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【關 鍵 詞】 課程設計;液壓傳動;理實一體
一、課程定位與設計思路
(一)課程的定位
《液壓傳動》這門課程是工程機械專業學生必修的一門專業基礎課程;它是以機械制圖、機械基礎、電工與電子等課程為基礎,同時對后續的工程機械的液壓系統分析與故障診斷,解決生產實踐問題都有極其重要的作用。所以它在先修和后續課程中起到承上啟下的作用。
幾乎所有的工程機械都包含有液壓傳動知識,該專業對應的職業崗位有工程機械裝配、調試、維修和售后服務。根據崗位要求的職業能力和職業素養,我們把該課程的目標定位為:培養具有一定職業能力的從事工程機械使用保養、檢測、維護維修、運行管理及技術服務等工作的高素質技能型人才。
(二)課程的設計思路
基于該課程的定位,課程設計的思路從兩方面考慮。一方面,根據行業和崗位特點,確定有效的教學內容和教學形式;另一方面,針對中職學生的總體特點,確定全新的課程教學模式。
將枯燥難懂的教學內容融入工作過程中,整個課程由若干個學習情境構成,每個學習情境包含不同的工作任務。希望同學們完成各個工作任務后對液壓知識從認識了解到熟悉熟練。整個教學過程中知識點的難度在逐步增加,但希望教師的講授程度逐步降低,從最初的講授者、引導者直到學習的陪伴者;學生的學習自主度逐步升高,從最初的凝聽者、參與者直到學習的主導者。
教學模式的確定遵照任務驅動、實踐主導、能力拓展、教學做一體的原則,以典型任務為目標配以行動導向為指引;以學為主體,導為主線實現任務驅動的理實一體化教學模式最終實現課程的知識目標:夠用為度;技能目標:從模仿到熟練;情感目標:職業素養的養成。
二、教學內容的選擇
課程設計教學內容的選擇有兩方面考慮。一方面,以“必須”“夠用”為度選取教學內容;另一方面,根據崗位要求構建若干學習情境,及各個實用典型任務。
每個工作任務包含任務目的,主要知識點及工作任務書三部分內容。學生以小組學習的方式完成各任務工作過程及工作任務書。教學全部在專業的理實一體化教室完成,用四周半的時間實行整體連續性教學。
三、教學過程的組織與實施
根據對學情的分析,15個典型工作任務基本采用的是六步教學法,這是參照了德國行動導向六步法,在理實一體化教學的實踐基礎上形成的。分為設疑定標,自主探究,合作交流,引導創新,自主展示,反饋評價六步。以第一個工作任務液壓千斤頂為例:
第一步,設疑定標:教師布置信息收集任務,讓學生明白任務目標;學生收集傳動的例子。
第二步,自主探究:教師從學生感興趣的生產實例引入,通過播放視頻,從生活中常見的液壓設備出發,從而引發學生對本課程的聯想,為什么液壓千斤頂是大力士?學生分組討論、觀察、研究千斤頂。
第三步,合作交流:教師設置千斤頂游戲,給出引導問題,引導學生玩游戲的過程中如何觀察、體驗、思考。學生小組合作完成游戲,根據老師設定的引導問題,小組討論交流。
第四步,引導創新:教師根據重難點給出探討問題,小組探討。巡視各組的探討情況,及時給出不同的意見和指導。學生按小組討論探討問題。學生在老師的點撥下突破重難點。
第五步,自主展示:教師聽各個小組的成果展示。學生以小組為單位自主展示小組探討結果。
第六步,反饋評價:教師小結并點評各小組在合作、探討、展示中的表現。學生對本任務的完成情況進行小組互評、自評。完成工作任務書。
四、教學方法和手段
學習任務的過程中利用游戲法、興趣法、反饋法、設問法等讓學生分組探討、自主學習、自我評價、理論聯系實際實現知識的傳遞、遷移和融合最終促成學生養成良好的學習習慣,職業素養。利用透明教具、解剖教具、多媒體、動畫視屏、實物圖片等教學手段直觀多樣,激發同學們的學習興趣。這樣的教學方法和手段達到了一定的效果,讓同學們的學習積極性和自覺性有所增加,整體反應良好。
五、考核與評價
對這門課程的總體考核與評價分四個部分。考勤與文明安全生產占20%;小組內表現(包括代表小組總結陳述,小組內討論的積極性,任務執行的結果)占20%;操作表現占20%;期末考核占40%。其中期末考核包括操作,筆試,口試三部分。
該課程教學設計的特點是以任務驅動的理實一體化教學,教學模式注重學生能力拓展及多元化考核。
總之,教學設計是為了適應職業教育的不斷深化改革,滿足學生零距離就業的教學要求,使學生能夠將課本上的理論知識和實際應用很好結合。在具體實施過程中,我們還需不斷地總結分析并加以改進,讓我們的教學為培養高素質的專業人才發揮更大的作用。
【參考文獻】
關鍵詞:創新能力;TRIZ理論;教學環節
作者簡介:曹賀(1978-),女,遼寧昌圖人,黑龍江科技學院機械工程學院,副教授;劉訓濤(1975-),男,黑龍江雞西人,黑龍江科技學院機械工程學院,副教授。(黑龍江 哈爾濱 150027)
