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机械原理课程改革和创新设计实践的研究

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机械原理课程改革和创新设计实践的研究
时间:2023-08-10 00:49:02     小编:龚克

一、引言

随着科学技术的迅猛发展、社会竞争的日益加剧以及社会需求的日渐多样化,探索并实践集传授知识、培养创新能力、鼓励个性发展、全面提高学生素质为一体的人才培养模式,是培养适应社会发展的高素质应用型人才的一个基本思路。本文以南京航空航天大学金城学院为例,进一步深化机械原理课程改革和创新设计实践的探索。

机械原理课程作为机械类专业的一门主干技术基础课,在培养学生综合设计能力的全局中,承担着培养学生机械系统方案创新设计能力的任务,在机械设计系列课程体系中占有十分重要的地位。本文从教学内容、教学方法和教学手段、实践教学环节及课外创新设计实践等方面进行改革和探索。

二、精选教学内容,改进教学方法和教学手段

机械原理是一门以机器和机构为研究对象的学科。针对我院培养高级应用型人才的目标和要求,教学内容以加强基础,突出重点和工程应用,加强实践教学环节,着重培养学生的综合设计能力和创新意识为目标进行设置。课堂教学精选讲授内容,根据每部分的特点,改进并灵活设置教学方法和教学手段,以工程设计实例引导学生积极参与课堂学习。

对于各种机构的共性问题,要注重让学生弄清基本概念,理解基本原理,掌握机构分析和综合的基本方法,以及这些原理和方法在工程实际中应用的范围和条件。机构的结构分析是合理设计机构和创新机构的重要途径和方法,讲授时结合实验室中常见机构的模型让学生多观察、多分析机构的组成原理。机构的运动分析与理论力学直接相关,是理论力学中运动学部分的延续和推广,但研究对象从质点和刚体转换为构件和机构,要让学生以工程的观点分析和解决有关问题。如以学生熟悉的牛头刨床为例,分析构件的运动参数及机构的运动特性。机械中的摩擦和效率,涉及理论力学中的受力分析,应以习题课的形式分析工程实际问题。机械的运转及其速度波动的调节和机械的平衡的学习放在实验课环节,让学生直观的学习有关的基本原理和方法等。

在常用机构及其设计的学习中,需要加强理论和实际的联系。教师以课外作业的形式要求学生在每种机构学习之前查找其应用实例,并分析其工作原理等,让学生提前了解机构的应用,调动了学生学习的主动性,提高了课堂学习质量和效率。教师在讲授时,选择一两个典型的创新设计工程实例为切入点,引出讲解内容。为了增强教学的直观性和形象性,常用机构的部分讲授内容安排在机械原理模型室进行,即开展校内情景式教学。情景式教学,可把抽象的理论和形象具体的实物联系起来,引导学生从理论与实践的结合中去理解理论知识,进而去分析问题,解决问题。借助机构实物模型的运动,教师可方便地开展启发式、探讨式、引导式课堂教学,激发学生的学习兴趣,增强师生间的课堂互动性,课堂效果良好。对其他常用机构如间歇运动机构、螺旋机构等,要求学生自学,并开放机械原理陈列室,让学生可通过课余时间分析这些机构的实物模型仿真运动。针对不同的机构,教师设置不同的问题,启发学生讨论这些机构的工作原理、运动特点和用途,不仅提高了学生的观察能力、分析能力,且扩展了学生的知识面,完善了学生的知识机构。

在课程开始之初,教师要对课程的地位、任务及学习方法进行详细介绍,强调机械原理与高等数学、物理、理论力学等课程之间的交叉渗透作用,让学生提前为本课程的学习做好准备。在课程学习过程中,应引导学生将前面所学内容和方法应用到后续所学内容中,如机架转换法在平面连杆机构的演化和设计、凸轮轮廓曲线的设计、周转轮系传动比的计算中都有应用,包络原理在滚子及平底凸轮轮廓曲线的设计、范成法加工齿轮齿廓曲线中都有应用,应前后联系起来,学会融会贯通,为提高学生的应用实践能力和创新能力打下良好的基础。

