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可变功能机械系统由不同的分功能组成,且功能间会发生耦合。笔者基于FBS概念设计模型对可变功能机械系统进行研究,先将各分功能独立,分别建立自顶向下的设计模型,即先对功能进行分解,由功能-行为映射求解得到相应的行为层级结构,分析相应的行为模型,得出映射层结构方案。可变功能机械的FBS模型详解如图1所示。在研究可变功能机械系统时,本研究将分功能到行为和行为到结构的映射并行研究,功能总和代表了各分功能不同模型的集合,系统实现其中一个功能时,另一个分功能处于待用模式,为加以区分,用功能符号“F”+“i”(数字)代表分功能序号,用“or”(或者)连接各分功能。之后本研究建立分功能的层级结构及相应的功能分解模型、行为过程层级结构及其行为过程模型,最后进行映射求解。这种并列的设计过程存在交集,即这些分功能间具有耦合性,系统的功能分解有部分相似,例如当农用拖车的连接器连接不同的耕作设备可以完成不同的生产功能,施肥机可以进行移动施肥,洒水机完成浇灌工作等,系统的动力功能和传动功能并未发生改变,改变的仅是执行端的功能。本研究将相似的功能结构和行为结构以及方案层的具体实施构件组合用虚线连接,代表它们之间存在的特殊联系。为具体表达该设计过程中的模型联系,基于经典相似理论中对序结构的定义,本研究将系统要素按一定组成规律、一定顺序出现的序列结构称为序结构,序结构与系统有着紧密的联系。根据可变功能机械系统概念设计层次,笔者对序结构进行特征分析,分为功能序结构、行为序结构以及方案序结构。由于篇幅原因,本研究仅对功能分解和行为结构的序结构表达进行描述,并构建相似模型。
2相似模型构建
2.1功能序结构和行为序结构模型相似包括功能相似以及行为相似,功能具有相同的效果不代表行为也具有相似性。研究系统相似度时需要衡量功能相似度和行为相似度不同的权重值,建立相似模型,从系统的角度将不同的功能及其行为映射用序结构表达出来,用系统要素的方式进行模型构建。功能是表达系统特性最抽象的方式,功能的表达需满足:(1)能根据给定要求表示设计者的意图;(2)能准确描述满足设计要求的设计对象;(3)能被定性或者定量地评价,并可以测定设计意图的满意度。功能的系统要素为能量、物质和信息,每个功能要素都有其输入和输出,因此可以运用“输入流-输出流”的方法进行功能描述。功能要素在时间和空间上有一定的顺序,即功能序。本研究将功能序的关系进行分类,分别有组成关系、时序关系和因果关系如图2、图3所示。时序关系又有顺序关系,并存关系。功能序是功能序结构的基础组成。在概念设计模型中,功能是一个模糊而粗糙的概念,而行为相对而言更为具体,能激发设计者的灵感,引导设计者保证三大流(即物质、能量、信息)的有序流动,不违背自然规律。行为的系统要素包括运动学要素、力学要素和能量要素。结合目前行为结构的表达方法,本研究统一用“输入流-输出流”的方式表达行为序结构。行为可以分为基本行为和组合行为。基本行为对应基本结构,较为简单;组合行为由基本行为构成,包括运动转换行为、执行行为、检测行为、控制行为等,这些基本行为通过一定的顺序连接起来形成组合行为。行为序就是指这些基本行为和组合行为间的连接,行为序结构则表达了行为序间的连接关系。行为序结构分类如图4所示。行为序的关系有以下几种:①串联顺序关系;②并联同时关系;③选择发生关系。
2.2基于序结构的相似模型构建由相似第一定律即序结构定律可知,不同类型、不同层次系统存在一定的序结构,当系统序结构存在共同性时,系统之间出现相似特性,相似性大小随序结构的共同性程度增大而上升,反之则下降。上节已将可变功能机械系统概念设计中的功能层和行为层用序结构进行表达来探索功能和行为的相似性,本节在此基础之上运用数学建模对相似度进行计算。可变功能机械系统具有一定的相似性,即相似度大于零,某些功能或行为能通过改变一些系统组成就能形成新的功能系统,若是没有相似性即相似度为零,那么整个分功能系统就转变成了多功能的单个系统的集合,不在本研究的研究范围之内。本研究将系统或者系统的一部分进行序结构构建和分析之后,为每个序进行编码,用eik表示序要素的集合,要素包含属性和特征值,属性由所属功能或者行为的输入输出流决定,i是分功能编号,k是序的编号。相似序的概念是将分功能序结构的要素和特征联系形成两两组合的有序偶,用(e1k,e2k)表示。相似度由相似序的个数和相似序对相似的影响权重所决定,相似度以q表示,相似序个数决定的相似度为q1,影响权重决定的相似度。权重的分配也是相似度量的重要环节之一,主要包括主观权重分配方法和客观权重分配方法。相似序模型分析之后根据经典相似理论进行数学建模,系统的总相似度由功能、行为和结构的相似度综合得出。本研究根据所建立的序结构进行系统知识表达,计算可变功能间的相似性,设机械系统共有两个可变分功能,特征参数取自输入输出流的类型和数值,如功能的能量类型和所代表的数值等,对整个系统进行相似模型构建,并计算相应的相似度数值。相似求解模型如图5所示。建模的一般步骤可表述如下:(1)分别对分功能系统进行层次划分,建立基于功能或者行为结构的模型。可用输入流输出流的方式按2.1节所述分别建立分功能的具体模型,对应的序结构统计如表1所示。
3实例分析
笔者选取典型的可变功能机械系统进行研究,选取如图6所示的机床作为研究对象,通过更换不同的刀具执行机构可以获得钻孔,扩孔和铰孔3个不同的功能。可以看出,这是一种通过改变系统执行机构达到改变功能的情况。本研究按上文所述的步骤进行分析,首先由系统的可变功能得到功能的序结构模型,所建立的模型如图7所示。表3所示机床的可变功能由更换执行机构来实现,在系统层面上达到了改变功能的要求。本研究按上文所述,根据所建立的序结构模型,通过分析相似要素应用公式(1~3)得到系统功能级的相似度数值。
4结束语
这种从理论到实训实践的传统教学方法的最大弊端是课程理论性太强。由于学生专业基础,工程基础和知识基础都不扎实,再加上现在高职学生的学习积极性普遍不高,造成学习起来很吃力。即使听懂了也不知道怎样才能应用到工程实践上,怎样去解决实际问题。为了提高学生的学习积极性,让学生更能够听懂,达到更好的教学效果,很多人都在《机械设计基础》课程原体系的基础之上进行了教学改革研究。其课程改革综合起来包括:整合课程内容,拓宽知识面,增加信息量的改革1;采用精讲多练、加强自学、分析讨论三环节相结合,以启发式教育为主的教学方法改革2;利用现代教学手段,增强教学的直观性的改革3;重视实验教学,使学生学有所用的改革4;搞好课程设计,培养学生的综合技能的改革等等5。通过这些教学改革,教学效果得到了较大的提高。但并没有摆脱从理论到实践的框框,理论性太强,应用理论解决问题太少,学生学起来还是很吃力。
2.本教学改革的教学模式
本教学改革的基本要求是将从理论到实践的传统的《机械设计基础》课程教学模式,转变成以学生的设计项目做引导,整个教学过程都围绕着学生要解决设计项目的实际问题来进行教学。其教学过程,就是一个学生要完成自己的设计项目,老师要通过教学,指导学生完成其设计项目的过程。而学生的设计项目的内容就包含《机械设计基础》教学目标的内容。老师根据设计项目理论性的问题进行讲解,对方法性的问题进行指导。学生通过自己的努力,去完成自己的设计项目,以这种方式最大程度地去完成《机械设计基础》的教学任务和目标。具体来说学生的设计项目要包含有《机械设计基础》课程中大多数的内容。包括各种简单运动机构,如平面连杆机构、凸轮机构、间歇运动机构等机构的结构、种类、工作原理、设计计算方法及设计过程;包括各种传动机构,如带传动、链传动、齿轮传动等传动机构的结构、种类、工作原理、设计计算方法和设计过程;包括机械中的轴、轴承、联轴器、离合器、弹簧、连接件等常见通用零件的结构、种类、工作原理、设计计算方法和设计过程;包括有机械系统总体设计的设计原理和方法,如传动方案的确定、原动机的选择、总传动比及各级传动比的确定、传动装置的运动和动力参数的计算。虽然这个项目不可能把所有的机构和零件都包括进去,但可通过老师的介绍,掌握大多数的设计原理和方法后,学生可根据自己的设计项目去选择具体设计内容。这种项目引导化的教学模式具体以以下步骤来完成:
3.教学模式的实施
