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序论:写作是一种深度的自我表达。它要求我们深入探索自己的思想和情感,挖掘那些隐藏在内心深处的真相,好投稿为您带来了七篇机械原理论文范文,愿它们成为您写作过程中的灵感催化剂,助力您的创作。
中图分类号:G64 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2017)02(b)-0180-03
Reform and Practice of the Mechanical Principle Course Based on the Innovative Talent Training
Wang Min Luo Xiaolin
(College of Mechanical Engineering, Guangdong Polytechnic Normal University, Guangzhou Guangdong , 510665, China)
Abstract: As a backbone professional basic course of machinery majors,the mechanical principle course has a pivotal position in training students’engineering practice and innovation ability.With science innovation center and off-campus practice teaching base as linkages, the teaching reform and practice of the mechanical principle course were promoted and the students’ project practice ability and innovation ability were cultivated through restructuring the teaching content, optimizing the teaching means, constructing piecewise practice teaching and strengthening the construction of innovative teachers.
Key Words: Innovative talents; Mechanical principle; Educational reform
《机械原理》作为机械类及近机械类专业的一门主干专业基础课,承担着培养学生机械系统整体运动方案设计的重要任务,在培养大学生工程实践及创新能力方面具有其他课程所无法比拟的优势。但该课程内容缺乏关联性、系统性,学生无法从整体上顺利完成系统的运动方案设计,也无法从机械产品综合设计的角度理解该课程所述知识的真正用处。并且由于课时压缩及学生整体素质的下滑,使得学生普遍反映该课程内容枯燥难懂,机构运动费解难明,于是产生了严重的厌学、畏难情绪,期末考试不及格率大,学生的创新意识、创新能力培养更无从谈起。
多年来,研究人员结合机械原理课程理论教学和实践教学两大模块,通过合理整合教学内容,优化理论教学;改进教学方式、方法;改进作业方式;构建分段实践教学模式;鼓励、支持学生参加科研活动及各种科技竞赛;强化创新型教师培养等方面的改革,以期激发学生学习兴趣,提高学生自主学习能力。近年来初见成效,学生学习主动性提高,不及格率明显降低,学生在各级各类有关机械创新的大赛中也获得了较好成绩。
1 重组教学内容,优化理论教学
为培养学生的分析能力、综合能力及创新设计能力,研究人员将《机械原理》课程按照“机构分析”“机构设计”和“综合设计”的模块进行划分,如图1所示[1]。机构分析模块主要内容包括:机构的结构分析、平面机构的运动分析、平面机构的力分析、机械的效率与自锁、机械的平衡、机械的运转及其速度波动的调节等,通过该模块的学习提高学生分析问题的能力。机构设计模块主要内容包括:平面连杆机构及其设计、凸轮机构及其设计、齿轮机构及其设计、齿轮系及其设计、其他常用机构、工业机器人机构及其设计等。综合设计模块主要内容为机械系统的方案设计[2]。学生通过对机构设计及综合设计模块的学习,在结合自身实践经验与理论知识的基础上,实现机械系统的设计,从而培养了学生的创新思维及综合设计能力。
2 改革教学方式、方法,优化教学手段
近年来,由于专业基础课学时受到不同程度的核酰所以在有限的课堂教学时间内,教师基本需“满堂灌”才能完成教学计划,学生完全是被动地接受。这种单一的灌输式填鸭式教学方式,严重束缚了学生的创新意识。为改进这种现状,机械原理课堂教学过程中加强启发式、讨论式及案例式等先进教学方式的应用[3],并借助现代信息技术,采用“多媒体课件+黑板+教具”三位一体的教学手段,强化大学生进行自主学习和自我教育的能力,培养学生的创新意识及创新能力。
课堂讲授过程中,采用“多媒体课件+教具+黑板”三位一体的教学手段,充分发挥各自优势,提高教学质量。首先,采用多媒体教学不仅能节省板书时间,而且可根据教材内容,将文字、图片、声音、动画等结合起来,使教学更形象、生动,激活课堂气氛,提高学习效果。特别是机构的运动等一些难以用语言来描述的教学内容,采用多媒体教学具有突出的优势。其次,将一些机构的实物模型和教学用具带入课程辅助教学,使原本枯燥、抽象的教学难点变得形象生动。比如在讲授齿轮时,将齿轮模型带入课堂,针对实物进行讲解,学生更容易接受[4]。最后,教学过程中,授课教师也要注意板书教学的合理运用。讲解课程习题的具体运算过程时,使用板书教学效果更好。比如用矢量方程图解法求解机构的速度和加速度时,采用板书教学,虽然耗时,但教学效果好。
3 构建分段实践教学模式
