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,该课程主要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。它要求学生不仅要掌握扎实的基础理论知识,还需要具备一定的工程意识和工程实践能力。几年来,我们以培养大工程背景下学生创新设计能力为目标,以机械传动方案设计为主线,对机械设计基础课程的教学内容、教学方法、教学手段、实践环节、考核方式等进行了改革和实践。
一、机械设计基础课程教学存在的问题
1.工程意识薄弱,对机构及零部件认识不足我国高校的学生绝大多数学习经历都是连续的,都是从高中直接进入大学的,没有实际工作经验,在学习本课程中一般不安排参观和实习,对机械的了解只限于生活中接触的范围,还习惯于理性思维,缺少工程观念。无法将理论知识和工程实际相结合,教学内容和实际脱节。
2.教学内容应做相应调整机械设计基础是一门传统的课程,具有较多的经典内容,但近几十年来,机构学和机械设计方法都有很大的发展,特别是计算机在机构的综合和分析方面的应用已较为普遍。而我们在机构的设计方法这部分还主要以图解法为主,解析法通常作为自学内容。同时,教学内容应考虑教学的需要和学习者的实际情况,改变以往的理论分析过多,实践应用较少的局面。
3.教学方法和手段有需进一步改革由于教学内容较多,学时有限,教师一般常采用满堂灌的方法讲授学习内容。一方面由于学生缺乏感性认识,造成对所学内容理解困难;另一方面由于教师处于主动,学生处于被动,所以不利于调动学生的积极性以及培养他们的独立思考问题、独立解决问题的能力。虽然传统教学手段和现代化教学手段已经实现了并重,但这些手段还不足以使学生真正的了解现实的工程实践以及具有较强的感性认识,对学生工程意识的培养还存在一定的不足。
4.实践环节学时偏少目前该门课程实践环节是4学时的实验和2周的课程设计,实践学时偏少,能开设的实验很有限,一般都是验证性实验和演示性实验,不利于学生能力的提高,因此应增加实践学时,让学生接触更多的模型和实物,把理论和实践结合起来,同时开设综合性和设计性实验,培养学生创新意识和创新能力。2周的课程设计由于题目都比较经典和单一,学生又普遍缺乏感性认识,所以课程设计普遍存在照搬照抄的现象,达不到教学的基本要求。
5.考核方式单一,不能突出能力培养学生学习成绩的评定方法过于单一,期末考试成绩定终身是沿用至今的成绩评定制度,然而,它并不能全面反映学生的学习态度和实际水平,有的学生平时不学习,靠考前突击,仍然可以通过考试。因此,这种成绩评定制度不利于激发学生的学习积极性,也不利于知识的理解和掌握。
二、机械设计基础课程教学改革的思路
1.加强工程教育,引入工程实例在课堂教学中,加强了课堂教学与工程实际的联系,在新的教学大纲中规定每章内容都要引入典型的与课程有关的工程实例,并增加了机械创新设计方法的内容。在授课中要以大工程为背景,以工程为主线,着力于学生的工程意识、工程素质和工程实践能力的培养,将工程教育、自然科学教育融合在一起。要注重介绍利用工程基础理论解决工程实际问题的思维和方法,加强学生工程素质的培养。
2.精选和更新教学内容教学内容的调整思路是强调基本知识、基本原理和基本方法,并且注重实际应用,根据实际需要引入反映有关机械设计发展的最新成果,介绍和生活、生产相关的新型机构和现代机械设计方法,力求反映发展前沿,拓宽知识面,增加课堂信息量,调动学生学习的积极性,从而提高教学效果。另外,传统的机械设计的所有环节完全都是由人工来完成,这极大影响了学习和工作的效率,同时也很难反映出科学技术和手段的发展和更新。为此,在教学中逐渐增加了CAD技术的应用范围,先是实现图纸绘制的CAD化,然后逐渐实现设计过程的CAD化,通过这样的内容改革,学生学习的积极性和主动性明显加强,既培养了学生的计算机应用能力,又培养了学生利用计算机解决工程实际问题的能力。
3.教学方法的改革为培养学生创新设计和工程实践能力,我们采用了精讲多练、讲练结合、自我学习、课内和课外相结合的教学方法。具体内容为:
(1)授课内容少而精根据本门课程实践性强的特点,在讲授理论时精讲基本概念、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,避免满堂灌和填鸭式的教学方法。