(1)学生的设计项目我们给学生的设计项目就是设计一个简单的将产品从一个地方转到另一个地方的产品运送机。其结构简图如图二所示。图二设计项目简图这个设计项目几乎包括了《机械设计基础》课程中的大多数内容,包括机械系统总体设计、带传动设计、齿轮设计、离合器设计、轴设计、工作机的机构设计、连接的键设计、轴承选择设计、螺钉选择设计等。学生把这个项目设计出来后,《机械设计基础》中要掌握的内容都掌握了。我们不主张分组进行设计,而是每个学生都给这样的机器产品项目设计,但每个学生工作机的运动参数,如功率、转速、工作机工作的方式不一样。这样每个学生都要去完成自己的设计项目,都学到了机械设计的原理和方法,避免了吃大锅饭的现象。(2)学生的知识储备学生拿到设计项目后,开初由于没有知识储备是不能完成设计项目的,需要老师进行教学,使学生有足够的知识储备后才能进行相关的设计。如学生获得的设计项目,都含有工作机的机构设计,传动设计中的带传动设计、齿轮设计,输入和输出轴的设计,轴轮连接的键设计,离合器设计等等设计。老师在进行教学时,先进行各种类型设计的知识介绍,让学生先进行知识的铺垫,理解和掌握了这些知识后,才进行后续相关设计。比如,在完成工作机的设计时,老师先围绕学生要完成的工作机的机构设计,介绍各种机构的组成、材料、分类、工作原理、设计原理、设计方法和设计过程,让学生了解和掌握了这方面的知识后,以进行自己的机构设计。再比如,在完成带传动和齿轮传动的设计时,老师也先围绕学生要完成的带传动和齿轮传动,介绍各种带传动和齿轮传动的组成、材料、分类、工作原理、设计原理、设计方法和设计过程,让学生了解和掌握了这方面的知识后,学生也才能进行自己的传动设计。其他的设计内容的知识储备也按照这种方法来完成。这样学生就可以知道自己的设计内容用什么原理和方法去完成,学的知识究竟用来干啥,用来怎样解决具体问题。(3)学生设计内容的选择学生通过老师对项目中的每个内容进行讲解后,就掌握了这方面的知识,就可以选择这方面的知识去解决自己的问题。比如老师讲解了机械系统总体设计的设计原理和方法后,学生就可以进行总的传动方案的设计、原动机的选择设计、总传动比及各级传动比的确定、传动装置的运动和动力参数的计算,确定出该项目机器的各基本参数。又比如老师讲解了带传动的工作原理、设计原理和设计方法后,学生根据自己项目的要求选择自己所需要的带传动的种类,进而进行具体的带传动设计。再比如,老师讲解完了机构的种类、工作原理和设计原理后,学生就可以根据自己的设计项目的工作方式和特点,选择符合自己工作机要求的运动机构,进而进行相应的运动机构的设计。(4)学生完成自己的设计项目学生选择出了符合自己项目工作特点的设计原理和方法后,就可以进行自己的具体设计。包括系统总体设计、带传动设计,齿轮设计、各轴设计、连接键设计、轴承选择设计、离合器设计等等的设计。主要是要完成其设计过程,计算出各零件相应的尺寸参数,进行各尺寸的校核,画出相应的设计零件的零件图,最后写出一部完整的、符合要求的设计说明书。学生在完成设计过程中,可以按照老师介绍的方法和过程来完成,也可以通过查阅资料,用不同的方法来完成,也可以相互讨论来完成,但最终要独立完成自己的设计说明书。(5)学生对自己的设计进行阐述、答辩学生的设计说明书完成后,可以通过主动申请或老师指定同学来进行阐述、答辩。阐述是说明自己的设计是采用什么设计思路完成的,整体和每个具体机构和零件是怎样进行设计的,采用的设计原理和设计方法是什么,最后达到了什么效果,还有哪些不足需要改进的地方等等。答辩是学生对自己的设计进行阐述后,学生和老师都可以根据他的设计过程、原理和方法提出各种问题,让他进行解答。这样,通过学生的阐述和答辩后,更加巩固了所学的理论和设计方面的知识,了解了自己哪方面需要进行改进,还需要增加哪些方面的知识,怎样改进可以达到更好的设计效果。虽然不可能每个同学都进行答辩,但参加的同学越多越好。(6)老师的点评与打分同学完成阐述和答辩后,老师都要对同学的设计、阐述和答辩进行点评,指出哪些方面是搞得好的,哪些方面需要进行改进,采用哪种方案可以获得更好的效果等等。最后根据每个同学的设计的情况和效果进行评价,评价结果作为期末成绩的主要依据。
4.效果分析
(1)改变了传统教学的弊端本教学的项目化引导的教学改革模式,实施的是一种从学生获得设计项目,到老师指导学生完成项目,再到学生具体完成设计项目,最后到学生描述自己的设计项目的过程。整个教学过程就是围绕着学生要解决设计项目的实际问题来进行的过程,就是学生要完成自己设计项目的知识准备的过程,就是一个老师要指导,学生要具体完成自己的设计项目的设计过程,就是一个有目标的有的放矢的过程。这就很大程度地改变了传统《机械设计基础》课程的空洞的理论教学模式,学生学起来就没有这样枯燥,会更感兴趣,就会有更好的效果。(2)改变了传统的学习弊端本教学改革模式改变了以老师讲解为主,学生在课堂上听老师讲解为辅的这种传统的学生被动的学习方式,而是以学生的设计项目来引导,具体的设计实践来带动学生的学习方式。这样学生的整个学习过程就是要具体去完成自己的设计的过程,就是一个有的放矢的过程。这样的学习就容易达到比较好的效果。(3)学生的作业达到了更好的效果本教改模式改变了传统的老师课后布置作业的为作业而作业的作业方式,而是将完成老师布置的设计项目作为每个学生的作业。项目完成的过程,就是作业完成的过程。在完成自己设计项目的过程中,涉及到的知识问题和方法问题,学生可以去查资料,去相互讨论,去问老师。这种边设计边掌握相关知识,边设计边进行知识积累,边设计边完成自己的“作业”的作业形式,更能达到知识的巩固的作用,更能达到作业效果。(4)达到了更好的实训实践效果本教改模式改变了传统的理论课上完后,单独进行课程设计的实训实践体系,将课程设计的内容,融合到了教学过程中。这种上课开始就将设计的实训实践项目交给学生,让实训实践过程在整个教学过程中完成,将实训实践和理论教学有机的结合起来的教学过程,更能体现在实践中完成理论的学习,更能实现理论和实践的统一,更能达到更好的实训效果和教学效果。
5结束语
1.1机械制造系列课程体系改革
在以往的教学改革中,普遍存在偏重于一门或者几门学科的现象,这往往导致教学效果的不理想。而机械制造是一门系统性极强的课程,在教学内容设计、教学方式的选定等方面都存在可塑造性。所以首先应该对教学计划有个宏观上的把握,不断优化教学设计,扩展和更新知识内容,培养学生的动手能力。
1.2机械制造系列课程内容改革
在机械制造系列课程改革的准备工作中,机械制造系列课程的体系改革是其中极为重要的一个环节,因为体系建设关系到实践工作中每个环节的完整衔接,同时也影响到各个因素在发挥作用的过程中的有效性。因此,做好机械制造系列课程体系改革应该被上升到一定的理论和实践高度。首先应该对机械制造工艺中的重要的加工方法有个初步的认识,在机械的装配和机械精度的概念上有一个宏观的把握。其次是通过机械制造系列的学习之后,能够从理论上加深对机械制造知识的认识和理解,对机械制造的工艺系统、工艺方法、工艺过程以及工艺质量都有充分的认识。[2]
2.实习基地建设
2.1实习基地建设的必要性
实习基地建设有利于学员更好地把握对制造实践认知的客观规律的把握,实习基地建设同时也是模块结构在分层次教学中的一项有力教学方法,它能够使实习内容由传统的单一型向综合性转变,真正实现实习方法由示范型和验证型向设计性和开发型的有效转变。实践教学是提高应用型人才综合素质的有效手段,也是保证机械制造系列课程得以有序进行的重要保证。近年来,世界各大企业越来越注重复合型人才的培养与选拔,这在一定程度上也反映出教学实习基地建设的重要性,因为这一环节能够加强学员的实践能力、应用能力以及创新能力等综合素质的培养。
2.2实习基地建设方法
目前我国的机械制造系列课程在体系建设上已初具规模,但是在实习基地的建设方面还存在诸多问题,在探索实习基地建设的道路上应该加大力度。在分析了我国实习基地建设上存在的不足之后,针对这些问题,有以下解决措施,在实际工作中应从以下几点指导措施入手,以便更好地健全和完善管理体系[3]。首先是在政策导向与政府部门的推动机制方面,应该鼓励企业为学院建立稳定的实习基地,在政策和舆论上予以积极的引导。其次是在合作形式方面,学校应该与相关企业建立机构健全、管理层次清晰、分工明确、组织成员具有权威性和代表性的合作组织机构。最后是在诚信机制的建设上,应该发挥情感联络的巨大潜在作用,督促企业做好员工的思想工作,兼顾教学与生产的平衡性。
3.结语
实验教学是重在培养学生动手能力、实践能力以及创新能力的重要过程,是应用性强专业通常所采取的一种通用性的教育教学模式。机械设计基础专业技术课程的终极目标是培养现代化所需要的实践性人才,然而受到传统教育教学模式的影响,我国高职机械设计基础课程的教学往往过分重视理论教学,实验环节只是作为辅助手段。这种现象严重制约了高校机械专业学生的实践能力的培养和发展,不利用今后操作能力的提升。正是这种现象的存在,导致很多高职院校机械专业在资金投入上往往不能有效地向实验器械的购买增加上倾斜,使得高职机械设计基础课程的实验设施设备普遍滞后,实验项目仅仅是最基础、最普遍的常识性实验。这种单一性的实验,直接导致学生对机械设计基础专业的理解严重不足。尤其是有些实验虽然是以实验的形式出现,但是仍然具有极强的理论性认知,不能通过过程验证来激发学生的求知欲,导致学生兴趣和积极性的不足,失去作为实验教学的意义。如何加入更多的实际动手性操作实验势在必行。同时,高职学校机械设计基础课程的实验设置上过多地将视角放在了教师操作、学生观摩上,学生只能通过视觉感官来体验实验的内容,而不能通过亲身的实验操作来获得更加深刻的体会,导致学生当时明白,但是很快就遗忘,不利于学生综合能力的显著提升。此外,高职院校对机械设计基础课程的评价模式也存在弊端。实验教学环节由于实验实施设备的不足,导致学校在对实验教学进行评价时,只是将实验教学作为考察部分,不能有效地激发学生对实验的重视,如此一来,学生的能力如何提升?