构建以培养学生的工程实践和创新能力为目标的分段实践教学体系[5],主要包括实验教学、课程设计和科技创新三部分[6],如图2所示。实验教学除包括“机构运动简图测绘”“齿轮参数测定”等一些验证性实验外,增设开放性实验室,学生可利用课余时间在实验室进行机械创新设计;课程设计中鼓励学生采用计算机进行辅助设计及三维建模、分析、优化,并动手制作实物样机模型,以提高他们的综合分析能力及实践能力;以机械创新大赛和工程训练综合能力竞赛为契机,积极鼓励学生参加各级各类竞赛,激发他们的学习积极性、主动性和创造性。
(1)增设开放式实验,构筑学生创新实践平台。
把示范性、验证性的实验,变为设计型、综合型的实验,并实行开放式教学,为学生进行科技制作提供必要的工作条件[7]。在W院现有大学生科创中心的示范作用下,争取创建机械创新设计实验室,组建机械创新小组、机械设计小组等。
(2)改革课程设计,鼓励学生创新。
对“机械原理”课程设计的题目、内容及考核方法进行改革,探索基于项目形式的课程设计教学模式[8]。课程设计过程中,以学生为主,教师只做适当的引导;课程设计成果也不再局限于设计说明书和图纸,鼓励学生采用计算机软件(比如Pro/E、3Dmax、UG等三维设计软件)设计自己所提出的方案,绘制虚拟的三维造型,并通过软件对方案进行模拟仿真。
(3)以机械创新大赛为契机,强化学生创新能力。
积极鼓励并组织学生参与各种机械创新大赛,如国家机械创新大赛、省机械创新大赛、校机械创新大赛,使学生在竞赛中锻炼交流,有意识地更新和夯实基础知识,培养学生的自主意识和创新能力。同时,学院也制定了相关政策,鼓励学生参与到教师的科研项目中,学习教师在科学研究过程中的经验与成果,以强化学生的工程意识和工程素质,并通过帮助教师解决实际问题,锻炼学生的工程能力和创新能力。实践证明,让学生参与各项科技创新竞赛是培养学生创新能力的最有效途径。机电学院的学生在近几年的国家级、省级机械创新设计大赛中均获得较好的成绩:第四届“机械创新”比赛全国总决赛二等奖;第五届“机械创新”比赛广东省赛二等奖3项;第六届“机械创新”比赛广东省赛二等奖3项。
4 加强基础作业,增加课程小论文
机械原理教学过程中除完成常规习题作业外,适当布置几篇小论文。例如:在讲授机械原理绪论部分涉及到机械发展的历史,虽然这不是机械原理课程的核心内容,但了解机械发展的历史对学生进一步学习相关课程是有帮助的,故该部分内容可布置相应的课程论文。让学生完成课程小论文,一方面可培养学生撰写科技论文的能力,另一方面又能够使学生从被动学习转化为主动学习,学生在进行相关资料检索、整理、分析的过程中,既加深了对机械原理课程的了解,又能从中体会到机械原理课程的奥妙与乐趣,从而激发学生学习的兴趣。
5 加强创新型师资建设,促进创新型人才培养
俗话说“严师出高徒”,所以,创新型人才的培养关键在教师,只有建立一支创新型指导教师队伍,才能培养出合格的创新人才。本着“请进来,走出去”的原则,建立专任教师和兼职教师相结合的高水平师资队伍。一方面聘请企事业单位具有丰富经验的工程技术人员出任兼职教师,开设专题讲座,讲授专业概论、学科前沿,指导学生实践实习、课程设计和毕业设计等教学环节。另一方面,更为重要的是制定相关激励政策,鼓励教师主持参与教研和科学项目研究,组织教师到企事业单位或科研院所学习、培训、工程现场实践等,以提高教师自身的工程实践能力和创新思维能力。教师在教科研中形成的新思想、新方法,及创造的新成果会潜移默化地渗透给学生,进而激发起学生们的创新精神和创新欲望。只有教师的教学能力和创造性思维能力活跃起来,才能保证创新教育的顺利开展,促进创新型人才的培养。
6 结语
《机械原理》课程在培养学生机械综合设计能力、创新能力和解决实际问题的动手能力中占有十分重要的地位。采用“多媒体课件+教具+黑板”三位一体的教学手段,保证教学效果。以机电学院大学生科技创新中心为纽带,鼓励学生参加各级各类大学生科技创新竞赛;鼓励学生参与教师的教学和科研项目,以多元化的实践模式促进学生工程实践能力和创新能力的培养。以校外大学生实践教学基地为依托,加强创新型师资建设,开展创新性教育,提高学生运用现代科学技术解决工程实际问题的能力和实践动手能力,促进创新型人才培养。
参考文献
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论文关键词:TRIZ理论,机械制图,教学创新
机械制图作为工科学生的基础课,是今后学习机械专业课程的基础,也是未来就业的基本要求之一,对工科学生的重要性不言而喻。传统的教学方法过于注重演绎和传授,教学的结果过于注重作业和考试成绩,使学生缺乏创新能力和学习兴趣。面对着这一现实,制图教师必须在教学中改变传统的教学方法,树立创新教育观念,把单纯的“讲、写、画”的传统教育模式,转变为对学生创造能力培养的现代教育模式。针对这种情况,我们尝试性的把TRIZ理论中的方法创新引入高职院校机械制图教学中,培养学生学会学习,学会创新,从而提升实际教学效果,力图培养学生的创新能力。
一、创新教学模式及操作要点
创新的课堂教学模式是指依据教学内容和要求,由教师创设情境,以问题的发现、探究和解决来激发学生的求知欲、创造欲和主体意识,培养学生学会学习,学会创新,发展智力和创新思维能力的一种模式。在反复研究与实践中,我们认为新教育目标与教学目标,要通过知识教学过程实现。当然这里的知识教学与传统的重知识传授、轻能力培养,重智轻德,重分数轻素质,重结果轻过程,重学科体系轻实践能力,重传承轻创新等是完全不同的。其一教育论文,欲求知识,要求课堂教学不能开始就讲,直接传授,倾囊而出,而必须先激发动机,产生兴趣,产生求知欲。其二,感知发现知识,要求基本知识点要由学生通过感知,独立思考,合作交流总结概括出来。其三,加工论证知识,要求学生总结发现知识重点后,进一步通过学生之间、师生之间的讨论碰撞进行加工、论证。其四,转化重构知识,要求课堂练习有层
次、可选择,鼓励一题多解式的求新求异,课后应用创新,并且重新改组充实知识结构。TRIZ理论创新的教学观相应的教学模式的基本环节是:激发动机―诱导发现―加工论证―应用创新。
