在我国高等教育迈向大众化的时代背景下, 当前工科大学生的一般特点是缺乏生产实践知识, 分析和解决问题的实际能力都比较差, 对教师具有很强的依赖性。显然, 这是由于长期贯注式传授知识的传统教学方法所造成的。高等学校培养的人才要能适应当今世界新的技术革命和知识更新周期短的特点, 最有效的途径是专业基础课及专业课的每个教学环节都立足于培养学生的工程实践能力和创新能力, 而不是再靠单纯的灌输知识。
机械原理是高等学校机械类专业必修的一门技术基础课, 它是研究机械的工作原理、构成原理、设计原理与方法的一门学科, 是一门实践性很强的“桥梁”课程, 与机械生产实践紧密相连。在机械原理教学中重视、加强实践性环节是提高教学质量, 培养学生工程实践能力和创新能力的关键。机械原理的实践性教学环节主要包括课程设计和实验, 本文根据作者多年的教学实践和课程组多年的实践性教学环节改革成果, 从以上两个方面入手, 阐述了加强实践性教学环节的重要性和必要性, 探讨了改革的方案及实施途径, 供同行交流和参考。
1 加强实践性环节的重要性和必要性
全面推进素质教育, 培养学生的创新精神和锻炼学生的实践能力是我国高校教育教学改革的指导思想。大学生综合素质的提高和创新精神的培养, 依赖于教学各个环节的支撑, 其中实践性环节教学是工科院校教学中相当重要的一环。当前各用人单位对工科毕业生的能力结构方面反馈的意见是:动手实践、解决实际问题能力较差;独立工作能力较差;缺乏创新精神;缺少协作能力, 很难在短期内胜任工作等。因而, 机械类专业学生在就业上存在着如下矛盾:一方面, 作为老专业, 机械工程专业就业面很宽, 各行各业都需要机械专业人才;另一方面, 企业却招不到合适的应用技能型、工程型实用人才。由此可见, 无论是国家还是用人单位, 都要求在高等工科教育中增强学生的实践能力和创新意识的培养, 提高毕业生处理和解决实际问题的能力。解决上述问题的核心在于应该多让学生参与到机械工程的实践中去, 其中实践性教学环节是实现素质教育和创新教育的重要过程。而当前一般工科院校机械原理实践性环节存在以下主要问题: (1) 实验和课程设计仍未能改变依附于理论教学的从属地位, 未能形成以培养学生创新能力和工程实践能力为主线的优化的实验和课程设计教学体系, 不能适应高等工程教育由知识传授型向注重能力型的转变; (2) 实验的手段和方法落后, 所开设的实验还局限于验证原理、掌握操作技术, 而对实验思路、实验设计和实验综合分析能力的训练重视不足。这些问题严重制约了工科大学生工程实践能力和创新能力的培养, 必须加以改革。
在机械原理的理论教学中, 尽管可以安排一些实物、模型、甚至录相, 增加学生的感性认识和实践知识, 但是光有这些是远远不够的。在机械原理实践环节教学中, 加强学生对机构、零件结构和机械设计等工程实践知识的认识和对仪器设备的动手操作、机械结构的装拆等实际动手能力的培养, 是对理论课程教学不足很好的补充和完善。其次可以培养学生的创新和综合设计能力。培养学生的创新和综合设计能力是机械原理课程教学和建设的根本目标, 作为教学的核心, 它贯穿于机械原理教学的各个环节。不仅在理论教学课上要培养学生的创新意识、机械系统设计的意识和综合运用各学科知识进行机构设计的意识, 更要在实践教学环节培养创新和综合设计的实际能力, 而后者对创新人才的培养往往更重要, 也是我们以前在教学中所欠缺的。此外, 还可以培养应用现代技术解决工程实践问题的能力。实践性环节不仅仅是为了验证理论教学中的某个公式或结论, 更重要的是应该把它视为工程设计中的一个重要环节。
2 机械原理课程设计的教学改革与实践
机械原理课程设计主要侧重于机械运动方案设计, 而机械方案设计是机械设计乃至以后的制造和使用最关键的阶段, 是决定机械产品质量好坏、性能优劣和经济效益高低的关键步骤, 其创新特性效果如何直接影响机械产品的功能质量和使用效果。随着科学技术的发展, 机械产品更新换代的速度越来越快, 整体性能和功能不断提高, 机械方案创新设计的作用越来越重要。因此, 我院的机械原理课程设计也经历了“机构的图解法分析-机构的解析法上机分析-机构创新设计”三个发展阶段。我们把培养学生设计思维能力和创新设计能力同时兼顾培养学生基本设计能力和应用计算机进行工程设计能力作为机械原理课程设计教学改革的宗旨。
为了实现上述宗旨, 我们在选题、调研、方案设计与分析、课程设计说明书和答辩等各个教学环节都进行了一系列的改革。
2.1 选题
