机械学系列课程的多自由度创新教学模式研究

刘彩玉

摘要本文通过对机械学系列课程的多自由度创新教学模式的研究,提出了创新从课堂入手的想法,课堂、课下、实践三位一体,形成系统创新结构和多自由度教学模式。

关键词机械学系列课程多自由度创新教学模式

中图分类号:G642文献标识码:A

创新是机械设计行业的灵魂。为了迎合这一需求,有必要在机械学系列课程中进行创新教学模式的探索。

1 机械学系列课程教学在创新性激发方面存在的问题

机械学系列课程包括机械原理、机械设计、机械设计基础等相关主干课,在教学中的地位举足轻重。随着课程教学改革的层层深入,教学内容、教学模式及教学手段等发生了很大的变化。课堂教学中涉及到大量的常用机构和通用零件,需要将机构的运动特性和设计方法、零件的结构组成和工作原理生动形象地展示出来,同时还要结合众多的工程实例,给以知识面的拓延,以增加感性认识,进而提升理论高度。教学手段的改革为其提供了较好的平台。多媒体教学摈弃了笨重的教具、呆板的挂图,减少了迟缓的板书,声形并茂,动静相宜,给机械学课程平添了丰富的内容、生动的色彩、明快的动感,促进了理解,大大提高了学习效率。

然而,随着这种教学模式的普及,在解决了传统板书教学的不足之后,其弊端也日渐明显。即学生的创新能力受阻。究其原因有三:一是电子讲稿总体播放速度较快,学生思维滞后;二是文字、动画等媒体形式在屏幕上直接展示,一定程度上缩小了学生的想象空间,而代之以映像直接入脑,使学生的积极思维受到扼制,呈现出一定程度的惰性;三是课堂教学模式单一,教师偏重知识传授,学生偏重听记,自由度较少;四是创新思想孤立加功利,没有形成系统的创新体系,只在如创新设计大赛等活动中体现。

2 机械学系列课程多自由度教学模式的具体措施

针对以上的问题,教研室进行了机械学系列课程的多自由度教学模式的探索,形成系统的创新结构,实现由平面思维向空间思维的转化。

(1)课堂教学环节形成创新链的重要一环。创新思想从教学过程开始。没有理论和思维的创新作先导,创新设计活动将变得没有着力点一样,不够扎实。首先学生在课堂上要转变角色,既要有学生的孜孜求学,又要有专家的置疑态度,还要有抽象大师的想象空间,要有探讨辩论的胆量,既而碰撞产生创新的火花。而教师要善于为学生提供这一空间,知识传授形象、清晰、生动但不倾囊,既能调动积极性,又可给学生多自由度的发挥余地。创新的思想往往开始于形象思维,从大跨度的联想中得到启迪,然后再用严密的逻辑加以验证。为了达到这一教学目的,在课堂采用多媒体加板书复合教学,合理安排板书教学比例,帮助电子讲稿授课减速。多媒体讲稿内容要丰富动感、条理清晰、实例典型,以形象为创新奠基,同时调动学生积极性。在内容传授的同时,不断双向发问,交互探讨,拓宽学生思维空间,甚至可以学生站上讲台发表见解,即启发智慧,又锻炼胆识。或在课时允许的情况下开展专题讨论课,提前布置,分组发言。研讨是创新的激励,经过这一环节,可促进知识的消化吸收和强化,得出更严谨的学术结论。

(2)课下自学为创新增加了主观能动性。课堂学时在一定程度上限制了创新学习的时间与空间。为此,教师在课堂布置任务,或大作业,或讨论专题,或参加调研,学生课下完成。形式灵活,可独立完成,也可分组,组与组间有交流,有比拼,比点子,比创意,可以作业或大报告的形式提交自学成果,完成质量高的可提高其平时考核成绩,或提供参加创新设计比赛活动的机会。鼓励学生学习课程相关计算机软件,以便应用现代技法完成虚拟样机的仿真。同时,也可浏览相关学科的教学网站,在广袤的网络资源中扩充知识、了解新领域、搜集新素材并解决疑难问题。自学体现一个人的学习能力和学习毅力,同时解决了学时压缩的问题。