创新教学模式的基本点是探究式获取知识,创新性应用知识,是在课堂教学过程中,在教师的组织、引导、促进下,学生主动感知、发现、获取知识,加工转化建构知识,而非被动听讲、消极接受、机械训练的僵化灌入。
(一)激发动机,包括预习展示、确认目标、形成探究动机。教学实践已证明,学生没有预习就进入学习,往往一开始就处于被动接受状态。即便是教师采用启发式教学,引用了许多导入的材料、背景知识或进行联系密切的复习,多数学生也很难积极主动学习。为此在机械制图的课堂教学中要改变教师一味传授讲解知识的传统教学方法,而要采用启发式和讨论式的教学方法,在教学中启发学生与老师一起思考,激发学生的学习兴趣。比如在机械制图“组合体”这一章的教学中,组合体的“形体分析”是要求掌握的重点内容,其目的是要培养学生对组合体的形体表达能力和空间想象力。因此在教学过程中,可以安排一些多种形式的,约束条件少,富有趣味性的题目来启发学生主动创造怎么写论文。
(二)诱导发现,包括感知分析、抽象概括和合作交流。传统的讲授,往往忽视知识的产生、发展过程,这对于简单的事实、符号教学可以有效。但对于有来龙去脉、有丰富内涵与外延的概念和原理等规律性的知识教学,恐怕不行了。以《平面物体的截交线》一课为例,探索创新教学方法具体步骤包括:1.教师讲解理论依据―――“截交线”的两个基本特征。通过给出“截交线”的定义,配合模型教具进行直观讲解,帮助学生建立空间概念。2.实施
“开放式”教学。发给学生模型,学生自行观察拿到的模型的平面,自行测量模型的尺寸,自行确定比例,自定尺寸和模型摆放方式,选择视图,开始作图,学生自行求作截交线。学生自行确定截面位置,结合实际模型,在自己的三视图上求截交线;学生自行验证理论教育论文,以自己所作的截交线,验证截交线的两个特征,或以截交线的两个特征来检验自身视图是否正确。教师作巡回指导和随时答疑。3.总结、巩固。选择视图具有代表性的作者上台将其所做的三视图、截平面和截交线展示并当众讲解。最后,教师本人或学生对照黑板上的视图,再次验证截交线的特征,巩固复习新课。这种教学方法,使用直观的研究对象(模型),学生易于接受,课堂学习气氛活跃,便于激发学习兴趣。学生自定视图尺寸,自定截面,“开放式”的自主学习,增强了学习的主动性,培养了动手和创新能力。
(三)加工论证,包括归纳表达、讨论碰撞和印证加工。通过独立思考和小组合作学习,学生基本上能用自己的话表达出已获得的认知和概念的含义,事物的特点等。这还不够,应该进一步表达,进行全班交流,引发重点讨论碰撞。在此基础上教师抓住重点问题、核心问题、疑难问题发表自己的见解,即重点讲解。此时的讲解是学生急需的、高度期待的,他们急于听老师的讲解、意见以及看问题的方法、角度、技巧。此时,教师的讲解、观点最容易引起高度的注意和认同,对他们的认识起到印证作用,有助于他们的理解和加工,促进其思维的深度,提升其价值观,是一种师生有效的适当的深层的情感、认知互动互促。可见,TRIZ理论创新教学主张学生在教师的引导下,主动探究式获取知识,决不意味着排斥教师的讲解,相反非常重视教师的讲解,重点讲、精讲。然而这里的讲与传统的授受是根本不同的:一是在学生已有主动认知基础上的;二是非全面的全程的;三是必要的急需的;四是能引起学生积极主动地讲。可见,这样的讲能真正起到教师引导促进的作用,其结果是引导和促进学生主动构建,而非被动摄入。从情感上说,这种讲会与学生真切情感相呼应,使他们感到豁然开朗,似曾相识,不谋而合,原来我也能经历、发现,也会探究,从而使他们受到成功的激励,受到鼓舞,产生极大的自信心,获得一种难以言表的精神享受与愉悦。
(四)应用创新,包括选择练习,总结质疑和重构延伸。在师生加工论证知识点的基础上的课堂练习应该是有层次的、可选择的,能有助于思维发散和能力转化。必须承认,共识度再大,学生之间的理解和内化水平也是有差异的。因此,练习题应是丰富多层次,由低到高,由单一到综合的教育论文,这样才能有利于不同层次学生的练习巩固,不同程度的提高。教师用课件承载多样多层的习题,供学生按需选择。选择练习题目由基本练习、复式练习、综合练习、延伸练习组成,对基本练习和变式练习要限定时间,综合练习和延伸练习要鼓励学生独创,求异求新,一题多解,一题多问、多变、多思,多题归一。这是发散―聚合―发散的创新思维的练习,是独创的个体学习和合作的集体学习。这时教师的作用更多的是引导学生思考、启发思路,肯定推进,释疑、导疑,对其中具有共性,很有价值的问题,在短时间内不能讨论清楚讲解明白的,要引向课后,变成探究性作业,继续学习探究。在学生回顾、总结评价主要收获后,教师要进一步引导学生对新学的知识,重组建构到旧的认知体系框架中去,同化和顺应,形成新的知识网络。
二、TRIZ理论对于创新教学的实践指导
创新教学中,既要重视理论教学,让学生掌握该课的基本原理、作图和读图方法以及有关机械零件的基本结构及装配的基本知识等,形成扎实的基本理论知识体系,同时还必须与生产实践紧密结合起来。许多已经毕业的学生说“:工作后才知道制图中所学的零件是什么。”这不能不引起我们的深思,这说明我们过去的教学只注重了课本理论知识的讲解,而忽视了与生产实际之间的联系。因此,在机械制图课堂教学过程中,要与生产实际紧密联系,既要让学生看模型,又要让他们看一些实物,二者紧密结合。利用课外时间带领学生到工厂或实训车间参观认识零件,了解生产知识,帮助学生了解掌握工厂中用的实际图纸,明确“学了制图是用来干什么的”,使理论知识与生产实践紧密结合起来,有利于提高学生的综合素质,为就业打下良好的基础怎么写论文。学以致用,是教育者的责任,也是创新教学的目的。
TRIZ理论提供创新的解决方案,而培养学生自主学习和教师的教学意识方法创新,以及双方共同发现问题和解决问题的能力,各个方面都涉及创新能力的培养,因此,TRIZ理论能在教学创新研究进行的过程中为学生和教师提出解决问题的思路。
