应用型本科机械专业教学改革策略研究

林权+林燕+余天游

[摘要]针对现代应用型本科教育的发展，本文从教学手段、教学方法等方面，论述了应用型本科机械专业教学改革策略。提出以先进灵活教具为载体的方式，打破课堂授课困境；采用网络学习辅助课堂教学的方式，提升学生的学习动机；运用逆向工程技术结合任务项目化教学方式，发展应用型本科机械人才培养的职业性，为应用型本科机械教育提出一些建议与参考。

[关键词]应用型本科；机械专业；教学改革；教学手段；教学方法

应用型本科机械专业人才的培养规格定位为重基础、宽口径、多方向、强应用，其中多方向与强应用，就是要求高校培养的毕业生是应用型人才，能快速适应社会技术岗位需求，重基础与宽口径是强调了本科人才的培养内涵，要求学生能掌握机械设计制造基础知识，具备在机械制造业领域从事设计制造、创新开发、应用研究、运行管理和经营营销等方面的基本能力。但传统本科机械专业教学存在重理论轻实践、强调个人能力而忽视团队精神、重视知识学习而轻视开拓创新等问题，在此以武夷学院机械专业为例，分享一些机械专业教学改革策略，期望能为应用型本科机械教育提供参考。

一、设计先进教具突破教学困境

由于高校学习节奏快，教师授课不仅需要依据教学进度安排，而且教學内容日益丰富，遇到教学的重难点内容通常需要与学生互动，了解学生的掌握情况，但是由于学时的限制，教学不得不加快速度，然而学生的学习需要一定的接受过程，思维的成长也需要载体，尤其是机械专业，许多教学内容抽象不易掌握，在课堂互动过程中，常遇见教师提问无人回答的尴尬局面，如何在有限的时空下，提高课堂的教学效率，为了避免学生在学习的过程中困在狭小角落里战战兢兢、模模糊糊，合理先进的感性的教仪教具的使用就显得特别重要。

以机械专业基础课程《材料力学》为例，目前市场上还没有静定梁力学模型教具，教师授课过程中只能依靠手中的粉笔与黑板，通过公式推导和计算进行静定梁相关分析，冰冷的黑板或PPT不利于学生理解掌握力学知识，提高学习兴趣，更无法核验学生当前课堂的学习质量。在此设计一套基本形式静定梁力学模型教具，该教具以检验学生的学习质量为主，它可以任意组装，并且携带方便，教具主要是由简支梁，外伸梁和悬臂梁这三种机械及电子装置组成，其中还设置了断点，配备了显示器和键盘，通过应用单片机技术编写材料力学的程序，利用该教具老师可以任意出题，学生答题，如果学生回答大于正确答案，则杆件会自动断掉，如果小于正确答案，则杆件会警报，只有正确答案，杆件才会相安无事。利用该教具可以让学生算题，也可以让教师讲题，不仅能实现师生课堂互动，而且能活跃学生思维，避免了力学课程的干燥无味的公式计算，增添了教学魅力。

基本形式静定梁力学模型主要是由简支梁，外伸梁及悬臂梁构成，为了节约空间与携带方便，将简支梁和外伸梁结合在一起，通过控制轨道上的支架选择简支梁或者外伸梁。简支梁或外伸梁与悬臂梁用铰链固定在木板上，可以方便拆装，需要表达某一类问题时，能让学生清晰了解操作过程，明白问题所在。另外为了实现机电一体化，该教具采用KEIL软件，针对不同静定梁力学问题进行编程，以便控制机械装置，因此教师可以临时设定并选择合适的力学问题，让学生进行探讨计算获取数据，然后教师通过电位器对学生计算获得数据进行模拟，并在数码管上显示。总之，该教具采用机电一体化设计，可以模拟各类力的施加，可以形象的模拟梁的破坏，其中LCD与矩阵按键组合带来更多的例题选择，软件容易升级操作简单实用性强，为其他类似教具的研发提供了参考。

二、网络学习辅助课堂教学

在这个信息急速发展的时代，因特网具备实时、不局限于教室实体空间与便于双向互动的特性，若能因势利导，把计算机所能提供的信息纳入教学中，或许可以提升学生的学习兴趣。相较于传统教学，网络辅助课堂教学具有以下特色：（1）学习态度主动化；（2）学习环境个人化；（3）学习内容适性化；（4）学习信息数字化；（5）教学传递网络化；（6）学习社群虚拟化；（7）学习评量多元化。不论从构建学习理论或行为，网络辅助教学都有相当好的切入点，通过网络上多样性的资源及学习的自主性来提升学习动机和学习成效。

基于网络进行异步教学是一种能体现学生的学习过程、学生在教师指导下进行自主学习的现代教学模式。异步网络教学的实施方式是由教师把教材制作成网页，上传至指定网络让学生来阅读学习，教师可以指定作业题目、缴交作业期限，学生在期限之内将报告或者作业上传，然后教师再来评分，必要时还可以进行线上测试，作为平时成绩的依据。异步网络教学教师可以弹性掌握教学内容与学时，突出多媒体电脑技术的优势。