本课程实践性强,为了增强教学效果,提高教学质量,在讲授时,要合理地利用计算机辅助教学(ComputerAided Instruction,CAI)课件。如在学习平面连杆机构的各种演化形式时,通过演示构件形状及相对尺寸的渐变,加以教师的启发,让学生形象直观地掌握各类平面连杆机构之间的区别和联系;在学习凸轮轮廓曲线的设计原理时,推杆的反转演示动画可形象地展示出凸轮轮廓曲线的形成过程。这样,通过动画演示,让学生易于掌握抽象、难懂的理论知识。探索制作交互式课件,将课程教学内容、交互式设计方案以及丰富的教学参考资料形象、生动、直观地展示出来,提高课堂教学的有效性和互动性,是对现有教学课件进行优化的一个新思路。因课堂教学课时的限制,可增加学生的课外自学课时,开放网络课件及实验室,丰富学生自学资源。

三、改革实验课,强化实践教学环节

为了进一步提高学生的实践动手能力和创新设计能力,在原有6 学时课内实验课的基础上,增设了机构运动方案创新设计综合实验课。本实验课安排在机械原理课程结束之后的下一个学期,由机构运动方案创新设计搭建和Pro /E 上机两个实践环节组成。本实验旨在让学生掌握机械传动系统方案拟订及机构选型、变异的基本知识,掌握常见机构的组合方式及机械各执行构件间的协调运动设计方法,了解机构选型的评价体系,逐步树立工程设计的观点。同时,运用计算机三维辅助设计软件Pro / E 对所设计的方案进行运动分析和优化,不仅增强了学生的软件应用能力,更让学生掌握了现代设计和创新设计的特点,并把现代设计和创新设计的思想融合在本课程实践之中,培养学生实践动手能力和创新设计意识。

根据教师布置的任务要求,每个学生至少自行设计5 个结合实际应用的机械传动系统方案。在上机环节,按照设计的方案,结合机构运动方案搭建实验平台提供的功能零部件的参数和尺寸,在Pro / E 软件中对方案中使用的零部件进行三维建模、虚拟装配和运动仿真,从而直观形象地分析机构运动的可行性和构件布局的合理性,并对机构进行运动学分析。利用Pro / E 软件的测量功能,可对机构各部分的运动特性进行测量,分析机构在整个运动过程中的各个运动参数,如从动件上指定点的位移、速度、加速度等,而利用运动仿真结果输出的运动参数图表,可实现对设计方案的调整和优化设计。在实物模型搭建环节,参与实验学生3 个人一组,利用机构运动方案创新搭建和仿真实验平台,对所设计的方案进行实物模型的拼装和运动演示,利用平面机构创意组合,可对所设计的方案进一步优化和创新设计。对于搭建后的机构,根据对某个从动件的运动要求,组建测试系统,实现对位移、速度、加速度等参数的测试,进而对机构的运动性能进行分析和优化。

在本实验课程开设过程中,学生表现出浓厚的学习兴趣和积极性,每组同学协作互助,共同完成每一个设计方案的搭建。学生设计的方案新颖多样,切合工程实际,如工业机械手、自动打标机、精压机、无链条杠杆式自行车等。小组内各成员间对不同方案的对比和探讨,不仅深化了自己对理论知识基础的学习,更提升了自己的创新思维能力,增强了团队协作能力。

四、建立大学生创新设计实践平台,开展课外科技创新活动

机械创新设计是充分发挥设计者的创造力,利用人类已有的相关科学技术知识进行创新构思,设计出具有新颖性、创造性及实用性的机构或机械产品(装置)的一种实践活动[7],是激发大学生潜能,培养机械类大学生创新意识和创新能力的重要手段。我院建立了开放性的机电工程系大学生创新实验室。该实验室主要面向机电工程系学生开展各类课外科技活动,旨在提高我系学生的科技创新意识,激发学生创新潜能,增强学生实践动手能力,培养学生的团队协作精神,促进学生理论与实践相结合,是提升学生机械创新设计综合素质和能力的重要平台。经过近几年的发展,实验室具备了进行机械创新设计的各种设备,包含车床、铣床、钻床等加工制造设备,25 台智能两轮车,两台电脑鼠及IEEE 标准迷宫板,各种电子元器件及制作工具和调试设备等,配备了专用电脑和网络设备,并聘请了一位机械加工技术人员协助学生进行各种机床、工具等的操作使用,为对机械创新设计有兴趣有潜能的学生提供了科技创新实践的良好条件。

