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[关键词]化工设备机械基础;课程改革;教学质量
《化工设备机械基础》是我校化学工程与工艺专业一门综合性的机械类基础课,它涉及多个学科,主要侧重化工机械设备的基本原理和实际工业应用[1-3]。通过学习该课程,可使学生了解和掌握中低压容器的设计标准和规范,包括中低压力容器的结构、材质以及应力分析,了解和熟悉管壳式换热器、搅拌反应器、填料吸收塔、减压精馏塔的结构设计和工作原理,在化工工艺课程的学习过程中认知这些化工机械设备的实际应用与操作方法;了解和掌握化工过程机械设备的基本原理,增加学生对化工机械设备工业应用的认知,培养学生在实际化工生产中善于分析和解决问题的能力,并能应用最新的化工设备设计规范和标准对化工工艺过程中的机械设备进行基本的选型,初步建立起完整的化工设备机械设计思想。本课程的知识点零散、工程概念多、实践性强,要想突出教学重点、提高教学效果、保障教学质量、培养出拔尖的应用型人才,则须注重课程教学的改革与创新。
1课程教学中存在的问题
《化工设备机械基础》课程内容涉及到化工、机械设计、材料力学等多个学科,传统教学方式存在一定的不足,例如教学内容陈旧;教学方式单调,缺乏对学生的引导;理论教学与工程实践联系不紧密;学生工程伦理意识薄弱等问题。因此,为了提高学生分析能力、工程意识、解决工程设计及工程问题的能力,培养出新工科背景下拔尖的应用型人才,有必要进行《化工设备机械基础》课程的改革与创新。
2课程改革探索
2.1教学内容及时更新。随着化工过程工业的进步与发展,教师在授课过程中应该结合现在实际生产中应用的先进化工设备介绍课程中的知识点。例如,在机械传动章节中可以引入新型齿轮传动、主动磁轴承等原有课程内容缺乏的新知识[4-5]。通过调研最新的文献资料,保证教材中知识点的及时更新,使课程内容跟上化工过程工业的快速发展,使学生们了解和熟悉化工机械装备结构设计的更新换代过程。这样既能够打开学生们的视野,也能使学生们了解和熟悉化工过程工业中的新工艺、新技术以及新装备。同时,能够调动学生们学习的积极性,提高学生们的学习兴趣和热情。2.2教学方式的革新。教师在教学过程中需要结合现代教学手段,通过视频动画将复杂的机械设备构造分解,让学生们能够较好了解和掌握化工机械设备内部的构件,更好地理解化工机械设备的工作原理和操作方法。此外,除开课堂教学以外,可让学生们通过在线课程或者微课对教学内容进行进一步的学习理解。同时,可采用对分课堂,将学生们分组,在让每组学生提出组内同学没弄明白的问题,让其它组弄明白问题的同学进行解答,使学生们主动能够参与课堂教学,诱导学生们进行思考,激发学生们的探索求知欲。2.3感性认识的培养。由于学生们缺乏化工生产的工程实践,加之学生们对化工机械设备的感性认识比较薄弱,这无疑加大了教学的难度,降低了学生们对课程的学习兴趣,教学质量也得不到保障。因此,在本课程教学过程中,教师需要注重学生们对化工机械设备感性认知的启发和培养。同时,教师还需注意理论联系实际,适当增加一些化工过程工业中的生产实例,这样不仅能引发学生们的思考,还能调动学生们学习的主观能动性。2.4实践能力的强化。教师需注意增加实践教学环节,让学生们能够有机会参加工程实践,做到在“做”中“学”。教师需要充分利用我校化工原理实验室中的化工机械设备,如化工原理实验室的填料吸收塔、套管换热器、减压精馏塔、板框压滤机以及干燥设备等,可以结合化工原理实验教学进行讲解。同时,可结合学生们的生产实习,对学生们讲解化工实际生产过程中所遇到的化工机械设备,使学生们理论联系实际,在感性认识的基础上,对课程内容进行理解消化,掌握化工机械设备的操作原理及应用范围。
关键词:教学改革与实践 机械原理 创新能力培养
1 概述
《机械原理》是机械类学生必修的一门重要专业技术基础课程,在培养学生的机械设计能力和创新能力所需的知识、能力和素质结构中,占有十分重要的地位[1]。近年来,随着机械原理课程体系的改革与深化,课程内容不断更新和增加,教学学时相对减少,教学目标不但没有降低,反而有所提高[2]。因此,如何紧扣学科发展脉搏,切实提高学生学习的自主性和能动性,使学生在较短时间内既能掌握主要内容,又有一定的基本技能训练,培养和提高学生的实践和创新设计能力,成了教学改革的重要课题[3]。
2 我校《机械原理》教改的实践措施
我校机械专业在办学伊始就参照教育部机械基础课程教学指导委员会颁布的最新《机械原理课程教学基本要求》[1],密切跟踪国内先进的教学理念,进行了相应的改革和实践,取得了较好地教学效果。
2.1 构建合理的课程理论教学内容体系 通过对相关高校、企事业单位的对人才的实际需求以及对学生学习基础和学习能力方面的调研,深入探讨了本课程同其先修课程和后续课程之间的内在联系,进一步细化本课程各内容所应体现的基本应用技能,力求将机械原理的基本知识、专业理论知识和实际操作技能有机地结合起来。在此基础上,结合最新《基本要求》的指导原则修订编写原有教学大纲,围绕培养学生的机械系统综合设计能力这个中心构建合理实用的课程内容体系,将理论教学的内容分为五大专题:机构结构分析、机构运动分析和力分析、常用机构及其设计、机械系统运动方案设计、机械系统动力学。将某些应用理论力学知识就应该能解决的内容或某些难度较大的内容不再列入本课程的基本要求中,并且增加了一些适合于学科发展和人才培养的新内容,删除了一些过时陈旧的内容;另一方面,在要求的层次上对某些内容也进行了适当调整。
实践证明,这种教学内容体系使得本课程的知识结构层次上显得更为清晰和规范,更符合机构学及机器动力学自身的发展规律。
2.2 精选授课教材,编写配套讲义 目前市面比较有代表性的本课程参考教材有西北工业大学孙恒主编的《机械原理》、东南大学郑文伟主编的《机械原理》、清华大学申永胜主编的《机械原理教程》以及上海交通大学邹慧君主编的《机械原理》等。这些教材各有其特点,但都是按照《基本要求》的教学内容编写的。我校根据自身的特点以及教学的便利性选择了国家级规划教材—孙恒主编的《机械原理》[4],并根据授课的基本内容并结合我校的近年教学实际情况,借鉴兄弟院校的经验,从培养生的工程创新思维能力的角度出发,从2006年下半年起开始陆续编写了《机械原理习题练习册》、《机械原理实验指导书》以及《机械原理课程设计指导书》等讲义,作为我校机械专业学生的教学辅导用书,使用效果良好。