(一)TRIZ理论在创设情境中的作用。教学模式创新的首要任务是创设问题情境,给学生思考的引子;创设的问题具有引导性,才能引发学生提出问题。引导学生研究的问题看作一个个待解决的问题,采用TRIZ理论进行求解,获得需要设置的问题。具体到一门专业课程,创设问题情境就归结为各子课题的引导问题情境的设计,究竟采用什么样的启发方式才能引起学生思考和帮助学生提出合适的问题,提出这个题目后,根据TRIZ理论教育论文,进行程式化描述,解决冲突,获得合适的情境设计。问题创设过程是教师为主、师生共同参与的过程。在创设问题情境阶段所面临的课程的子课题划分、待求的题目获得等问题,都需要采用TRIZ理论进行解决,进而对师生的创新思维进行开发。
(二)TRIZ理论在研究性教学过程中的作用。研究性教学过程重点是帮助学生对自己先前提出的问题进行求解,安排好学生的讨论、成果交流和总结,使研究性教学有序地进行,达到传授专业知识和激发学生创新能力的目标。例如 TRIZ理论与创新技术中的40个创新原理中,其中很多都可以解释上述课程中的理论知识或实验环节。教师在课堂上可以把这些原理穿插到课堂教学中,并进行相关案例拓展,同时让学生参与互动,让学生们相互启发,激发它们的创新思维,培养他们的创新能力,而且这样也能提高课堂的教学效果。在这一过程中,需要研讨探究和验证假设,即学生对自己提出的问题进行研究求解,并给出结果。TRIZ理论给出问题的解的多种方案,解决问题求解过程中的各种矛盾,给出较佳的方案。这个问题探究的过程,TRIZ理论发挥的作用最大。针对一个个实际问题,TRIZ理论指导学生进行创新解决,首先通过问题分析和定义把这些实际问题转换为TRIZ问题模型,然后利用 TRIZ的分析工具得到问题通解,最后得到特定解。
(三)TRIZ理论在教学创新研究理论归纳中的作用。课题是研究重视过程,TRIZ理论侧重于提供方法上的指导。由于TRIZ理论系统本身就具有综合性,所以从TRIZ理论演化出来的分立小课题,最后还可以运用系统化的方式整合起来,提供一个成型的规律或者方法,能指导更大范围的创新实践应用。
通过上述分析,TRIZ理论在教学创新研究中扮演着重要的角色,是教学创新研究实施过程中的一个重要工具,二者的结合,将构建比较完善的教学模式创新,为培养创新型人才提供更好的途径,充分调动教师和学生的积极性、创造性,必将探索出一条广阔的教学新路。
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关键词:卓越工程师;科研项目;机械设计课程;教学模式
中图分类号:G712 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2014)53-0190-02
目前社会对人才的需求产生了很大的变化,用人单位对高校本科生、研究生的社会适应性提出了越来越高的要求,更加强调学生的实践动手能力和项目研发能力,所以毕业生如何能够在短时间内尽快适应岗位的需要和单位的要求,在一定程度上成为衡量高校人才培养质量的重要指标[1]。2010年6月23日,教育部在天津召开“卓越工程师教育培养计划”启动会,联合有关部门和行业协会,共同实施“卓越工程师教育培养计划”,主要目的就在于培养和造就一大批创新能力强、适应社会发展需要的高质量工程技术人才[2]。对于机械专业的毕业生而言,不仅要培养学生熟练掌握专业基础理论知识的能力,更要注重培养学生的实践应用能力和创新能力,所以将各类科研项目引入课程体系,加深对课程理论的应用和理解,尽快使学生了解科研项目的研发过程,参与项目的具体研究和实施,通过自身的深度参与,将所学的知识学以致用。在机械工程专业的培养计划中,现代机械设计类课程是与工程应用联系最为紧密的课程,也是将来对机械专业学生的工程应用能力和社会适应性影响最大的主干课程,其中的理论力学、材料力学、有限元分析、机械振动、机械设计、优化设计与理论、机械结构测试与分析既有相当的理论深度与价值,又可以独立解决很多的工程问题,这些课程最适合采用教学与科研项目集合教学方式。
一、在理论教学中灌输科研项目研究的前瞻性
对于机械专业的本科生、研究生而言,所有机械设计类课程都具有相当重要的理论价值,可以提高学生的理论素养。但是这类课程在教学和学习过程中往往比较枯燥,且具有一定的难度,如果纯粹按照严谨的理论体系进行教学,学生容易失去学习的兴趣和动力,甚至觉得所学的知识一无所用。所以迫切需要教师在教学过程中,灌输教学内容的理论意义、价值与应用,要做到这一点,最好的也是最自然的方式就是将教师的课题引入到教学过程中来。机械专业教师所研究的课题,无论是纵向或横向课题,在其所用的研究理论、研究方法和研究手段上,必定都存在与机械设计类课程非常贴切的内容,需要应用机械设计系列课程的理论和方法去解决。例如在解决某型号转塔冲床在加工过程中的振动和噪声问题,就要了解机床的结构设计特点及工作原理,需要涉及机械设计与机械原理等课程的内容;要对机床的振动与噪声进行实际测量,需要掌握机械振动、机械测试与分析等课程有关的知识;为了对机床进行减振降噪,可以在有限元分析、优化设计等课程中提出解决这一问题的方法与思路。总体而言,任何一个课题的研究,尤其是横向课题,都有很多可以在教学过程中值得与学生分析与探讨的内容,可以让学生了解所学知识的重要性和工程应用价值。
二、在研究方案制定过程中培养学生的研发能力
目前针对工科专业的研究性教学而言,以“项目和课题研究为导向”的教学方式非常贴切现行教学改革的要求和趋势。该教学模式可以将学习、研究、实践有机地结合起来,充分发挥学生的主体作用,使学生能创造性地运用所学的知识和能力,通过自己的主动探索、主动思考、主动实践,自主地发现问题、研究问题和解决问题。首先,教师在讲课内容中要增加具体的工程实例,同时注重引导学生注意身边的工程问题,鼓励学生参与提炼工程主题,并将工程主题与教学重点内容结合起来。在进行项目研究方案的制订与讨论过程中,可以先介绍课题的来源、背景、研究需求和研究目标,让学生以分组的形式去查资料,阅读查文献,了解目前的研究现状及研究方法,制定课题的研究方案,引导学生展开课堂讨论,并根据所学的知识提出解决问题的方法,这样可以将抽象的理论与具体的工程背景结合,使抽象的工程问题变得丰满有趣,从而强化学生的工程概念与背景。然后,将学生带到企业,进入生产现场和使用现场,获得对所研究课题的感性认识,掌握和了解课题实际存在的问题,形成教学与实际结合起来的课外教学方式,通过学生亲身实践、工程技术人员的介绍以及教师的深入分析,使学生对研究的内容和课题有较为深刻的理解,便于制定更为具体和合理的研究计划。例如在对某型号的路灯灯杆进行强度与可靠性研究时,可以运用力学知识进行理论计算,再进行实际测量,最后进行优化设计,这一过程几乎会涉及到机械设计类的所有课程。