基金項目:本文系黑龍江省高教學會“十二五”規劃課題“TRIZ理論在本科教學中的應用與大學生創新能力培養的研究”(項目編號:HGJXHC110906)、黑龍江省教育科學規劃課題“基于卓越工程師培養的本科畢業設計改革的研究與實踐”(項目編號:GBC1211109)的研究成果。
中圖分類號:G642?????文獻標識碼:A?????文章編號:1007-0079(2012)31-0027-02
高校推行教學改革進行素質教育,構建新型人才培養模式,必須重點突出創新,必須堅持知識、能力和素質的辯證統一。專業知識的傳授是教育的主要內容之一,但知識不等于能力,更不等于綜合素質。理論教學包括基礎課和技術基礎課等一系列課程,實踐教學包括各類實驗、實習、課程設計、畢業設計等。[1]為適應新時期應用型人才培養的要求,必須要使創新能力培養貫穿于教學的每個環節。即將理論教學與實踐教學很好地融合,將創新能力培養貫穿其中。
一、大學生創新能力的培養有規可循
聯合國教科文組織叢書《教育——財富蘊藏其中》指出:“在社會和經濟迅速變革的世界里,可能更重視想象力和創造性。”大學生是創新人才的主力軍,蘊藏著強烈的創新潛能,需要去培養開發。大學生精力旺盛,朝氣蓬勃,樂于接受新事物,不愿意固守陳規,他們思想活躍,精力充沛,善于學習,創新欲望強。大學生這些積極的特點需要愛護并正確引導,培養、開發和挖掘大學生的創新潛能。
人的創造性是隨著人的大腦進化而進化的,其存在的形式表現為創新潛能,將創新潛能轉化為顯能,也就是創新能力,這就是創新的可開發性,即創新能力是可以激發和提升的,創新思維是可以通過訓練培養的。
TRIZ是解決發明問題的理論。TRIZ理論是前蘇聯阿奇舒勒等研究人員在分析研究了全世界250萬件專利的基礎上所提出的發明問題解決理論。TRIZ理論認為發明問題的基本原理是客觀存在的,發明問題具有可預見性。TRIZ研究人員發現,在一個工程領域中總結出的技術系統進化法則、發明原理及解決方案可在另一工程領域實現。[2]正是在進行這些研究的基礎上,形成了解決發明問題的系統化方法——TRIZ理論。其中的進化法則、40個發明原理、矛盾矩陣、物-場模型分析、76個標準解法、ARIZ等發明創造模型成為了開啟創新之門的“金鑰匙”。應用TRIZ理論時,首先要將待解決的問題抽象轉化為TRIZ問題,然后利用TRIZ的發明原理、標準解等工具,得出該TRIZ問題的解決方案模型,最后再通過類比應用轉化為該問題的最終解決方案。[3]
大學生的創新思維和創新能力的培養和開發可以借助TRIZ理論這個系統化的創新工具,將TRIZ理論融入到教學的各個環節當中,形成基于TRIZ理論的創新訓練框架。如圖1所示。
二、理論教學中結合TRIZ理論
創新能力是靠教育、培養和訓練激勵出來的。在課程教學中引導學生進行自我訓練,有意識地觀察和思考一些問題,如“為什么”、“做什么”、“應該怎樣做”、“是不是只能這樣”、“有沒有更好的方法”等。依托與日常生活及各行業聯系緊密“工程流體力學”和“液壓與氣壓傳動”等專業基礎課,在教學過程中引導學生思考現實生活中的各種現象,啟發學生根據需要提出問題,并采用發散性思維解決實際問題。[1]讓學生在課堂中用TRIZ理論進行思考、討論,拓展學生分析和解決問題的思路,激發創新意識,進行創新思維訓練。比如,在“液壓與氣壓傳動”課程中,適當地加入訓練學生發散思維的環節,請學生運用TRIZ中的發明原理及技術矛盾解決矩陣來設計某些液壓元件的改進形式,或改變回路的布置方式來實現同樣的功能。從而使學生更加深入透徹地了解和掌握課程內容。又如,在“工程流體力學”課程教學中,流體力學的現象很多,在講授流體力學現象的時候,不按常規的方式去解釋現象及其原理,而是采用科學發現的方式,通過現場實驗或flas直觀展示流體現象的整個過程,引導學生觀察和思考,從而解釋現象,揭示其原理,這比灌輸式的教學方法更能使學生印象深刻,同時鍛煉了學生分析和解決問題的能力。
三、實驗教學中引入TRIZ理論
綜合性設計性實驗主要是用來培養學生綜合運用所學理論分析問題和解決問題的能力。[4]這些實驗不同于驗證性實驗,需要學生充分發揮創新思維能力對實驗進行設計和分析。比如,在液壓傳動綜合實驗的教學中,首先由學生自擬實驗方案,選取實驗元件,設計回路。其次在液壓系統仿真軟件Automation Studio下進行系統模擬,該軟件具有對液壓系統虛擬設計、模擬、測試、分析等功能,通過模擬可以進一步完善、修改液壓系統的設計及分析等工作。最后在我校力士樂液壓實驗臺上安裝、調試系統,并進行相關參數測試。在綜合性設計性實驗的教學中引入TRIZ理論,啟發學生的創新思維來完成實驗內容。同時,鼓勵學生找出現有實驗方法的不足,怎樣利用這些不足?這樣可以幫助他們發現有價值的內容,提出改進的方向,增加系統的理想度,指導學生應用TRIZ理論中消除矛盾的規律找出可行性方案。