为了开阔学生的视野,增强学生对科技创新活动的兴趣,实验室选择机器人作为课外创新设计和科技制作的载体之一,成立了机器人兴趣小组,并为机器人兴趣小组配备了指导教师,为学生进行结构及控制设计指点迷津。我院每年举办一次面向全院学生的机器人创新设计大赛,每次比赛都吸引了不少学生参加,部分学生制作的机器人结构新颖、功能多样,总体设计和制作水平逐年提高。通过比赛,调动了学生的学习积极性,激发了他们的学习兴趣和潜能,丰富了他们的课外生活,增加了同学间的互动性,使学生所学的理论知识和实践有效结合起来。

依托江苏省大学生创新基金项目,创新实验室小组成员依次顺利完成了多足爬壁机器人和自动化立体停车库等机电一体化作品的设计及制作。实验室小组成员还成功设计制作了航空模型飞机、旋翼飞行器、遥控模型车、跳高机器人等科技作品。这些科技作品又可以应用到课堂教学之中,丰富课堂内容。

实验室齐全的实验设备和良好的学习氛围,吸引了越来越多的优秀学生参与到科技创新的实践中来。实验室由学生自行管理,要求学生遵守实验室的使用管理规范,满足了学生课外科技创新训练要求,提高了实验室的利用率,已逐步形成可持续发展的课外科技创新活动机制。

五、结论

为适应当前高科技的快速发展和社会形势对高素质应用型人才的需求,结合我院创新育人模式,本文阐述了对机械原理理论及其实践教学进行的一系列改革尝试和探索。通过加强基础学习、改进教学方法和教学手段、强化实践教学环节、开展课外科技创新活动等教学改革措施,有效培养了学生的综合设计能力和创新实践能力,增强了学生的社会竞争能力。