2高职机械设计基础实验教学建议
2.1更新机械设计基础课程理念
任何体制创新、制度创新都取决于观念的更新。高职机械设计基础课程实验教学体系的改革首要的就是要更新观念,建立适应现代化发展的高等教育教学管理理念,彻底打破传统教育教学模式的影响,建立以实验为导向,以培养学生实践能力、创新能力为目标的课程理念,为优化高职院校的竞争力的全面发展奠定坚实的基础。机械设计基础实验教学是以培养学生的动手实践能力为目的,使学生掌握科学实验的基本方法和技能,具有创新设计能力及应用现代技术手段分析和解决工程实际问题的能力,最终实现由知识传授到技能培养,再由技能培养到综合素质提高的全面转变。这是机械设计基础实验教学改革的目标与核心任务。一切以优化高校发展、促进优势学科建设、规范管理为基础,切实将高职机械设计基础学科建设放在重要的位置。
2.2加大投入,优化设施设备
高职机械设计专业实验教学体系的构建作为一个系统的工程,需要大量的物质基础来保障其有效运行。这种投入涵盖了大量的人力资源和物力资源来保障其有效运行。实验室的优化首当其冲,良好的实验室、合理的实验设施设备是保证高职机械设计基础实验教学顺利进行的前提。
2.3建立适合学科发展的实验体系
总体上看,高职机械设计基础专业的实验涵盖以下几种主要的类型:基础性实验、综合性实验、创新性实验以及设计性实验。目前,高职机械设计基础实验过多的注意力放在基础性实验上,如何在实验内容上进一步优化至关重要。适当地加大创新性、综合性、设计性实验的成分,将进一步提高机械设计专业的学科建设,这些才是高职实践性教学所必需的,是培养机械专业学生解决实际问题能力的关键。只有这样,才能切实提高高职机械设计专业学生的动手实践能力。首先,在内容上的优化还应以提升学生的设计能力为基础,在实验内容上鼓励学生自主设计。如四杆机构、凸轮机构和齿轮机构等的教学,应不断地鼓励学生自主设计,并自主地查阅资料来根据机械设计基础模拟相关机构的运动规律。不断地自主实践才能真正提升学生的能力,教师充当的角色也应发生变化,切实起到主导的作用。其次,在实验教学环节上也应进一步优化,建立适应相应实验项目的不同实验分组模式,如轴系结构设计与分析实验是具有较强的分析和综合性的实验,实验目的旨在提升学生的实践能力。这就要求教师在分组时切实增加学生的动手机会,分组人数不易过多。而相反在设计性的实验教学中应适当增加小组人数,通过大家的集思广益来拓展思维,优化思维,并通过小组讨论来不断地优化小组设计,提升小组成员的合作意识。再有,高职机械设计基础实验教学应不断优化实验教学的方式、方法。在教学中不断增加开放式教学模式,提高学生的设计、创新能力,在高职机械设计的实验教学中突出学生的主体地位,鼓励学生自主思考、自主查阅相关资料、自主讨论、自主构思、自主分析。教师在实验组织上更多的应该是通过集体的分析来对学生的创意进行比较,总结学生的经验。最后,在高职机械设计基础的教学评价机制中,应不断更新机械设计基础评价模式,增加动手环节比重。切实提高实验教学成绩的比重,并将学生自主动手操作能力和设计能力的提升作为评价的重要内容。
2.4加强教师梯队建设
高职机械设计基础专业教师作为教学的管理者和具体的实施者,其能力的高低将直接影响高职机械设计实验课程的效果。因此,我国高职院校应该提高专业实验教师的综合素质,适应现代机械课程建设的高速发展,通过不断的人员培训来提高专业教师的专业素质,适应现代机械高速发展对机械设计专业的高要求。这种梯队建设应重点强化高职机械设计专业师资队伍创新精神和创新能力的培养,鼓励专业教师不断进取,不断更新个人的知识结构,不断加强自身学习,吸取国内外的先进技术,全面提升个人的综合素质,为培养优秀的机械设计专业人才奠定坚实的基础。
3结论
首先,设计时间一般为集中1-2周,对于一些基础较差,平时又未受过相关训练的学生而言,就不一定能收到预想的效果。其次,设计题目一般由老师给定,学生只要按要求完成设计图纸和设计说明书即可,基本上没有自由发挥的余地,因此制约了学生创造力的发挥,不利于学生个性的发展。第三,受设计题目模式以及教师所掌握资料的限制,设计过程经常是简单的模仿和重复,扼杀了学生强烈的兴趣和积极的投入,不利于激发学生兴趣。第四,对设计结果考核形式有固定模式,使得学生只能按固定的思维模式去机械的完成设计要求,不敢也不能大胆创新,因而限制了学生创新思维,不利于日新月的当今社会对多层次,创造性人才的需求。因此,在应用型人才培养的大前提下,机械原理课程设计从形式到内容以及设计结果等全过程的改进和更新势在必行。
2.教学改革措施
2.1设计时间及设计过程的开放
课堂设计时间不应拘泥于预先设定的固定不变的程式。预设的设计时间不应该成为课堂设计的“紧箍咒”。在机械原理课程开始课程设计即宣布开始,课堂设计贯穿于理论教学全过程。设计过程随着教学过程由浅入深。先以单元小题目的形式给出设计题目,然后再综合各部分小题目给出适合实际要求的综合性题目,是设计过程贯穿始终。具体做法:首先,改变以往学习过程中,单纯的掌握课程内容,并会做课上例题和课后习题的态度。而是要求对学过的知识会灵活运用,对课后习题的完成不拘泥于做出答案,而是能提出自己的见解或对某些题目提出应用价值和创新思路,进行大胆的修改和试验,提出个人见解,为机构的设计与创新打下基础。其次,学会观察生活,在生活中寻找与机械和机构有关的实物,提出与所学内容之间的关联,并在日常学习中有意识地培养学生的创新精神和创新能力。例如:机构的结构分析部分,要求学生对生活中常见的如折叠雨伞、健身器材等机构在稳定性、安全性,或趣味性、实用性等进行分析,发现其存在的问题,并提出改进意见,给出新机构运动简图,并要求对所设计机构作出简单的模型。学生通过此次练习,找到了学习的乐趣,明确了学习本课程的方向,提高了创新意识,同时对本单元课程内容有了较深入的理解,可谓一举多得。最后,根据各部分内容的大量积累,提出能体现本课程主要知识点,并综合运用基本理论、基础知识和基本技能的课程设计题目意向,并完成基本设计内容。理论课结束时课程设计的主要设计已完成,最后集中1周时间完成必要的图纸和说明书,或取消集中设计时间,而是将设计时间分散于教学过程中。
2.2设计题目及设计结果的改革
设计题目不再由教师统一给定,要尽可能启发学生自己选题,诱发更多的创新和创造灵感,发现更多更好的选题。首先,根据教学过程学生对各部分内容提出的问题、改进意见或创新思路,要求每人或分小组讨论决定设计题目初稿。选题时,学生应量力而行,从小处做起,尽可能来自实际,贴近生活;然后,将设计题目初稿交课程设计指导老师,教师引导学生扩展思路,注意对选题的把关;另外,选题还应循序渐进,处理好继承和创新的关系,由学生自己选择,师生共同探讨,最后确定。设计结果应打破固定模式,不再只是要求做出图纸和说明书,而是可以以多种形式提交。如:设计论文,模型,分析报告等。对学生的创新设计结果,期望值不宜过高,要允许失败和反复,不能求全责备。
2.3考核方式的改革
考核是指评价学习成就、学习效果的测验,即对学生达到教育目标程度的测验。因此对学生课程设计的考核方式只是通过图纸和说明书以及答辩情况进行评价,则被动地跟随教师、循规蹈矩的学生可望获得优秀,而来自毕业生工作单位的信息表明,学校里的尖子生未必全是实际工作中的佼佼者。为给学生充足的自由和空间,成绩不仅包括必要的设计结果,还要从以下几个方面考虑:(1)设计题目选择的实用性,综合性;根据选题的难易程度,应用型指标,给出设计基本分,总分60分;(2)在设计过程中对不同问题的理解、综合、应用能力;根据设计过程的各项能力综合,给出相应的加分,总分20分;(3)能否有自己的见解或提出应用价值和创新思路。根据设计论点给出创新加分,总分10分;(4)根据完成结果给出综合分,总分10分。最后综合前边各项分值,给出总评成绩。例如:某学生设计题目选择一般,给出基本分40分;设计过程理解、综合能力较强,加18分;有创新点8分;完成设计内容结果但创新设计结果有不足,8分;则总分74分。若设计题目难度较高,给55分,其它相同,则总分89分。若难度较高而无创新点则创新项会扣掉8分,则总分81分。综合考虑,在课程设计中评“优秀”者,有自己独到的见解和创新点是必要条件,而创新过程允许出现不足。
3.结语
(一)有助于实现高等职业教育教学的培养目标
高等职业教育教学的培养目标是通过专业理论教学,引导学生树立正确的服务意识,熟练掌握生产技术,并根据生产实践的具体情况进行合理的技术指导和组织管理,从而提高企业经济、社会效益。随着企业集约化的不断深化,产品生产周期不断缩短,项目生产就成为了众多企业的主旋律,这就要求企业必须大量储备专业基础过硬、项目生产能力强、项目生产理念新的技术人员。所以,在高职教育教学中推行项目驱动法,既是顺应现代企业发展的必然趋势,也吻合了高职教育的最终培养目标。
(二)有助于重新定位机械设计基础课程
作为机械类专业的主干课程之一,机械设计基础是一门应用性与理论性兼备的课程。现有的教材仍然只设计了原理的解释、运动分析和技能训练等模块,而忽视了具体项目的学习,这严重违反了高职教育的原则。而项目驱动法的引入则解决了这一问题,重新确立了机械设计基础课程的性质与地位,这有利于应用性教学的开展,也有利于降低理论难度,从而使学生在项目操练中学习专业知识与专业理论,并提高自身专业技能。
(三)有助于实现学生“最近发展”
著名心理学家维果茨基(LevVygotsky)指出,学生的发展关键看两个因素:一个是学生的现有基础,一个是通过指导或努力所能达到的发展。这两者之间的差距被维果茨基称为“最近发展区”。由此看来,高职教育教学中,学生的最近发展尤为重要,它可能直接决定着教育目标的实现。从高中和中等学校分流到高职院校的学生往往存在思维能力较差、理论感不强、学习热情不高等现象。传统的教学方式已经不能引起这些学生的注意和兴趣,机械设计基础课程的教学问题越来越突出。所以,我们必须引入项目驱动法,使学生在项目制作中重获信心,以实践形式强化理论知识,做到学会学习、快乐学习。
二、机械设计基础课程教学现状
(一)没有形成三维教学目标
随着课程理念、教学方法的不断更新,作为机械专业学生的一门必修课,机械设计基础课程改革势在必行,而首先需要改革的则是教学目标。所谓三维教学目标,就是教师在教育教学时应该既注重学生专业知识和专业技能的获得,也要重视学生学习过程与学习方法的培养,还要重视学生学习态度与学习情感的培养。从现有的教育教学情况看,许多教师只注意高职学生专业知识与专业技能的获得,而忽视学生学习动力的维持,以致许多学生学习热情不高、主动性难以发挥。
(二)缺乏可行性操作