三、在项目实施过程中锻炼学生的实践能力
对于工科的本科生和研究生而言,我们现在的人才培养非常重视专业知识的学习,毕业后学生可以掌握本专业系统的理论知识和一定的实践能力。但很多毕业生在进入工作岗位后,往往还需要2~5年时间的重新学习与培训,才能具备较好的工程素养,也才能独立解决工程实际问题,从而造成企业人力与财力的浪费,使得企业在招聘人才时,首先考虑的不是学生的文凭和学习成绩,而是工作经历和工作经验。近几年本科教学大纲经历了至少两次修订,修订过程中已经注意到这个问题,并且正在进行较大幅度的改革,其主要做法是加大实践性教学环节的比重,实行企业与学校的联合培养模式,其目标就是在工程应用、生产实际中培养学生独立思考与解决问题的能力。如果能够让学生参与到教师与企业合作的课题中来,在项目研究与实施的过程中,让学生将学到的知识应用于解决具体的工程问题,就可以实现新大纲修订的宗旨,满足新大纲的要求。横向课题是企业在生产过程中或客户在使用过程中发现和提出来的技术难题,往往具有一定的难度,课题的研究也是一项系统工程,其研究成果可以直接提升产品质量,产生明显的社会和经济效益。所以首先需要对研究的对象进行全面的了解、分析、调研与查阅资料,包括设备的结构、功能、使用方法、产品质量的评估等,这方面的研究可以培养学生画图、识图、查阅文献的能力。确定了详细的研究方案之后,就要进行课题的研究,该研究过程往往历时几个月,甚至一年以上。在此研究过程中,学生需要参与大量的研究工作,可以在教师的指导下将学到的系统知识应用于理论计算,通过对理论知识的复习和应用,了解理论研究的价值,加深对理论知识的理解;学生还可以从事实验分析和实际测试,不但可以在实验室对试样进行试验,进一步熟悉实验室仪器与设备的使用方法和技巧,还可以到车间进行实际测量,掌握现代测试仪器的操作和使用,并在试验和测试完成后,进行数据的处理工作;在试验研究的基础上,培养学生利用先进的计算机仿真手段进行优化设计,通过学习先进的三维设计软件、有限元计算软件等进行结构的改进设计研究工作,并将计算结果与实验结果进行对比,及时了解优化设计的效果,从而达到研究的目的。让学生深度参与课题的研究过程,一方面可以使学生获得较为全面、系统的学习与训练。对机械专业学生而言,可以对实验应力分析、有限元分析、机械振动、机械结构的测试分析以及优化设计等现代设计类的重要课程和知识点有非常深刻的了解;另一方面还可以对企业的产品、要求、技术、研发甚至市场都有比较全面的接触。这样对毕业生就业而言,所提供的参与这些企业课题研发的经历,对企业来说无疑具有极大的吸引力。最为关键的是,这些学生一旦进入相关行业,马上可以发挥很大的作用,能够独当一面解决企业面临的具体工程问题。
四、在项目成果的总结中提高学生的综合能力
学生通过参与科研项目的研究过程,可以了解企业的技术改进与研发过程,可以应用到所学的很多知识,也可以掌握很多新的思想、理念、方法和研究手段,可以培养动手能力和创新意识,但更为重要的是还需要通过对项目的总结来进一步提升他们的综合能力和素质。
项目研究过程还包括对研究结果的总结,尤其是需要对照预期的研究指标进行分析与汇总,形成一系列的研究成果。这一过程可以提供学生撰写总结报告、学术论文与专利的机会。相对于知识的学习和动手能力的培养,我们目前对这种能力的要求不是很高,甚至不作要求,一般总是认为本科生没有能力独立撰写和发表学术论文。但实际上对很多学生来说,只要阅读过一定数量的科技文献,再经过一定的指导和锻炼,加上教师的认真修改,本科生完全可以发表学术论文,甚至是质量较高的国际论文。相对于较为专业的学术论文而言,撰写专利,尤其是实用新型专利或外观设计专利,相对来说比较容易,只要鼓励学生善于观察、敢于思考、勇于创新,再加上一定的指导,应该可以完成专利的授权,这一点对将来学生在企业工作非常有利。
目前所有大学都越来越重视大学生的第二课堂,对工科学校来说这是培养“卓越工程师”的主阵地,也是培养大学生创新意识和动手能力的主课堂,对拓展学生的综合素质起到非常重要的作用。学生可以从参与的课题中提炼新的内容,作为大学生课外科技活动项目,也可以将研究成果进行整理,参加各项科技竞赛活动,如“挑战杯”大学生课外学术科技作品竞赛、机械设计创新大赛等。通过竞赛调动学生的主动性、积极性、创造性,激发学生的潜能,展示学生的才能。
总之,让学生参加教师的项目与课题,提供他们走进企业的机会,参加工程项目的测试、分析与优化等综合性的研究工作,可以增强学生的工程概念与意识,提高与锻炼学生解决工程实际问题的能力,最终提高学生的社会适应性,成为合格的卓越工程师。
参考文献:
一、机械原理课程教学现状
机械原理课程涉及到机构学、机器动力学、机构设计等,对学生数学、物理、力学等基础知识要求较高,而且机械原理课程具有理论性强、实践性强,涉及内容广泛等特点,因此学生在学习过程中会具有一定的困难,给教师带来一定的教学困扰。
在传统机械原理课程的教学中,教师为了提高教学效率,往往会直接将机械原理课程的问题、内容及结论直接传递给学生,并让学生通过反复应用和死记硬背的方式,强行记住课程内容。然而这种教学方法会让学生无法明白结论的缘由以及课程内容中涉及到的公式从何而来,从而导致学生在学习和应用所学内容时,只懂得生搬硬套,不知道结论和公式的意义,不利于培养学生的主观能动性,并会让学生渐渐失去学习机械原理课程的热情。学生被动接受知识的教学方式,且在学习过程中缺乏主动思考,会影响学生的创新能力,与如今我国机械制造业需要创新性人才的要求不符。如今我国主张素质教育,致力于培养学生的创新意识和创新能力,因此机械原理教师需要加强对课程教学结构和教学方法的改进。
二、机械原理课程科学方法及科学思维教育途径
(一)研究教学法
