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“机械设计基础”教学研究

来源:UC论文网2019-04-09 16:31

摘要:

  [摘要]“机械设计基础”是高等学校工科专业的一门重要的技术基础课。为提高非机械类工科专业大学生学习该门课程的兴趣,提高学生的学习积极性和教学效果,应该在理论教学环节采用模块化教学方法和案例驱动教学方法,在重视实验和课程设计等实践教学环节的同时,应发挥“全国大学生机械创新大赛”等各级各类机械创新设计比赛在该门课程教学中的作用。通过理论教学和实践教学,在提高大学生理论联系实际能力的同时,培养和提高...

  [摘要]“机械设计基础”是高等学校工科专业的一门重要的技术基础课。为提高非机械类工科专业大学生学习该门课程的兴趣,提高学生的学习积极性和教学效果,应该在理论教学环节采用模块化教学方法和案例驱动教学方法,在重视实验和课程设计等实践教学环节的同时,应发挥“全国大学生机械创新大赛”等各级各类机械创新设计比赛在该门课程教学中的作用。通过理论教学和实践教学,在提高大学生理论联系实际能力的同时,培养和提高大学生的创新能力。


  [关键词]模块化教学方法任务驱动教学方法创新能力


  [中图分类号]G642.0[文献标识码]A[文章编号]2095-3437(2014)17-0088-02


  一、引言


  “机械设计基础”是高等学校工科的一门重要的技术基础课,本门课程将为有关专业的学生学习专业机械设备课程提供必要的理论基础。通过该课程的理论学习和实验、课程设计等教学实践,可使学生初步具备运用手册设计简单机械传动装置的能力,为日后从事技术革新创造条件。


  “机械设计基础”课程一直以来给教师和学生留下比较枯燥的印象,对于非机类工科专业的大学生更是如此,导致学生学习该课程的兴趣不足,因此教学效果有待提高。许多教师为提高学生学习该课程的积极性和本课程的教学效果而积极开展教学研究,但是效果还不尽如人意。本文试图从理论教学和实践教学两方面探讨如何提高非机类工科专业大学生学习“机械设计基础”课程的兴趣的问题,从而提高学生学习该课程的积极性和该课程的教学效果。


  二、理论教学环节


  (一)教学安排


  “机械设计基础”的理论教学部分主要研究机械中的常用机构和通用零件的工作原理、基本的设计理论和计算方法。目前绝大多数教材都是先介绍机械原理即常用机构,后介绍机械设计理论即通用零件的编制方案,因此教师一般也按照先介绍平面机构、凸轮机构和齿轮机构等常用机构,后介绍齿轮、带、轴等通用零件的教学安排来讲授该课程。但机构本身是由零件组成的,且机构与零件是相互联系、相互交叉、不可分割的,人为地把机构与零件分开来讲授缺乏连贯性,不利于学生更好地掌握该课程。


  本文提出了一种更符合教学规律的模块化教学方法,即把本门课程需要讲授的内容分成六大模块,每一模块由相关的任务组成。此如,把连杆机构和凸轮机构归为一个模块,称为“常用机构的设计”;把齿轮机构、轮系、齿轮传动和蜗杆传动归为“齿轮传动的设计计算”模块等。模块化教学方法更有利于促进机构与零件的相互融合,符合实际情况;更有利于学生将各个知识点联系起来,从而更好地学习和掌握该门课程。


  (二)实现理论与实践的统一


  常用机构和通用零件的理论教学固然是“机械设计基础”课程的重要教学环节,但只有参加机械设计实践,才能使学生综合运用所学知识,解决实际问题。传统的教学方法是在理论教学环节全部结束后,再进行课程设计实践教学环节。但在执行理论教学环节过程中,如果能同时进行课程设计实践教学环节,将更有利于理论与实践的统一,更能提高学生的学习兴趣,更有助于学生掌握相关知识。因此,本文提出了案例驱动教学方法,即针对模块化教学方法中每一模块的相应任务,采用案例驱动的教学方法。如在讲授模块“常用机构的设计”的第一个任务“平面四杆机构的设计”时,首先通过具体案例如公交车门、焊接夹具等指出本次的任务是设计在生产生活实际中广泛使用的平面四杆机构,然后对如何完成该任务进行分析和分解,再讲授相关知识点即平面机构的自由度和速度及平面连杆机构,最后指导学生根据相关任务拟制一个具体的设计方案。


