張慧春 周宏平 鄭加強

摘要：林業(yè)機械設計是設計者為滿足社會和人們對林業(yè)生產(chǎn)的需要，運用基礎知識、專業(yè)知識、實踐經(jīng)驗和系統(tǒng)工程等方法，進行設想和構思、計算和分析，最后以技術文件的形式提供林業(yè)機械產(chǎn)品制造依據(jù)的全過程工作。本文介紹了《林業(yè)機械現(xiàn)代設計方法》課程改革的背景，闡述了《林業(yè)機械現(xiàn)代設計方法》教學內容的組織優(yōu)化和教學方法的選擇，并總結了課程的改革成效。

關鍵詞：林業(yè)機械；現(xiàn)代設計方法；教學內容；組織優(yōu)化；教學方法

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2015）50-0169-02

林業(yè)生產(chǎn)是生態(tài)文明與美麗中國的重要保障，林業(yè)生產(chǎn)及其精確化必須依靠林業(yè)機械的創(chuàng)新與發(fā)展，林業(yè)生產(chǎn)機械化是現(xiàn)代化建設的重要組成部分和核心生產(chǎn)力，也是發(fā)展高效、集約、可持續(xù)現(xiàn)代林業(yè)的客觀要求，發(fā)揮著越來越大的作用。林業(yè)機械隨著人類歷史而不斷發(fā)展，由于林業(yè)生產(chǎn)過程由多種生產(chǎn)作業(yè)分享時間和資源，林業(yè)機械品種繁多、種類不一。目前林業(yè)機械產(chǎn)品設計面臨巨大的挑戰(zhàn)，需要結合設計、理論、方法的創(chuàng)新性思路。南京林業(yè)大學機電工程學院林業(yè)機械系進行了《林業(yè)機械現(xiàn)代設計方法》課程教學內容的組織及教學方法的選擇的改革創(chuàng)新，通過課堂講授、參觀實習、性能實驗、作業(yè)考試、課程設計等教學環(huán)節(jié)，使學生掌握林業(yè)機械的基本理論、主要林業(yè)機械的構造、性能和主要工作部件的設計計算校核方法，獲得有關實驗的基本技能訓練，提高學生應用電子信息技術與其他高新技術進行林業(yè)機械設計、開發(fā)、研究的能力。

一、《林業(yè)機械現(xiàn)代設計方法》課程改革的背景

隨著人口老齡化步伐加速，勞動年齡人口逐漸減少，勞動力成本上升，“雇工難、雇工貴”現(xiàn)象突出，能耗高、人力成本高、勞動力急劇下降、生產(chǎn)作業(yè)效率低等成為制約林業(yè)可持續(xù)發(fā)展的瓶頸。一方面，林業(yè)已開始形成規(guī)?；纳a(chǎn)，已建立基地式現(xiàn)代化、社會化大生產(chǎn)，今后會向更大規(guī)?；较虬l(fā)展，在種子采拾、林地清理、育苗裝播、造林移栽、施肥噴藥、消防滅火、打枝造材、集材運材、伐木歸堆等過程都貫穿著林業(yè)機械的使用；另一方面，林業(yè)快速發(fā)展進程相對應的生產(chǎn)機械化的歷史非常短暫，無論從數(shù)量上還是品種、質量上都難以滿足林業(yè)大發(fā)展的需要，有助于提高生產(chǎn)效率的林業(yè)生產(chǎn)機械研制、應用和推廣嚴重滯后。隨著樹木的種植面積的擴大以及生態(tài)文明建設的推進，林業(yè)生產(chǎn)機械化取代人工已成為大勢所趨，因此林業(yè)院校機械工程類專業(yè)迫切需要結合實際，創(chuàng)新教學內容的組織及教學方法的選擇，滿足人才培養(yǎng)的需求。作為專業(yè)課，課程學時有限，理論知識體系涵蓋的知識點繁多，如何在這種條件下使學生了解林業(yè)機械的基本理論，掌握林業(yè)機械的總體結構和工作部件的設計方法，并且將這些理論知識應用于今后的工作實踐中，課堂、試驗和作業(yè)是非常重要的環(huán)節(jié)。因此，筆者從林業(yè)機械現(xiàn)代設計方法的教學內容、教學模式與手段以及考核評價體系等方面進行了改革探索。

二、《林業(yè)機械現(xiàn)代設計方法》教學內容的組織優(yōu)化

筆者通過8年的教學實踐，對課程的內容安排進行了梳理和調整，了解了課程上下銜接的歷史脈絡及承接關系，對理論和實踐的方式方法進行了探索和總結，提出了以貼近實際、追蹤前沿為重點、訓練學生綜合應用能力為核心的課程教學思路，同時借鑒其他院校類似專業(yè)課程的教學方法和先進經(jīng)驗，形成了較為完善的課程教學內容體系[1]。林業(yè)機械產(chǎn)品設計需要結合設計、理論、方法的創(chuàng)新性思考，因此，林業(yè)機械現(xiàn)代設計方法有優(yōu)化設計法、創(chuàng)新設計法、反求工程設計、可靠性設計、有限元法、綠色設計等[2]。針對現(xiàn)代林業(yè)機械設計方法和設計工程師需要具備的多種能力，開展探索通過適宜的教學方法和案例教學來實現(xiàn)，各章節(jié)內容和教學案例的安排如表1所示。如噴頭的設計與制造傳統(tǒng)都采用單獨開模加工方式，成本高且耗時長，3D打印技術出現(xiàn)后，可以三維數(shù)字設計模型為藍本，通過軟件分層離散和數(shù)控成型系統(tǒng)，運用激光束、熱熔噴嘴等方式將陶瓷粉末、ADS工程塑料等特殊材料進行逐層堆積黏結，逐層打印最終疊加成各種角度、尺寸、形式的噴頭，不需要復雜的工藝和龐大的機床，就可以制造出噴頭，滿足了試制的目的，極大地降低了制造復雜度。三維測量儀是用于測量三維幾何尺寸和形位公差的高精度測量儀器，對于林業(yè)機械反求工程非常有效，它在精密測量領域的強大用途，為快速、可靠進行尺寸測量提供了新的方式。三維測量儀由光學放大系統(tǒng)對被測物體進行放大，經(jīng)過CCD攝像系統(tǒng)采集影像特征并送入計算機后，可高效地檢測各種林業(yè)機械精密零部件的輪廓和表面形狀尺寸、角度及位置，全自動地進行微觀檢測與質量控制。