(2)适当安排练习时间在每次课程中,都要留出一定的时间安排相应的练习,以巩固和加深所学习的内容。同时还应安排一些阶段性的综合练习,提高练习的综合程度,并对各种理论、方法的综合应用进行分析和总结,以提高学生综合运用所学知识解决生产实际问题的能力。
(3)锻炼和培养学生的自我学习能力重点教会学生自主学习、掌握科学学习的思维和方法,始终坚持把启发式教学方法放在首位,鼓励学生积极思考并提出新的设想。教师要注意在新旧知识的衔接转换处提出新问题和新想法,以此来激发学生积极思考,使学生做出正确的回答和判断,从而提高学生的自我学习能力。
(4)课内和课外相结合,激发学习兴趣机械设计基础是与工程实际联系紧密的的一门课程,在教学过程中要特别注重理论联系实际。在讲解实践性较强的内容时,组织学生到实验室和训练基地进行现场教学。在现场教学前,先布置一些思考题,让学生带着问题一边参观一边讨论,把课堂理论知识和实践知识有机地结合起来,使学生体会到各种机构在机器中的应用以及本门课程在生产中的重要性。
4.教学手段的改革机械设计基础课程的知识点都有一定的工程实际背景,即许多问题都来自工程实际,而对缺乏实践感性认识的学生难以讲清楚。利用多媒体技术,将文字、图片、图像、声音、动画和视频图像等多种电子媒体有机的结合在一起,会收到良好的教学效果,可以使原来用传统授课方式难以表达清楚的部分形象化。同时利用多媒体教学既可以加深学生的工程意识,培养学生分析和解决工程实际问题的能力,又可以充分利用课堂有效时间,增加课堂信息量,拓展教学内容的深度和广度。为了进一步加深学生的感性认识,真正地接触工程实际,在授课时,还广泛采用现场教学的手段,将和现场结合紧密的内容安排到现场组织教学,使学生既能听,又能看,同时还能亲自感受到,这样可以起到事半功倍的作用。
5.加强实践环节,培养动手能力实践教学环节是启发学生学习兴趣、加深学生对知识的理解、提高动手能力的重要教学环节,针对该门课程工程应用性极强这一特点和目前实践环节薄弱的不足,应着手从以下几方面加强实践环节。
(1)加强实验室建设,增设综合性、设计性实验在原有机械设计基础陈列室的基础上,补充一些新型的机构和典型机器模型及实物。与各工厂联系,收集各种典型失效的零部件,为学生认识各种失效零件的状况提供感性认识。改革以验证性实验为主的实验教学内容,增设综合性和设计性实验,开设轴系结构方案和机构运动方案综合、设计性实验。学生综合课堂所学知识,自己动手设计、组装并评价或测定轴系结构方案和机构传动系统方案,从而培养学生工程实践能力、动手能力和创新能力。
(2)丰富实践内容,搞好课程设计应安排一定学时的生产现场参观,在讲解各种机构前让学生多接触机器实物,并以典型机器实物为例,进行讲解机构的传动原理和方案的设计。
课程设计是综合该课程以及先修课程所学理论知识、基本技能、独立完成机械传动装置或简单机械设计任务的一种教学方法。首先,在选题上要考虑学生的培养目标,有针对性、有侧重面。在设计之前,应先组织学生对该传动装置进行拆卸、安装和现场参现,使学生熟悉机械装置的基本构造,整体组成结构及各部分结构、功能、装拆和调整;各个零件之间的连接关系与特点。然后找出标准件与非标准件,明确传动装置布置形式与空间位置的关系,建立起一个立体的概念,避免出现照抄照搬式的设计,避免使设计与生产实际相互脱节的现象。
6.考核方式的改革
(1)加大平时考核力度平时考核包含二部分内容,占总成绩的45%。一部分是出勤、学习表现、提问成绩、作业成绩和实验成绩,这部分成绩占30%;另一部分是撰写科技论文成绩,占15%,在进行绪论课的教学时,通过放映一些机械方面的短片,激发学生学习本门课程的兴趣,同时给学生布置一个课外作业,即撰写有关机械发展方面的论文,要求学生要查阅一定数量的资料,并按照科技论文的格式进行书写,这样既锻炼了学生利用资料的能力、撰写科技论文的能力,同时又激发了学习的兴趣。
(2)加大能力考核的力度期末考核包含二部分内容,占总成绩的55%。一部分是笔试考核部分,考核题目主要侧重于基本理论和基本方法,并且注重能力和素质的考核,加大分析题和说明题的比重,这部分成绩占45%;另一部分是创新作品制作成绩,所有学生都要参与到创新活动中去,进行小发明和小制作,这部分成绩占10%。通过这样的改革,使学生更加重视了每一个考核环节,从而也提高了学习的兴趣,使得教学质量有了明显的提高。