许多教师已经注意到实践项目的重要性,也开始有意识地进行实践性的教学。但是,受众多条件的限制,他们的实践性教学缺乏可行性操作,不利于激发学生主动参与实践项目。一方面,教师还没有多媒体教学的意识,仍然采用板书教学,并以简单的二维图形式呈现机械原理;另一方面,抽象的讲解使制图基础较弱的学生看不懂原理图,这一定程度上阻碍了实践项目的有效开展。同时,许多教师设计的实践项目没有可探讨性,只是简单地验证前人的研究成果,这使整个实践项目变得浅显和简单,不利于学生创造性的开发。例如,教师在讲解牛头刨床时,许多学生没有看到真正的实物,仅仅靠黑板上的二维图,学生不能完全理解刨床的内部结构。又如,长期的一级圆柱齿轮减速器的相关实验大大降低了学生对实践项目的兴趣度。
(三)实践项目的局限性较大
许多高职院校还没有相对完备的实践设施,即使在实验课中,许多学生也没有机会动手实验。同时,学校的设备设施破损较为严重,实验的精准度不足,学校的相关设备与工厂的设施相差较远,型号、规格等都存在较大差距。另外,校企合作还没有完全建立起来,大部分实践项目只能在校内进行,而具体的实践效果却没有得到检验,所以,实践项目还没有从学校的小范围实践拓展到工厂企业的一线生产实践中,其局限性较大。
(四)教学评估体系不健全
在机械设计基础课程教学中,许多教师习惯性地通过闭卷考试来检测学生对知识的掌握情况,以致学生机械记忆书本中的理论知识,甚至直接背诵教师事先制定的考试内容。许多教师忽视了学生的实践操作,或直接以固定的一级圆柱齿轮减速器设计作为唯一的实践项目。这种评估方式大大地影响了学生的创造性,不利于学生机械设计能力的培养。所以,高职院校有必要建立健全教学评估体系,让学生注意实践项目,使其在实践中学习,在实践中提高自身的专业技能。
三、运用项目驱动法的基本原则
(一)综合性原则
综合性原则是指教师应该将机械设计基础课程与其他课程相互融合,从而达到突出重点和难点的目的,使学生从做中学、在学中做。项目驱动法不是让学生盲目地操练项目,而是让学生在具体项目中理解和体会机械基础的专业理论,并以理论指导项目实践,在实践中不断深化理论的过程。为解决理论教学与实践教学的矛盾冲突,我们可以将机械设计基础课程与三维软件课程相结合,整合成一门新的课程,实现课程与课程之间的融通,提高综合课程的比例,这样既可以缩短课时,使教师在有限的时间内完成教学内容,也减轻了学生的学习负担,同时还为复合型人才的培养奠定了基础。
(二)实践性原则
实践性原则,就是教师以实践项目引出课题,以实践项目为理论知识讲解的基础和条件,在实践操练中反观专业理论知识,并以实践项目为主要评估方式。首先,教师在引出机械设计基础课程的相关理论时,应该以实际项目作为切入口,这样可以降低理论知识的难度,也有助于提起学生的学习兴趣,使机械设计基础课程的课堂教学灵活而生动。其次,在具体讲授专业理论知识之前,应该将相关课程项目化、模块化,这样既可以降低讲授内容的重复率,也有利于树立实践性的指导思想。再次,具体操作项目时,可以通过学生拆卸和装配相关机械来培养学生的动手能力。最后,以实践项目检验学生的学习情况,让学生将每一个模块的相关知识运用于一个具体项目中,使学生完全掌握机械设计的相关技能。总之,从引出理论知识、讲授专业理论、具体操作实践项目到以实践项目检验学生的学习情况,我们都应该以项目为中心,突出项目实践的重要性,实现实践与理论的高度融合。
(三)探索性原则
探索性原则,就是教师在引导学生进行实践项目操练的过程中,要启发学生,让其全面认识现有的机械设计知识与技能,并在此基础上有所突破、有所创新。在具体的实践项目中,学生会对某些零部件的参数选择、数据处理等产生不同观点,而这些观点和疑问正是学生发现问题和提出问题的重要环节。因此,教师应该鼓励学生进行合理的自我探讨,从发现问题、提出问题、分析问题到解决问题,逐一推进,培养学生的创新精神和创新能力。
四、基于项目驱动法的机械设计基础教学改革途径与方法
(一)树立正确的培养目标
第一,树立好三维教学目标观。学生专业知识与技能、学习过程与方法、学习情感和态度同等重要,都不可偏废。既要让学生掌握一定量的理论知识,也要让学生获得专业技能,同时还要让学生具备持续学习和探索的动力。第二,树立项目驱动教学观。在开展机械设计基础教学过程中,教师应该以实际项目为中心,使学生在做中学,以做带学,从而培养学生的实践意识和实践能力。
(二)合理设计实践项目
第一,教师应该将教学内容分成若干个项目,每个项目应该体现学生的现有水平和能力,使学生能在真实的环境中合理迁移相关知识与技能。例如,在设计齿轮传动这一模块时,教师可设计制作一个齿轮传动机构,使其包含直齿圆柱齿轮传动、圆锥齿轮传动和齿轮齿条传动三个部分,学生通过拆卸和装配了解传动的本质,学会齿轮参数的计算方法、齿侧间隙的测量,从而实现这一模块的教学目标。第二,设计项目应该实用而明确。高职学生的年龄特征和学习特点决定了他们不可能在同一时间解决许多问题。所以,教师在设计实践项目的过程中应该充分考虑到学生的实际情况,有的放矢地设计项目,使其在实践中提高机械设计能力。第三,项目的设计应该围绕着学生创造力而展开。随着机械的不断发展,新技术、新产品不断涌现,原有的机械就面临着淘汰的趋势。教师应该引导学生了解机械行业的前沿动态,以最新的工艺和设备操作实践项目。
(三)合理开展实践项目
第一,合理设计实践项目。在进行项目操作之前,教师应该合理设计好实践项目,介绍本实践项目的相关内容,提前涉及相关理论知识,使学生明确项目操作内容和实施步骤,从整体上了解实践项目;指导学生阅读操作指导书,让学生提前查阅相关资料,准备好项目操作时所需的工具;引导学生按照操作指导书进行合理操作,使其形成正确的职业技能;引导学生根据实践项目完成相应的书面作业,使实践经验上升为理论知识,教师根据学生的操作情况及时验收,完成本模块的教学。第二,合理实施实践项目。一方面,教师应该让学生了解实践项目的具体操作步骤,使其严格按照项目指导书的相关规定熟悉整个项目的运行;另一方面,教师还应该给学生足够的空间,让其共同讨论和思考,鼓励学生提出问题和解决问题,探究项目实施的其他途径与方法。
(四)建立健全机械设计基础教学评估体系
1.1具体改革内容
(1)改革课程教学模式,设置有利于学生自由发展的教学环节。引导学生“主动参与”的教学模式,教师在课程教学初期提出目标,如以往届“机械创新设计竞赛”为主题,并明确目标完成质量,将纳入期末考核并给定所占总成绩的比例,一般不应大于50%;学生自行提出任务,3人一组自由组队,寻找方法,教师在目标提出约两周后组织学生对任务进行答辩,对任务进行客观、准确评价,指出下一步学习的重点;在学期中组织“机构创意搭接”活动,在学期末组织“机构设计及动力学仿真”活动,激发学生热情。课程教学模式不局限于教师课堂讲授,可以是学生任务汇报、教师指导答疑、活动演示等多种形式并存。教师引导:提出目标、不规定任务;不规定方法;督促实施、解答疑问。学生主动参与:明确目标,提出任务;寻找方法;边学边干,完成实践。
(2)改革课程教学方法,营造学生自主探究的环境。引导学生“主动参与”的教学方法,教师在课程讲授过程中取材以教材为线索,又不局限于教材,在学生自行寻找的任务中,找到具有共性的问题,引入课堂;在各章节围绕技术的发展,增加新的内容;不拘泥于程式方法的符合度,看重对方法(路径)的找寻过程,看重结果的创新度。
(3)改革课程考核方式,重点以考核学生能力为主,多种考核形式并存,客观准确评价学生成绩。打破传统的以考核学生对书本知识掌握程度的限时书面考试方式,传统考试方式会使学生临时抱佛脚,放松平时的学习。加强对平时任务完成情况考核、对组织活动参与情况考核、对实验室开放参与程度考核,加大平时考核在综合成绩中所占的比重,在一定程度上促使学生重视平时各个教学环节,使学生的学习过程变成循序渐进的过程,防止学生考前的突击应付,提高平时学习的自觉性和主动性,考试题目增加一定量的设计型题目,强调工程背景,克服传统考试中题目的限时性、定向性、唯一性、单纯性的弊端,着意考察学生综合运用知识解决实际问题和创新思维的能力。
(4)改革课程对应集中性实践环节教学内容,将任务从课内延伸至课外。多数作品可作为课程设计继续研究,丰富课程设计内容;部分作品可作为毕业设计题目深入分析;优秀作品可参加辽宁省机械创新设计大赛。
1.2改革目标
通过课堂讲授与学生自主实践,培养学生具有:
(1)根据目标范围找寻社会需求提炼课题的能力;
(2)对于机械工程问题进行系统表达、建立模型、分析求解和论证的能力;
(3)独立创新设计机械系统与零部件的能力;
(4)在团队中工作、与他人合作的能力。
2机械设计基础课程改革实施方案
学生的学习分别通过若干个学习任务来完成,每个任务均要求学生通过小组动手实践直接掌握实践知识。在实践中遇到了问题,又使学生对理论的学习变成内在需要。学生在学习专业理论之时,又通过实践巩固理论知识,从而使理论知识学习与实践知识学习有机地结合在一起。以学生“主动参与”为中心,进行各方面能力的培养与锻炼,每个任务都是一个完整的工作过程,是一个获取信息—制定计划—做出决定—实施计划—检查控制—评定反馈的过程。
3机械设计基础课程改革成效
3.1组织与课程密切相关的教学活动
在2013/2014学年第二学期,对机械设计基础课程进行了改革的尝试,涉及三个班级。在课程前半部分常用机构理论内容讲解完,组织学生开展“首届机构创意搭接竞赛”活动。
3.2机械设计基础课程改革取得成果
共收集作品32件,分别是:颚式破碎机、飞机起落架、活塞泵、压盖机、蛋糕切片机、汽车雨刷器、印花机、台式电风扇摇头机构、带式输送机、鹤式起重机、摄影升降台、机器人腿部机构、车载起重机、多连杆式独立悬挂机构、机械手手指机构、精压机机构、缝纫机踏板机构、机械手手臂机构、筛料机机构、内燃机、活塞泵、插床插削机构、带传动传送机构、飞剪机构、后备箱开启闭合机构、单缸四冲程内燃机、牛头刨床机构、门式起重机、振动筛料机、挖掘机、洗瓶器、浴室搓澡器。每件作品包括:设计任务书、答辩PPT、机构搭接视频、活动总结。评选出特等奖1项,一等奖3项,二等奖6项,三等奖6项。其中,单缸四冲程内燃机获特等奖;颚式破碎机、后备箱开启闭合机构、牛头刨床机构获一等奖;飞机起落架、汽车雨刷器、摄影升降台、精压机机构、插床插削机构、飞剪机构获二等奖;活塞泵、压盖机、门式起重机、振动筛料机、挖掘机、洗瓶器获三等奖。
4结语
1.1理论基础与学习习惯
“中职本科”是目前部分应用型本科招收的一类本科学生。经过两年的教学实践和大量的课外接触,该部分学生理论基础较差,大多是初中毕业,且对初中基础知识的理解也很有限,日常学习自律性不强,对于课程内容总是浅尝则止,自信心不强,由于之前的学习习惯不好,大多数学生没有独立学习的习惯,课堂氛围较活跃,对于基础理论缺少兴趣,偏爱实践操作,这与之前所受教育有很大关系。高校“普通本科”的教学方式、教学内容均不适合“中职本科”学生,造成大多同学学习一年后收获少、自信心丧失、学习兴趣减弱。学生不爱动脑思考,觉得“设计”离自己十分遥远。