2.3 优化教学方法,提高教学质量 积极探索灵活多样的课内外、校内外以及各种时间与空间相结合的机构分析与机构创新技能训练的教学新模式,开发完善了立体化教学资源,包括授课所用的多媒体课件、功能较齐全的课程学习网站等,充分有效地利用网络多媒体技术将原来集中统一理论讲授、现场参观的方式改为现在的由教师边讲解、边动画演示的方式,使学生在学习时可直接观察到机构的运动过程及其产生的现象,激发起学生的好奇心,加深对抽象概念和各种机构的原理、特性的理解,提高了学习效率,并培养了学生的自学能力、观察能力、动手能力、研究和分析问题能力。
2.4 加强实践教学环节,突出工程创新特色 通过实验教学和课程设计这些实践环节,使学生更好地理解和掌握本课程的基本理论和方法,进一步提高学生查阅技术资料、绘制工程图和应用计算机等能力,特别是加强培养学生创新意识和分析问题、解决问题的能力。
因此,我们根据选定的课程内容和必需的应用技能要求,征求企业中专业人员的意见,将来源于企业实际工作实践中的项目,进一步分解成子项目让学生完成,并且内容包含激发学生兴趣的亮点,任务呈现在复杂背景之中,使学生在实现任务的过程中,既培养学生分析问题、解决问题的能力,又能有效地锻炼创新思维能力。
2.5 积极开展第二课堂,提高学生的创新实践能力 为激发学生学习《机械原理》和工程创新设计的兴趣,我们在课堂以外开设了众多的“第二课堂”,也即学习兴趣小组。每一小组有2~3位指导教师,机械专业的学生可以自由随意加入,定期开展知识讲座、学习探讨、技术交流、作品展示等。在这些“第二课堂”中我们给学生讲授了Matlab、Adams等虚拟仿真软件的基本用法及其在《机械原理》课程学习中的应用;我们结合三维设计软件、反求设备以及逆向造型软件的使用,向同学们进一步介绍了创新设计的基本原理及实现方法。
通过这些第二课堂的开设,加深了学生对《机械原理》课程学习内容的理解,极大地激发了他们的学习兴趣、提高了他们的工程创新能力。近年来,我校的机械专业的学生在全国各大赛事中屡屡获奖就是我们教学成果的最好证明:参加“全国第二、三、四、五届大学生机械创新设计大赛(安徽赛区)”竞赛共获一等奖4项、二等奖7项、三等奖8项、“全国三维数字化创新设计大赛”(安徽赛区)特等奖等。
2.6 建立多元化的考核评价模式 目前《机械原理》课程的考核评价方式一般为平时成绩加上实验成绩约占30%,闭卷考试的卷面成绩占70%。这种考核方式不能真实的反映学生实际应用技能的掌握,因此,近年来,对于《机械原理》课程的考核,我们在以下方面做了一些有益的尝试:
2.6.1 增加与实践相结合的内容,重点考核实践操作技能、解决实际问题的能力以及综合创新能力,鼓励学生创造性地发现问题及解决问题。
2.6.2 摒弃传统的闭卷考试,采取开卷、闭卷、操作、口试、专题报告以及学习成果汇报等多种考核形式来展现学生学习的过程和结果,同时在可能的情况下引进企业评价作为考核参考。
2.6.3 在开课时就公开地告诉学生课程考核评价方案,让学生能够积极主动地参与评价,及时了解其在学习过程中取得的进展和成功,又能真实知晓其不足,以便找到进一步努力的方向,使考核评价成为一个继续学习的过程,充分体现学生在自主学习中的主体地位。
3 结束语
当今我国已纳入国际经济竞争与发展的大环境中,这就要求我国的工业界必须拥有一大批具有创造性的研究开发型工程师。作为培养机械工程师设计能力主要课程之一的《机械原理》也应该体现创新意识和创新设计能力的培养。本文主要介绍了我校在《机械原理》的教学实践中的一些有益的尝试,实践表明,这种基于工程创新理念的教学改革举措,大大激发了学生的学习兴趣,提高了学生的创新实践能力。然而,作为机械专业核心课程《机械原理》的执教教师,我们任重而道远,在接下来的教学工作中还要结合机械工程学科的发展需要及教学实践的总结,不断改进教学方法,力求与时俱进,进一步提高教学质量。
参考文献:
[1]教育部高等学校机械基础课程教学指导分委员会.高等学校机械原理课程教学基本要求及其研制说明. 2009年12月:mechf.省略/show.asp?id=200.
[2]王红志,李积彬,费跃农.基于CDIO能力培养的机械原理课程项目实践[J].高教论坛,2009,(4):25-28.
[3]王志伟,孟玲琴. 基于创新能力培养的《机械原理》教学[J]. 农机化研究,2004,(2):270-271.
关键词:机械制造工艺;课程教学;教学改革
一、改革教学内容,突出我校特色,适应机械工业快速发展
我校是一所具有鲜明机械特色的高等工科院校,多年来为各级机械企业及科研院所输送了大批毕业生,深受用人单位好评。当前,我国机械事业迫切需要大量具有扎实理论功底,掌握科技发展最新技术以及具有较强动手能力的人才。在此背景下,我们针对机械制造工艺学课程的教学内容进行了改革。
(一)在教学内容选取上突出了机械特色
在实际授课过程中,我们结合科研工作,总结了众多机械制造实例穿插在各章节之中,通过举例,使学生在进行机械制造工艺基础理论学习的同时,吸收多方面的机械制造知识,培养学生对机械工业的兴趣,为未来从事机械领域工作夯实了基础。
(二)在教学内容更新上适应了机械工业发展的新要求
当前,机械零部件的结构越来越复杂,制造精度要求越来越高,这些都对机械制造技术提出了更高的要求,为此,本人在教学中以专题形式介绍了特种加工技术、精密超精密加工技术以及快速成型技术的基本原理、主要特点、发展趋势及其应用等,并且组织学生亲自动手实践,增强了感性认识。
(三)注意培养学生运用计算机解决工程问题的能力
在机械制造工艺学课程教学中,本人有意识地培养学生运用计算机解决工程问题的能力,安排学生上机进行实际操作;在讲解工序尺寸图表法的时候,鼓励学生在课后开发简短的小程序来实现工序尺寸的自动计算;在讲解夹具设计一章中,运用三维工程软件建立模型,进行运动仿真和夹紧力计算等。通过在教学中引入计算机技术,既提高了学生兴趣,开阔了学生视野,又加深了学生对课程内容的认识。
二、改进教学方法,完善教学手段
(一)采用“讨论式”教学形式”