三、《林業(yè)機械現(xiàn)代設計方法》教學方法的選擇

林業(yè)生產(chǎn)正在經(jīng)歷從“砍伐森林樹木”向“利用森林環(huán)境”的轉變，因此林業(yè)機械制造業(yè)發(fā)展到了關鍵時期?！读謽I(yè)機械現(xiàn)代設計方法》教學方法的選擇也要與時俱進，把對學生實際應用能力的培養(yǎng)和相關前沿課程教學內容上的銜接作為課程組織優(yōu)化的切入點，采用“課堂講授+小組調研+課程設計+匯報展示”四合一的教學方法，注重對新興技術的追蹤、經(jīng)典技術的重構以及理論知識在設計實踐中的再現(xiàn)。

1.匯報法。為了開闊學生的眼界，帶領學生參加每年在南京國際博覽中心舉行的中國（江蘇）國際林業(yè)機械展覽會，學生通過參觀美國、加拿大、德國、日本、韓國和我國的林機精品，了解林機行業(yè)政策，展覽會結束后學生要圖文并茂地總結自己的感想體會。另外，利用與學校有密切合作的企業(yè)合作站平臺，引導學生去林業(yè)機械生產(chǎn)的龍頭廠家完成卓越工程師計劃，并進行匯報交流。通過這些體驗匯報活動，讓學生緊密跟蹤國際國內林機行業(yè)研發(fā)的熱點和前沿，讓空洞乏味的書本知識轉變?yōu)閷嶋H產(chǎn)品的演示，激發(fā)了學生的學習興趣。

2.圖示法。利用國外留學、參加國際會議等機會收集整理了大量的林業(yè)機械應用現(xiàn)代設計方法進行設計的圖片和視頻，將這些多媒體素材進行有機結合，在課堂上進行展示，并組織學生圍繞這些素材進行討論，促進學生對相關知識的理解和掌握。如歐洲的林業(yè)機械的設計著眼于可升級、可重用、可拆卸、可降解，注重其全壽命周期的各個環(huán)節(jié)，從生態(tài)環(huán)境保護、節(jié)約資源、延長機械壽命和可回收性出發(fā)，將可持續(xù)發(fā)展理念有機地融入林業(yè)機械的全壽命生態(tài)設計[3]。

3.項目法。對于較復雜的知識點尤其是技術操作中具有連貫性、系統(tǒng)性的，在教授過程中，以現(xiàn)實的林業(yè)機械產(chǎn)品為素材，并輔助于具體的科研項目成果的展示，給學生一個輪廓清晰、目標明確的任務，通過對產(chǎn)生的任務產(chǎn)品需求分析、原理方案設計、總體結構設計、具體零部件選用4個環(huán)節(jié)，形成以項目為中心，團隊成員自由組合，促進學生對知識點的抽象思維與應用聯(lián)系，完成對學生實踐能力的培養(yǎng)。對于其中有創(chuàng)意、有前景的作品，鼓勵學生參加大學生科技創(chuàng)新競賽并申報國家專利。

四、《林業(yè)機械現(xiàn)代設計方法》教學改革的成效

在培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的教學過程中，林業(yè)機械現(xiàn)代設計方法教學內容的優(yōu)化及教學方法的選擇，對學生學習、掌握和應用現(xiàn)代設計方法具有積極的推動作用。運用極具時代特色的教學案例、結合林業(yè)機械行業(yè)實際特點、創(chuàng)新互動參與教學方法，體現(xiàn)了綜合性、探索性、先進性和實用性的教學內涵。通過課程的一系列改革實踐，改變“只學不用”、“只聽不動”的教學模式和教學方法，做到引導性與啟發(fā)性有機結合，注重學生參與學習的過程和親身體驗與實踐，激發(fā)了學生的創(chuàng)新意識，調動了學生的參與精神，獲得了學生的好評，學生評教分數(shù)為99.83分，在學院和學校測評中名列前茅，學生考研人數(shù)和考研成績也有明顯的提高，取得了較好的教學效果。

參考文獻：

[1]余坤勇，劉健，賴日文，俞欣妍.農(nóng)林院?，F(xiàn)代空間信息技術類課程教學素材的組織及教學方法的選擇[J].中國林業(yè)教育，2015，33（1）：65-67.

[2]陶棟材主編.現(xiàn)代設計方法學[M].北京：國防工業(yè)出版社，2012：1-378.

[3]姚會春，徐幼林，鄭加強，周宏平.植保機械全壽命生態(tài)設計方法研究進展[J].南京林業(yè)大學學報：自然科學版，2004，28（5）：99-102.