四、課程設計和畢業設計中應用TRIZ理論
關鍵詞:機電工程;液壓與氣壓傳動;高校
中圖分類號:G642.0 文獻標識碼:A 文章編號:1002-4107(2017)04-0006-03
當今世界科學前沿的重大突破、重大原創性科研成果的產生,大多是多學科交叉融合的結果。因此,多學科交叉融合促進了優勢學科的發展,新興學科的產生,以及重大創新的推出,同時也對擁有交叉學科知識技能人才的培養提出了新的要求。機電工程作為一個典型的交叉學科,在其專業教學中越來越多的課程呈現出學科交叉性。相比其他一些專業基礎課程,其在課程內容和課程實踐等方面具有自身的特點。其中“液壓與氣壓傳動”課程是機械工程方向中機電結合比較典型的一門傳統課程[1]。該門課程融合了流體力學、機械設計及原理以及自動化控制等多門相關課程的知識運用,是一門將機械與電子控制技術相結合的具有交叉學科代表性的一門課程。
“液壓與氣壓傳動”課程知識點繁雜,理論性、系統性和邏輯性都較強,部分內容較抽象。同時作為一門傳統課程,雖然其教學理論基礎比較豐富,但是隨著當前應用領域和場景的變化,目前的課程體系已經不適應社會發展對創新型、應用型人才的需求,因此在課程教學上還需要與時俱進,進行相應的教學改革和調整。
一、“液壓與氣壓傳動”課程教學現狀
隨著我國高等教育由精英化向大眾化階段的穩步發展,人才培養的多元化格局日益明顯,將應用型本科人才作為學校主要的人才培養目標是很多普通高校的必然選擇。應用型人才指的是一切從事非學術研究性工作的實際操作者,他們需要把科學原理應用到社會實
踐中,以創造直接的經濟利益和物質財富。“液壓與氣壓傳動”作為一門經典的機械類專業基礎課,已經形成了“理論教學、驗證實驗、課程設計”的課程體系。在該體系下,結合我國高等教育的應用性趨勢,通過本課程的學習,學生要掌握液壓與氣壓傳動技術的基本概念和基本原理,掌握常見的液壓和氣壓元件的結構、工作原理、特點、應用和選用方法,熟悉各類液壓基本回路的功用、組成和應用場合,了解和掌握現有的系統,能夠分析系統和設計系統。本課程要使學生具有液壓設備的維護技能和自學能力,同時注重培養學生的工程實踐能力和創新能力。但是和上述課程定位矛盾的是,現有的教學內容安排和教學方式都無法完全達到相應效果和要求[2]。
(一)教材內容編排不合理,內容陳舊
現有的教材內容仍然是以流體力學基本理論、液壓氣壓傳動元件、液壓氣壓傳動回路為主,各章節的編排關聯性并不明顯,而且部分章節內容過于陳舊,與實際應用結合的部分比較缺乏,使得學生在學習過程中,難以抓住重點,對課程沒有形成整體準確的認識,造成學習興趣不高,學習效果不好的結果。例如,大部分傳統教材在傳動力學理論這一章中介紹了流體三大方程,引入了“液動力”的概念和計算方法。但是在舉例時,選擇的是比較抽象的示例,其和實際應用關聯不大,而且在后續的元件介紹章節中卻沒有對“液動力”做相關的介紹,導致學生在學習這部分內容時,感覺抽象難懂,且和液壓與氣壓傳送課程相關性不高,使得他們對此的學習興趣不高。
(二)教學方式單一
受教材和教學資源的限制,傳統教學方式還是以多媒體演示的方式進行輔助教學,即將部分教學內容以圖片或動畫的方式展示給學生,配以教師的講解,使得學生比較直觀地學習液壓系統工作原理。但是這種方式的缺點在于學生缺乏學習的自主性和互動性,學生學習還是處于被動,同時原理的展示與系統的實際應用關聯性較小,因此教學效果仍然差強人意。例如,在介紹各種液壓泵的工作原理時,傳統的教學材料是以簡化后的動畫來進行展示,這種方式的優點是原理性展示簡單直觀,但是展現不出實際元件的特征,例如在介紹齒輪泵的困油現象時,就無法展示清楚現象發生的所在位置和原因。
(三)實驗環節
在實踐實驗環節,目前的實驗平臺主要以液壓和氣壓傳動系統搭接平臺為主。其中以液壓傳動系統為例,受硬件配置的限制,搭接的回路比較有限,另外接口的拆裝費時費力,導致實驗環節的時間大部分浪費在連接系統元件上,而在系統的設計與整體認識上著力過少,導致學生對實驗學習的內容沒有清晰的認識,進而對實驗學習的積極性不高。
二、“液壓與氣壓傳動”教學策略
(一)優化教學內容
早期高等教育以精英教育為培養目標和培養群體,而隨著高教規模的擴大,高等教育逐漸向著普及性教育方向l展,教學培養的目標也針對群體需求逐漸多樣化,大學教育培養的不再僅僅是研究型人才,更多的是應用型人才。對于研究型人才,教學內容可著重放在課程的理論和推導部分,而對于應用型人才則應把教學內容重點放在工程應用上。前者的自學能力相對較強,其培養目標在于學科課程的繼續深造和學科理論知識的研究,而后者的培養目標在于實際工程應用系統設計和操控能力的培養[3]。因此在進行教學內容的選擇和組織時,不能再把時間花費在基本公式的推導和演算上,而