针对课程重点内容设计了若干生活中的典型实例,使学生接受起来更加容易。比如在讲授尺寸链的概念时,本人在教学中举例:每天下课后从机械馆到食堂,花费的最佳时间应该为15±5分钟,如果中间经过综合楼,经统计从机械馆到综合楼一般花费的时间为4±1分钟,那么从综合楼到食堂应该在多大时间范围内才能保证总时间在15±5分钟以内?课堂上所有同学都给出了正确答案,本人首先肯定学生们的成绩:实际上大家在日常生活中已经经常应用尺寸链的原理在解决实际问题,只是没有把它上升到理论。然后进一步引导大家进行讨论和总结,结果学生们轻松理解了尺寸链原理和主要计算公式,并且总结了极值法的优缺点,引出了概率法及其应用等。在课堂上采用讨论式教学,不仅加深学生对课程内容的理解,也锻炼了学生的分析能力和表达能力,同时活跃了课堂气氛,增强了师生互动。
(二)充分运用计算机技术和多媒体教学手段
传统的机械制造工艺学教学,在课堂讲授环节上往往以板书为主,近年来电子讲稿逐渐普及应用,提高了效率,但是对学生理解课程内容的帮助作用并不显著。为此,本人将三维工程软件Solid works应用到课程教学当中,运用该软件建立大量三维立体模型,帮助学生理解基准、定位、夹紧、夹具等重要概念,同时还建立了一批装配体零件并进行了动画仿真,用于说明六点定位原理、工件定位过程、常用夹紧机构、各类机床夹具、先进制造技术等课程的重点、难点内容。
三、重视实践环节,培养动手能力
积极培养学生动手能力是我校多年来一直坚持的基本原则,本人采取了一系列有针对性的措施来保证这一教学目的的实现。
(一)利用三维模型、动画及视频资料等手段
本人在教学中采用了大量三维模型、动画以及视频资料,为学生提供了许多虚拟场景和实际加工过程录像,使学生能够体验到一定程度的沉浸感和现场感,这些模型可以从不同角度进行反复观察,场景和视频也可以反复播放,为学生加深理解提供了便利,这是现场教学不容易做到的。
(二)设计安排相应实验
针对课程内容,安排了机床夹具拆装、工艺系统误差复映、电加工技术以及激光快速成型技术等四部分实验,内容涉及了本课程的几个重点部分,既包括传统的机制工艺,又包括机械制造领域相关的一些现代制造技术,确保学生在两方面都得到实践锻炼。另外,还安排了学生CAPP技术上机实验,通过上机强化了学生们对工艺规程制定过程的认识,加深了对重要概念的理解,还使学生们初步掌握了一种CAPP软件的应用方法。
(三)其他外延手段
课堂和实验教学并不是本课程的全部,本人在后续的生产实习和机械制造工艺学课程设计等实践环节中对课程进行了延伸,采取教师与学生现场讨论、小范围座谈、指导学生写实习报告(课程设计说明书)等形式进一步加深对课本内容的理解,同时结合实践锻炼学生的动手能力。
【参考文献】
关键词:机械原理;精品课程;课程建设
作者简介:李光煜(1965-),女,内蒙古呼和浩特人,黑龙江科技大学机械工程学院,教授;刘秀莲(1979-),女,辽宁葫芦岛人,黑龙江科技大学机械工程学院,讲师。(黑龙江 哈尔滨 150027)
中图分类号:G642.3 文献标识码:A 文章编号:1007-0079(2013)34-0126-02
精品课建设是教育部为实施高等学校教学质量和教学改革工程不断提高教学质量而推出的一项重大举措。在精品课建设中,应围绕如何提高教学质量进行研究和实践,其主旨在于充分体现精品课的先进性、科学性和示范性,实现理论知识传授与应用创新能力培养并重的教育目标。在这一过程中,通过整合教学内容,构建新的教学体系,改革教学模式,深化实践环节,造就一支优秀的结构合理的师资队伍,吸收和培养年轻教师,优化教材,实现课程建设的可持续发展。[1,2]
一、进行教学内容的整合,形成新的教学体系
近年来,随着高等教育教学改革的深入和创新应用型人才培养规划的调整,学生某些科目的教学时数有所减少,“机械原理”课程的教学时数也由原来的76学时减少到56学时。在教学时数减少了20学时的情况下要保质保量地完成“机械原理”课程的教学,就要求授课教师对教材内容要融会贯通,对理论知识的讲解能够深入浅出,做到举一反三。通过课程组讨论和教学实践,对理论知识体系进行了重新整合,把课程内容体系归纳为“四大模块”,即机构的组成与运动分析模块、机械系统动力学模块、基本机构及其设计模块和机构组合系统及其设计模块。其中,机构的组成与运动分析模块(10学时)内容包括平面机构的组成原理及其结构分析和平面机构的常用运动分析方法研究。机械系统动力学模块(16学时),包括平面机构的惯性力确定和动态静力分析方法、机械的效率确定及自锁条件分析、机械的平衡条件及其计算、机械的运动方程的建立及其速度波动的调节方法等内容。基本机构及其设计模块(22学时),包括平面连杆机构、凸轮机构、齿轮机构和其他常用机构的类型、应用及各自设计方法。最后是机构组合系统及其设计模块(8学时),包括齿轮系的类型、传动比的计算及轮系的应用和机械系统的方案设计。[3]经过整合课程体系,使课程内容变得更加连贯,学生在学习机械原理这一学科时能够按照认知规律来掌握知识要点,从而使学习变得更加容易。即首先学习并掌握机构的组成原理和结构分析、机构具有确定相对运动的条件和平面机构常用的运动分析方法之后,了解和学习工程中常用机构的类型、组成、应用特点及其设计方法,最后学习和理解机械系统的机构组成及其总体方案设计,从而使各执行构件间达到协调配合。通过形成和利用“机械原理”课程新体系,充分体现出了精品课建设的先进性、科学性和示范性。
二、建立科学合理的教学环节,提高学生掌握知识、运用知识及动手创新的能力
学生对基本概念、基本原理及基本技能掌握程度的关键在于是否建立了科学合理的教学环节,同时学生理论联系实际的能力、亲自动手实践能力和工程应用能力的形成与提高也依赖于科学合理的教学环节。多年来,“机械原理”课程组建立并应用了“三位一体”的教学环节,即把理论教学作为第一环节,第二环节为实验教学,课外综合实践是第三个教学环节。通过“三位一体”的教学环节全面提高了学生掌握理论知识的能力、动手实践创新能力和工程应用能力。[4]
1.改进教学方法与手段,使理论知识变得生动形象,便于学生掌握
在“机械原理”课程教学中没有统一的教学模式,而是根据章、节及课程内容的不同采用灵活多样的教学方法。“机械原理”课程组教师常采用的教学方法有传统的课堂讲授法、启发式教学法,也有新颖灵活的分析讨论式教学法及现场研究式教学法、案例教学法等。例如,在进行轮系这一部分内容的教学时,结合动画和模型等应用实例,利用分析讨论法和学生一起讨论定轴轮系与周转轮系的结构形式的不同、运动特性的不同及它们之间的联系,从而推导出两种轮系的传动比计算方法,通过这样的教学,可以开发学生智力,培养学生科学思维能力,使学生对这一知识点更容易理解和掌握,达到记忆深刻的教学效果。而在学习轮系中“使用惰轮的必要性”这一内容时,采用了案例教学的方式,把采煤机摇臂使用惰轮的录像作为案例让学生观看和了解,从而得出惰轮可以增大传动距离和改变传动方向这两个结论。在齿轮机构和蜗杆机构的教学中,组织学生到机构陈列室及常用机床车间进行现场教学。在去现场之前要给学生布置思考题,让学生带着问题去现场观察,把教材中的理论知识与工程实际结合起来,使学生领会齿轮机构(蜗杆机构)在机器中的应用及其在应用中体现出的不同特性,达到了使学生把理论知识与生产实际结合起来的教学目标。
