【摘 要】為解決長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)機(jī)械拆裝工程訓(xùn)練教學(xué)模塊實(shí)踐教學(xué)過程中存在的學(xué)生理解慢、操作難、設(shè)備損耗大等問題,我們開發(fā)了模擬車床箱體拆裝的教學(xué)軟件,讓學(xué)生先按照車床箱體正確的拆裝工藝進(jìn)行模擬拆裝。該方法對(duì)真實(shí)拆裝教學(xué)效果的幫助明顯,降低了箱體磨損、實(shí)訓(xùn)成本及危險(xiǎn)性,有助于探索出一條創(chuàng)新工程技術(shù)訓(xùn)練教學(xué)的道路。"
【關(guān)鍵詞】拆裝 " "工程訓(xùn)練 " "創(chuàng)新 " "教育技術(shù) " "車床箱體
0 引言
實(shí)踐教學(xué)作為高等院校培養(yǎng)工程類人才的重要環(huán)節(jié),對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)工藝知識(shí)、開創(chuàng)創(chuàng)新思維、增強(qiáng)工程實(shí)踐能力和意識(shí)、鞏固及加深理論知識(shí)具有重要作用。拆裝教學(xué)作為實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)中的重要組成部分,有助于提高學(xué)生實(shí)踐能力、創(chuàng)新精神、分析和解決工程問題的能力。拆裝教學(xué)是實(shí)踐性較強(qiáng)的課程,存在學(xué)生理解慢、操作難、設(shè)備損耗大等問題,為解決上述問題,本文提出了一些新的教學(xué)理念和手段,并對(duì)此進(jìn)行了充分的可行性分析。
1 拆裝傳統(tǒng)教學(xué)模式分析
傳統(tǒng)拆裝實(shí)訓(xùn)課程教學(xué)內(nèi)容為:(1)基礎(chǔ)知識(shí)講解,實(shí)訓(xùn)指導(dǎo)人員通過教學(xué)資料和實(shí)際零件的演示,講解機(jī)床各系統(tǒng)基本構(gòu)造與工作原理、拆裝順序和工具的使用方法等。(2)各傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的拆裝演示,各種零件的拆裝方法及注意事項(xiàng)等。(3)學(xué)生動(dòng)手進(jìn)行實(shí)際拆裝練習(xí)。
為了更好地培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力及創(chuàng)新思維,實(shí)踐教學(xué)中我們將傳統(tǒng)的教學(xué)模式作了進(jìn)一步的改革:(1)拆裝演示。實(shí)訓(xùn)指導(dǎo)人員在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行拆裝演示,目的是增強(qiáng)學(xué)生的感性認(rèn)識(shí)和初步印象,指導(dǎo)人員完整地對(duì)主軸箱等進(jìn)行拆裝。在演示過程中,通常要求學(xué)生帶著疑問在演示過程中認(rèn)真觀察主軸箱等各機(jī)構(gòu)的組成部分,了解這些部分在整體中的作用、確定各零部件之間的傳動(dòng)關(guān)系及指導(dǎo)人員在拆裝過程中使用的工具和具體拆裝順序。(2)基礎(chǔ)知識(shí)講解。實(shí)訓(xùn)指導(dǎo)人員通過多媒體對(duì)主軸箱各部分結(jié)構(gòu)進(jìn)行講解,內(nèi)容包括各部件在整體中的作用及各傳動(dòng)部件在整體傳動(dòng)關(guān)系中所起到的作用和傳動(dòng)原理,對(duì)其中涉及的拆裝工藝知識(shí)、工具的使用、注意事項(xiàng)、安全操作規(guī)程等內(nèi)容進(jìn)行深入講解。(3)實(shí)踐操作。在指導(dǎo)人員對(duì)主軸箱等部件的拆裝原理系統(tǒng)進(jìn)行講解和部分演示后,學(xué)生分組根據(jù)指導(dǎo)人員講解的拆裝工藝對(duì)主軸箱等進(jìn)行拆裝實(shí)訓(xùn),通過這個(gè)過程達(dá)到理論與實(shí)踐相結(jié)合。