是把系統實際情況和流體理論基礎結合起來,強調理論的應用,而非理論的證明和推導。
作為一門綜合應用型的課程,“液壓與氣壓傳動”系統融合機電專業多門課程的內容。例如,系統中采用的各種液壓元件涉及了機械原理、機械設計等課程的相關知識,系統的控制部分涉及了傳感器、電路控制、PLC控制等課程的相關知識。因此,在講授這門課程時,不能將其看作一門獨立的課程進行介紹,而應該在講授過程中,引導學生結合之前所學的相關課程知識進行拓展性、思考性的學習。圖1所示為講授液壓溢流閥時的思路拓展。
當前大學畢業生到社會,特別是到企業工作,雖然需要有廣泛的知識,但由于任何工作單位都有重點有分工,因此,即便是到液壓元件或系統制造企業工作,也有不同的針對性和著重點。例如,做液壓元件設計的,需要對元件的設計及制造比較了解;而做系統設計的,則只需要了解元件的使用功能,而不需要掌握元件的設計制造過程。因此,在教學過程中,可以針對授課對象的學習興趣和特長,從這兩個方面分別進行引導和講解。如表1所示,兩種教學引導方向決定了講授內容的重點,以及對學生學習的重點要求不同。
表1 教學引導方向與教學內容重點
每一個學生的學習基礎不同,學習興趣不同,設定的學習重點方向也不同。在機電專業的“液壓與氣壓傳動”教學中,有些學生對機械設計方向感興趣,有些學生對機電系統控制技術感興趣,由此也決定了他們未來就業的方向,這樣在課程教學中教師應針對這些不同的方向,對其進行有針對性的引導,使得他們在各自感興趣的領域進行更多的課程實踐和學習。例如,對機械設計方向感興趣的學生,可引導他們著重液壓與氣壓傳動元件的機械結構設計的學習,如分析實用性較強且比較典型的元件結構設計方法,利用CAD軟件進行元件的設
計和圖紙的繪制等。而對機電系統控制方向感興趣的學生,則引導他們著重液壓與氣壓自動化系統的O計方面的學習,如機電伺服轉換技術、PLC控制等技術的應用,掌握自動化系統設計軟件的使用,完成液壓與氣壓傳動系統圖的繪制和軟件設計。
(二)運用基于問題的教學方式
“授人以魚,不如授人以漁”,自主學習能力是現代社會中對工科畢業生的最基本要求,同時自主學習也是學習效果較好的一種學習方式,因此在課程教學過程中要引導學生的這種自主學習的主動性。在“液壓與氣壓傳動”這類與工程類的課程教學中,要實現學生的自主學習能力的培養,就是把工程實際問題引入課堂,采用“面向問題的學習”的教學法,引導學生去尋找解決問題的方法[4]。
例如,在講解液壓損失的章節時,傳統的方式就是把液壓損失計算的相關參數和公式演算給學生,讓學生了解怎么計算液壓管道的液流壓力損失。但是從“面向問題的學習”角度出發,學生應該了解液壓管道中液壓損失的基本原則,并能應用這些原則來解決系統中設計損失的問題,還能選擇適當的原則來獲取解決液壓損失的方案和措施,進而能夠評價一個液壓管道設計的優劣,或能為一個新應用設計一個相應的液壓管道。
為了能夠實現“面向問題的學習”,首先在教學材料的準備上,相對傳統教材來說,需要準備更多開發的資料信息提供給學生。因此,開發數字信息化的教學資源平臺是一種必要手段。但是傳統的教學資源平臺,往往只是通過網站平臺提供一些課件PPT、教材插圖靜態信息,缺少互動性和對學生學習的漸進式引導,所以對提高學習效果并不明顯。隨著網絡技術的發展,Web平臺具有越來越強的動態特性,包括互動性、動態圖形、立體圖像的處理能力、移動性等。尤其是HTML5標準的Web平臺,它支持離線訪問、支持全媒體內容展示、支持交互式的2D/3D 圖像渲染、提供豐富的API 以調用移動設備的硬件,以此為基礎開發互動式數字化教學平臺,可以達到“面向問題的學習”的互動性和引導性的功能。在平臺中,對液壓與氣壓傳動系統的教學資源進行優化分類,采用更直觀和有趣的方式進行展示,同時展示的內容要與工程實際相適應,不再用抽象簡單的圖片或動畫來進行原理說明,而是結合工程實際,用現實系統和元件來加以展示。平臺的內容要方便學生檢索,同時要便于學生進行知識點的串聯和總結,幫助他們能夠對整個課程內容進行歸納,形成一個清晰的認識。
其次,在教學方式上,課前可提出液壓與氣壓傳動的實際工程問題,由學生自行查閱資料,課堂上展開小組討論或問題陳述和演示,然后教師再引導進行理論性的分析,帶出課程相關的知識點。目前比較有代表性的形式就是“翻轉課堂式教學”。通常情況下,學生的學習過程由兩個階段組成:第一個階段是“信息傳遞”,是通過教師和學生、學生和學生之間的互動來實現的;第二個階段是“吸收內化”,是在課堂前后由學生自己來完成的。由于缺少教師的支持和同伴的幫助,“吸收內化”階段常常會讓學生產生挫敗感,喪失學習的動機和成就感。“翻轉課堂”對學生的學習過程進行了重構。“信息傳遞”是學生在課前進行的,教師不僅提供視頻,還可以提供在線的輔導;“吸收內化”是在課堂上通過互動來完成的,教師能夠提前了解學生的學習困難,在課堂上給予有效的輔導,學生之間的相互交流更有助于促進他們知識的吸收內化過程。