1.2教学方法与教学效果
由于目前全国并没有专门的“中职本科”高校,“中职本科”只是普通高校培养的一类对象。普通高校的教师上课由于教学对象不单单是“中职本科”,同时兼有“普通本科”或“高职本科”,故很难划清界限。教学上按照经验讲述原理多,主要按照普本教材章节进行理论讲授,效果并不理想。近年来由于多媒体技术的发展,多媒体素材与教材的结合占据了课堂,相比之前的纯理论教学和课程设计在教学效果上有所改善,但对“中职本科”的学生来讲,还远远不够。
1.3培养目标与教学内容
目前而言,“中职本科”的培养目标主要被定位为职业教育,要求学生具有理论联系实际、分析问题和解决问题的能力,尤其是工程实践能力的培养。而实际教学内容却与此完全脱节。实验实践内容并没能有效结合,验证性实验的偏多,动手操作的较少,和课程衔接不到位,显然不适合目前的“中职本科”教育。课程设计题目多为经典的带式运输机减速器的设计,只有少数同学能按照手册完成设计,但是这么算却说不清楚,学生一头雾水,并不能真正理解其中的方法。
1.4成绩考核
成绩考核仍然以主要期末测试为主,平时成绩和实验成绩为辅。形成了“高分低能”的社会现象。而“中职本科”的培养目标则要求学生具有理论联系实际、分析问题和解决问题的能力,尤其是工程实践能力的培养。因此对于这部分的考核也该在成绩考核中占有较大的比重。我们制定的改革思路是:教学内容以行业岗位上的知识结构和能力结构以及生产实际需要为目标,以解决工程实际设计问题为指导。
2教学方法改革探索
经过对“中职本科”生源中职阶段培养方案、教学体系、及学生个人情况的调研,可以从以下几个方面改善学生的学习习惯,提高“中职本科”学生学习《机械设计基础》这门课程的教学效果:
2.1框图法教学,整合知识体系
整理总结《机械设计基础》中的核心知识点,自编校内讲义或教材,结合一个综合实例,如蜂窝煤压制机、机床C6140主轴箱,以机构、传动、零件三大部分为主线,制作框图,帮助学生快速、直观地理解整个机械设计基础的知识体系,由此知识体系展开教学单元。围绕综合实例,进行详细的分析讲解,讲解内容时重点把握能让学生了解典型机械或结构的设计思想、理解装配要点、掌握分析故障和维修。
2.2模型演示教学法
采用玩具激励法(机构部分可以拆装模型,观察机构运动、计算实际的自由度、绘制机构运动简图),来改善教学效果,提高学生学习本门课的兴趣。慧鱼组合模型可以应用于教学课堂,让学生在验证理论知识的同时,实现理论和动手实践的统一。通过对模型的研究与分析,启发学生对《机械设计基础》的认识,并能培养学生独立分析和自己查阅学习资料的能力。既满足了学生爱玩的天性,又学到了知识。
2.3设计软件在机械设计基础教学中的应用
随着计算机技术的飞速发展,可使用Solidworks等机械设计类软件在《机械设计基础》的课堂上结合典型设备进行建模、模拟装配、指导学生做一些简单的分析,或结合实验室的试验台,教师建立虚拟实验模型库,课后学生可以利用该模型库进行学习建模、装配、分析,帮助学生更好地理解复杂的机械系统。除了大型的常用的机械设计软件CAD、solidworks,网上有大量机械设计小软件,还有一些企业应用的机械设计软件,该类软件界面简单,操作方便,可以帮助学生计算参数,不需理解繁杂的公式及理论推导,教学中,指导学生应用此类软件,相当于为学生提供了一种工具,帮助学生理解机械零件的一些参数,提高学生的学习热情,为学生日后实际工作应用打下一定的基础。
2.4项目教学代替章节学习
教学内容及顺序调整:分四大部分,均为先通过先讲整体一个实例,再拆分讲解,类似于项目教学,使学生更容易理解各部分。机构部分:连杆机构、凸轮机构、齿轮机构,通过参观实验室机构展台通识,以分析玩具的机构组成和原理,带动学习的积极性,拆装,分析,计算。机械传动部分:带传动、链传动、齿轮传动,通过玩具模型讲解几种传动的特点,再分别介绍具体知识点,轻参数、重结构,轻计算、重原理。机械零件部分:齿轮、轴、轴承、联轴器、弹簧等,本部分设计先以减速器原理讲解为起点,通过动画和实验拆装,逐步进入理论学习。增加机械维修工具、量具部分内容,学生应该进行系统学习。能在实践和工作中更快地进入角色。
2.5实践、设计成绩考核替代期末考核
“普通本科”的专业基础课考核多以期末测试为主,以辽宁科技学院目前而言,平时成绩占30%,期末卷面测试占70%。这种测试并不能真实地体现学生的水平,尤其是对“中职本科”的学生。因此,本文认为对于“中职本科”的《机械设计基础》,应以实践考核替代目前的期末卷面测试。
2.6建立班级学习QQ群和微信群
建立班级学习QQ群和微信群,改善师生关系,方便课后复习答疑,沟通情感,讨论问题。90后的学生几乎人人上网,网上的教学及互动不容忽视,以往的网上教学多为网上精品课或论坛,对于不爱学习的学生难以调动其积极性,因此,以学生最容易接受的方式去指导和教学不失为教改的一个重要环节。
3结语
依据《计算机类专业教学质量国家标准》,本科毕业生需要一定的基础,要具有灵活地、探索性地、综合运用知识和方法有效地解决实际问题的能力,而不是以应用已经掌握的技术去重复解决某些问题为主[1]。
毕业设计实践环节正是培养学生综合运用所学的知识,分析解决理论和实际问题能力的关键环节,对培养学生的就业能力、适应社会发展的能力具有非常重要的作用。
然而,随着高校的扩招导致生源质量的下降、唯就业率论导致的学校和学生重视程度的下降、青年指导教师本身工程实践素质的欠缺等,本科毕业设计的质量明显下降,甚至出现了与本科培养计划发展不一致的现象,没有达到教学质量的国家标准。
如何在新的形式下保证和提高本科毕业设计质量成为教育届研究的热点[2-4]。
毕业设计选题是毕业设计过程的开始,对毕业设计最终的完成起着引领作用。
一旦学生选定了的毕业设计的题目,也就大体上明确了毕业设计的研究方向和技术要求,高质量的课题能有针对性地使学生得到全面锻炼,真正起到培养学生解决实际问题的能力。
本文对当前计算机科学与技术专业毕业论文选题过程中存在的问题进行分析,并对基于产出教育要求下(OutcomeBasedEducation,OBE)的毕业设计选题方法进行初步的探讨。
一、当前毕业设计选题中存在的问题1.选题不符合专业培养目标。
OBE最早出现于美国和澳大利亚的基础教育改革。
OBE要求根据培养目标实现之需要设定毕业要求,毕业要求主要是以学生解决问题,特别强调解决复杂工程问题的能力为“主要追求”[5]。
然而,当前许多指导教师和学生在实际出题和选题过程中,偏离了专业培养目标。
以计算机科学与技术专业为例,问题主要体现在:计算机技术日新月异,几乎每年都有新的技术出现,而毕业设计选题陈旧,没有结合当下专业技术的发展需求;毕业设计题目中联系实际的真题少,学生往往只是在计算机上做仿真运算,学生在毕业设计阶段很难得到动手能力的训练;毕业设计题目综合性差,工作量不足等。
2.选题方式不灵活。
在毕业选题方面,目前高校实行的主要是教师出题和学生选题相结合的方式。
该方式的主要特点是在毕业设计开始阶段由指导老师根据自己的研究方向先拟定几种题目供学生进行双向选择。
但存在的问题是:受到研究方向的局限,指导教师在出题时没有针对学生个体的实际情况来确定毕业设计内容,当学生碰到不感兴趣的题目时,只能应付了事,造成毕业设计的质量的下降。
3.选题监管不到位。
虽然高校对选题立项都有规定,然而由于就业压力的影响,有的学生是由实习单位指导教师出题,或者是由校内指导教师出题,在实习单位做毕业设计,无法进行监管,甚至出现学生在毕业设计中途换题的现象。
这种毕业设计过程的不确定性导致了题目审查流于形式、毕业设计内容与毕业设计题目及任务要求相背离。
二、基于产出的教育要求的毕业设计选题原则OBE要求学生能够在未来有效地解决实际问题。
因此,在毕业设计过程中主要是以学生解决问题,特别强调解决复杂工程问题的能力为“主要追求”,要体现学生在毕业时需要具备的知识、能力、技术等。
具体来说,选题是应注意以下一些原则:1.符合培养目标及教学基本要求原则。
以计算机科学与技术专业为例,毕业设计选题及具体要求内容必须符合培养目标,这是毕业设计选题的基本要求。
指导教师在出题过程中要重视学生理论结合实际能力以及学习能力的培养,既要让学生了解基础理论的作用,又要注重培养学生掌握理论与实际结合的方法与手段,以适应信息技术的飞速发展。
同时在出题及制定具体要求时要使学生具备软硬件基础和系统观。
硬件类毕业设计课题,要有一定的软件基础要求,软件类毕业设计课题,也要有一定的硬件基础要求。
2.坚持人才培养多样化原则。
国家经济社会发展需要各种类型的计算机类专业人才。
调查显示,本科生毕业半年后从事的前20位高薪职业中,就有10种与计算机相关,包括互联网开发师、计算机软件应用工程师、网络设计师、计算机系统软件工程师、计算机系统工程师或设计师、计算机程序员、网络系统和数据传递分析师、其他计算机专家等[1]。
因此,在毕业设计选题和要求中,可以根据社会需求、学生自身条件等,有针对性地进行科学选题。
3.选题要可行性原则,工作量和难易程度适中。
由于毕业设计时间有限,因此应充分考虑所选课题的综合性、可行性、难易程度和工作量。
如果课题过难或过于复杂,造成学生在短时间内很难完成,违背了毕业设计教学环节的初衷。
毕业设计指导教师在出题时,需要考虑不同素质(如学习成绩优秀、学习成绩中等、学习成绩较差)的学生情况,并有针对地对课题的主要研究内容和技术要求做出说明,在学生选题后,指导学生对选题进行深入调研分析,合理安排毕业设计内容,形成可行性报告,并制定详细的工作计划和实施步骤,只有这样才能保证毕业设计的顺利进行。
三、基于产出教育要求的毕业设计选题的建议1.选题结合学生兴趣与特长。
做毕业设计时,学生已经对所学的专业有了基本的了解,并有了自己感兴趣的方向。
选题时可以采用教师出题学生选题和学生自主出题相结合的方式,体现学生的自主性。
学生可以从自身的兴趣出发,根据选题的原则和要求,在指导教师的指导下,分析确定毕业论文选题,选择自己感兴趣的方向,提高做毕业设计的主动能动性性。
2.选题与工作就业结合。
在就业压力大的背景下,可以将学生毕业设计选题与就业相结合。
针对在毕业设计选题的学生,要鼓励他们到用人单位去做毕业设计,以自己将要接触开发的产品为课题,在用人单位和学校教师的共同指导下完成。
这样不仅使学生对就业单位技术有较深层次的掌握,还大大缩短了参加工作后的适应期。
对于考取研究生的学生来说,可以指导学生参加一些科研课题的研究或者根据学生研究生阶段的研究方向确定研究课题,掌握分析问题和解决问题的方法,重点锻炼其科研能力和创新能力。
对那些既要进行毕业设计又要寻找工作的学生来说,在了解了专业就业方向和市场需求的基础上,可结合自己的兴趣爱好,与指导教师共同研究,自主选题,尽量选择与将要从事的工作内容相关的设计题目。
