創(chuàng)造力,有利于專業(yè)課的學(xué)習(xí),有利于提高從業(yè)能力,有利于人才的發(fā)展[1]。以教師、學(xué)生與企業(yè)共同參與的有關(guān)產(chǎn)品的機(jī)械設(shè)計科研項目為案例,結(jié)合《機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)》課程內(nèi)容,進(jìn)行機(jī)械產(chǎn)品的原理設(shè)計、結(jié)構(gòu)設(shè)計、強(qiáng)度校核以及精度選擇?!稒C(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)》課程主線式教學(xué)內(nèi)容體系要求學(xué)生了解機(jī)械產(chǎn)品整個設(shè)計過程各階段的工作要求及內(nèi)容,具備機(jī)構(gòu)及系統(tǒng)運動方案分析、設(shè)計的能力,掌握機(jī)械常用傳動裝置及結(jié)構(gòu)設(shè)計的一般方法。通過這條主線來組織教學(xué)活動,使零亂的內(nèi)容知識變得有序,重點突出,學(xué)生知道為什么學(xué)習(xí)、知道學(xué)習(xí)什么內(nèi)容。
培養(yǎng)應(yīng)用型人才,需要做到結(jié)合實際,與時俱進(jìn),需要把企業(yè)發(fā)展、社會進(jìn)步以及科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新最需要的新知識傳授給學(xué)生。最新的科學(xué)技術(shù)知識不可能及時地編寫到課程教材相應(yīng)的章節(jié)中,因此針對當(dāng)前《機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)》課程教材中的機(jī)構(gòu)實際案例比較偏少,內(nèi)容比較陳舊的實際情況,需要教師在進(jìn)行課程教學(xué)時能夠創(chuàng)新課程教學(xué)內(nèi)容,及時把校企合作研究項目、企業(yè)實際生產(chǎn)項目等案例合理引入到課堂的教學(xué)當(dāng)中,介紹和生活、生產(chǎn)相關(guān)的新型機(jī)構(gòu)和現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計方法,拓寬知識面,增加課堂信息量,調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性,從而提高教學(xué)效果。例如將連桿機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)、間歇運動機(jī)構(gòu)、齒輪機(jī)構(gòu)、帶傳動機(jī)構(gòu)、鏈傳動機(jī)構(gòu)等典型機(jī)構(gòu)在日常生活中的創(chuàng)新應(yīng)用案例,以及在全國大學(xué)生機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計大賽、“挑戰(zhàn)杯”全國大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競賽和中南地區(qū)港澳特區(qū)大學(xué)生機(jī)械設(shè)計制造創(chuàng)新大賽當(dāng)中的優(yōu)秀創(chuàng)新作品合理嵌入到相關(guān)章節(jié)課程教學(xué)中。
(二)基本實驗項目原理不變,適度增加創(chuàng)新型、設(shè)計型實驗教學(xué)項目
針對目前《機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)》課程的課內(nèi)實驗主要以認(rèn)知類,驗證類實驗為主如齒輪范成法加工實驗、帶傳動效率實驗等,不利于培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的實際情況,我校在實驗教學(xué)環(huán)節(jié)中采取減少驗證演示類實驗,增加創(chuàng)新設(shè)計類實驗?;I建了機(jī)械創(chuàng)新實驗室,主要購置了軸系結(jié)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計實驗裝置、機(jī)械系統(tǒng)傳動方案創(chuàng)新組合設(shè)計分析實驗裝置以及機(jī)構(gòu)運動創(chuàng)新設(shè)計方案拼裝實驗裝置等創(chuàng)新設(shè)計類實驗裝置,在《機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)》課程實驗中積極開展軸系結(jié)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計實驗、機(jī)構(gòu)系統(tǒng)傳動方案創(chuàng)新組合設(shè)計分析實驗以及機(jī)構(gòu)運動創(chuàng)新設(shè)計方案拼裝實驗。創(chuàng)新實驗?zāi)康氖桥囵B(yǎng)學(xué)生運用創(chuàng)新思維方法,遵循機(jī)械設(shè)計的基本法則,對機(jī)構(gòu)運動系統(tǒng)方案進(jìn)行設(shè)計與研究,使學(xué)生創(chuàng)新意識、綜合設(shè)計能力得到加強(qiáng),實驗技能得到提高。
通過創(chuàng)新實驗可訓(xùn)練學(xué)生們對這些常用機(jī)構(gòu)的創(chuàng)新設(shè)計能力,并結(jié)合工程實訓(xùn),將創(chuàng)新設(shè)計、實驗和專業(yè)基礎(chǔ)知識結(jié)合起來,從而提高了學(xué)生們在工程實踐中解決問題的綜合能力[4]。
