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[摘要]培养具有工程实践能力和创新能力的高素质机械工程技术人才,是新世纪机械工程高等教育的主要教学目标。文章研究了通过理论教学、实践教学、课程设计等来培养学生的工程实践能力和创新设计能力。
[关键词]机械设计基础 创新能力 课程体系
[作者简介]王玉(1969- ),女,河北衡水人,河北机电职业技术学院机械工程系,副教授,硕士,研究方向为机械设计、数控技术。(河北 邢台 054048)
[中图分类号]G642.0[文献标识码]A[文章编号]1004-3985(2010)12-0103-02
“机械设计基础”是机类、近机类专业开设的一门主干技术基础课程,是培养学生创新能力的重要方法和途径。该课程是后继专业课程的理论基础,是连接基础课和专业课的重要纽带和桥梁,在各专业课程设置中起着承上启下的作用。本课程主要研究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,具有较强的理论性、实践性和综合性。在这门课程的教学中培养学生的创新能力,笔者主要在理论教学、实验教学和课程设计三方面做了一些初步探索。
一、通过理论教学培养学生的创新能力
1.构建有利于培养学生创新能力的课程体系。从中学刚刚升入大学的学生,实践经验较少,对于一些工程中的问题缺乏感性认识,所以以往的课程体系,容易使学生觉得不知所学的内容有什么用,因此缺乏学习的主动性,影响创新能力的培养。可见,构建以机械设计为主线、创新能力为培养目标、基于工作过程的新课程体系是非常重要的。该体系将教学内容划分为两个大的项目(如104页图所示):(1)以内燃机为引导的常用机构项目,该项目再分为曲柄滑块机构、凸轮机构和齿轮机构等子项目;(2)以减速器为引导的通用零件项目,再细分为带、带轮、齿轮、轴、轴承、键和联轴器等子项目。新课程体系更加贴合工程实际和人才培养的规律,充分体现了学生设计能力培养的循序渐进性,为学生创新能力的培养建立了一个良好的框架。
2.引入关于培养学生创新能力的工程实例。由于“机械设计基础”理论知识的教学中,学生接触实际机械的机会较少,容易形成学生学习理论知识时易觉得枯燥,遇到实际机械时又与理论知识联系不起来的情况,所以在理论教学中,应注意随时引入工程实例,随时注意基本理论知识与工程实践的结合,并且通过加强课外实践,提高学生的创新能力,激发学生的创新热情。
3.借助有益于培养学生创新能力的现代化教学手段。理论知识和经验是创新的基础和前提,要进行创新,就必须加强理论知识、经验与技能的学习,只有牢固掌握这些基础知识、基本技能才能顺利进行创新活动。这些理论知识大部分要靠课堂来传授,如何组织好课堂教学,调动学生的学习积极性和主动性,实现师生互动,是培养学生创新能力的关键。
组织课堂教学,就是要在课堂教学中给学生提供一个充分发挥自己想象力和创造力的环境,这是培养创新意识和创新能力的前提。随着现代计算机技术和多媒体技术的高速发展和应用,相应教学软件的大量涌现,在课堂教学中,应充分利用录像片、机构运动的动态模拟和三维动画演示等,更直观、形象地展示教学内容,以此激发学生的学习兴趣,提高创新意识。
4.融入有助于培养学生创新能力的新知识。传统的设计方法虽然简单明了,易于进行,但速度慢、精度低,学生缺乏兴趣,并且不易进行设计方案的比较和综合。因此在教学中,除了讲授传统设计方法外,更应该讲授计算机辅助设计的内容,使学生在学习基本设计方法的基础上,掌握现代设计思想和方法。
AutoCAD是应用最为广泛的绘图软件,具有很强的二维绘图和编辑功能。在课程的教学中,机构设计部分,改变以往的手工绘图法,应用AutoCAD绘制图形,应用查询命令查询设计结果,并可以进行优化设计,比较多种结果的优劣;机械零、部件设计部分,也用AutoCAD等绘图软件绘制二维零件图和装配图。
Pro/E,UG等软件是集三维造型、有限元分析、机构动态仿真及计算机辅助制造于一体的大型高级软件;ADAMS软件是集建模、求解、可视化技术于一体的机械系统动力学仿真分析软件。在教学中,应用ADAMS软件直接建模,或利用Pro/E,UG等三维建模软件对零件进行建模和装配,再导入ADAMS中,基于ADAMS软件建立虚拟样机,仿真其运动过程,进行运动和动力仿真分析,并可以分析和比较多种方案,还可以进行优化设计。
二、通过实验、实训培养学生的创新能力