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本课程是计算机专业的一门专业基础课程。主要培养学生办公软件应用的综合能力,培养计算机从业人员通用能力,以及计算机操作员、文员的岗位职业能力,学会使用Word、Excel和PowerPoint办公软件,在各行各业的工作中能熟练应用办公自动......
创新教学法的计算机应用课程实践
发布时间:2018-04-12
摘要:计算机应用教育对学生计算机知识结构的搭建和应用能力的培养具有非常重要的作用。笔者研究如何运用创新教学手段和方法来培养学生的信息素养,提高学生的计算机应用能力,如何充分发挥学生的积极性、主动性和创造能力,提高教育教学质量,培养具有创新精神和实践能力的高素质人才。关键词:单元课型教学法;案例项目驱动教学法;自主探究学习法;现代信息技术教学手段高职院校旨在培养具有综合职业能力和全面素养,工作在生产.........
英语语言学课程改革研究与实践
发布时间:2023-02-09
英语语言学课程改革研究与实践 英语语言学课程是英语语言文学专业培养计划中的一门基础必修课,它是学生构建英语学科系统的基本知识和基本理论,其重http://WWw.LWlM.cOm要性不言而喻。在2009年我们对陕西高校英语专业英语语言学教学现状......
对计算机教学课程的改革研究
发布时间:2023-03-15
教学方法是教师和学生为完成教学任务所采用的教授方法和学习方法。教学方法的选用直接关系到教学目的能不能实现;关系到教学内容的思想性、科学性和系统性的体现;关系到学生获得知识、掌握技能和形成能力。一种好的教学方法往往能使学生......
浅谈大工程背景下机械设计基础实验教学改革的研究与探索
发布时间:2022-11-11
机械设计基础是近机类各专业开设的一门重要的技术基础课程,该课程作为一门实践性很强的课程,其实验教学是一个十分重要的实践环节,除了起到使学生加深对理论知识的理解、对课堂上教授的理论知识的验证作用外,更重要的是培养学生工程意识......
浅谈大学计算机基础课程实验教学改革创新
发布时间:2022-12-02
计算思维是一种形式规整、问题求解和人机共存的思维,也是运用计算机科学的基础概念求解问题,并用最有效的办法实现问题求解。在大学计算机基础教育中强调和深化计算思维的培养,既有助于计算机基础教育学科健康、持续发展,又有助于国......
改革计算机硬件课程群实践教学体系
发布时间:2023-05-09
传统实践教学往往缺少实用性和新颖性,缺少个性化,形式单调,造成学生的动手、独立分析和解决问题等能力较弱。此外,高校不断扩招,学生人数急剧增加,而实践环节由于人力、物力等限制,相对矛盾日益突出,因此,如何在新形势下加强对学生的工程实践能力的培养,成为高校本科教育的一个重大课题。计算机科学与技术专业为吉首大学重点建设专业,该专业将推进实践教学改革,构筑科学合理的实践体系,作为培育优秀大学生的实践能力和.........
《JAVA语言程序设计》课程教学改革实践探讨
发布时间:2023-02-10
摘 要:《Java语言程序设计》是计算机类相关专业的一门非常重要的专业核心课程,本文根据计算机类专业的学生特点,同时结合面向对象程序设计的一些教学经验,对《Java语言程序设计》课程教学的教学内容、教学手段、实践方式等方面进行......
“自动控制原理”课程教学改革实践与思考
发布时间:2022-12-16
" 论文关键词:自动控制原理 教学改革 教学质量 论文摘要:自动控制原理课程不仅是控制类专业而且是电子信息类专业的重要专业基础课。主要介绍了自动控制原理课程建设与改革的实践和体会。总结了教学、教改工作中所取得的成果,提出......
浅析计算机网络课程建设的研究与实践
发布时间:2022-12-06
" [论文关键词]实践能力 教学改革 教学方法 [论文摘要]由于计算机网络课程理论性、实践性都很强,从课程内容、成绩考核、教学方式与方法进行了改革与实践,并把职业资格认证纳入到教学计划中,同时与企业教师进行互动,这些改革......
计算机组装与维护课程实践教学改革
发布时间:2023-01-26
计算机组装与维护课程实践教学改革 计算机组装与维护课程实践教学改革 计算机组装与维护课程实践教学改革 论 文 1 引言 随着计算机应用的不断普及,学生动手组装计算机的热情也在不断高涨,兼容PC机以其价格低廉 ......
探索计算机硬件类课程实践教学改革
发布时间:2017-06-19
我校的计算机硬件类课程包括计算机硬件技术基础、微机原理与接口技术和单片机/嵌入式系统设计等,它是计算机基础教育的核心课程,更是自动化、仿真等以电为主专业的重要必修基础课。近年来,我们结合本校的人才培养实践和国家级精品课程计算机硬件技术基础建设,对计算机硬件类课程实践环节教学进行改革,将实践教学作为课程的重要内容和理论教学的延伸,建立与课程体系和课程内容改革相配套的创新型实践教学体系,并在此基础上,.........