处于理论学习阶段的学生还没有接触生产实践,教师不可能每节课都能带学生到现场教学。鉴于此,在“机械原理”教学中,要充分利用机械的实物模型直观教学或利用教学录像片、CAI教学课件、多媒体flas等比较形象的教学工具和手段帮助学生理解和掌握较抽象的理论知识。例如,锥齿轮的当量齿轮和当量齿数这一概念就非常抽象,学生较难理解,但在利用一段录像片展开背锥并结合CAI课件讲授之后,这一教学难点也就迎刃而解了。另外,在精品课建设中还充分利用网络教学资源和环境,建立了机械原理精品课程网站,网站中包含了本课程的教学资料,包括自制的CAI教学课件、多年收集的教学案例以及多套课程教学重点和难点知识的录像片等,还包括机械学科的前沿成果、机械创新园地及课程习题及答案等,为学生的自学和机械创新能力的形成提供便利的条件。
2.完善实验教学设备,改进实验教学方法,提高学生动手实践能力
针对“机械原理”课程对实验教学的要求以及实验项目与内容的改革与整合,学院在实验设备的种类和台套数、实验场地等方面的投入力度逐年增大,使实验室在实验装备和实验技术方面具有较先进的水平,为本课程的实验教学创造了良好的环境。在实验室的管理方面上实行课余时间开放制,学生实验时间自定并提前预约。在实验教学方面,以前的机械原理实验教学多是验证性的,很多学生都只在旁边观摩,起不到对学生锻炼动手能力的培养目的。通过完善实验设备,目前实验室引进了具有研究性、综合性及创新性内容的实验,开设了机电系统创意组合实验和机构创新结构设计实验,学生利用课堂所学的基本概念、基本原理和基本技能,独立思考,亲自动手设计、组装新机构,并对所组装机构的传动系统方案进行评价,通过这样的实验教学方式培养了学生的创造、创新能力和动手实践能力。
3.开展课外综合实践,提高学生对理论知识的应用能力
培养学生解决机械工程应用及其创新发展的能力是“机械原理”课程教学的总目标。要实现这一目标,单凭理论教学和实验教学还远远不够,还要加强对学生课外综合实践的引导和指导。因此课程组创建了面向全校学生的“机械创新训练实验室”、“慧鱼创新组合制作室”,并由专人管理设备。教研室及实验室全体教师均可进行指导,为学生的创新活动提供宽广的平台和指导,为学生个性化创新教育创造广阔的空间。每年定期举办校级机械创新设计大赛和“慧鱼”模型创意组合竞赛,课程组对在大赛及竞赛中出现的优秀作品进行评价,帮助学生对所学基本概念、基本理论知识与工作实际应用做到融会贯通,利用机械原理知识发现问题并解决问题能力;并对其中能够完成实物或模型的作品提供一定的资助,对其中明显具有实用性和创新性的作品给予奖励,在此基础上鼓励和组织学生参加省级或国家级机械创新竞赛及全国大学生科技创新大赛等活动。这样,在培养学生的动手能力和创新能力的同时,也培养了学生的组织协作能力和沟通能力,实现工科大学生由理论知识的掌握和积累向机械创新发展及工程应用能力生成的转变。
4.建立科学的考核方法,综合考评学生成绩
近年来,课程组对“机械原理”课程建立了多元化考核模式,真正发挥期末考核在课程教学中的鉴定、督促和激励作用。具体做法是:首先在考核的内容上,不仅考核学生基本概念、基本理论和基本技能的掌握程度,还要考核学生综合性、创造性地应用基本概念、基本理论和基本技能解决实际问题的能力。其次在考核的形式上,加大了平时学习表现和实践能力考核的力度。不再是由一套试卷和几道试题决定学生对本课程的学习效果,而是综合考量学生的平时作业、讨论课及启发式教学中的表现、实验课教学中动手能力的表现及校级、省级和国家级创新大赛的参加及获奖情况等多个方面进行测评,使期末成绩的构成多元化。利用考核形式的改革,使每一个教学环节都得到学生的足够重视,激发了学生的学习积极性,使学生更加了解“机械原理”课程在今后从事机械工程应用及其创新发展中的重要性,通过建立科学的考核方法,改善了教学秩序,提高了教学质量。
三、加大师资队伍建设力度,提高师资队伍的学历水平和教学能力
师资队伍的建设和师资水平的提升是精品课程建设的关键。“机械原理”课程组教师共9人,其中教授3人,副教授1人,高工2人,讲师3人,高级职称人数占67%。课程组全体教师不断进取,抓住各种机会努力提高自身的学历水平和教育教学能力。[5]目前博士学位1人,在读博士后1人,在读博士3人,硕士学位2人,学士学位2人。对青年教师实行导师制培养计划,对每一位新进教师均配一名骨干教师进行指导,并制订明确具体的培养计划,帮助他们提高教学能力,过好教学关、育人关、实践关。要求新进教师必须经过听课、辅导答疑、批改作业、指导实验、指导课程设计、试讲、点评等阶段后,才能上讲台讲课。鼓励青年教师积极开展教学与科学研究,提高学术水平和工程实践能力,并促进教学水平的提高。几年来,共有5人次参加校级、院级教学大赛,分别获得一、二、三等奖,课程组的教学质量受到学校师生的一致好评。
四、引进国内优秀教材, 完成自编规划教材和自制课件的配套体系
课堂教学的主要载体是教材,教师通过教材把知识传递给学生,教材也是学生课前和课后自学的主要工具,所以精品课程教学效果的改善和教学质量的提高都与教材的选择和建设息息相关。课程组教师长期重视教材的选用与建设,选用的教材均为高教出版社推荐使用的国家优秀获奖教材,并购买了与教材配套的CAI电子教案。同时以“21世纪规划教材”为依托,抓住北京大学出版社“全国高等院校机械类创新型人才培养规划教材”的契机,课题组共同努力出版了与课程建设配套的机械原理教材,并在教学实践中得到应用,师生反映良好。为提高教学效果,增加课堂的信息量,黑龙江科技大学的教师们还自己制作了CAI课件,实现教材立体化,效果很好。
参考文献:
[1]曲向荣.精品课建设的实践与思考[J].沈阳工业大学学报:社会科学版,2008,(2).
[2]侯治富, 金祥雷,谷树严,等.精品课程建设目标及实现途径的研究与实践[J].中国大学教学,2006,(1):22.