傳統(tǒng)教學(xué)以減速器作為《機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)》課程設(shè)計課題,其主要目的是培養(yǎng)學(xué)生綜合運用機(jī)械設(shè)計課程和其他先修課程的理論和實際知識,掌握機(jī)械設(shè)計的一般規(guī)律,樹立正確的設(shè)計思想,培養(yǎng)分析和解決實際問題的能力;學(xué)會從機(jī)器功能的要求出發(fā),合理選擇傳動機(jī)構(gòu)類型,制定設(shè)計方案,正確計算零件的工作能力,確定它的尺寸、形狀、結(jié)構(gòu)及材料,并考慮制造工藝、使用、維護(hù)、經(jīng)濟(jì)和安全等問題,培養(yǎng)機(jī)械設(shè)計能力;學(xué)習(xí)運用標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范、手冊、圖冊和查閱有關(guān)技術(shù)資料等,培養(yǎng)機(jī)械設(shè)計的基本技能。
《機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)》課程設(shè)計的題目,應(yīng)當(dāng)是基于減速器,但不限于減速器;基于本課程,但不限于本課程[5]。基于減速器的《機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)》課程設(shè)計可以培養(yǎng)學(xué)生掌握機(jī)械設(shè)計的一般規(guī)律及基本技能、遵循機(jī)械設(shè)計國家標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范,但無法培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識。
傳統(tǒng)的《機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)》課程設(shè)計是在理論課程上完后集中2到3周時間完成課程設(shè)計,導(dǎo)致學(xué)生在進(jìn)行課程設(shè)計時,出現(xiàn)問題與難點的堆積,遺忘在理論課堂上學(xué)習(xí)的知識。因此采用課程設(shè)計與理論教學(xué)“同步進(jìn)行”的教學(xué)模式。在開展《機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)》課程學(xué)習(xí)之前下發(fā)課程設(shè)計任務(wù)書,創(chuàng)造讓學(xué)生邊學(xué)理論知識邊做課程設(shè)計的平臺,做到理論教學(xué)與課程設(shè)計同步。在平時的課程教學(xué)中,把課程設(shè)計中可能碰到的問題作為教學(xué)案例進(jìn)行課堂討論,將課程設(shè)計中出現(xiàn)的問題與難點分解到整個教學(xué)過程,有效避免課程設(shè)計中問題與難點的堆積[6]。將《機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)》課程設(shè)計的計算內(nèi)容,作為課后的作業(yè),促使學(xué)生主動有目的學(xué)習(xí),學(xué)生帶著課程設(shè)計的任務(wù)、帶著課程設(shè)計的問題在聽,學(xué)習(xí)的目標(biāo)明確了,興趣提高了,主動去學(xué)、去思考,教學(xué)質(zhì)量得到一定的提高[7]。
采用理論教學(xué)與課程設(shè)計專用周相結(jié)合即課程設(shè)計與理論教學(xué)“同步進(jìn)行”的模式組織課程設(shè)計,實現(xiàn)了實踐教學(xué)與理論教學(xué)的有效互補(bǔ)與融合,使理論課有了落腳點踐課有了根基。
傳統(tǒng)的《機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)》課程設(shè)計只能使學(xué)生對先前所學(xué)知識進(jìn)行鞏固與復(fù)習(xí),加深學(xué)生對基本知識的掌握,但不利于學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。因此,為了激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識,培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新素質(zhì),在課程進(jìn)行到期中的時候,給學(xué)生布置了一個任務(wù),要求學(xué)生在剩下的半個學(xué)期中中,完成一個創(chuàng)意小發(fā)明(題目自擬),作為《機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)》課程設(shè)計考核的一個環(huán)節(jié),考慮到學(xué)生有些專業(yè)課還沒開始學(xué)習(xí),因此,只需要學(xué)生通過查閱資料,闡述小發(fā)明的創(chuàng)新點,并提出初步的設(shè)計思路與方案即可。
(四)將學(xué)生的課外機(jī)械創(chuàng)新訓(xùn)練有機(jī)融合在機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)課程教學(xué)
目前,國內(nèi)很多開設(shè)有機(jī)械專業(yè)的高校,每年都在積極組織學(xué)生參加全國大學(xué)生機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計大賽等不同類型機(jī)械創(chuàng)新大賽,但是基本上都是以比賽作為最終目的,通過這些比賽受益的對象僅僅是參加比賽的少數(shù)學(xué)生,沒有很好的將機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計大賽等課外機(jī)械創(chuàng)新訓(xùn)練融合在《機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)》的課程教學(xué)中,從而惠及更多的學(xué)生。因此我校為了培養(yǎng)大學(xué)生的創(chuàng)新能力,成立了首個以培養(yǎng)學(xué)生專業(yè)創(chuàng)新能力為核心的學(xué)生社團(tuán)——機(jī)械創(chuàng)新社團(tuán)。