3.课题与科技创新活动结合。
现阶段,创新创业教育是大学教育的一个主题,许多高校都提倡大学生参加科技创新项目和各种科技创新竞赛。
将毕业论文选题和科技创新和科技竞赛工作相结合,鼓励学生积极参加大学生科技创新活动,引导参赛学生在创作时能够结合自身专业特点,将科技创新项目和毕业论文选题相结合。
1.内容广泛。机械故障诊断学是多学科综合的课程,与数学、信号处理、传感器、人工智能等学科关系密切。本课程主要包括:信号检测、动态系统分析、故障诊断的人工智能方法、故障诊断的工程应用等,知识面非常宽广。因此,理论性非常强,我们以前讲授这门课程的时候,也都是特别注重理论,所以教学效果还有待提高。
2.学生基础薄弱。机械故障诊断学是为动力机械与工程专业的研究生开设的一门专业选修课,但是学生以前本科所学专业基本上都是热能工程或机械制造及其自动化专业。对于在故障诊断中占有重要地位的振动基础、传感器等的基础知识几乎都不具备。因此,从一开始,学生在听课的时候就感觉非常难,例如对于时域中的时间序列模型预测及频谱分析中各种频域概念很难理解。此外,有不少同学还没有接触过Matlab软件,或者说对此软件还是一知半解,课程后面的一些作业都很难完成。
3.与工程实际结合不紧密。以前在教学过程中,我们主要强调理论知识的讲解,和工程实际的结合不是非常紧密。因此,很多理论知识,即使学生学习过了,也不知道在工程实际中有什么用处。理论教学与工程实际仍然存在一定的距离。
4.缺少实验教学环节。在以前的教学环节中,由于缺少实验设备,没有安排实验教学环节。因此机械故障诊断总归是纸上谈兵。
5.考核方式单一。本课程一直以来都是采用大作业的形式进行考核,学生往往在交作业的前面几天进行突击,写出来的报告要么是格式不符合要求,要么就是大段地抄袭参考文献资料。以上这些问题在机械故障诊断学课程的教学过程中,一直存在。因此,这也是我们在该课程的教学改革过程中,需要重点解决的问题也是亟待需要进行改变的现状。
二、补充讲解基础环节
针对很多同学的故障诊断方面的基础较薄弱的情况,在本课程的绪论课之后,安排了一二次课,用来讲解与故障诊断直接相关的振动基础、传感器知识及Matlab仿真的一些基本知识。讲解的内容不要求非常全面,而是着重介绍一些基础知识,特别是这些知识在故障诊断方面可能的应用,例如:振动中三类问题、频响函数、振幅的几种表现形式等。传感器的基本知识。此外,对于在故障诊断仿真研究中具有重要地位的Matlab软件中的Simulink及后面将要用到的若干工具箱的应用进行了一定的介绍。通对这些基础知识的补充,同学们对于后面碰到的内容不会感觉太突兀,可以快速领会并且直接应用到后续的学习内容中去。
三、增加学生讲课环节
为了在教学过程中,充分调动学生的学习积极性,在这门课程中能够做到学有所得,学有所用,我们专门安排了学生讲课的环节。由于选这门课程的研究生人数不多,从操作上来说,是比较可行的。首先选取了重点内容,例如:作为最重要的故障诊断基础的时域分析和频域分析;作为现代智能故障诊断代表的模糊诊断方法、神经网络诊断方法、专家系统等。选取的内容还可以根据学生的人数进行相应的调整。布置安排学生进行讲课,给予学生充足的准备时间。现有的实践表明,学生在教学过程中,体现了良好的积极性和主动性。大部分讲课的学生都能够做到充分准备,采用ppt形式或者板书的形式进行讲解。而且他们在讲解的过程中,还能够查找相应的文献资料,从而自己对所讲的这部分内容在故障诊断实践中有了非常深刻的认识。实践证明学生讲课环节对于主讲的学生可以起到非常好的作用,该学生对于这部分内容的掌握非常扎实,大作业也绝大部分同学都是选择与自己讲过内容想过的题目,来完成本课程的大作业。
四、增加讨论环节
尽管学生讲课环节,对于主讲学生,可以充分发挥主观能动性,并取得较好的学习效果。但是对没有参加讲课的学生,由于没有认真准备,所以学习的效果比较有限。为此,我们在增加学生讲课环节的同时,特意增加了讨论环节,希望能够弥补学生讲课环节的不足。讨论环节的内容可以有两种选择:一种是在教师所讲授内容的基础上,提前安排每一位同学准备讨论内容。第二种在学生讲课环节的基础上,对于某些非常重要的内容,要求主讲学生认真准备讲课,而其他同学也要认真准备,并进行讨论。在课程的教学过程中,可以在模糊诊断方法、神经网络诊断方法及故障诊断实例教学部分等安排讨论环节。实践证明,讨论环节可以很好地避免学生的学习惰性,经过提前准备,学生对于一些需要讨论的内容可以掌握得比较扎实。而且这种讨论环节可以在教学过程中经常进行,从而不断地敦促学生积极参与。
五、增加与工程实践相结合环节
由于本课程与工程实践实际结合非常紧密,为了避免在课程的讲授过程中,过于强调理论知识,从如下几个方面增加了与工程实际相结合的教学活动。
1.在理论教学过程中,不断将理论知识在工程实践中的实际应用介绍给学生。在绪论的教学过程中就使用一个水轮机故障诊断系统引起学生的注意力和兴趣,并且给学生简单介绍OpenPredictor故障诊断系统。例如在介绍故障树诊断方法时,介绍了船舶碰撞故障树的实例分析。
2.要求学生自己针对某一方面的内容,查找具体的实例应用。例如在模糊诊断方法的学习过程,要求同学们介绍自己所查到的模糊诊断方法在实际工程实践中的实例。
3.尝试在教学环节中采用项目教学法,例如在故障诊断实例部分的内容,教师可以对旋转机械的故障诊断系统、齿轮故障诊断、轴承故障诊断采用项目教学的方式进行讲解和介绍。
六、添加实验教学环节
尽管采取了多种措施对机械故障诊断学课程进行了教学改革,但是实验教学环节还是必不可少。以前没有开设课程实验是由于缺少实验设备。现在已经具备了基本的故障诊断实验设备,因此,为了加强理论联系实际,我们在教学过程中添加了实验教学环节。实验内容选择旋转机械故障诊断中比较常见的齿轮故障诊断及轴承故障诊断。而且把实验安排在课程相关教学内容之后,希望学生能够将理论知识与实验教学内容相结合。实验教学,使得学生对于故障诊断的整个过程,从布置传感器、数据采集、信号处理、诊断分析、诊断报告等方面有个深刻的认识。这一点是其他教学过程学生所得不到的训练。
七、考核方式多样化
由于本课程以前的考核方式过于单一,仅仅依靠课程结束后学生所提交的大作业。由于这种大作业的形式较好,对于研究生综合素质的提高具有一定的作用。因此,在本课程的教学改革过程中,仍然继续保留写报告的大作业形式。但是,在教学改革中,将显著提高大作业的要求,例如:对题目的要求有明显限制、要求字数要求、参考文献的篇目要求显著提高。而且,特别鼓励在大作业中加入针对具体问题所进行的故障诊断研究。大作业所占的比例要求,从原来的100%降为60%。除此之外,将学生在课堂表现、作业情况、讲课环节、讨论环节和实验环节等的表现纳入本课程的评价体系中,这几项所占分值比例为40%。结果表明,这样对学生将会产生一定的压力,从而在各个不同环节中都能够积极投入,从而提高了教学效果和质量。
八、结论
为了适应现代社会对机械专业人才创新能力提出的新要求,培养学生既有动手能力、创新能力又要具备一定的理论深度,本文针对机械制造技术基础课程进行了一系列的教学改革,构建了实践教学体系,将理论教学与金工实习、课程实验、专业课程设计、生产实习等实践环节有效结合,提高学生在接受知识信息、综合分析问题及工程实践等方面的能力。
2改革内容与举措
针对机械制造技术基础课程的上述特点,为达到创新能力培养的预期目标,本文从以下几方面进行了课程教学的改革。
2.1加强金工实习教学
金工实习是机械类专业学生学习机械制造技术基础及工程材料等课程必不可少的实践基础课,是机类与非机类有关专业教学计划中重要的实践教学环节。机械金工实习包括车工,铣工,特殊加工(线切割,激光加工),钳工,砂型铸造等实践环节,它对于培养学生的动手能力有很大的意义,同时可以使学生了解传统的机械制造工艺和现代机械制造技术。按照本校本专业学生的教学计划,金工实习在前,机械制造技术基础理论教学在后,由于没有针对性地建立两者的有机联系,导致学生们的学习是孤立、片面的进行,无法真正达到金工实习的教学效果。本文将机械制造课程的教学任务提前,在进行金工实习时,安排专业教师详细讲述金工实习与机械制造技术基础课程的内在联系,并向学生介绍课程的主要内容,在金工实习的整个过程中,指定专业教师对学生进行理论讲解、辅导和答疑,深化实习内涵,使学生清楚地认识到金工实习并不是孤立的,提高实习的积极性和主动性,从而为将来的理论课程学习打下良好的基础。
2.2优化改革课堂教学体系
为实现学生创新能力的提高,首先要让学生深入、扎实地掌握理论知识,考虑到该课程知识面广、信息量大、理论性强的特点,本文运用先进的计算机技术,建立机械制造技术基础课程的电子教案、多媒体课件等教学素材,在保持原有核心教学内容的基础上,辅助以大量的图片、三维动画与实际加工影像等,丰富形象教学内容,增强学生学习的积极性;同时进行创新性教学模式的探讨,变单一教学模式为多样化教学模式,提高学生学习的主动性,达到较好的课堂教学效果。
2.3构建实验教学新模式
目前本课程的实验内容包括:刀具几何角度测量、工艺系统静刚度测定、机床主轴箱拆装实验等,多半是传统的验证性实验。通常是由专门的实验员教师进行题目的下达、内容的指导和成绩的评定,实验员教师无法了解课堂教学的进度和深度,专业课教师不能真正掌握学生实验操作情况,同时验证性实验的目的是使学生掌握课程基本原理,通过亲自动手操作验证并加深学生对理论的认识,但没有设计性实验相辅助,就会欠缺了对学生研究创新能力的培养。针对本课程的实验教学进行以下改革:
(1)对传统的验证性实验(如刀具角度测量等)进行方法和手段的改进,让专业课教师参与到学生的实验过程中,结合课堂的讲解情况与实验员教师进行内容的协调与安排,由实验员教师提前下达任务,学生在动手操作验证后讲解自己的实验过程和结果,并给出必要的理论支持,变被动学习为主动学习,大大提高了实验教学的效果。
(2)增设创新性实验环节,根据课堂所学知识和实验室现有设备设计实验,由学生自主搭建实验平台,在实验中发现问题和寻找解决问题的方法等等,激发学生的创造性思维,提高学生的创新能力。
2.4改革生产实习和课程设计
机械制造技术基础生产实习和课程设计是对该课程进行实践教学的两个重要环节,通过这两个实践环节,将学生们的课堂理论在实践中加深理解和进一步验证,可更好培养学生实践创新能力。在生产实习过程中,学生可以进一步接触到真正的企业生产,将对零件、刀具、夹具、机床等装备的认识实现从理论到实物的转换,借助课程设计中进行的机械制造技术基础课程的总结与应用,实现对学生理论知识的考查、巩固和加深。本文针对机械制造技术基础课程设计进行题目选编、时间进度改革、典型零件和夹具的建模与仿真等多项内容改革,并将课程设计融合到机械制造技术基础理论课程的教学和生产实习中,提前下达设计题目,让学生在课程学习和生产实习的过程中熟悉设计任务,引导其积极、主动地学习相关知识。