[3]孙桓,陈作模,葛文杰.机械原理[M].第八版.北京:高等教育出版社,2007.
关键词:机械制造技术基础课程;教学内容;教学改革;实践教学
中图分类号:G712;G423.04 文献标志码:A 文章编号:1008-3561(2017)04-0052-01
机械制造技术基础课程的教学目的,是让中职学生掌握机械制造技术方面最基本的理论知识和技能,对制造活动有一个总体的了解与把握,为今后专业课的学习及毕业后从事机械产品的设计、制造及生产管理等工作打下坚实的基础。本文论述机械制造技术基础课程教学内容改革和实践的思路及做法。
一、机械制造技术基础课程教学内容改革的思路
设计好机械制造技术基础课程的教学内容,是课程组必须解决的一个难点问题。在教学内容的改革中,要遵循以下三点指导思想。
(1)拓宽专业,培养通才。过去的专业划分过细,造成学生知识面比较狭窄,难以适应各项建设工作和继续深造的需要。随着新专业目录的确定,学校要对过去老专业的培养计划进行适当修改,并对它的课程体系及教学内容进行改革。机械制造技术基础课程是新制订的教学计划中所规定的机械类各专业必修的三门技术基础课程之一,因此,该课程的教学内容也应遵循“拓宽专业,培养通才”思想,应具备机械类各专业学生所必需的机械制造过程有关的基础知识。
(2)扩宽学生知识面,增强机械类各专业学生的从业能力。从过去机械类各专业的培养计划来看,只有机械制造专业开设机械制造工艺学、机床概论、切削原理等有关机械制造过程的专业课程,但教学内容过专过细,内容庞杂陈旧。而其他机械类专业如机械设计、汽车、工业工程管理等专业,只开设机械制造工艺学课程,造成这些中职生缺乏切削原理、机床及工艺装备等方面的知识,影响从业能力。从统计来看,机械类各专业中职学生毕业后大多数从事机械产品开发、设计、制造、管理和运销等工作。因此,在设置课程教学内容时,要重基础,避免原专业课程内容陈旧庞杂、太专太细等缺点,要强调基础理论知识的实际应用。
(3)提高教学质量,减轻学生负担。过去开设的专业课程较多,各门课程之间的衔接没有处理好,导致一些教学内容重复讲授,而一些教学内容又没有讲到。因此,在机械制造技术基础课程的整合过程中,要注意精选教学内容,要适当增添一些新的知识要点,使课程与现代制造技术相结合,让教学内容具有先进性,能反映出本学科领域的最新科技成果。这样,既提高教学质量,又减轻中职学生的学习负担。
二、机械制造技术基础课程内容体系的改革
机械制造技术基础课程的教学内容应该包括机械产品制造过程的基本理论和方法,它涉及公差及技术测量、金属切削原理与刀具、机床概论及设计、机械制造工艺及机床夹具等方面的知识。本课程的教学主线是:学生学习金属切削原理、金属切削机床以及零件加工表面的技术要求(即公差与配合的相关知识)、零件的定位原理等基础知识之后,再依次叙述机械零件的特征、表面加工方法与加工设备等知识,然后重点研究机械加工工艺规程和机械装配工艺规程的问题,最后,再了解自动化加工、数控加工、特种加工等方面知识。
三、实践性教学的设计思想与教学效果
机械制造技术基础是一门实践性很强的课程,它的内容很多,涉及面比较广。为了让学生真正掌握本课程的教学内容,达到学以致用的效果,除课堂上的理论教学外,教师还要重点加强实践教学环节,提高学生的实践动手能力。为达到预期教学效果,可以设计如下实践教学环节。
(1)计算机辅助课程设计。本课程在理论教学完成以后,要安排一周的计算机辅助机械加工工艺规程(CAPP)课程设计。它要求学生综合运用所学过的知识(包括本课程的基本理论和其他相关课程的知识),在计算机工艺设计软件的辅助下正确分析和合理解决一个比较简单的机械零件工艺规程的设计问题。其目的是通过课程设计,使学生学习并掌握工艺设计方法,能够学以致用。实际上,课程设计也是对学生学习情况的一次验收和巩固。实践证明:课程设计训练可使学生面对具体的工程问题时能综合应用以前所学过的知识,做到正确分析和处理;课程设计训练能够加深学生对机械加工工艺设计原则的理解;在设计过程中,不同工艺方案的分析与对比可使学生初步掌握优化工艺方案的能力;课程设计训练可使学生熟悉各种技术手册、规范、图表等技术资料的运用;课程设计训练能够进一步培养学生的工程应用能力和编写工程技术文件的文字表达能力。
(2)教学实验。为配合机械制造技术基础课程理论教学,培养中职生的动手操作能力,本实践教学环节还设置车刀角度的测量、切削力实验、切削温度实验等三个教学实验,以便学生更好地理解与掌握机械制造过程的基本规律。
四、结束语
江苏省张家港市中等专业学校开设机械制造技术基础课程以来,课程组不断总结经验,对课程教学内容进行补充和完善。从近几年学生所做的课程设计来看,中职生的知识面和实践动手能力达到预期的教学效果。
参考文献:
1.教学内容与知识体系的统筹调整
从知识体系上来说,目前高校机械设计课程的授课内容主要包涵了机械原理和机械零件两大块。传统上,非机械类工程专业的学生只学习机械设计基础,总的学习时间为一个学期。而机械类专业的学生通常在一个学期学习机械原理,随后一个学期学习机械零件。对于实践环节,非机械专业的学生在学完机械设计基础理论课程之后,两周的时间内完成以减速箱为设计对象的课程设计训练;机械专业的学生则在修完机械原理和机械零件之后,三周的时间内完成减速箱课程设计。这种教学计划是根据课程内容特点进行安排,在由教师到学生的知识传递过程中较多的体现出教学内容与知识的系绕陛和连贯性。
按照目前学科大类平台建设的目标,机械学科大类专业建设要求机械专业的学生和近机类工程专业的学生统一学习工程力学、机械设计基础等基础课程和专业基础课程,在完成基础课程内容学习后,学生根据选定专业,进入专业课程的学习阶段。大类专业建设面向学生角度,增加了学生的自主选择权。面向学科大类平台建设,教研团队对机械设计课程进行了一系列教学改革。首先,组织有多年授课经验的教师对延续多年的传统教学计划进行了调整和修订。面向全校学生,包括机械专业、汽车专业、材料工程专业、能源动力专业、环境专业、出版印刷专业、医疗器械专业等多个专业的学生,在大学二年级的下学期统一开设机械设计基础课程,完成大类专业基础教育。而在三年级的上学期,主要面向机械专业学生开设机械设计课程,与机械设计基础课程相比,要求在专业内容理论层次上进行拔高。与此同时,教研团队组织人员编写了一本《机械设计基础》教材,教材从规划到编撰依据机械设计基础课程的教学基本要求,面向高等院校大专业规划,综合考虑了各专业学习的基本要求,2010年9月该书已在化学工业出版社正式出版,在上海理工大学学科大类平台建设的探索中,该教材已经使用两年。从课后学生反馈以及课程设计、毕业设计实践过程,可以看出教材内容体系适合大专业建设要求。