(三)改進實驗教學方式
實驗實踐教學是對學生專業應用能力的一種訓練和培養,目前國家逐漸推進本科教育向應用型大學教育的方向發展,實驗實踐教學的比重也越來越大,要求實驗、實訓、實習環節,實訓實習的課時占總的專業教學課時的30%以上,并建立實訓實習質量保障機制。這樣使得其在課程教學中的重要性也越來越大,影響最終的教學效果。因為應用型教學的目的是要培養應用型人才,其強調專業性、職業性知識與能力的培養和訓練[5]。
目前大部分高校的“液壓與氣壓傳動”課程的實驗內容分為兩個部分:認知型實驗和驗證式綜合訓練型實驗。認知型實驗主要是通過對液壓與氣壓傳動元件進行拆裝實驗,進而了解其工作原理及其性能;驗證式綜合訓練型實驗主要是搭建液壓與氣壓傳動系統的幾個典型回路,進行性能驗證性實驗。因此,在進行“液壓與氣壓傳動”實驗教學時,教師不能再局限于傳統實驗臺的回路搭接,而應利用現有的仿真軟件,拓展實驗平臺,完成多種多樣的綜合性的工程實際系統的設計,加強對學生系統設計能力的培養。同時,教師在實驗教學過程中,引入工程實際問題,要求學生通過小組分析和討論,完成解決工程問題的方案設計。通過這種方式,學生的專業能力、個性能力、社會能力和方法能力將得到綜合性的訓練和培養。例如,在進行系統設計教學時,要求學生設計完成一個實際液壓與氣壓傳動控系統,要求學生利用仿真軟件,搭接出系統圖,并能夠完成系統的控制和運行操作。
同時在現有實驗條件下,在實驗實踐考核方式上做一些改進,也可以提高教學效果。例如,最終的實驗考核,采用抽簽選題,分組搭接的方式。題目從實驗項目中提取,只給學生提供所需的液壓與氣壓元件,按要求搭接相應功能的回路。這種帶有游戲色彩的考核方式,能讓學生避免呆板地應對考試,而體驗到考核的挑戰性和趣味性。通過題目給出的元件符號,學生選擇尋找正確合適的搭接元件進行回路搭接,由此體現學生平時的理論學習和實際動手的成果。
三、結語
從“液壓與氣壓傳動”作為一門機電工程學科交叉性應用課程的角度出發,提出在教學內容上從元件設計和系統設計兩個方面進行有針對性的優化組織。教學方式上采用“面向問題的學習”教學方式,將工程實例更多引入教學過程,以教會學生掌握系統綜合分析與設計為目的,同時開發互動性好的Web平臺輔助教學,引導學生帶著問題主動學習,這對提高課程的教學質量有積極的作用。
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關鍵詞:高職高專;行業特色;綜合型技能;改革探索
中圖分類號:TH122-4;G712 文獻識別碼:A 文章編號:1001-828X(2016)007-000-02
一、引言
云南錫業職業技術學院依托行業企業辦學,積極推進校企融合、工學結合的辦學模式,堅持“質量立校、特色興校、人才強校、服務榮校”的辦學理念,加強與企業的融合育人、融合就業融合發展,注重學生動手能力的培養和職業崗位能力的訓練,培養適應現代工業企業生產所需的高素質技能型人才,為云南省地方經濟建設和有色金屬行業提供人才支撐和智力支持,努力建設成為輻射行業和地圖,綜合實力強、人才培養質量高、特色鮮明的升級骨干高職院校。高職學生的特點主要為:(1)個人理想和現實差異的心理矛盾(2)文化基礎差,入學成績普遍偏低(3)自身素質與高校要求不適應(4)人生目標模糊,學習的主動性與自覺性不高(5)心理問題日漸增多(6)學習觀念個性化、多樣化。針對上述高職學生的特點,如何使學生更好掌握《機械設計基礎》課程,以利于培養真正適應社會需要、行業需求的實用型人才作初步探索。
《機械設計基礎》是機械專業主干技術基礎課,主要包括機械原理和機械設計兩部分的內容。本課程的教學目標分知識目標,能力目標和素質目標三個層面,知識目標在于傳授常用機構和通用零件的知識,能力目標在于培養學生的創新設計能力,素質目標在于提高學生提出問題、分析問題和解決問題的能力。但我校學生機械基礎知識較差,實驗學時基本為零,學生實踐知識匱乏。面對這種現狀,我們必須對《機械設計基礎》課程教學進行改革,從課程認知、課程體系、教學方法與手段、實驗與實踐環節等方面不斷地進行探索和實踐,以提高教學質量。
二、行業認知與課程定位