3总结
摘要:建筑企业的机械设备,是完成施工任务的物资基础。建筑机械施工的安全管理工作在建筑企业运作中占有重要位置。现代建筑机械对设备调配管理工作也提出了更高的要求。笔者根据自己多年的从业经验,分析了施工机械设备安全管理问题的原因及安全管理改革的对策,接着也对施工机械的调配进行了研究。
随着我国建设行业的迅速发展,特别是城市住宅区的不断增加,使机械化施工在工程建设中发挥越来越重要的作用。但伴随着工程施工的发展,抢速度、保质量、要效益,三者之间的矛盾也日益突出,这就对工程施工提出了新的要求。也就是要解决快速、高效、高质量地对工程进行施工的问题。传统的人力,简单机械的施工方式已不适应工程施工的要求,对于现代化建筑的施工只有采用机械化作业。因此,对施工机械的安全管理以及选型和配置都显得十分重要,也十分迫切。
一、施工机械设备安全管理问题原因分析及对策
建筑机械施工安全是一门科学,它主要研究在一定的条件下,建筑机械在工作或在装拆、调试、运输等状况下,对操作者所产生的伤害及其保护措施。建筑机械安全关系到施工人员的人身安全、企业的财产安全,是可持续发展的重要组成部分。我国建筑机械安全事故发生率虽然近几年总体呈下降趋势,但形势依然严峻,存在问题还较多。因此,如何科学实行并加强建筑施工机械的安全管理,是我们目前面临的一个问题。
1.1施工机械设备安全管理问题原因分析
随着建筑业的发展,各类建筑机械使用日益增多,安全问题也越来越突出,这些安全问题主要是由以下原因造成:(1)安全管理法律体系不健全;(2)不能严格执行国家和行业规范性文件;(3)安全监督存在多头管理;(4)建筑机械操作人员管理不善;(5)建筑机械技术档案不完善;(6)机械设备施工现场管理不善;(7)机械设备施工环境恶劣。
1.2建筑机械安全管理改革对策
1.2.1健全安全规制法律体系
健全安全法律、法规及规章。结合我国安全律体系现状和存在问题,做好以下几个方面:1)加快安全管理立法。2)制定配套规章。3)实行机械强制报废制度。
1.2.2安全监督部门权限依法严格划分
依法严格划分部门权限,强化行业监管职责;及时制定执法所需的法律法规,认真清理部门间交叉打架的法律法规条文。国家设置各部门,都有明确的职责分工,各部门只有各司其职,才能保证社会的健康运行。各级建设行政主管部门承担着对安全生产日常性监督检查的工作职责,在建筑工程安全监管工作中属于核心地位,发挥着极其重要的作用。部门规章交叉必然导致执法行为的混乱,有关部门应充分认识到这个问题的危害性,对现行的法律法规也要组织人员尽快清理,确保法律、法规的尊严和权威性。
1.2.3严格执行规范、建立现场规章制度
施工现场使用的机械设备必须严格执行现行有关标准和规范。并在现场机械管理中应制定有效的现场管理制度:1)施工现场各方主体应配备专职(兼职)机械设备管理人员,负责施工现场机械设备使用安全管理工作。2)施工现场应建立相应的机械设备安全管理的规章制度(安全管理职责、安全技术交底、交接班、维护保养、检查、资料管理等)。3)主要机械设备实行定机、定人、定岗位责任的三定制度。4)机械设备、电气设备和施工机具不得带病运转。5)施工现场机械设备应做到正确使用和安全运行,严禁拼设备和超负荷使用。
1.2.4完善技术档案
根据建设工程施工进度对不断进退场的各种类建筑机械进行动态跟踪、收集整理发生在整个施工过程中的安全管理技术资料,能及时建立起有关建筑机械的安全管理技术档案。安全管理技术档案可以清晰地反映建筑机械在工程施工中的状态,便于各种安全生产检查,落实安全生产责任。是具体贯彻执行《中华人民共和国安全生产法》一项有效措施;既满足了建设工程竣工验收中施工生产安全管理档案资料的要求,又符合建立技术档案的原则。
二、施工机械调配的研究
机械化施工是一个具有联系的机械系统的综合作业过程和管理体系,其目标是实现整个系统过程和体系最佳经济和技术效果。要做到建筑的机械化施工,就必须根据各类工程的特点,按照建筑施工内容和要求解决施工机械的合理调配问题。满足施工工程对施工任务、质量、工期的最基本要求,保证工程的各项强度指标。提高施工机群的协调性。目的是提高机械的利用和施工任务的质量和效率,同时提高工程效益,降低机械成本。提高机械的系统性。使机械的性能、生产能力适应建筑施工的特殊要求,尽量降低设备的投资额。
2.1建筑施工机械设备的调配原则
1)机械设备的调配必须与建筑施工组织相一致;2)机械设备的调配必须有利于施工,有利于机械利用率和完好率的提高,有利于提高机械化施工水平,有利于提高经济效益;3)机械设备的配制必须适应建筑工程项目多变的特点,具有一定的应变能力;4)机械设备的调配要符合集中、分散相结合的原则。
2.2机械配套必须满足的简便条件
1)各机械的技术规格必须满足既定工程的技术标准;2)在工艺允许的条件下,尽可能采用重型机械并保证为其安排足够的工作量;3)机械必须具有良好的性能;4)机械必须具有良好的可靠性。
2.3施工机械的调配方法
施上机械的调配过程大体是:分析问题,确定目标,拟定及分析方案,方案选择,方案实施。在进行方案选择时,通过对影响施上机械调配方案因素的分析,应从以下四方而考虑:机械的施上质量指标;调配方案对施上任务的适应性;调配方案的经济性与施上机械间的协调性。这此综合指标中既有定量因素又有定性因素,即使是定量因素,在不同的管理水平和使用条件下,也有较大差异,需要根据具体情况来确定。另一方而,各个因素往往相互影响,其相关程度准确判定,也可以认为是模糊的。因此,采用模糊综合评判法解决施上机械的调配问题既适合施上机械实际情况,又具有可操作性。
三、结语
施工机械的合理选型与配置以及科学的安全管理是实现建筑机械化施工的重要保障。科学先进的机械调配与管理不仅提高了机械的利用率,发挥机械的最大效能,而且能确保上程质量和上程任务的按期完成,产生良好的社会、经济效益。
机械工程控制基础课程是一门基于复变函数、微积分、力学、电工学定律等诸多数理知识、存在许多理论推导和计算公式的专业基础课程。课程理论性强,系统性强,抽象难懂。本课程课时少,根据专业的不同,只有30~45学时,但课程覆盖面非常广,内容繁多,教学内容很难深入,部分前期基础课程没有开设,缺乏支撑,教与学都十分困难。教学内容涉及众多的控制数理公式的推导、相对实际问题存在着很多简化,与实际问题有时差异大,造成学生学习兴趣不够,对本课程的重要性认识不够,难以激发学生的学习热情,影响教学效果。该课程理论性强,怎么样与实践紧密结合,使学生更好更深入掌握本课程的教学内容,一直是本课程教学中重点需要考虑的问题。课程教学改革前我们一直采用传统的课堂教学加一、两次实验课的方式进行,怎样在此基础上对实践环节进行调整,更好地加深学生对课程内容的理解,提高学生解决实际问题的能力,是课程教学改革的重点之一。基于机械工程控制基础课程的教学现况和特点,我们尝试从教学内容改革、教学方法改革和考核模式三方面进行课程改革,取得了预期的教学效果。
二、教学内容改革
现在使用教材是杨叔子主编的《机械工程控制基础》,教材内容系统性强、内容详实,但本学院该课程课时相对少,且本院机械类专业以应用型专业为主,所以必须结合专业特点,与机械工程领域实际问题紧密结合,对教学内容进行优化、简化和整合。将复变函数和拉普拉斯变换等课程需要的主要数理内容整合到教学内容中,简化了部分原理和公式的详细叙述和推导,并删除了拓展性的可自学的状态空间模型、高阶系统的时间响应分析、非线性系统初步、线性离散系统初步和系统辨识初步部分,收集补充拓展了应用实例的内容以及关联领域最新研究进展。根据课程和专业特点,重新设计了机械工程控制基础课程以下五个方面的教学内容:1.机械工程控制基础概述,主要介绍机械工程控制论、机械控制系统分类、模型、特点、要求、由来和发展、发展趋势以及与机械制造及其自动化和机械电子工程专业的结合及应用。2.机械工程控制系统的数学模型,主要讲述拉普拉斯变换、系统的微分方程数学模型、系统的传递函数和方框图及其在实际机械工程实际问题中的应用。3.机械工程控制系统的时间响应分析。主要讲述时间相应及其组成、典型输入信号、一阶系统和二阶系统时间响应分析及其在实际机械工程实际问题中的应用。4.机械工程控制系统的频率特性分析。主要讲述频率特性组成及图示方法、频率特性的特征量、频率特性分析及其在实际机械工程实际问题中的应用。5.机械工程控制系统的稳定性。主要讲述系统稳定性特性、Routh稳定判据、Nyquist稳定判据、Bode稳定判据及其在实际机械工程实际问题中的应用。在每一章节中,我们都增加了机械工程领域内实际的控制问题实例,并使用Matlab软件进行仿真,扩充教学信息,提高学生的学习兴趣。
三、教学方法改革
在教学方法上,我们围绕应用型机械工程专业的特点,重视实践活动,理论紧密联系实践环节,提出了新的教学方法和教学模式。1.以机械工程控制系统为中心主线,运用实例引出教学内容。整个课程教学以一个典型的复杂机械工程控制系统实例为主线,导出讲述系统的数学模型建立、传递函数、时间响应分析、频率响应分析等内容,理论与实践相结合,可以使教学过程思路清晰,学生理解直观具体,有助于提升学生的学习兴趣。2.多媒体技术广泛应用。重新制作多媒体课件,增加具体实例控制系统的视频、动画等多媒体资源,可使课堂教学更为生动;在课件中增加自学课堂部分,包含课程背景知识、前面删除的课堂不进行的教材拓展内容、基础数理知识和例题解析,学生可以自主学习;课件增加自我测试部分,学生可以自主测试,诊断学习中的问题并改进。3.增加Matlab仿真环节。将Matlab及其提供的Simulink仿真软件应用到教学中去,可以使公式推导、概念讲述更为生动。仿真平台可更改系统的各项参数进行演示,可对实验环节进行有效补充。既可降低教学成本,又可让学生自己进行实验设计奠定基础。4.实验环节教学方法改革。实验环节由教师演示向学生自主设计实验环节转变,增加学生自主设计开放实验环节,教师对学生选题进行指导,选择实际的机械工程控制系统问题作为实验主题,由学生独立提前设计方案,实验课上进行实验验证和修正的方式来进行。
四、考核方法改革
1.1教学内容设计不合理
在教学内容设计上,虽然以虎钳测绘为主线,但测绘与Au-toCAD课程知识融合不够。内容安排上先进行虎钳的测绘,再讲授AutoCAD绘图的相关知识点并画零件图和部件装配图,两者几乎是独立进行的,融合形式比较生硬,无法达到将两者知识点充分融合从而在教学效果上起到相辅相成作用的目的。在教学内容的学时安排上也不够合理,测绘部分学时非常少,达不到测绘的学习目标。
1.2教学方法单一