《计算机组成原理》教学改革研究
发布时间:2022-11-25
《计算机组成原理》是计算机科学与技术及相关专业的一门专业必修课程,主要介绍计算机系统五大功能部件的工作原理,其主要教学任务是让大学生认识和掌握计算机硬件结构的功能和培养相关应用和开发能力,是《微机原理》、《操作系统》、......
计算机组成原理课程教学改革新探索与思考
发布时间:2023-02-09
一、计算机组成原理课程的特点 计算机组成原理是研究生入学考试的必考科目。该课程以冯诺依曼型计算机为基础,围绕计算机的运算器、控制器、存储器和输入输出设备等五大部件详细介绍它们的工作原理与算法以及具体实现的电路结构。通过......
经管类专业统计学课程实践教学改革研究
发布时间:2023-02-25
统计学是一门搜集、整理、显示和分析统计数据的方法论学科,2002年被教育部列为经管类专业的核心课程之一。经管类专业毕业的学生一般从事经济分析和组织管理工作,必须具备统计调查、搜集数据,建立数学模型,并进行数据分析的能力。因......
高职院校《成本会计》课程实践教学改革研究
发布时间:2022-09-26
摘要:高职院校的教学目标是为国家经济建设培养专业技能型人才,因此,这就要求高职院校的教材不同于普通高等院校,要适合高职类院校的教学和发展。成本会计作为当前高职会计专业的主要课程,在实现高职院校会计专业的教学目标时就需......
指导学生参加机械创新设计大赛的实践与感悟
发布时间:2016-12-29
摘要:全国大学生机械创新设计大赛对机械类学生的创新设计能力的培养起到了极大地促进作用,通过大赛既增强了学生的创新意识,又提高了学生的团队合作能力、综合表述能力,特别是动手能力的培养。因此,做好组织指导好学生赛前的一系......
水利水电工程建筑设计实践和创新
发布时间:2017-05-22
摘要:随着我国社会经济建设的飞速发展,对水利水电工程建筑设计的要求越来越高,而水利水电工程建设中,其整体设计占有重要的组成部分,可以说是整个水利水电工程建筑的基础保障,所以,在进行水利水电施工建设之前,做好建筑的设计工作是十分有必要的,它不仅是整个工程质量的保证,也是工程施工建设中各个环节相互衔接的桥梁,对水利水电工程建筑的整体工作起着指导和规划的作用。现阶段,水利水电工程建筑设计的科学性、合理性.........
浅析面向培养卓越工程师的机械设计基础课程改革
发布时间:2023-02-20
世界正以多种方式发生着变化,未来的工程师需要多种技能,如创造力、灵活性、领导能力以及商业才智等品质。美国《培养2020的工程师:为新世纪变革工程教育》描绘了未来工程师应该具备的品质,包括:(1)很强的分析能力;(2)实践才能;(3)......
分析机械工程及自动化创新实践开发
发布时间:2013-12-18
欢迎浏览yjbys求职网小编为您收集整理的一篇自动化毕业论文,这是一篇关于分析机械工程及自动化创新实践开发的范文,希望可以帮助到您! 引言:工程的本质在于创造,工程创造的内涵就是科学知识和技术的开发与应用。工程正是通过对辩学知......
浅谈艺术设计实践教学课程体系改革
发布时间:2022-10-22
摘要:艺术设计课程体系中实践教学一直以来都是十分重要的环节,学生在具备了必要的理论基础之上,更重要的是把理论合理的运用到实践中去,但现在高校在实践方面存在很大的问题,本文通过提出在实践教学中出现的种种问题及对这些问题......
程序设计系列课程教学改革研究
发布时间:2022-10-25
" 论文关键词 程序设计课程 实验室 实验教学 论文摘 要 程序设计类课程是工科专业重要的基础课程,介绍了本课程小组依托我院本科实验室平台,提升程序设计系列课程质量的一些探索改革的方法及经验。 程序设计系列课程是工科专......
关于高职《机械设计》课程教学模式的重构与实践
发布时间:2013-12-18
" 论文摘要:针对高职《机械设计》课程的特点,结合职业教学培养目标,分析了目前课程教学的现状及存在的问题,从教学理念、教学内容、课程设计、教学方法与手段等方面进行了教学改革和实践,重构了新型的教学模式,提出了整合机械结构......
简谈“无机材料工艺学”课程教学改革研究与实践
发布时间:2016-12-13
材料是人类赖以生存的物质基础和科学技术发展的核心与先导。材料的品种、产量和质量标志着一个国家的现代化水平。无机材料因其原料资源丰富、成本低廉,生产过程能耗低,产品应用范围广而成为材料领域研究和开发的重点。 由于新材料的......
新课程改革理念与化学教学实践相结合的研究的论文
发布时间:2019-06-24