隨著近年來適齡入學人數的下降伴隨全國各地如雨后春筍般新起的高職高專又多。造成本校的招生工作帶來巨大的挑戰。為了保證學校的正常運行,對學生的文化成績也有所微調。由于錄取分數段較低而且錄取的機電一體化技術、機電設備維修與管理兩個專業存在文理混招大部分學生學習能力較差,學習的主觀能動性不足,都不太重視理論課程的學習。為了使學生在思想上能重視該課程的學習,提高學生學習的興趣,堅定他們學好這門課程的信心,行業認知非常重要。課程初期不僅要使學生充分了解該課程的主要內容、特點及重要性,還要做好行業專業認知及課程定位。針對行業認知,我們為學生介紹機械學科的含義、范疇、課程設置及就業前景,以激發學生的求知欲望;針對課程定位,我們一般會聯系身邊的科學、生動的實例,如汽車、千斤頂,電葫蘆、縫紉機、自行車和平衡車等,來激發學生學習和鉆研的興趣,使學生體會到該課程的重要性,由被動學習變為積極主動的學習。
三、課程體系的整合
高職院校針對人才培養目標和理論課時相對緊的特點,對《機械設計基礎》課程內容進行了整合。本課程涉及到工程制圖、工程力學(理論力學和材料力學)、工程材料與熱處理、機械基礎、液壓傳動和公差配合等,如何協調各課程之間的先后順序這一重要環節,理順各課程之間的關系,形成有條不紊的課程體系有著比較大的難度。例如,工程制圖、公差配合與鍵、銷、軸承等標準件的內容。材料力學與機械設計基礎中的強度、剛度設計校核。為了更好的適應現代科技的快速發展,對《機械設計基礎》課程中一些比較古典、抽象和深層次的內容進行刪除,增加電、液為動力的機構組合,結合礦山設備如顎式破碎機、浮選機、輸送機、液壓支架、掘進機、井架、絞車等行業設備有較全面認識。
四、教學方法與手段更新
我校學生學情不理想,基礎知識薄弱,已經習慣了老師在臺上講,學生在臺下聽的學習模式,這種課堂模式缺少了學生的能動和自主性,導致課堂氣氛沉悶,教學效果不佳。針對這種學情,我們教學設計要注意以下幾點:
(1)教學內容設計以“工程實際”為原則,輕理論重實用。例如,在講述鉸鏈四桿機構時,充分列舉在縫紉機踏板機構、火車車輪聯動裝置、公交車自動門的開啟和飛機起落架結構。(2)多媒體教學和常規講授教學合理地結合。多媒體教學手段的利用,使得常規板書教學中可以融入圖片、3D模型、動畫(四桿機構、凸輪、機械傳動、齒輪加工)等內容,直觀生動。而且多媒體教學在教師的解說和引導下,會調動學生的思考和探討,這樣課堂氣氛活躍,寓教于樂,學生受益不少。(3)理實一體化教學必須執行。學生大多數對機械產品不入門,對于常用零件和典型機構并不能深入了解,所以現場教學和實踐環節就必不可少。結合我校的辦學特點,可以深入各采選廠、冶煉廠請工廠的工程師進行現場教學,在現場通過觀察實際的機械設備,指定學生講述這里面的機械設計知識,最后由教師總結課程。
五、實驗與實踐環節的增加
《機械設計基礎》是一門理論+實踐的課程,要培養學生的思考技能和創新技能,就必須注重實驗、實踐教學。并且實踐教學主要以生活中實際相關聯的機械設備為主。
我校自開設機電一體化技術、機電設備維修與管理專業以來就已經充分配置了機械零件實驗室。其中有帶傳動、鏈傳動、齒輪、軸承、銷、鍵、聯軸器、離合器、平面四桿機構、凸輪結構、槽輪結構、軸系零件的組合、動平衡和減速器。在我多年的教學過程中,根據教學進度及時組織學生到實驗室進行參觀加強對理論知識的掌握,增加學生對所學內容的感性認識。同時,增加學生在實驗室動手的機會,根據我校機械零件實驗室具體的條件,我們安排了5個實驗項目:機構運動簡圖繪制、凸輪輪廓檢測(采用與相關軟件聯機)、齒輪范成原理、軸系零件組合和減速器拆裝實驗。
我校自2007年開設機電一體化專業以來一直缺乏《機械設計基礎》課程設計這一環節,造成學生在進行畢業設計時工程制圖讀圖和繪圖的能力較差,機械傳動的設計與校核基本不會。傳統的課程設計都是老師統一命題,不同的是給定的初始條件不同,但學生進行減速器設計的過程大同小異基本上按照網絡現有的或者參考書的照搬照抄。這樣的教學使得學生獨立思考的機會很少更沒有任何創新,缺乏學生對機械課程整個體系的全局認識。針對傳統的課程設計,并與國內外大型企業的應用軟件接軌,我建議使用UG、Solid works、Inventor等通用型3D軟件進行減速器的設計,學生在使用軟件進行減速器造型過程中可以加入自己的構思。將《機械設計基礎課程設計》任務分成兩部分:一是在進行《機械設計基礎》課程教學中就進行一些零件的軟件設計,二是在學期末進行兩周的校企合作的設計項目或技術革新項目,在項目完成過程中學生可以激發自身的創新設計理念。
六、結束語
針對高職高專自身的特殊性,《機械設計基礎》課程的教學在我校存在的問題,提出了幾種課程教學改革的措施;對行業認知和課程定位,課程體系的整合,教學方法和手段更新,實驗與實踐教學的增加。從培養目標實際出發以學生更好地就業充分調動學生學習的主動性、積極性,使他們學有所得,培養學生綜合運用知識的能力為后續的課程奠定堅實的基礎。
參考文獻:
[1]云南錫業職業技術學院章程.