在整個(gè)實(shí)踐過程中,要求同學(xué)們有團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神,首先根據(jù)正確的拆裝工藝合理地確定拆裝方法、順序、所使用的工具等,遇到任何問題都能積極展開討論,開創(chuàng)思維,在緊密合作的基礎(chǔ)上很好地完成拆裝任務(wù)。(4)拆裝討論。實(shí)踐結(jié)束后,對(duì)學(xué)生的實(shí)踐操作過程和結(jié)果進(jìn)行完整深入的分析,具體操作過程為每組同學(xué)首先在自己組內(nèi)進(jìn)行討論,然后分組互相交流,為了提高交流的效果,每名同學(xué)提出一個(gè)關(guān)于拆裝的問題并讓其他同學(xué)回答,找出在拆裝過程中普遍存在的問題,最后指導(dǎo)人員對(duì)普遍存在的問題進(jìn)行詳細(xì)剖析和講解。
2 在實(shí)際教學(xué)活動(dòng)中困擾教學(xué)指導(dǎo)人員的問題
長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)開設(shè)機(jī)械拆裝工程訓(xùn)練教學(xué)模塊,目的是讓學(xué)生掌握機(jī)械拆裝的基本方法和常用工具的使用,同時(shí)了解機(jī)械傳動(dòng)的基本原理和配合的基本形式,分析并解決拆裝中遇到的問題,既增強(qiáng)學(xué)生的動(dòng)手能力,也加強(qiáng)了學(xué)生對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)的深入了解,為以后的工作及創(chuàng)新思維奠定一定的基礎(chǔ),教學(xué)效果較好。國(guó)內(nèi)多數(shù)大學(xué)的工程訓(xùn)練中心都開設(shè)了這一教學(xué)模塊,只是具體拆裝的內(nèi)容有所不同,有的是飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī),有的是自行車,不一而足。
經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間的經(jīng)驗(yàn)積累和問題的匯總,在實(shí)際教學(xué)過程中,有一個(gè)問題始終困擾著從事這一教學(xué)工作的教學(xué)指導(dǎo)人員,就是配合零件的磨損問題。長(zhǎng)期的拆卸與裝配,必然導(dǎo)致配合零件的磨損,比如車床箱體的軸與齒輪。長(zhǎng)期拆裝磨損后的配合件根本無(wú)法讓學(xué)生體會(huì)到過盈配合、過渡配合、間隙配合的區(qū)別以及相應(yīng)的拆裝手段的區(qū)別。
為了保證實(shí)踐教學(xué)的效果,必須解決上述問題,這樣就必須更換破損的零件,而對(duì)于替換下來的零件,各個(gè)中心采用的方法多數(shù)是報(bào)廢,這樣的成本相當(dāng)高,有些精密零件的費(fèi)用可想而知是非常高的,而且想要達(dá)到很好的教學(xué)效果,就一定要保證更換磨損及破壞的零件的頻率,這就涉及費(fèi)用的問題。這不是一般教學(xué)材料消耗費(fèi)用能夠承擔(dān)的,而且專項(xiàng)支持有限。同時(shí),破損零件由于配合不緊密,造成拆裝的困難,這樣拆裝實(shí)訓(xùn)的危險(xiǎn)性同時(shí)增加??傊?,這一問題密切關(guān)系到拆裝實(shí)訓(xùn)教學(xué)的效果和拆裝實(shí)訓(xùn)的安全性。
3 改變教學(xué)設(shè)計(jì)、創(chuàng)新教學(xué)方法
通過上述問題的總結(jié),目前我們迫切需要想到好的辦法去解決上述問題。