机械类专业学生在进行机械原理课程的学习时,不仅需要注重掌握课本知识,还需要注重掌握学习过程,从而获得自主学习的能力。研究教学法主要是通过设置问题,并引导学生进行研究和探讨,从而让学生自主掌握相关知识的教学过程。在设置问题时,要注重问题的新颖性,确保可以引起学生的学习兴趣。
如教师在进行机构组成教学时,首先可以引导学生了解机构组成原理,让学生明确基本结构加若干个基本杆组可以组成任何平面机构。随后教师可以通过多媒体播放一张机械机构的结构图,并让学生通过观看该结构图,分析此机构能否完成其工作,符合机械机构设计师的设计要求。这种通过将理论与实际结合起来的教学方法,可以很快提起学生的学习兴趣,让学生利用所学知识及课程知识,对该结构图进行分析和讨论,从而活跃了课堂氛围,并让学生进入主动思考模式中。教师需要引导学生分析该机构图存在哪些问题,如何进行改进,让学生有明确的思考方向,并在该方向中应用发散性思维进行教学内容的思考,并用于在课堂上发表自己对结构图问题的看法,并提出改进措施。学生学过思考和讨论之后,会更加具有学习热情。
另外教师还可以让学生通过参观机构模型,让学生将课本知识与实际机构模型结合在一起,从而将思维中比较模糊和抽象的知识,形成具象、生动的知识。学生在谈论学习和参观学习之后,会逐渐认识到机械原理是从机械应用逐渐发展而来,在提起学生学习兴趣的同时,使学生的思维更加灵活和实际。
(二)理论与实践结合
机械原理课程具有理论性强、实践性强等特征,教师不仅需要让学生掌握理论知识,还需要让学生通过动手实践,在提高动手能力的同时,巩固理论知识。另外学生通过动手实践,可以针对实际工程中存在的问题进行分析,使学生的思维更加灵活。
如教师在进行连杆机构的解析法运动教学时,如果只进行公示推导和求解,往往会让学生不知所云,感到教学的枯燥和乏味。此时教师可以让学生自主进行连杆机构的运动分析,并结合软件编程,让学生自主绘制出运动曲线,从而提高学生的实际应用能力,让学生更加具有学习热情。
(三)机械创新大赛
我国很多地区和学校都有机械创新大赛,教师可以组织学生成立创新设计小组,让学生通过自主创新和实践,设计出具有新颖性和实用价值的机械。为了让设计小组有更加全面的思考方向,可以让不同专业的学生给出设计意见,从而有效培养学生的思维创新能力和动手实践能力。
如2012年曾有学生利用行星齿轮的自传和公转,设计出能够全面无死角清洗鞋面的鞋面清洗机。该机械设计不仅具有创新性,还具有一定的实用价值,并可以让其他学生进行参考和学习。
(四)论文考核
为了培养学生自主思考能力和创新能力,教师可以学生撰写科研报告的形式,作为考核方式。学生可以根据教师提供的方向,自主进行课题的研究,并通过查阅相关资料和自主实验获得数据,从而撰写科研报告。该种考核方式可以有效让学生主动学习和探讨,有效培养学生的创新能力,且学生在撰写科研报告过程中,可以进一步巩固课本知识。
1.1课程教学体系现状
《机械设计基础》课程开设在大学农牧学院的能源与动力工程专业,共有三个模块,分别为理论教学模块60学时、实验教学模块4学时以及课程设计1周。
1.2教学体系中存在的问题
课堂教学模式陈旧,重讲轻练。课堂教学中,教师常过分强调知识的全面性,造成课堂教授内容过多,与学生互动较少,同时没有给学生留下足够“学”的时间。例如在讲平面四杆机构设计时,课堂时间大部分在讲授其设计基本思路与方法,很少讲习题,更没有时间让学生练习,严重阻碍知识体系的掌握。实验教学条件和内容不完善,学生缺乏参与感。受实验教学条件的限制,现有实验教学内容仅包括机械原理认识实验与机械零件认识实验,均为参观性实验。学生在实验过程中只能对常用机械零件产生感性认识,而没有实际动手操作,致使参与感严重缺失。课程设计时间短,题目单一,且与实际脱节。课程设计的时间为一周,只能做一个题目,即二级变速器的设计。在这一周的时间内,需对设计的各环节进行分析、计算、选型和作图等,时间非常仓促,学生非常吃力。加之设计题目与实际脱节,学生对设计内容不感兴趣,阻碍了学生设计能力的提高。课程考核方式单一,偏重于理论知识的考核,实验等实践内容几乎不在考核之列,造成学生对实验课程和课程设计不重视,专心于理论知识的学习,不利于学生机械设计综合设计能力的提高。
2教学体系改革措施
课堂教学、课程设计、实验教学是机械设计课程整个教学体系中不可忽略的三个重要环节,本课程的教学改革也应从这三个环节入手。课堂教学应提高教学效率,课程设计应提高学生的工程设计能力,实验教学应以培养学生的动手能力和创新能力为目的。同时理顺课堂教学、课程设计与实验教学之间的关系,建立多元化的教学体系。
2.1改革课堂教学方法,整合教学内容,提高教学效率
针对教学模式陈旧、重讲轻练的现状,课堂教学应遵循精讲多练的原则。在理论授课时精讲基本概念、基本理论和基本方法,使知识易于理解、掌握和记忆。同时给学生留出一定的思维空间,避免满堂灌和填压式的教学方法。同时课堂教学应多采用现代教学手段,例如对于一些较为复杂的空间模型和机械运动规律的讲授,应采用幻灯片、动画或录像等方式,更有利于对常用机械零件的结构和特点的认识和掌握。在课程教学体系改革的大背景下,课程教学内容需要整合,应以机械零件设计为主线,以基础理论侧重实用为原则。机械原理和机械零件设计都是以机构运动简图为研究模型建立机械运动简图,因此应把结构分析,机构运动简图的定义、性质和常用运动副的代号,机构运动简图的建立作为重点讲授内容。对于机构原理部分的内容,过去主要是采用讲授图解法。随着计算机辅助机械设计的应用与推广,其教学内容应该以讲授解析法为主,并增加计算机辅助机械设计的内容,向学生简单介绍AutoCAD的操作知识以进行机械设计,课后要求学生利用计算机完成简单机构的设计任务。对于机械传动和零件设计,应尽量减少理论计算公式的推导,增加零件细部结构的设计介绍和常用设计参数的选取原则的介绍,并加强对机械组合的介绍,比如多种传动方式的组合、原理、特点以及工程实际中的应用、维护等。多向学生介绍机械方面的新发展、新思路,以开阔学生的眼界。此外,参考教材的选用应着眼应用性和先进性。将版本较老、内容较难的教材改为内容较为简单、学生感兴趣、应用型强的教材。