例如在《塑料成型工艺及模具设计》讲授分型面及浇注系统设计过程中，课前在网页引入项目任务：“日常用的原子笔、签字笔外壳如何成型，探讨其分型面位置及浇注系统选择方案”，通过网页课件自学相关内容，自发的获知分型面选择的矛盾性是塑料模具设计理论与实践的重点。课堂上教师有的放矢，进行互动，启发位置设计选择角度，讨论方案的优缺点，提高学生分析问题能力。学生再通过扫描课件上的二维码，进入指定网页进行实例图形比较分析，学习分型面的类型、形状及位置选择原则，理会分型面选择原则的矛盾性，引导启发同学建立分型面与模具结构、成型质量之间的联系，然后结合问卷调查的方式，输入姓名学号进行选择作答。教师根据问卷统计分析结果，了解学生对分型面的设计相关知识点的掌握情况，针对存在的问题进行启发教学，对于不同选择给予分析优缺点，结合学生对成型技术与模具结构掌握情况给予学习引导。通过发现事实、发现问题、发现构想、发现答案、寻求接纳理论等过程，体现了学生学习的科学思维过程，并进行创造的学习。

经过多年的尝试证明，基于网络辅助课堂教学，在《塑料成型工艺及模具设计》、《机械设计基础》、《互换性与测量技术》、《机械制造技术》等课程中，相对于传统单纯面对面授课方式能获得更佳的学习成效。

三、基于逆向工程进行项目化教学

逆向工程为一种从现有的实物中或样品模型中，重建产品CAD模型或产品复制的一种技术，已在制造业各领域得到了广泛应用。针对市场需求，在机械专业开展面向学生能力培养的逆向工程技术教学显得越来越重要。传统教学模式以教师为中心，以教材为中心，忽视了学生积极性、主动性的发挥，在此提出基于逆向工程技术进行项目化教学，将教学内容布置为工作任务，让学生以解决任务为中心，组建团队进行相关学习，完成一个完整的由实物模型到新产品开发的综合项目。

在此以马鞍形零件制作项目为例，首先教师先制定项目任务提供原始工件模型，学生通过使用计算机与测量设备获取相关技術资料，如使用三坐标测量仪，将马鞍形曲面划分经纬线，用x轴y轴线表示，x轴与y轴相交形成特征点，并按顺序进行特征点归组，设定坐标零点位置，通过移动三坐标测量仪手臂到特征点位置获取数据点，依序完成各特征点测量，储存为IG—Es文件转入Euclid软件。CAD模型曲面的建立需要采取30个数据点，用B-Spline曲线曲面数学模式分别用插补法，以群组为单位建构曲线，通过所选取的每一特征点建构成曲线，近似法创建的曲线只有首尾会通过特征点，中间以趋近方式通过连成曲线。曲面建立是通过运用断面线技术，依序选取由左到右所建立曲线来完成。然后通过应用CAM软件把程序坐标原点设定在模型的中心，继而进行刀具路径规划，并选取刀具类型，确定切削相关参数与主轴转速，经刀具路径仿真确认无误后，产生NC加工程序，可以采用法兰克控制器，设定刀具CNC综合加工中心机床传输程序，最后执行加工。

以上项目中的每个步骤内容相对独立，可单独分解成若干个子项目进行，每个子项目还可以分为若干个相同的功能组，分组学习不同测量仪器的工作原理与实践操作，由于完成逆向工程每部分内容形式与手段不做限制，针对实物表面数字化、点云处理与模型重构、产品创新改进设计、重新成型等环节，教师可以引导学生应用不同技术手段组合来完成任务，启发同学们展开思考、权衡利弊设计实验方案，教师在项目任务活动中辅以相关知识与技能，强调学生主体地位，通过项目的运作，可以检验学生在工业产品设计方面的技能与内涵，如：（1）知识能力，具备所需的专业基本知识；（2）技术能力，具备所需的专业技术能力；（3）沟通能力，透过多种手段、方法与他人有效合作沟通。（4）整合能力，能够在执行专业时，整合背景知识、技术与沟通等能力，已做出有效的决策。（5）适应能力，能适应各种多样化的科学技术，并能将所学专业技能应用于工作实践上。（6）专业态度，同学问组别问构成竞争性，提升专业的学术氛围、持续学习动机。

结语

应用型本科教育以能力培养为目标，以就业为导向，本文从教学手段、教学方法等方面，论述了应用型本科机械专业教学改革策略。为了打破部分专业课程的授课困境，设计以先进灵活的教具为载体，逐步提高学生学习积极性的方式，吸引同学们的兴趣；另外为了适应当代网络技术的发展，提升学习动机和学习成效，采用网络学习辅助课堂教学的方式进行授课，走线上线下相结合的求知之路，使得学生学习更加主动，学习内容更加适性化；运用逆向工程技术结合任务项目化教学方式，使得应用型本科机械专业人才培养体现其职业性，使学习内容更加具有现实意义，进一步促进了应用型本科教学的发展。