今年,为了满足机械专业或近机专业学生的学习要求,编写了一本《机械零件设计》教材,该教材区别于现有机械设计教材的一个显著特点是,该书以机械系统设计方法为贯穿主线,穿插了机械创新设计方法的内容,加入了近年来的机械设计新理论、新方法、新技术,而且补充了一些常用零部件的设计计算。以往学生在学习基本机构和常用零部件设计方法之后,对知识的掌握仍然是零散的,当设计一台机器或一个机械系统时仍然不能很好地掌握。该书使得学生从一个完整体系角度掌握机械系统的设计。目前该书已经在上海理工大学校内试用一年,反馈良好,目前正联系正式出版。教研团队在机械设计课程改革方面首先从教学内容和体系上进行了改革,面向不同专业的使用要求,重新进行了定位和调整,实现了课程内容的层次划分,满足了各类专业的要求,体现了学科大类平台建设的层次性和优势。
2.教学方法与授课手段的灵活运用
随着课程内容和教学计划的变动,教学容量和对象也发生了变化,要求灵活运用教学方法和手段,提高教学效率和质量。多媒体在高校教学活动中已经越来越普及。相对于传统教学手段,多媒体教学具有下面一些优点:知识容量大;趣味性强,能有效集中学生的注意力;形象具体,使学生的认知过程更为深刻。例如讲述机械传动结构时,其运动特性单凭口头表述比较抽象,而把机构运动过程做成动画在课堂上展示给学生,就会一目了然。但是,多媒体教学也存在一些局限性,节奏较快,学生在课堂上常常处于被动灌输状态。如果老师不能“因课制宜”,灵活控制节奏,就成了照本宣科的解说员,学生课堂上无疑会缺少了主动思索训练。这就要求教师能根据课程内容特点,调整教学方法,灵活使用多种教学手段。例如对于繁琐的理论公式推导,适宜采用教师板书启发式讲授,通过教师的节奏停顿、启发引导、师生之间的课堂互动,达到好的课堂效果。在面向大专业建设的机械设计课程改革中,学校教研团队应用AuthorWare、Flash等工具制作了CAI课件,设计了大量动画,录制了一些典型机械的工作录像。
此外,为了弥补多媒体教学中“听得好,忘得快”的缺陷,借助于网络资源平台,扩充师生互动渠道。通过学校的课程中心网,所有的教学课件、补充习题、动画和视频资料等都挂在网上。通过网上作业、测试检验学生掌握知识的程度;通过在线答疑,及时对知识难点进行疏通。网络课程手段的改进较好地协调了课堂教学授课时间少和授课内容多的矛盾。在机械设计课程教学中,要求教师能够根据内容灵活应用传统教学方式、多媒体教学、网络课堂等多种形式,做到内容与手段的最佳匹配,达到最佳教学效果。
3.实践能力与创新思维的锻炼培养
面向学科大类平台建设的机械设计课程教学改革对学生工程实践能力培养和创新思维培养提出了更高要求。作为理论课程的补充,课程设计的实践训练对于培养学生的工程实践能力,具有不可或缺的地位。近年来,机械设计课程教学出现了知识容量膨胀、质量标准提高但学时压缩的矛盾,课程设计同样也面临着学时压缩的现状,学校机械专业学生的课程设计时间由以往的三个星期缩短为两个星期。为了缓解课程设计学时较少的矛盾,教研团队借鉴案例教学的方法,对机械设计课程的教学活动安排进行了调整。传统上笔者学校对机械设计课程的教学活动安排是在正常学期先进行理论课学习,穿插着进行试验教学或理论课成绩考核之后,然后在学期末或者是短学期再开始布置题目、讲解计算,完成课程设计过程。传统的教学活动安排如图1fa)所示。
重新调整的教学活动安排如图1(b)所示。采用理论授课和课程设计平行进行,即在讲述理论课程的过程中就布置课程设计任务,把课程设计实践作为一个案例贯穿于整个学期的理论学习中。在学期上课之初就把题目布置给学生,讲课过程中每章内容都结合课程设计内容来讲,不但利于学生学习目的更加明确具体,而且解决了学时较少的矛盾。课程设计时计算过程基本完成,主要再讲述工程图和零件图的绘制,说明书的编制内容,结果时间上更加从容,课程设计质量显著提高。这与传统教学安排相比体现出一些优点。首先学生带着实践问题来学习理论知识,增强了学习目的性和学习兴趣,教师在理论讲授过程中也可以针对具体的设计对象,使得理论知识不是泛泛而空洞。重要的是,这样做可以避免理论与实践出现断层,大大加强理论与实践的耦合程度,实践有理论的指导,趁热打铁,教学效果更好。最后,教学环节的调整使得两周的课程设计学时不再显得捉襟见肘。学生在理论知识讲授结束后,就可以完成相关设计计算和校核,课程设计开始有更充分的时间准备工程制图表达,学生课程设计的说明书和图纸质量普遍得到提高。通过课程设计题目可以把机械设计课程中的多个零散的知识点贯穿起来,从而实现教学内容的融汇贯通,使学生达到系统把握知识点的效果,形成一种系统思维和综合思维,避免了知识的零散和片面性。经过两年教学实验,在综合考评以后,学生的反应较好。
实验作为机械设计课程中另一个重要环节,近两年也进行了相应的跟进改革。实验装置由单一性、封闭性向着多样化和开放性发展。建立了开放式的典型零件陈列柜和创新案例展示柜,引入了新型的实验教学,实验方法上开展了虚拟实验教学,鼓励学生学习ADAMS软件和ANSYS软件进行机构和零件仿真分析。创新能力的培养,是我国21世纪人才培养的核心目标,学校教研团队面向大类专业建设的机械设计课程改革非常重视机械创新设计能力的培养。组织教师成立了机械设计创新团队,建立了创新实验室,在该实验室分区展示了历年经典创新实例、仿生机构学创新、新型专利及创新案例,建立了创新设计平台,定期指导学生进行创新思维训练。
全国大学生创新设计大赛为学生参与创新设计活动提供了一个平台。由创新团队的教师组织学生踊跃参加创新设计大赛,学生学习积极性和兴趣更加浓厚,既实现了理论与实践结合,也增加了创新实践机会。讲课过程中将机械学科领域的最新发展动态以及教师的相关科研成果融人课堂教学,开阔学生的视野,激发和培养学生的创新意识与学习兴趣。对于工程实践能力和创新能力的有目的的训练,提高了学生的动手能力、综合设计能力,更好的发挥了个人创造性。
关键词:机械设计基础;教学改革;教学研究;任务驱动
中图分类号:G642.0 文献标识码:A 文章编号:1007-0079(2014)11-0120-02