2.2完善实验条件,注重实验教学,重点培养学生的动手和创新能力
针对学生对本课程的学习积极性很高,但学习很吃力的现状,分析其原因,主要是因为学生对理论推导的课程内容有所排斥。但学生对事物的感性认识能力较强,且比较爱动手操作。应对实验条件和实验教学内容做出调整。例如建设机械设计综合实验室,购买机械设计课程相关教学仪器设备,用于满足教学实验条件,并在维持总学时(64学时)不变的情况下,大幅加大实验学时所占的比例。其中,理论学时由60学时压缩至36学时,实验学时由4学时增加至28学时。为增加学生对机械机构的操作能力和创新能力,实验教学在课程教学中所占的比例大幅增加,实验教学内容也有了相应的调整,包括认识实验、操作实验和创新实验。其中,认识实验主要是参观机构工作原理,4个实验共8学时;操作实验主要是常用机械模型的制作,3个实验共14学时;创新实验主要是根据学生的兴趣进行机械模型创新设计,1个实验共6学时。
2.3健全课程设计内容,全面提高学生机械设计能力
机械设计课程设计是提高学生机械零件设计能力的一个重要环节。课程设计给定的时间短,涉及知识面广,完成的内容多,计算量大,绘图工作繁重,有时一个普通的传动方案就需要几个小时甚至几天的时间。鉴于该现状,应使课程设计的题目多样化,并给出设计功能要求,让学生根据自己的兴趣选题并拟定结构方案,指导教师给出合理建议,并尽量借助于现代设计手段、设计方法指导学生完成课程设计任务。在课程设计过程中,要求学生在手工计算的基础上,完成装配草图设计,并运用CAD软件完成装配工作图和零件工作图的绘制。这样不仅能使学生在学习期间接触和掌握计算机辅助绘图技巧,又可以加深学生对行业标准和设计规范的理解掌握,全面提高学生的机械设计能力,为其今后从事设计工作打下良好基础。
2.4考核形式多样化,全面考察学生的学习成果
传统的机械设计课程的课堂教学多,考核多以闭卷考试为主,因而导致学生对实验、设计不感兴趣,偏重于书本知识的掌握,形成了“高分低能”的不良现象。而社会的发展要求学生具有理论联系实际、分析问题和解决问题的能力,因此,课程的考核形式应多样化,以全面考察学生的学习成果为目的,不能单纯以书面考试为主。按照这一思路,课程的考核形式也应作出相应的调整。例如新制定的考试方案中,闭卷(或开卷)考试占30%,实验完成情况占30%,课程小论文占20%,平时表现占20%。其中,闭卷(或开卷)考试内容为课堂教学的重点及难点;实验成绩包括实验模型制作水平、实验积极性及实验团队合作情况;学生可自行拟定课程小论文题目及内容,但论文中必须能反应学生对本课程结构体系的认识及学习感受(需对课程教学提出合理建议或意见)或对课程某一典型章节(典型机械结构)的深入理解;平时表现包括课堂教学及实验教学出勤率、学习积极性及作业完成情况。
3结论
3.1《机械设计基础》课程教学体系的改革应从课堂教学、课程设计和实验教学三个环节着手,应理顺课堂教学、课程设计和实验教学之间的关系,建立多元化且结构合理的教学体系。
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3050407音乐教育
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10186音乐教育实习
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3050409美术教育
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3050444环境艺术设计
00706画法几何及工程制图
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01150效果图表现技法
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10096生产实习
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10288生物化学(三)实践
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10291外科护理学(一)实践
20022临床考核(面试)
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10218统计学概论实践
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10216工商企业管理专科专题调研
10218统计学概论实践
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4020203会计
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4020211饭店管理
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10097毕业实习报告
10271饭店康乐服务技能(实)
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4020234物业管理
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01107韩国语听力(实践)
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4050226商务英语
00094外贸函电(实践)
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00510秘书实务(实践)
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4050402服装艺术设计