  三、实践教学环节


  实践教学环节对学生加强“机械设计基础”课程的学习和理解、培养和提高其机械设计能力具有重要的作用。“机械设计基础”的实践教学环节主要包括实验和课程设计两方面。其中,实验是理论联系实际的重要环节,可以使学生验证、巩固和加深所学的基本理论,训练学生相关的实验方法、能力、测量技能,养成踏实细致、严谨认真的作风。本课程主要包括三个实验:机构运动简图绘制、齿轮范成和减速器装拆实验。其中,前两个实验是验证性实验,减速器装拆属于综合性实验。“机构运动简图绘制”实验要求学生在教师的指导下掌握一般机构的测绘技能,验证机构运动是否具有确定性,巩固和扩展学生对机构结构的认识。“齿轮范成”实验要求学生在教师的指导下,观察用范成法形成渐开线齿廓的过程、齿廓根切现象及变位修正后获得的齿形;理解范成原理,分析和验证根切原因和修正后齿轮的尺寸变化;掌握应用游标卡尺(或公法线卡尺)测量渐开线直齿圆柱齿轮基本参数的方法,加深理解渐开线的性质及齿轮各参数之间的关系。“减速器装拆”实验则要求学生达到如下目标:1.了解机构拆装的基本要求;2.了解机构中各零件的结构形状、装配关系及功用;3.了解箱体的结构尺寸,进一步理解轴系部件的结构和作用;4.了解润滑和密封的方法。


  传统的课程设计是教师给定一个详细范例(指导书),如根据带式输送机的传动装置设计,让学生再现一次与范例雷同的实物设计。同时,由于设计题目单一,往往是好几届学生重复设计一台圆柱齿轮减速器,而对于连杆机构和凸轮机构的设计,在课程设计中一般没有涉及。这种教学方式可以使学生初步了解机械产品设计过程的方法与步骤,但在学生对该课程相关知识的综合掌握方面,以及在学生创新精神和实践能力的培养等方面有较大的缺陷。为克服传统课程设计实践教学环节存在的不足,我们在理论教学环节采用案例驱动教学方法鼓励学生针对具体任务拟制设计方案的基础上,在课程设计阶段应针对拟制的设计方案进行详细的设计计算。由于设计任务几乎涵盖了该课程的全部内容,而相应的设计方案不只一套,从而避免了传统课程设计实践环节设计题目的单一性问题。


  创新是民族进步的灵魂,是国家兴旺发达的不竭动力,而培养创新型人才是大学教育的目标与责任之一。教师在重视实验和课程设计实践教学环节的同时,还应拓展学生参加实践的机会,比如鼓励学生积极参加“全国大学生机械创新设计大赛”等各级各类机械创新设计比赛,以赛促学,从而达到更好的教学效果。为培养学生的创新精神、创新意识和创新实践能力,落实好教学实践环节,提高大学生的综合素质,我校从2007年始已成功举办六届大学生创新创意大赛。而“全国大学生机械创新设计大赛”是由教育部高等教育司发文举办的一项全国大学生重要科技竞赛活动,也是由教育部和财政部资助的全国大学生九大赛事之一。该大赛举办的目的在于引导高等学校在教学中注重培养大学生的创新设计能力、综合设计能力与团队协作精神;加强学生动手能力的培养和工程实践的训练,提高学生针对实际需求进行机械创新、机械设计、工艺制作等实践工作能力;吸引、鼓励广大学生踊跃参加课外科技活动,为优秀人才脱颖而出创造条件。大赛因其选题的现实意义、涉及知识和技能的综合性、组织的规范化和高校的高度重视,为促进学生综合素质的培养提供了实施的平台。


  围绕全国大学生竞赛项目主题,学校进行了多次的校内外参赛作品制作和选拔赛。如机电工程学院为鼓励学生积极参加“全国大学生机械创新设计大赛”,于2007年成立学生机械创新科技兴趣小组。从第三届开始,已连续参加了三届“全国大学生机械创新设计大赛”,并在着手准备参加“第六届全国大学生机械创新设计大赛”。参赛作品“全自动植树车”获慧鱼组竞赛一等奖,“路面自适应智能除雪车”“全自动盘类清洁机”等获慧鱼组竞赛二等奖;“全自动植树车”“自动化立杆机”“健康饮食定量添加器”等获决赛二等奖。


  实践证明,鼓励学生积极参加各级各类机械创新设计比赛不但有利于提高学生自身的机械创新能力、专业能力、解决问题能力和社会交往能力,还能在学生中起到显著的示范作用,从而激发学生学习“机械设计基础”这门课程的兴趣。


  四、结语


  本文从理论教学和实践教学两方面探讨了如何提高非机械类工科专业大学生学习“机械设计基础”课程的兴趣的问题,提出在理论教学阶段采用模块化教学方法和案例驱动教学方法,同时提出重视实验、课程设计和各级各类创新设计比赛等实践教学环节对该门课程的促进作用的建议。通过理论教学和实践教学改革,培养学生的创新精神和实践能力,培养适应社会需要的机械创新型人才。


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