实验是机械设计教学中不可缺少的部分,实验可以帮助学生加深对理论知识的理解。那些“机械设计基础”课程中的演示性实验,由于缺乏研究性、创造性,学生动手机会少,影响学习积极性与兴趣,不利于创新能力的培养。因此应在机械原理、机械设计陈列柜的基础上,多补充一些新型的机构和典型机械的模型和实物,研制和开发学生能亲自动手组装、调试、测试及数据处理的综合性、设计性、研究性和创新性的实验台,使学生能更直观地认识机构和零部件,并且可以亲自动手装拆机器。还应增设设计性实验和工程实际题目,以现场工程实际情况为背景,模拟现场实际问题,让学生展开探索,自己动手设计、组装并评价设计方案,从而培养学生的工程实践能力和创新能力。另外,还要利用计算机技术和多媒体技术,帮助学生模拟自己创新的机构和零件,并进行模拟装配和运动仿真,提高学生的学习兴趣和创新意识。
三、通过课程设计培养学生的创新能力
课程设计是本课程和工程力学、金属材料及热处理、公差配合及测量技术等课程所学理论知识、基本技能的综合和提高,课程设计环节不仅是基础知识的应用,而且是理论知识的灵活运用与提高,是培养学生机械创新能力的重要方法和手段。
设计之前应先组织学生进行内燃机和减速器拆卸、安装和现场参观,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,并提出问题,让学生在设计时思考改进方法。在设计过程中,鼓励学生通过对基本机构和零件进行其他方式的组合,创造满足使用要求的新的组合机构,并应用计算机软件进行模拟装配与仿真分析,如在研究机构的运动时,将旋转运动转化为直线运动的方式,有曲柄滑块机构、螺旋机构和齿轮齿条机构等,鼓励学生利用计算机软件对其建模、装配、仿真,输出其位移、速度和加速度以及受力曲线进行比较。分析设计完成后,进行答辩,对学生的设计进行评价。最后成功的创新设计还可以制作相应的实物,这种教学方式较直观、生动,学生兴趣很高,大大提高了设计能力和创新能力。
[参考文献]
[1]刘永忠,冯霄.从高等工程教育的发展谈大学生创新能力的培养[J].西安交通大学学报(社会科学版),2000(10).
[2]陈立德.机械设计基础[M].北京:高等教育出版社,2003.
[3]李阳星,李光煜,刘元林,等.机械设计基础课程体系改革与学生创新能力培养的研究与实践[J].黑龙江教育,2007(7/8).
[4]武兰英,师素娟,窦蕴萍,等.关于机械原理课程改革的设想[J].华北水利水电学院学报(社科版),1998(9).
[关键词]机械设计基础 创新能力 课程体系
[作者简介]王玉(1969- ),女,河北衡水人,河北机电职业技术学院机械工程系,副教授,硕士,研究方向为机械设计、数控技术。(河北 邢台 054048)
[中图分类号]G642.0[文献标识码]A[文章编号]1004-3985(2010)12-0103-02
“机械设计基础”是机类、近机类专业开设的一门主干技术基础课程,是培养学生创新能力的重要方法和途径。该课程是后继专业课程的理论基础,是连接基础课和专业课的重要纽带和桥梁,在各专业课程设置中起着承上启下的作用。本课程主要研究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,具有较强的理论性、实践性和综合性。在这门课程的教学中培养学生的创新能力,笔者主要在理论教学、实验教学和课程设计三方面做了一些初步探索。
一、通过理论教学培养学生的创新能力
1.构建有利于培养学生创新能力的课程体系。从中学刚刚升入大学的学生,实践经验较少,对于一些工程中的问题缺乏感性认识,所以以往的课程体系,容易使学生觉得不知所学的内容有什么用,因此缺乏学习的主动性,影响创新能力的培养。可见,构建以机械设计为主线、创新能力为培养目标、基于工作过程的新课程体系是非常重要的。该体系将教学内容划分为两个大的项目(如104页图所示):(1)以内燃机为引导的常用机构项目,该项目再分为曲柄滑块机构、凸轮机构和齿轮机构等子项目;(2)以减速器为引导的通用零件项目,再细分为带、带轮、齿轮、轴、轴承、键和联轴器等子项目。新课程体系更加贴合工程实际和人才培养的规律,充分体现了学生设计能力培养的循序渐进性,为学生创新能力的培养建立了一个良好的框架。
2.引入关于培养学生创新能力的工程实例。由于“机械设计基础”理论知识的教学中,学生接触实际机械的机会较少,容易形成学生学习理论知识时易觉得枯燥,遇到实际机械时又与理论知识联系不起来的情况,所以在理论教学中,应注意随时引入工程实例,随时注意基本理论知识与工程实践的结合,并且通过加强课外实践,提高学生的创新能力,激发学生的创新热情。