“机械设计基础”是近机类专业学生在学完机械制图、工程材料、材料力学等基础课程后进入专业课程学习前必修的技术基础课,包含机械原理和机械设计两部分的内容,内容多,涉及面广。因此,及时地发现学生在学习过程中的问题,并采取有效的措施改进教学方法,激发学生的学习兴趣,是教师教学方法研究的重要课题。
一、教学现状分析
1.先修课程开设不足
“机械设计基础”的主要先修课程有机械制图、工程材料、机械制造基础、理论力学、材料力学、金属工艺学、互换性与技术测量、金工实习等,只有学完这些先修课程,才能为本课程的学习打好基础。但是目前北京信息科技大学(以下简称“我校”)近机类和非机类专业上述先修课程存在开设不足问题,使本课程的授课讲解困难重重。
2.学生学习兴趣不高
“机械设计基础”课程涉及的基础理论内容较广,且相对独立,其特点是概念多,原理多,公式多,图表多,内容比较枯燥和单调,所学知识在学生以前的学习中很少接触,初学时往往会感到吃力。同时,“机械设计基础”课程是一门实践性很强的课程,学生缺乏工程意识和实践能力,容易导致学习效果不理想。
3.教学方法不当
目前尽管“机械设计基础”教学大多已采用了多媒体,在开课初期,多媒体丰富的动画的确可以调动学生的学习兴趣。但是随着教学内容的深入,由于多媒体教学提供的信息量大,速度快,学生对教学内容无法及时思考和总结,易造成填鸭式教学,便会感觉课程内容枯燥,进而失去学习的兴趣,进而影响教学质量。
4.考核方式单一
学生成绩的考核评定采用期末考试成绩(70%)+实验成绩(10%)+平时成绩(20%)作为最终的评定标准。由于“机械设计基础”是一门实践性很强的课程,这种简单评定标准无法全面反映学生的实际水平,也不能激发学生学习的积极性,因此对于学生成绩的考核评定方法应该进行适当的改革。
二、教学方法改革措施
1.优化教学内容
“机械设计基础”包含了机械原理和机械设计的两部分内容。两者的研究内容很不相同,主要内容是研究机械中的常用机构和通用零件的工作原理、结构特点、基本的设计理论和计算方法。[1]现有的教材,为了追求理论知识的系统性和完整性,致使该课程内容多,知识点散,且大多数偏重于理论分析,未考虑到近机类专业学生的先修课程开设不足的实际情况,例如带传动受力分析或齿轮传动设计的推导公式过于冗长,对于近机类专业学生不易理解和掌握,因此对教学内容进行优化,对一些复杂的的理论推导及证明予以删除,重点强调公式的实际应用。增加工程实例的讲解,同时把课程设计相关内容分解成若干任务融入课堂教学,使学生在学习“机械设计基础”课程内容的同时,能够将所学知识应用到实际设计中。
2.教学方法多样化,激发学生兴趣
为了提高学生的学习热情和效率,可根据教学内容的需要,灵活采用多种教学方法,发挥不同教学方法的长处。
(1)多媒体与板书相结合。“机械设计基础”是一门理论性和实践性都较强的课程。传统的“教师口述+ 板书”的授课方式,已不能满足现代教育的需要。适度使用多媒体教学方法,通过生动的动画、视频等多媒体手段,使学生更形象地理解机构工作原理和机器零部件的具体结构,能将抽象的、难以理解的内容变得简单直观,有利于学生理解其运动规律。在对重要知识点的公式进行讲解时,则以板书为主。通过“多媒体+板书”的授课方式,提高学生的学习主动性。
(2)现场实物教学。在教学过程中,安排学生参观机械零部件陈列室或实习中心,结合课程教学内容对照实物进行讲解,学生能够更加直接地感受到所学知识的实际应用,加深对教材内容的理解。对于比较复杂的部分,例如轴系结构的设计,可首先组织学生现场观察后亲自装拆,增加感性认识,然后再进行课堂讲解,使枯燥的教学内容变得生动。
(3)工程案例教学方法。由于“机械设计基础”各章节之间的内容自成体系,独立性强,知识点多,学生初学时很难把握课程的中心内容。采用典型、实用的工程案例方法进行教学,就能把这些独立的章节内容串联起来,同时可使学生直接接触到工程应用,激发学生的学习兴趣。例如,在讲解机械原理的内容时,可选择以冲床为例,逐步向各知识点辐射进行讲解,这样就把机构的运动简图画法、自由度计算、连杆设计、急回特性、运动分析、凸轮机构设计、齿轮机构设计和飞轮设计等知识点联系起来,课程的学习就会显得具有系统性,同时提高学生分析问题和解决工程实际问题的能力。
(4)任务驱动式教学方法。任务驱动式教学方法是以教学任务为主线,选取一个典型的项目作为总任务贯穿教学的始终,按知识点将总任务分解为若干个具体子任务,把课程教学的主要内容融入到总任务的各个阶段,使教材中各章节的零散知识有机地联系在一起,有利于帮助学生构建完整的知识体系。课程的总任务将在课程设计中得以充分体现。
在进行“机械设计基础”课程教学时,将“多媒体+板书”的授课方式贯穿始终,根据现有条件和教学进度,适时安排现场实物教学。在讲解各章知识点内容后,采用典型工程案例进行分析,在此基础上把各项子任务分配给学生,每个子任务都是总任务的一部分,并且相互关联,学生分组独立完成全部子任务后,总任务也就得以完成。通过多种教学方法的融合,充分调动了学生的积极性和学习兴趣。
三、任务驱动式教学方法的实施
任务驱动式教学方法是通过实施一个完整的任务而进行的教学活动,在此过程中把理论知识与实践活动有机地结合起来。笔者连续两年在2010级、2011级工业设计专业进行了“机械设计基础”教学改革。
1.任务的选择与设计
根据“机械设计基础”教学目标,笔者分别选取牛头刨床、带式卷扬机作为机械原理部分和机械设计部分的总任务,如表1所示,按机械原理部分的知识点把牛头刨床分为6个具体的子任务。如表2所示,按机械设计部分的知识点带式卷扬机分为8个具体的子任务,[2]在教学过程中,任务与教学内容有机地融合在一起,各个子任务之间可以是递进的,也可以是并列的,分别承载着独立的知识点。全部子任务完成后,经过合并整理也就完成了总任务,达到教学目标。
2.任务驱动式教学的实施过程
在任务驱动式教学实施过程中,教师根据教学内容编制好总任务书和各子任务书,学生每4~6人为一小组,以小组为单位完成任务。教师事先讲解教学内容的知识点,随后讲解其在典型工程案例中的应用,最后派发相关子任务,学生接到任务后,确定在各自小组内的分工及合作形式,对于学生遇到的问题,教师提供适当的指导和帮助,引导学生查找相关的设计资料,探索自行解决的方法,变被动接受知识为主动寻求知识,充分突出学生的主体性与教师的主导作用。
每一子任务完成后,各小组选择出一位同学进行试讲,展示本组任务成果,其他组同学可以对其成果提出质疑、进行评价。在这个过程中,可以培养学生分析问题和现场处理问题的能力。任务讲解完毕后,教师对出现的错误进行更正,对其成果质量进行评价,加深学生的印象,最后要求学生在进一步修改的基础上提交任务报告书和PPT。各子任务完成后,教师进行串讲,各小组在此基础上整合原有成果,完成总任务的设计。[3,4]