經(jīng)過很多次的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證和方法的測(cè)試,得出結(jié)論:常規(guī)的辦法難以解決零件磨損及損壞的問題,因此零件的磨損是不可避免的,同時(shí)因?yàn)閷W(xué)生對(duì)拆裝實(shí)訓(xùn)手段和工具的選用是從初級(jí)階段開始的,所以不可避免地會(huì)造成零件的破壞,這是不可控的。這樣,我們就從教學(xué)設(shè)計(jì)的根源去思考破解之道。我們經(jīng)過分析認(rèn)為,配合件的磨損是必然的,但磨損程度是可控的,通過適當(dāng)?shù)母倪M(jìn)及采用適當(dāng)?shù)霓k法讓學(xué)生在實(shí)際操作之前能夠初步認(rèn)識(shí)零件,熟練掌握拆裝順序、各個(gè)拆裝工具的使用方法,這樣,在進(jìn)行實(shí)際操作的時(shí)候,因?yàn)閷W(xué)生已經(jīng)初步了解了整個(gè)拆裝過程,所以能注意操作要點(diǎn)及重點(diǎn)注意事項(xiàng),這樣將會(huì)有效地減少磨損、延長(zhǎng)拆裝零件與箱體的使用壽命,進(jìn)而降低成本。同時(shí),因?yàn)閷?duì)整個(gè)過程的了解,安全操作規(guī)程已經(jīng)熟悉于心,這樣就大大地降低了實(shí)訓(xùn)的危險(xiǎn)性。所以我們認(rèn)為,探索和研究正確的教學(xué)方法是解決問題和創(chuàng)新的唯一出路。
經(jīng)過我們的討論和總結(jié),并結(jié)合目前教學(xué)手段的不斷更新,融入新技術(shù)和新手段,我們開發(fā)設(shè)計(jì)了一款《車床箱體拆裝訓(xùn)練仿真教學(xué)軟件》,提供了模擬的拆裝實(shí)訓(xùn)的工程背景。軟件涉及400多個(gè)零件、幾十種標(biāo)準(zhǔn)的和自制的工具,為學(xué)生拆裝訓(xùn)練提供了一個(gè)虛擬平臺(tái),實(shí)現(xiàn)了CA616車床主軸箱、進(jìn)給箱、溜板箱拆裝教學(xué)的高逼真演示。軟件具有較逼真的仿真場(chǎng)景人機(jī)互動(dòng)界面,涉及的每個(gè)零件都有正確和形象的三維模型,形象地對(duì)零件進(jìn)行展示,觀察細(xì)節(jié),且軟件具有零件功能展示的作用,較詳細(xì)地對(duì)每個(gè)零件的功能和安裝位置進(jìn)行介紹,并附帶安裝和拆卸注意事項(xiàng)。軟件中每個(gè)零件都可以進(jìn)行三維旋轉(zhuǎn),學(xué)生可以在任意角度觀看零件的結(jié)構(gòu),進(jìn)一步加強(qiáng)了學(xué)生對(duì)零件的了解和對(duì)其功能的認(rèn)識(shí)。軟件很好地模擬了拆裝教學(xué)實(shí)訓(xùn)過程,對(duì)各個(gè)機(jī)構(gòu)進(jìn)行了分開詳細(xì)的講解和拆裝介紹以及對(duì)工具選用的介紹。拆和裝分開展示,過程可反復(fù)進(jìn)行,配有相關(guān)說明和提示。同時(shí),系統(tǒng)具有三維的人機(jī)交互、拆裝實(shí)訓(xùn)操作信息的實(shí)時(shí)反饋和實(shí)訓(xùn)教學(xué)過程跟蹤記錄等功能。學(xué)生可以通過反復(fù)模擬訓(xùn)練,認(rèn)識(shí)和了解零件,模擬拆裝,自由控制過程,但軟件要求學(xué)生按照正確順序,選用正確工具進(jìn)行拆裝,達(dá)到認(rèn)識(shí)和熟練掌握實(shí)際操作要領(lǐng)的目的,同時(shí)兼顧學(xué)生自操自練,使課程不再枯燥,讓學(xué)生很好地參與進(jìn)來。
圖1就是該仿真軟件的交互界面。
圖1 仿真軟件的交互界面
使用這款自主開發(fā)的仿真軟件,可以讓學(xué)生按照實(shí)際的拆裝順序選用合適的工具進(jìn)行模擬拆裝,熟悉整個(gè)拆裝過程,清楚掌握拆裝結(jié)構(gòu)內(nèi)部的裝配關(guān)系和拆裝順序。熟練掌握內(nèi)部的裝配關(guān)系和順序、選用合適的工具,對(duì)下一步的實(shí)際拆裝幫助很大,因?yàn)閷W(xué)生已經(jīng)熟練掌握整個(gè)過程,認(rèn)識(shí)了各個(gè)零件和各裝配關(guān)系,這樣便減少了因?qū)W生對(duì)拆裝課程的不熟悉而導(dǎo)致的無(wú)謂的裝配磨損甚至破壞。并且,經(jīng)過熟悉之后學(xué)生加快了實(shí)際拆裝的速度,正確的操作自然會(huì)降低實(shí)訓(xùn)的危險(xiǎn)性。