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关键词 机械设计基础;创新能力:TRIZ理论
中图分类号 G642.0
文献标识码 A
文章编号 1005-4634(2012)05-0081-03
0 引言
《机械设计基础》是天津城市建设学院非机类专业学生所学的一门专业基础课,主要研究机械的常用机构和通用零件的工作原理、结构特点、基本设计理论和计算方法,具有较强的理论性、实践性和应用性。现代社会需要具有创新能力的人才,所以结合天津城市建设学院非机类专业特点,并针对本课程特点,提出具体的改革方式来加强学生创新能力的培养。
1 《机械设计基础》课程中存在的问题
《机械设计基础》课程通常采用课堂教学、实验和课程设计方式实施教学。如今的教学中存在以下问题。
1)教学内容多,课时少;
2)教学模式比较陈旧,现代教育手段得不到正确使用;
3)学生的自主性和创新性差;
4)实验教学环节重理论、轻实践;
5)学生对课程设计的重视度不够、依赖性强,无创新性。
总体而言,现在的学生会背书、有技能,但缺乏创新能力。因此,在《机械设计基础》课程教学中,培养学生掌握设计的基本原理和最新方法,还应注重培养学生的创新能力。创新思维的探索在国内外从没有停止过,并已取得许多可喜的成果,如试错法、头脑风暴法、形态分析法、焦点对象法、多角度思考法、检核表法等。但上述创新方法基本以心理机制为基础,且逻辑性不严密。TRIZ是前苏联G.enrich S.Altshuller和他的同事,经过50多年对数以万计的专利文献和自然科学知识进行研究、整理和归纳,最终建立的一整套系统化的、实用的、解决发明问题的理论和方法体系。TRIZ理论的原理、法则、程序、步骤、措施等,来源于人类长期探索与改造自然的实践经验的总结,具有严密的逻辑性,而且应用的有效性较高。ZLOTIN把知识从0级到4级分为了5个等级(0级最低,4级最高),不同级别的知识可以用于解决不同级别的问题,如表1所示。使用TRIZ理论解决问题时,其步骤如图1所示。
2 《机械设计基础》课程改革措施
充分考虑天津城市建设学院教学的实际情况和本课程特点,基于TRIZ,对《机械设计基础》课程提出具体的改革措施。
1)优化教学内容,构建培养创新能力的教学体系。(1)选取来源于现实生活的教学素材,并使教学内容贴近非机类各专业方向;(2)传统和现代技术手段相结合,注重教师的引导作用,采用学生的融入式教学;(3)融入TRIZ理论,如讲解齿轮机构在当今国内外的发展状况时,引导学生采用TRIZ理论中40个发明原理中的问题模型进行分析:应用最广的是直齿渐开线齿轮,但其寿命短、承载能力有限。因此,人们尝试在同样厚度的齿轮上,增加接触线长度的斜齿,即斜齿轮。但斜齿轮在传动过程中,易产生对传动系统不利的轴向分力,所以,诞生了人字齿轮,可是人字齿轮的加工复杂。同时,讲解齿轮机构的设计及其在生活中的应用时,穿插TRIZ理论及其有关的创新实例,并让学生在课堂及课后应用TRIZ理论进行思考,启发学生在原有基础上不同角度的创新。
2)优化实验内容,培养学生创新能力。(1)组织学生拆装与专业相关的机器,为学习专业课打下良好基础;(2)开设创新性和综合性实验…,如机构创意设计实验,主要对常见的机构进行创意组合,由学生自己设计机构用途和机构简图,再根据其机构简图搭建机构,并分析其合理性。在实验中,学生可使用TRIZ理论中的合并、分割、嵌套、替代等发明原理,解决设计的机构如何达到机构功能的要求;(3)从各自专业出发,鼓励学生构想出一些新的机构、机器或对现有机器的不合理部分提出改革设想,然后进行设计并付诸实施。
3)改革课程设计的教学模式,加强学生创新设计能力的培养。(1)组成兴趣设计小组,让学生在设计过程中对现有的问题提出创新性解决方案;(2)TRIZ理论中的39个标准工程参数与机械产品有着非常密切的关系,所以,课程设计中要以学生为主,教师只起指导作用,引导学生将TRIZ理论中的39个标准工程参数应用到课程设计中,为以后的实践性工作打下基础;(3)重视答辩。
4)构建第二课堂,培养学生的创新能力。结合专业优势,鼓励学生积极参与教师课题和各级挑战杯及创新大赛。(1)参与教师课题,使学生接触学术发展的尖端知识,并增加他们的求知欲和探索欲;(2)对于各种竞赛活动,采用自主研究模式,即由教师指导学生应用TRIZ理论提出问题和解决问题,搜集资料制定研究计划,最后提交研究成果(论文或生产成品)。自始至终,指导教师不应直接参与其中,更不应把自己的观点强加给学生,只在必要时给予一定的技术指导。
在参加天津市高校第二届机械创新设计大赛的时候,学生提出问题:出门需带东西多时,只有拉杆箱和塑料袋为伴,可是塑料袋提东西重了手会疼,拉杆箱拖东西轻松,但是不方便携带。这个问题属于TRIZ理论中的物理冲突,即为了实现某种功能,一个子系统或元件应具有一种特性,但是同时出现了与该特性相反的特性。现在要求既能载重物,又要携带方便。在TRIZ理论中,Mann曾经提出:解决物理冲突的分离原理与解决技术冲突的发明原理之间存在关系,对于一条分离原理,可以有多条发明原理与之对应,如表2所示。
所以,上述问题属于时间分离,根据表2中的发明原理15动态化:使一个物体或其环境在操作的每一个阶段自动调整,以达到优化的性能。按照此原理,学生设计了多功能小拖车,铝合金材料,折叠前尺寸为95×35cm,折叠后尺寸为40×35cm,如图2所示。小拖车功能如下:
(1)拉杆的伸缩设计(如图3)。伸缩设计可自由调节拉杆长度,当老人使用时,调节到拐杖的长度,用于老人暂时的站立休息;
(2)底板旋转设计(如图3)。底板沿水平面旋转90度与拉杆成一条直线,拖车可被折叠;
(3)底板腿的伸缩设计(如图4)。底板腿的伸缩设计使拖车折叠成小板凳,走路累的时候可以坐在上面休息。
3 结束语
将上述改革措施应用到天津城市建设学院各专业的《机械设计基础》课程教学中,经过近两年的实践,取得了良好的效果。
1)充分调动了学生学习《机械设计基础》课程的积极性和求知欲,提高了教学质量;
2)提高了学生分析问题与解决问题的能力,为专业课程的学习打下了良好的基础;