[2]莊嚴,郭在云.機械設計基礎[M].北京理工大學出版社,2012.
[3]胡迎花.高職高專《機械設計基礎》課程教學改革探索[J].科技創新導報,2009,20:164.
江西理工大學應用科學學院是一所三本性質的獨立學院,經過多年的辦學實踐,培養“應用型”和“創新型”人才已成為學院培養目標[3-4]。依托學科開展多種科技競賽活動進行創新人才和應用人才的培養是一種行之有效的辦法[5]。我院于2008年首次參加了第三屆機械創新設計大賽,作品“全自動計量售飯機”獲得江西省賽區一等獎,這是江西賽區唯一獨立學院獲獎作品。改進后的第二代作品代表江西賽區參加全國大賽,榮獲二等獎。該作品已申請專利,并有一些企業對此作品很感興趣,計劃進行市場開發。在首次參加比賽就取得較好成績的基礎上,我們積極備戰,2010年攜3項作品參加了全國第四屆機械創新設計大賽江西賽區選拔賽,作品“機械手式機井救援機”獲江西省一等獎,“土壤滅火器”獲三等獎,“球型抗風暴救生艇”獲優勝獎。“機械手式機井救援機”作為江西省選送項目參加全國比賽,并獲二等獎。成績的取得,來源于學生、教師、學校各方面的努力和堅持。在參賽過程中,我們分析問題,總結經驗,制定出一套行之有效的操作模式。
一、以賽促學,調動學生學習積極性,激勵學生創新欲望
獨立學院的學生整體素質與重點高校相比有較大的差距,與省屬本科院校相比也有一定的差距。學生的學習興趣不高,厭學情緒較大,部分學習較主動的學生也容易被大環境同化。在課堂教學過程中,學生總是處于被動狀態,很難發揮主觀能動性,學習興趣提不起來。為了更好將大賽融入到學生的學習生活中,以賽促學,我們進行了如下舉措:
(一)成立機械創新協會當今大學生對學習興趣不濃厚,但對社團活動卻情有獨鐘。在機械創新設計大賽組織實施過程中,學院利用學生心理作用于2008年成立了機械創新協會,吸引了一批對機械創新有興趣的學生,在課余時間以科研興趣小組為單位開展課外實踐活動,包括創新課題討論、校外實習基地參觀、小產品制作、基本加工技能培訓、學術報告等。實踐活動中,教師以創新理念引導學生,為學生提供了足夠的思維發展空間,放手讓學生大膽嘗試,充分培養學生的創新思維能力、自學能力和動手能力。學生通過課外實踐活動,加強了團隊合作意識,拓寬了機械創新基礎知識面。
(二)建立專用實驗室固定的實驗場所是順利開展課外實踐活動的基本保障。江西理工大學應用科學學院在實驗樓建立專門實驗室供學生使用。此實驗室由機械創新協會管理,配備專門指導教師和常用加工工具如老虎鉗、扳手、電鋸、小型鉆床等,并與學院實訓中心建立聯系,利用實訓中心現有設備進行機械零部件加工并完成創新小產品的制作。這樣學生可以充分利用課余時間,有計劃地開展實踐活動,避免了受常規實踐教學的干擾,提高了學生參與課外實踐活動的自覺性和主動性。
(三)定期開展學術報告和專業講座針對機械愛好者定期開設系列講座如:機械設計與創新能力培養、機械制造技術現狀與發展趨勢、傳感檢測技術在機電產品中的應用、單片機技術應用現狀與發展趨勢等,涉及設計方法、先進制造技術、測試技術、控制理論等專業技術方面知識。通過啟發式、討論式等多種方式,調動學生的積極性,引導學生思考,激發學生的創造性思維。還有一類報告是由學生自己主持的,由已畢業返校的校友和參加過往屆比賽的學生講述自己的經驗,并對學弟學妹提出期望和告誡。系列講座和學術報告的開設,拓寬了學生的基礎,擴大了學生的知識面,培養了學生的創新思維,激勵了學生的創新欲望。
二、以賽促教,加強教師隊伍建設
教師是培養學生的關鍵,優秀的指導教師不僅應有較高的理論水平,更需具備較強的動手能力和豐富的實踐經驗。江西理工大學應用科學學院是2001年組建的獨立學院,師資隊伍結構不太合理,年輕教師居多,這些教師大多是畢業后直接進入學校參加教學和管理工作,動手能力和實踐經驗都有欠缺。機械創新設計比賽周期很長,從項目創意、立項、方案設計、具體零部件設計、加工制作、試驗調試到參賽答辯準備等工作,需要指導教師長時間關注指導項目,并對指導教師的綜合能力提出較高的要求。針對以上問題,學院在教師培養和提高教師綜合素質方面做了很多工作。