這也彌補(bǔ)了原來拆裝課教學(xué)的一些不足,例如,由于實(shí)訓(xùn)場(chǎng)地及教學(xué)用零件的局限性,必須分組進(jìn)行實(shí)訓(xùn),不是每個(gè)學(xué)生都能得到鍛煉。軟件最大的特點(diǎn)就是引導(dǎo)學(xué)生按照正確的順序選用合適的工具進(jìn)行拆裝。如果使用不正確則會(huì)提示失敗,這樣加深了同學(xué)們的印象,就避免了在實(shí)際拆裝中犯同樣的錯(cuò)誤。軟件的使用讓學(xué)生更容易專注地掌握相關(guān)的知識(shí),達(dá)到教學(xué)目的,符合現(xiàn)代教育、教學(xué)理念,提高了工程訓(xùn)練教學(xué)的實(shí)訓(xùn)效果。
我們的拆裝工程訓(xùn)練課經(jīng)過調(diào)整后,現(xiàn)在的教學(xué)過程如下:首先講授拆裝的基本知識(shí)和安全操作規(guī)程,再在電腦上利用仿真軟件進(jìn)行模擬拆裝,學(xué)生在老師的引導(dǎo)下學(xué)會(huì)使用該教學(xué)軟件,和老師一起認(rèn)識(shí)零件,了解傳動(dòng)結(jié)構(gòu)及各個(gè)部分的配合關(guān)系,經(jīng)過一系列的熟悉和使用,最后進(jìn)行車床箱體的實(shí)際拆裝。
經(jīng)過模擬拆裝后,學(xué)生由認(rèn)識(shí)到熟悉再到掌握,由于熟練度的提高,學(xué)生實(shí)際拆裝的速度加快,但是整體教學(xué)時(shí)間沒有改變,在很大程度上解決了局限我們的時(shí)間及教學(xué)效果的問題。同時(shí),這很好地解決了我們上面提到過的一直困擾教學(xué)人員的問題,如學(xué)生理解慢、操作難、設(shè)備損耗大,同時(shí)降低了實(shí)訓(xùn)的危險(xiǎn)性。軟件的設(shè)計(jì)目的是模擬拆裝,是一種輔助手段,為更好進(jìn)行拆裝實(shí)訓(xùn)打下基礎(chǔ)。有一點(diǎn)必須明確:工程訓(xùn)練中的實(shí)際操作是不可替代的。
4 為傳統(tǒng)常規(guī)工程技術(shù)訓(xùn)練教學(xué)進(jìn)行了有益的探索
通過創(chuàng)新教學(xué)方法,從教學(xué)設(shè)計(jì)開始思考,運(yùn)用現(xiàn)代教育技術(shù)手段,我們找到了破解拆裝工程訓(xùn)練課教學(xué)瓶頸的辦法。更重要的是,這一實(shí)踐也為我們今后創(chuàng)新傳統(tǒng)常規(guī)工程技術(shù)訓(xùn)練教學(xué)進(jìn)行了有益的探索。長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)工程訓(xùn)練教學(xué)委員會(huì)的專家對(duì)這一教學(xué)模塊的建設(shè)表示肯定。一些近機(jī)類學(xué)院的教學(xué)副院長(zhǎng)紛紛表示本專業(yè)選修這一模塊,他們認(rèn)為,他們的學(xué)生都需要接觸相關(guān)設(shè)備,而這一模塊的教學(xué)能夠滿足他們的需要。
【參考文獻(xiàn)】
[1]曲曉海. 在工程訓(xùn)練中進(jìn)行創(chuàng)新教育的思考[J]. 現(xiàn)代教育科學(xué)(高教研究),2002(06).
[2]鄭志軍. 現(xiàn)代工程訓(xùn)練教學(xué)體系的改革與創(chuàng)新實(shí)踐[J]. 實(shí)驗(yàn)室研究與探索,2008(08).
[3]韓英. 汽車構(gòu)造課程實(shí)踐教學(xué)的改革與實(shí)踐[J].實(shí)驗(yàn)室科學(xué),2009(10).
[4]王瑋. 理工科大學(xué)工程訓(xùn)練教學(xué)改革的探索與實(shí)踐[J]. 南京航空航天大學(xué)學(xué)報(bào)(社會(huì)科學(xué)版) ,2009(10).
[5]齊凌云,余愛華.機(jī)械拆裝實(shí)訓(xùn)中學(xué)生專業(yè)素質(zhì)與能力的培養(yǎng)[J].中國(guó)冶金教育,2008(04).