3.考核评价方法的确定
根据任务驱动式教学方法的特点,该课程最终的评定成绩将由平时成绩、综合能力成绩、实验成绩、期末考试成绩几部分组成,可以更全面地反映学生的实际能力和学习情况。成绩评价的重点放在过程之中,激励学生进行自主性的学习。[5]
四、结束语
任务驱动式教学方法,是在教师主导下,以典型任务为驱动,学生以组为单位独立完成一系列子任务,最终完成总任务的一种教学方法。学生通过分组讨论、查找相关设计资料、理论分析,自行寻找完成任务的方法,最后在老师的指导下完成工作。
实验证明,采用任务驱动式教学使学生学习本课程的积极性得到极大激发,取得了明显的教学效果。通过小组内成员之间以及师生之间的讨论、沟通、合作和交流,既培养了学生的团队合作精神,又使学生理论联系实际,锻炼了分析问题、解决问题的能力。课程结束后,学生普遍认为收获很大,综合素质得到了提高,随之积极参加、开展学校的各种课外科技活动。
在教学改革的过程中,也发现了一些不足之处,比如目前与任务驱动式教学相关的教材、讲义比较少;总任务的数量比较少,有待进一步开发更多典型的任务;在实施过程中,组内个别成员过度依赖其他同学。教学改革是一个动态的过程,针对上述问题,笔者将在今后的教学过程中不断改进,最终达到全面提高学生综合素质的目的。
参考文献:
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关键词:机械工程测试技术;教学改革;认知规律
《机械工程测试技术》是机械类专业的技术基础课,课程集成了工程数学、大学物理,金属与半导体材料、电工电子、信号分析、计算机技术等多门学科理论与技术,具有涉及学科面广、知识容量大、理论分析较多、实践操作性强、学时较少等特点[1]。对于机械专业学生,由于普遍而言本专业学生在电路、电子学以及信号分析与处理等电气信息知识方面相对较弱,所以首次接触本门课程时,在遇到信号的时域频域变换和调制解调、系统动态特性分析等抽象概念时,学生普遍反映该课程理解难度大,思维方式较难适应。若不能快速适应课程的学习,部分学生将出现厌学甚至放弃本门课程的倾向[2]。然而,随着目前机械装备信息化程度的提升,测试技术在机械制造领域的应用愈加广泛,有人断言,衡量一台机械设备机电一体化程度的高低关键就是看这台机械设备上安装的测试装置的数量。因此,《机械工程测试技术》在机械类专业课程中的地位不是在降低,而是越来越重要。作为本门课程的授课教师,在教学实践中,一直在尝试改革创新教学内容与方法,希望能用更通俗易懂的语言、更贴近生产实际的案例来让学生彻底掌握测试技术,使他们能适应机械行业对一名机械工程师在测试技术方面的要求。本文首先分析以往“机械工程测试技术”教学过程中发现存在的问题,然后对近几年的教学改革进行总结。
一、传统教学模式存在的问题
(一)先修课程温习环节薄弱
《机械工程测试技术》是为机械类专业本科生开设的一门偏信息化的专业技术基础课,在学习这门课之前默认学生已牢固掌握电工电子以及信号方面的知识。但从教学实践来看,情况往往不容乐观,部分学生在这些先修课程的掌握方面并不到位或有所遗忘,这就加大了《机械工程测试技术》授课教师的课程开展难度。如果学生不能积极调用先修课程的知识并与测试技术相结合,则随着课程的开展,学生将会逐渐跟不上课程的进度,丧失学习兴趣[3]。
(二)教学内容安排不符合机械专业学生的认知规律
目前大部分机械工程测试技术的教材内容编排是按照以下路线进行:首先介绍测试技术的概要,并举出几例测试技术的工程实际应用,激发学生的学习兴趣。然后,介绍信号及其时域频域描述,接下来就是测试装置的基本特性。随后介绍常用的传感器,再则是讲解信号调理与信号处理。对于基础较好的学生,这种编排并无不妥,但对于应用型本科学生而言,这种编排虚实相间,软硬交融,学生并不习惯这种遍排,容易找不到学习重点[4]。为了调动学生对学习测试技术的热情,使学生既能掌握测试技术中有关传感器器件的使用方法,理解传感器信号变换的物理原理,又能掌握信号处理方面的知识,并能将测试技术理论应用于机械工程实际案例,培养学生的创新能力,需要针对应用型本科学生的学习特点,对课程进行教学改革。
二、针对问题采取的教学改革措施
(一)针对特定教学内容安排相应温习课程
根据教学实践,学生在学习测试技术的过程中,难以做到灵活运用的先修课程内容主要是三部分:1)用于信号分析的微积分知识;2)用于传感器器件的电路分析与模拟电路知识;3)用于应变、扭矩测量中的材料力学知识。为了能让学生能顺利学习后续相应章节内容,在章节开始前安排适当的时长复习这些先修内容,使学生有的放矢,在一种准备充分的心理状态下学习新知识[5]。
(二)按照符合学生认知规律的章节顺序进行教学
基于学生的认知规律,按照“先硬后软”,“先实后虚”的顺序安排教学。在《机械工程测试技术》的第一章,通过讲解几个测试方面的工程案例,帮助学生建立起学习测试技术的兴趣后,不按照教材编排授课,跳过信号及其时域频域分析一章,讲解测试装置基本特性一章节,重点帮助学生建立传感器标定这一概念,随即进行第三章,即“常用传感器与敏感元件”的教学。作为应用型本科,学生学习测试技术的重点在于理解常用传感器的“非电———电”的物理变换原理,以及掌握传感器的使用方法,至此,学生已经对测试技术的物理实现有了比较清晰的认识,再通过电桥、滤波器和放大器的学习,学生就完整掌握了一整套测试装置的工作流程。在学习完以上章节后,再讲授信号及其描述、调制解调以及信号处理,学生就能参照前面学习的测试装置工作的物理过程,对照学习,不会感到无所适从。
三、结语
通过《机械工程测试技术》的教学与改革实践,我们发现要适应应用型本科的专业教学,其核心还是在于要努力将教学内容贴近学生的认知规律,以实际应用为导向开展教学,并且将教学内容生动化、立体化、直观化,这也为我们的教学提出了另一种思考方向。对于一门理论与实践并重的课程,我们如何抓住重点,如何使课程内容在不失完备性的前提下又能充分调动学生的学习热情,这需要我们反复思考、认真总结,相信随着课程教学与改革经验的丰富,在不久的将来一定能收获更为满意的教学效果。
参考文献:
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