(一)加強教師培訓江西理工大學歷來重視對青年教師的培訓工作,通過多種途徑來提高教師的水平。針對機械創新設計大賽,安排《機械設計》《機械加工工藝》《機電傳動控制》《液壓傳動》等課程教師參加了教育部高等教育司舉辦的高校教師網絡培訓,通過學習先進教學理念和教學技法,借鑒其他院校的教學經驗來改變教學觀念,提高教學水平。鑒于青年教師實踐經驗欠缺、動手能力較差等因素,每年利用寒暑假時間,聯系實習單位,送教師到工廠和企業進行實地培訓,專門針對加工工藝、數控加工等專業操作進行培訓。另外,還與本地的多家機械加工企業建立校企合作,定期派教師到生產一線去進行實踐,并在合作單位與工人師傅共同指導完成《機械加工工藝課程設計》等實踐環節。
(二)豐富課堂教學內容,創新實驗教學現如今大學教育還是以課堂教學為主的教育模式,因此課堂教學水平的高低反映了學校的建設水平。江西理工大學應用科學學院針對機械創新設計大賽,豐富《機械原理》《機械設計》等基礎課程的教學內容[6-7]。利用校內實訓基地、功能實驗室和機械創新設計大賽,形成有較強工程背景的教學環境,使直觀式教學、現場式教學方式的采用如魚得水。在這樣的教學環境下,通過一系列以機械產品為對象的實訓項目,以及采用大量的源于生活、源于生產一線的案例,使教學內容注入更多的工程因素,達到基本知識、基本理論與工程實際緊密結合的目的。為了培養學生的創新設計能力,在課程建設中對實驗室進行擴充,在原有傳統機械零件模型和機構模型基礎上,進行機構創新、軸系創新、機械系統創意組合和慧魚創新設備的購進,在試驗內容上,增加機構創意設計、組合式軸系結構設計、機械傳動綜合實驗等。
(三)建立教師工人相結合指導模式鑒于教師、學生動手能力較差,參賽模型或實物制作過程比較困難這一問題,結合江西理工大學實際情況,制定了教師工人相結合的指導模式。學院的目標是培養應用型人才,因此在實習環境的投入上比較大。學院有完整的金工實習工廠,其中包含了機加工的全部工種:鉗、車、焊、熱處理和數控機床加工,并配備經驗豐富的生產工人進行實習指導。利用學院現有優勢,在參賽初期的選題和方案設計階段由教師指導完成,在模型或樣機的加工制作階段,由教師和工人共同指導,學生具體操作完成零部件的加工和參賽樣機的裝配。
三、以賽促改,制定科學的教學計劃
機械創新設計大賽每兩年一次,不利于學校教學計劃的安排,難以保證每屆學生都有機會參加;比賽籌備時間太長,從題目的公布到參加地區預賽要一年多時間,容易與正常的課程教學相沖突;大賽沒有納入教學計劃,作品的設計、制作場地易與教學相沖突;大賽對學生知識面要求很廣,涉及的課程多,包括力學系列課程、機械設計基礎系列課程、電工電子、計算機控制、程序設計系列課程、機械加工工藝等,學生在低年級沒有掌握好大賽需要的一些基本知識和技能,為了完成比賽任務臨時抱佛腳,卻又耽誤了新課程的學習,高年級學生又忙于考研和找工作沒有充足的時間參加大賽。針對這一問題,楊叔子院士在《再論機械創新大賽很重要》的報告中已經提出“:這一大賽不是可有可無,建議納入個性化教學計劃,并從體制上加以保證。”鑒于此問題,江西理工大學應用科學學院進行了系列教學改革。
(一)優化課程體系針對機械創新設計大賽我們已完成省教改課題“培養高素質應用型機械專業人才的綜合課程設計改革”(課題編號:JXJG-06-84-1)和校級教改課題“以創新設計大賽為切入點的《機械原理》教學改革”的研究工作。通過兩課題的研究在原有教學計劃基礎上,針對機械創新設計大賽和綜合課程設計改革[8],將機械專業09級教學計劃中的機械原理課程設計、機械設計課程設計和專業課程設計分別改為機械創新設計(一)、(二)、(三),使之成為連續的實踐教學環節,并在課題的設置上,增加創新專題,培養學生的創新意識。在課程設置上,增加了《機械創新設計》選修課程,開設互動式和討論式教學環節,通過參與課堂教學提高學生學習興趣、培養學生創新思維、掌握創新方法。在10級教學計劃中增加了為期一周的《機械創新實訓》實踐環節,該實訓是基于慧魚創意組合模型和機構創新組合平臺開展的,意在培養學生的創新意識和動手能力。
(二)提供政策保障、建立激勵措施學院教學改革的重點是放在實踐教學改革方面,因此在實驗室建設和開展課題研究上給予大力支持。江西理工大學立足學院實際,專門成立了由分管科研的副院長任組長,由教務辦公室主任、各系教學主任組成的大學生科技創新領導小組,對不同渠道、不同學科、不同類型、不同級別的賽事,進行策劃、組織和管理,統一協調參賽學生、指導教師、方案評審、作品制作、組織參賽、動員宣傳等各項工作,有計劃有組織地開展學生課外科技創新活動,參與各類科技競賽。學校投資140萬,正在籌建機械創新實驗室、機器人實驗室和液壓測控試驗系統(含機械手等設備)。另外學院每年對大賽設立專項資金支持,保證大賽順利進行,對參賽老師和學生給予充分的支持和一定的獎勵。