新课程确立了以科学素养为本、学生发展为主的教育目标,如何将新课程的基本要义落实到课堂教学之中,使新课程下的高中教学水平提高,作为一线教师,我们应该以学习与研究相结合、理论与实践相结合的学习方法,自主地认知领会新课程理念,积极开展新课程理论的实践探索。(一)教师的教学观念要真正改变只有教师的观念发生转变,才能接受最新最好的理念,也才能使他的实际教学发生改变,朝着课改方向前进。教师必须从演讲台上撤下来.........
新时期应用心理学实验课程改革研究
发布时间:2023-03-19
一、完善心理学实验课程体系 实验教学不是一成不变的,它既具有继承性同时又具有发展性,我们要用创新性的眼光来看待它。在教学的过程中学生不仅获得了专业的知识,更为重要的是在实验的过程中形成了他们自己的思维方式,求知的态度,......
高职计算机课程基于MOOC+SPOC的教学改革实践
发布时间:2023-07-06
摘要:为了响应国家推进教育信息化和大力发展高职教育的战略,应对现阶段大学计算机课程中存在诸多问题,我们不断调整教学思维,提出了基于MOOC+SPOC混合式教学模式的建议。这种混合教学模式把优质网络资源与课堂面对面教学的优势有机结合起来,实现对教学流程的重构与创新。关键词:高职院校;高职计算机课程;M00c+sP0c;课程改革中图分类号:G424文献标识码:A文章编号:1009-3044(2017).........
探讨机械工程及自动化创新实践开发
发布时间:2019-10-20
摘要:随着全球经济一体化趋势的不断增强,我国机械制造业也面临着比以往更加激烈的国际竞争,不仅需要具有创新精神和创新能力的创新型人才,同时也需要具有扎实的理论基础和较强的实践能力的应用型人才。本文就主要对机械工程及自动化创新实验开发的相关问题进行简单的探讨。关键词:机械工程及自动化;创新实验;创新实验开发中图分类号:F407文献标识码:A文章编号:引言:工程的本质在于创造,工程创造的内涵就是科学知识.........
关于“汽轮机原理”课程实验教学改革探索
发布时间:2022-10-24
" 论文摘要:按照更新教学设施、改进教学方法的思想,重新设计、加工并安装的汽轮机转子振动实验系统紧密结合实际汽轮机设备结构和运行特点,同时也采用了先进的测试设备和数据处理工具。在启动调试中运行稳定、数据可靠,可将教学与科......
编译原理实验课程教学设计的改进
发布时间:2022-12-21
编译原理实验课程教学设计的改进 编译原理课程是计算机科学与技术专业的重要专业课之一,课程内容抽象,理论性较强,学生普遍反应难学难懂,为此设置一定课时的实验课,有助于帮助学生深入理解概念,提高学生的逻辑思维能力、实践动手能......
民办高校工商管理专业实践课程改革研究
发布时间:2016-06-24
实践教学还没有形成自己独立的教学计划, 只是作为理论课程教学的补充而存在,下面是小编搜集的一篇关于民办高校工商管理专业实践课程改革探究的论文范文,供大家阅读参考。 [摘要]管理来源于实践,服务于实践,工商管理专业的教育......
“计算机组装与维护”公选课教学改革研究与实践
发布时间:2022-12-01
摘 要 文章以常州工学院为例,分析了计算机组装与维护公选课教学现状,从教学目标、教学模式、教学内容、考核方式等方面进行了研究,并在实践中取得了较好效果。 关键词 计算机组装与维护 公选课 教学改革 "Computer Assembly an......
车辆工程本科专业课程设计的改革与创新
发布时间:2016-08-30
[摘 要]课程设计是实践教学内容的重要组成部分,是综合一门或多门课程知识的实践性环节,也是培养创新型和应用型人才的重要教学环节。以车辆专业本科生课程设计为例,阐述了课程设计的安排及相关要求,系统分析了课程设计的选题、指导......
动漫周边设计课程的创新与实践分析
发布时间:2023-01-26
如何写出高质量论文? 1. 动漫产业的发展 1.1 国内和国外动漫产业差距 在动漫游戏产业发展国际论坛上,许多业内人士国际先进国家拉开与国内的差距问题时,中国动漫游戏产业最不缺的资源就是不缺人才和资金是大家一致认为的,但缺少的......
机电工程机械设备管理研究
发布时间:2015-12-16
引言近几十年来,中国机电工程类行业已经有了突飞猛进的发展,同时这也是中国一直比较重视的工程项目。而在这项工程实施过程中,相关机械设.........
基于UG NX 软件的“机械CAD 应用”课程教学改革研究
发布时间:2017-02-04
1 引言 计算机辅助设计(Computer Aided Design,CAD)是指设计人员借助计算机进行设计的方法。CAD 技术能极大地提高设计质量,减轻设计人员的劳动,缩短设计周期,降低产品成本,为开发新产品和新工艺创造了有利条件。同样,CAD 应用技......
课程改革的实践与思考
发布时间:2023-06-02
论文摘要:以完成商务网站建设或管理项目为载体,从发现、分析、界定问题入手,明确解决问题的目标,制订解决问题的方案,运用解决问题的工.........