测绘部分的教学由于课时少,主要是教师讲授、学生执行的教学模式,学生几乎无法进行自我分析、小组讨论;AutoCAD部分教学仍以传统的教师演示,学生模仿的教学模式为主,以教师为中心,以知识为中心,单纯注重学生基本绘图命令的掌握。整个教学中忽视了对学生自主学习能力、沟通交流能力和团队协作能力的培养。教学方法单一,无法激发学生的学习积极性,教学效果不佳。
1.3课程考核片面
课程考核上,上机考核占60%,平时作业及表现占40%,仍是以知识考核为主,能力考核为辅,平时考核不够细化,对学生的自主学习能力,团队协作能力等未进行考核,全面考核、综合评价不够。
2机械制图实训课程改革思路及实践
针对以上现状,课程组老师深入企业调研,充分了解了企业对学生的能力要求,结合学生的知识现状和对教学内容的接受能力、动手能力及学习兴趣等,对教学内容进行了合理的设计,研究出了符合该门课程的教学方法和考核方案。
2.1教学内容设计
教学内容设计上,以虎钳为教学载体,以测量并绘制虎钳全套图纸的工作任务为主线,并将这一任务分成机用虎钳拆装、简单零件测绘、复杂零件测绘、标准件测绘、机用虎钳测绘这五个教学任务,每个教学任务里面再分成若干个子任务。除了机用虎钳拆装这个任务以外的其余四个任务都包含了测绘知识和AutoCAD知识,且测绘学时比以往明显增多,避免了教改前两者教学时间完全割离且测绘时间少,而使测绘流于形式的现象。如以前先在测绘教室将虎钳零件草图全部画好,然后再到机房画各零件的AutoCAD零件图,很多学生在画零件图的时候发现尺寸不够,但无法再去测量,从而只能借鉴别人的或问老师,无法达到所需的教学效果。课改后对每个任务中的零件草图画好后,立刻画AutoCAD零件图,教学场地不变,发现问题可及时重新测量,从而能达到测绘的教学目标。任务内容安排上遵循教育教学规律,由浅入深,循序渐进。同时充分考虑学生学习能力的不同,在任务的作业难度和作业量上进行差异性处理,保证一部分学生学到基本技能,也使另一部分学生得到技能的提升。
2.2教学方法
每个教学任务都可采用任务驱动法进行教学。如对于复杂零件测绘这样一个任务,老师先布置任务,要求学生完成机用虎钳螺母块、活动钳身、固定钳座的测绘,学生根据分组寻求完成任务的方法。每个学生先要思考以上零件的视图表达方案,然后小组成员对自己的视图表达方案进行展示、讨论,最终选出认为最合适的视图表达方案,手绘草图并测量、标注尺寸,接着再用AutoCAD画出零件的工作图。任务完成后,每组选一个代表对自己组任务完成情况进行阐述、展现,组与组之间进行互评,教师对每组任务完成情况进行评价。在每个任务实施中都贯穿着讨论式教学。如对于复杂零件测绘这样一个任务,小组成员间对于零件表达方案的讨论、对于所需标注尺寸的讨论等。这样的任务驱动式教学法和讨论式教学法,以学生为核心,学生在任务过程中学到知识的同时,会意识到自己的表现不再只代表自己一个人,而是代表一个小组,因此学习上不敢怠慢,学习积极性明显提高。学生在思考、展示及讨论的过程中,分析问题、解决问题的能力及表达能力得到了提升,创新意识、团结协作能力得到了培养,为以后职业能力的提升奠定了坚实的基础。
2.3课程考核方案
课程考核上,以能力考核为主,知识考核为辅,将过程考核贯穿其中。每个任务完成后立即结合学生在任务完成过程中的综合表现进行打分,分数为百分制,充分考虑学生最终任务完成质量、完成速度、任务期间讨论表现、团结协作情况等,评价及时、全面且公平。按各任务教学内容的多少确定权重,在课程结束后,根据各个任务分数和上机考核分数按下式算出课程最终成绩。
3结束语
【论文关键词】茶叶机械课程教学;存在问题;改革措施
茶叶机械是我国高等学校茶学专业一门重要的专业课,涉及到物理学、制图、机械、高等数学等多学科。目前绝大多数茶叶企业产业已经实现了茶叶生产的机械化加工,从业者必须会使用并简单维修茶叶机械,因此就对学科教育提出较高的要求。针对茶叶机械课程的特点,结合茶叶企业生产需要及学校茶学专业学生的实际学习情况,对茶叶机械课程的教学内容、手段、方法和考核方式进行了分析,提出改革措施,以期提高茶叶机械课程的教学效果,为社会输送更多优秀的茶叶人才[1]。
1生源特点与教学目标
1.1生源特点
信阳农业高等专科学校茶叶生产加工技术专业(原茶叶、茶学专业)创办于1982年。信阳农专茶叶生产加工技术专业面向全国招生,学生来自全国各地,大部分都来自产茶区或茶叶消费区,对茶叶机械有着或多或少的了解,但同时部分是对口生,他们的文化基础较差,对知识的理解和接受能力较慢,给授课带来一定的难度[2]。
1.2教学目标
茶叶机械是茶叶专业主要专业课之一,与茶树栽培学、制茶学等茶叶专业课密切相关,现代茶园的建设和茶叶制作都离不开机械,要积极而有效地研制因地制宜的茶园耕作、茶园管理、茶叶采摘和茶叶修剪机械;同时进一步研制适应各种茶类特点的优质、高效、低消耗的茶叶加工机械。通过本课程的学习,要求达到以下目标:了解国内外茶叶生产机械化的现状和发展趋势,熟悉茶叶机械的工作原理和基本构造,掌握茶叶机械的操作方法和维修保养知识,掌握中小型初精制茶厂的规划、设计和作业机械的安装技术[3]。
2传统教学模式存在的问题
2.1教学方法单一枯燥,难以调动学生学习的积极性
在该课程的教学中,教师一般都采用单纯的课堂讲解教学法,教师满堂灌,学生被动学,即“老师念讲稿,学生记笔记,期末圈重点,考前突击背,考后就忘记。”在课堂讲解中,教师容易照本宣科地讲授,按照教材的章节顺序向学生灌输知识。这种教条式的教学方法使学生只会孤立、僵化地掌握知识点,缺乏自主性,没有足够的时间和空间独立思考,整个教学过程中没有学生的积极参与,既不利于教学相长,亦不利于培养学生自主学习、获取知识、观察分析的能力。
2.2教学内容更新慢
该课程教材多参考浙江省农业大学主编的茶叶机械。随着茶产业的发展,茶叶机械也在迅速的发展,有些内容需要及时补充更新,使课程教学内容更具先进性。如随着生活水平提高,人们对茶叶品质要求也不断提高,这几年来,茶叶机械生产厂开始的研制一些名优茶加工机械,市场上已经出现一些名优茶加工机械,并且在有些茶厂开始投入使用。而对于这些新型机械技术,需要适时传授给学生。
2.3教学模式只注重理论化,缺乏实践环节
信阳农业高等专科学校的茶叶机械课程安排共48个理论课时,没有实践课时,学生虽然对专业有一定了解,并对专业课进行全面学习,但茶叶机械不同于其他专业课,对初学者来说还是一门比较陌生和抽象的课程,纯理论教学不仅不利于学生对知识的消化和吸收,还增加了授课难度。
3改革措施
3.1力求教学方法多样化
面向21世纪高等职业教育的教学方法改革是一项重要内容,是教育思想和教育观念的具体体现,是提高教学质量的关键,对于高职院校学生来讲,传统的教学方法已不适应培养学生的专业技能,必须找出一种适合高职院校学生的独特教学方法。一是结合现场教学。机械课程实践性较强,而大部分学生没有接触过机械操作的实际情况,在首次课程中采用课堂讲解和实验室现场讲解相结合的方法,将1节课分成2个部分,通过讲解绪论、机械的工作原理和主要性能参数,在实验室再结合实际讲解机械的分类和构造。这样既增强了学生对机械的感性认识,便于学生对书本内容的理解,又能激发学习兴趣,提高教学效果。二是多媒体演示法。茶叶机械发展较快,种类较多,有些机械只有在特定的产茶区才可以见到,而对于来自各地的学生来讲,授课内容比较抽象,因此可以借助多媒体进行教学,通过展示茶叶机械的图片,对图讲解,可激发学生学习兴趣和提高学习积极性,同时增加和充实了课堂容量,培养和发挥了学生丰富的想象力和创新能力,并且突出了重点和难点,可提高课程教学效果[4]。三是加强实践教学环节。对于高职院校来讲,最重要的是培养学生的实际动手和操作能力,茶叶机械课程的教学要立足对学生实际工作能力的培养。因其传统教学主要是理论讲授,缺少实践教学,因此要加强实践教学。实践教学环节可为学生提供一个深刻理解知识、培养学生动手能力和提高创新能力的机会,是提高学生综合能力的重要手段。因此,实践环节的教学必须引起学校的足够重视。
3.2加强实训基地的建设
加强校内实训基地的建设,通过观摩为实践课程教学提供实物基础,帮助学生更好的掌握书本知识[5]。信阳农专茶学专业是学校的特色专业,学校对该专业比较重视,先后投资100多万元建设校内实训基地。如校茶叶研究所实训基地,该所的机械基本能完成六大茶类的制作,让学生了解了基本的茶叶制作机械,但还比较缺乏对茶园管理机械和茶叶精制机械的投入建设,同时茶园耕作机械也投入甚少,应加强重视,可以从一些大型茶厂买一些较昂贵的废弃机械作为教学样板,这样既节约成本,同时又加深了学生对茶叶机械的理性认识,使教学效果显著提高。
3.3加强师资队伍建设
师资队伍建设始终是高校发展的重中之重,教学质量的提高关键在于教师的教学水平和专业技能的改观。学校应该从学科学位建设的高度引进和培育人才,在不同学科不同专业中形成合理的师资、科研梯队;教师本人应从专业建设和教学改革的角度出发,加大与科研院所、生产单位之间的合作与交流,不断更新知识结构、增强专业技能、开阔视野,实现以科技成果丰富教学内容、以教学改革促进科技研究的教学科研一体化[2]。茶叶机械是一门实践性较强的专业课,要让学生真正掌握该门课的基本原理、基础知识和实验技术,教师必须在教学主导思想、教学内容、教学方法、教学手段等方面不断学习先进的研究技术,同时探索个性化的教育教学模式,在教学中体现实践环节的分量,从而推动教学改革的进程。
3.4改进考核方法,强化技能训练
高技能、应用型是高职学生未来发展方向的典型特征。用人单位的反馈表明,注重动手能力已经成为企业选择人才的重要指标。可依靠实践环节和教学训练提高学生的动手能力,而实践环节的考核正是对动手能力的检验,对技能的提高有着至关重要的作用。传统的考试方式以笔试为主要形式,以试卷成绩为考评学生学习效果的主要方式。使考试方式单一化、考试内容理论化、考试结果分数化。这种应试观念不利于对学生能力和素质的培养,难以提高学生的动手操作能力[6],与培养生产、建设、管理、服务第一线需要的高等应用性技术人才为根本任务的培育目标格格不入。因此,对原有的考试模式须进行大胆的改革尝试,结合专业技能鉴定考试要求,采取一系列举措,创新了茶叶机械课程考试模式。将该门课程的成绩分成3个部分:平时学习成绩占20%,期末考试成绩占40%,实践技能考核占40%。新的考核模式将加大对实践技能的培养和考核,会更有利于培养学生的动手能力。
4参考文献
[1]浙江农业大学.茶叶机械基础[M].北京:农业出版社,1982.
[2]郭桂义.《茶叶审评与检验》课程教学改革的探索与实践[J].安徽农业科学,2007,35(19):5957-5958,5966.
[3]刘晓娜,郭桂义,胡孔峰.茶学专业教学改革的研究[J].信阳农业高等专科学校学报,2004,14(2):42-44.
[4]王会芳.高职院校《水泵及水泵站》课程教学改革的探讨[J].广州化工,2010,38(4):249-251.