(3)开展创新型实验与创新设计活动,包括创新课程设计与创新设计比赛,为理论与实践的结合搭建更多的平台,将创新的触角延伸到多自由度的空间。这是两项耗时耗力的工作,但也是学习中最有意思并卓有成效的过程。

机械学系列课程的理论性和实践性都很强,学生的工程实践环节又比较薄弱,要培养学生的动手能力和创新能力就必须依靠课程的实验环节配合。实验不能光是对书本知识的验证与演示,而应产生验证理论、提高动手能力与激发创新思维的三重效果。

为此,教研室在传统的实验项目基础上增加一定量的创新与综合实验项目,如机械原理课程的JPCC平面机构组装实验 、3DMC机构组合与创新实验、机械设计课程的轴系结构创意设计实验及机械传动性能综合实验等。如3DMC实验台根据创造性思维原理和机构组成原理设计,是二十一世纪新一代综合性智能化实验测试设备。学生通过机械原理、机械设计和机械创新设计学习所萌发的创造性思维可以从本实验台上得以实现。实验台既有组成机构的低副杆组、高副杆组及组成这些杆组的各构件、机架和其他辅助连接件等,也有机械传动等内容,可拼装连杆机构、齿轮机构、凸轮机构、间歇运动机构、带传动、链传动、蜗轮蜗杆传动以及由它们组合成的性能各异、平面的、空间的机械传动系统,培养了学生机械传动方案的设计能力。实验台可以测试原动件和执行构件以及中间任意构件的位移、速度、加速度。无论构件是转动还是移动,计算机都能准确地反应这些机构的参数,对已知机构的运动参数进行验证分析;也可测试创新机构的运动参数,为动力学分析提供依据。学生在实验过程中,将课堂知识与自身的判断、联想、动手能力结合起来。通过对实验题目的分析、实验方案的构思和优化、对实验设备的拆装、实验过程成与败的反复,不断提高学生分析问题、解决问题的能力,提高学生理论与实践相结合的基本素质,真正发现理论与实践的不可分离性,理论在实践中得以验证、延伸与创新。

将实验装置作为课程设计的载体,也成为教研室课程改革的一项内容。课程设计在实验室进行,更具有较好的教学效果。课程设计是又一提高学生创新能力的途径,但一定要剔除以往传统设计的因循守旧,开辟新渠道。如机械原理的课程设计由单一、古板的图解法运动分析变为具有创造性的机械系统运动方案设计,并可充分利用3DMC机构组合与创新实验台进行一部分课程设计,又如机械设计的减速器传统设计变为CAD编程,计算机仿真软件运用到课程设计环节中,完成了虚拟样机的制作等等。

为了激励学生创新设计的热情,教研室开展了机械创新设计活动。好的作品可参加机械创新设计比赛,以便设计成果的验证,促进技术交流。这给学生又一提高自我、展示自我的平台。

无论是开放性实验、课程设计还是设计比赛,都使学生将机械学系列课程的学习从平面的课堂走到了广阔的多自由度空间,完成了它们的更好融合。

3 结论

通过教研室对机械学系列课程的多自由度创新教学模式的探索,在学校的支持下,取得教学相长的良好教学效果。

一方面,教师拓宽思路,教学水平提高,涌现出学校的十佳教师,更有教师取得了东北三省的机械原理课程教学大赛第一名。相关机械学系列课程成为学校优质课,机械原理、机械设计为院精品课,机械认知实践网络课程通过了验收,成为院优秀网络课程。同时研制出大量多媒体教学软件,在国家教学大赛中取得佳绩,广泛投入到教学中。

另一方面,多自由度教学模式在学生中产生较大的正面反响,大大激发了学生的主观能动性。学生学好理论课的同时,积极主动地走入实验室,走入实习工厂,走入创新实验小组,走入机械创新科技活动中,部分取得较好的成绩。确确实实地加强了学生对机械系统运动方案的整体认识,加强了学生工程实践背景的训练,拓宽延伸了学生的理论知识面,培养了学生综合设计能力及动手能力,培养了学生勇于探索的创新思维精神。

L鼙疚恼掠?009-2010黑龙江省教育厅项目——增强主动学习和创新思维的机械基础课程教学模式研究的资助