(1)課外機(jī)械創(chuàng)新訓(xùn)練項目的層次
校級以開展機(jī)械創(chuàng)新科技文化節(jié)為主,省市國家級以機(jī)械創(chuàng)新大賽以及創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃為為主。
(2)課外機(jī)械創(chuàng)新訓(xùn)練項目的活動開展形式
我校課外機(jī)械創(chuàng)新訓(xùn)練項目的活動開展形式是學(xué)生為主教師為輔。
(3)課外機(jī)械創(chuàng)新訓(xùn)練項目成果的合理應(yīng)用
將創(chuàng)新訓(xùn)練的項目成果案例合理嵌入到機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)理論課堂的教學(xué)當(dāng)中,作為理論教學(xué)的教學(xué)案例。
(4)課外機(jī)械創(chuàng)新訓(xùn)練項目創(chuàng)新思想的課堂延續(xù)
機(jī)械創(chuàng)新社團(tuán)的成員在機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)課程中帶領(lǐng)其他同學(xué)進(jìn)行創(chuàng)新思考,從而使課外機(jī)械創(chuàng)新訓(xùn)練成果能夠惠及更多的學(xué)生,促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)課程目的。
在《機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)》教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力順應(yīng)現(xiàn)階段高等教育人才培養(yǎng)的要求,構(gòu)建構(gòu)建原理分析線、結(jié)構(gòu)設(shè)計線、強(qiáng)度校核線、精度選擇線的理論教學(xué)內(nèi)容體系,及時合理引入生產(chǎn)實際中的機(jī)構(gòu)作為教學(xué)案例,增加創(chuàng)新型設(shè)計型實驗項目,改革傳統(tǒng)的《機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)》課程設(shè)計教學(xué)模式,將學(xué)生的課外機(jī)械創(chuàng)新訓(xùn)練有機(jī)融合在機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)課程教學(xué)中的措施,有利于在《機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)》課程中培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識與工程應(yīng)用能力。
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責(zé)任編校:饒 敏
Discussion of Course Teaching of Foundation of Machine Design Based on the Cultivation of Students'Innovative Ability
Gui Wei Chen Hao Chen Xiao-hang
(Wuhan Business University,Wuhan,Hubei,430056,China)
In view of the situation of course teaching of foundation of machine design,In this paper,measures based on cultivating students'innovative ideas,innovation quality,innovation ability is put forward.It is to establish four-wire system of theory content,use new machine in actual production as a teaching case,increase the innovative design experimental project,reform teaching model of course design of foundation of machine design,combine students'extracurricular mechanical innovation practice with course teaching of foundation of machine design.
innovation ability;four-wire system;teaching model.
TH122;G642
A 文章編號:2095-7955(2015)01-0093-03
武漢商學(xué)院2014年度教學(xué)研究項目《基于學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的課程教學(xué)研究—以機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)課程為例》(項目編號:2014Y013)的階段性研究成果。
2015-01-18
桂 偉(1980-),武漢商學(xué)院機(jī)電工程與汽車服務(wù)學(xué)院講師。主要研究方向:機(jī)電一體化。