3.借助有益于培养学生创新能力的现代化教学手段。理论知识和经验是创新的基础和前提,要进行创新,就必须加强理论知识、经验与技能的学习,只有牢固掌握这些基础知识、基本技能才能顺利进行创新活动。这些理论知识大部分要靠课堂来传授,如何组织好课堂教学,调动学生的学习积极性和主动性,实现师生互动,是培养学生创新能力的关键。
组织课堂教学,就是要在课堂教学中给学生提供一个充分发挥自己想象力和创造力的环境,这是培养创新意识和创新能力的前提。随着现代计算机技术和多媒体技术的高速发展和应用,相应教学软件的大量涌现,在课堂教学中,应充分利用录像片、机构运动的动态模拟和三维动画演示等,更直观、形象地展示教学内容,以此激发学生的学习兴趣,提高创新意识。
4.融入有助于培养学生创新能力的新知识。传统的设计方法虽然简单明了,易于进行,但速度慢、精度低,学生缺乏兴趣,并且不易进行设计方案的比较和综合。因此在教学中,除了讲授传统设计方法外,更应该讲授计算机辅助设计的内容,使学生在学习基本设计方法的基础上,掌握现代设计思想和方法。
AutoCAD是应用最为广泛的绘图软件,具有很强的二维绘图和编辑功能。在课程的教学中,机构设计部分,改变以往的手工绘图法,应用AutoCAD绘制图形,应用查询命令查询设计结果,并可以进行优化设计,比较多种结果的优劣;机械零、部件设计部分,也用AutoCAD等绘图软件绘制二维零件图和装配图。
Pro/E,UG等软件是集三维造型、有限元分析、机构动态仿真及计算机辅助制造于一体的大型高级软件;ADAMS软件是集建模、求解、可视化技术于一体的机械系统动力学仿真分析软件。在教学中,应用ADAMS软件直接建模,或利用Pro/E,UG等三维建模软件对零件进行建模和装配,再导入ADAMS中,基于ADAMS软件建立虚拟样机,仿真其运动过程,进行运动和动力仿真分析,并可以分析和比较多种方案,还可以进行优化设计。
二、通过实验、实训培养学生的创新能力
实验是机械设计教学中不可缺少的部分,实验可以帮助学生加深对理论知识的理解。那些“机械设计基础”课程中的演示性实验,由于缺乏研究性、创造性,学生动手机会少,影响学习积极性与兴趣,不利于创新能力的培养。因此应在机械原理、机械设计陈列柜的基础上,多补充一些新型的机构和典型机械的模型和实物,研制和开发学生能亲自动手组装、调试、测试及数据处理的综合性、设计性、研究性和创新性的实验台,使学生能更直观地认识机构和零部件,并且可以亲自动手装拆机器。还应增设设计性实验和工程实际题目,以现场工程实际情况为背景,模拟现场实际问题,让学生展开探索,自己动手设计、组装并评价设计方案,从而培养学生的工程实践能力和创新能力。另外,还要利用计算机技术和多媒体技术,帮助学生模拟自己创新的机构和零件,并进行模拟装配和运动仿真,提高学生的学习兴趣和创新意识。
三、通过课程设计培养学生的创新能力
课程设计是本课程和工程力学、金属材料及热处理、公差配合及测量技术等课程所学理论知识、基本技能的综合和提高,课程设计环节不仅是基础知识的应用,而且是理论知识的灵活运用与提高,是培养学生机械创新能力的重要方法和手段。
设计之前应先组织学生进行内燃机和减速器拆卸、安装和现场参观,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,并提出问题,让学生在设计时思考改进方法。在设计过程中,鼓励学生通过对基本机构和零件进行其他方式的组合,创造满足使用要求的新的组合机构,并应用计算机软件进行模拟装配与仿真分析,如在研究机构的运动时,将旋转运动转化为直线运动的方式,有曲柄滑块机构、螺旋机构和齿轮齿条机构等,鼓励学生利用计算机软件对其建模、装配、仿真,输出其位移、速度和加速度以及受力曲线进行比较。分析设计完成后,进行答辩,对学生的设计进行评价。最后成功的创新设计还可以制作相应的实物,这种教学方式较直观、生动,学生兴趣很高,大大提高了设计能力和创新能力。
[参考文献]
[1]刘永忠,冯霄.从高等工程教育的发展谈大学生创新能力的培养[J].西安交通大学学报(社会科学版),2000(10).
[2]陈立德.机械设计基础[M].北京:高等教育出版社,2003.
[3]李阳星,李光煜,刘元林,等.机械设计基础课程体系改革与学生创新能力培养的研究与实践[J].黑龙江教育,2007(7/8).
[4]武兰英,师素娟,窦蕴萍,等.关于机械原理课程改革的设想[J].华北水利水电学院学报(社科版),1998(9).