传统机械原理课程设计教学模式中, 仅仅以指导书为蓝本, 教师的程序化指导贯穿始终。其题目一般是由教师指定几个具有代表性的题目如半自动平压模切机。为了充分发挥学生的主动性, 如今的选题原则是在不脱离机械原理课程内容的基础上, 学生根据其兴趣、爱好和能力自由选择, 这样就大大激发了学生的创新意识。有很多学生的创新设计题目极具研究和应用价值。创新需要基础素材, 没有丰富的基础知识就不会有创新成果出现。因此, 我们将课程设计提前布置, 使学生在学习机械原理课程时能有的放矢的认真学习、研究相关章节内容。因为他们知道这些知识对他们学期末进行课程设计大有帮助, 这样又反过来促进了学生学习机械原理课程的积极性和主动性。
2.2 调研
这个环节主要是学生根据自己的课程设计题目, 通过到图书馆查资料、上网、走访工厂和有关专家, 收集与题目相关的信息, 其目的是开阔学生的眼界、培养学生收集信息和运用信息的能力。为了避免走更多弯路和节省时间, 教师应给予必要的提示。随着调研的深入, 学生的眼界会更加开阔, 学生可以重新选题或对已选定的题目重新确定设计目标。
2.3 方案设计与分析
在机械原理课程设计中, 这是至关重要的环节。在这一环节中应充分体现以学生为中心、以教师为主导的指导思想。教师在指导时应因才施教、因人施教, 对不同层次的同学要有所区别。在指导方面, 对设计能力较强的同学应适当增加设计的难度和深度。方案设计时重点是要把握创新点。创新点可以通过以下三个方面考查: (1) 开发现有机构的新用途或对现有机构略加改进以满足新的工作要求。 (2) 对现有机构进行改造。 (3) 发明新机构。
在方案分析过程中, 为了实现一个确定的设计目标, 要求学生至少提出三种可行的方案进行分析、比较、总结出其优点与不足, 然后确定出设计者认为最优的设计方案作为本次课程设计的设计方案。最后对此方案进行详细设计, 主要包括其运动过程和运动尺寸的确定。如果时间允许, 可以进行结构设计和强度设计直至计算机仿真和加工制作样机。
2.4 课程设计说明书
在课程设计最后要求学生编写完整的设计说明书。该说明书的主要内容有如下3点。
(1) 综述:主要阐述选题依据、意义和必要性。
(2) 方案设计与分析:对各种方案进行比较, 指出最佳方案的创新点。还要有完整的设计过程, 最终结果、结论和至少一张徒手绘制的机构运动简图和机构运动循环图。
(3) 小结:课程设计的收获及对课程设计教学法改革的建议;最重要的是要求学生提出他所作的方案尚需完善之处。
2.5 答辫
答辩也是课程设计中一个不可忽视的重要环节。我们建议采用学生自由讨论、教师进行总结的答辩方式。最后还应组织学生对优秀设计方案进行点评。通过这个环节力争达到使学生设计能力进一步提高之目的。同时也给学生锻炼表达能力的一个机会。评分标准由创新性、规范性、全面性和图面质量等方面来衡量。
3 机械原理实验环节的教学改革与实践
机械原理课程的实验, 其实验内容过去多数是验证性实验。因此, 改革的重点是增加研究型、设计性、综合性实验、培养学生的创造能力与动手能力。
在“机构运动简图测绘”实验中, 要求学生测绘与分析相结合, 分析与改进相结合, 在绘制简图后, 对原机构提出改进意见, 创造出功能与原机构相同的新机构。
在原有的刚性转子, 硬支撑, 万向联轴器动平衡实验机的基础上, 购置了新型的小型转子, 带传动驱动的动平衡实验机, 要求学生掌握各类动平衡实验机的性能与动平衡实验的特点。
齿轮范成实验原本是一个典型的验证性实验, 现已将其改革为一项研究性实验, 即理论讲课时先说明齿轮的范成加工方法, 提出会出现根切的问题。要求学生通过范成实验自己找出根切的原因, 以及避免根切的方法。这样既提高了学生在学习中进行研究的能力, 又节省了课堂讲授的时间。
机械创新实验室对学生进行全面开放, 实验室购置了各种小型机加工设备与装置, 学生可利用这些设备进行各种课外科技作品的研制, 利用先进软件进行虚拟实验。该项举措既丰富了学生的第二课堂, 又培养了学生的创新能力和动手能力。
4 结语
我院的机械原理实践环节经过上述改革措施后, 大大提高了学生的工程实践能力和创新能力, 取得了良好的教学效果和社会效应。早在2005年, 我院的机械原理课程就被评为安徽省精品课程。而在学生方面, 更是取得了较为突出的成绩。例如, 我系学生制作的“阶梯、平地两用电动轮椅”在2006年举行的第二届全国大学生机械创新设计大赛上, 获得安徽赛区一等奖、全国决赛三等奖;我系学生制作的“螺旋行进式管道清理机器人”在2008年举行的第三届全国大学生机械创新设计大赛上, 获得安徽赛区一等奖、全国决赛二等奖的好成绩。
摘要：根据作者多年的教学实践和课程组近几年的实践性教学环节改革成果, 从机械原理课程设计和实验两个实践性环节入手, 阐述了以培养学生工程实践能力和创新能力为目标、加强实践性教学环节的重要性和必要性, 探讨并实施了相应的改革方案及措施, 以供同行交流和参考。
关键词：机械原理,实践性环节,改革,课程设计,实验
参考文献
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