周廷美 陳曉岑 趙敬澤 劉衛(wèi)
摘要:本文針對機(jī)械設(shè)計課程群存在的教學(xué)內(nèi)容分散、系統(tǒng)設(shè)計思想淡化和創(chuàng)新意識薄弱等問題,以機(jī)械類本科生的機(jī)械設(shè)計課程群為例,結(jié)合學(xué)科競賽的內(nèi)涵體系,對基于事件(各類學(xué)科競賽和實(shí)踐教學(xué))的主動式教學(xué)模式進(jìn)行了探索,構(gòu)建了協(xié)同創(chuàng)新體系以及創(chuàng)新活動管理模式,并將該思路運(yùn)用于機(jī)械設(shè)計課程群的建設(shè)和學(xué)科競賽中,取得了較好的效果。
關(guān)鍵詞:事件驅(qū)動;機(jī)械設(shè)計;課程群;體系研究;協(xié)同創(chuàng)新
中圖分類號:G642 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A 文章編號:1674-9324(2015)31-0094-03
機(jī)械設(shè)計課程群(包括機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計、互換性與工程測量等機(jī)械類專業(yè)基礎(chǔ)課)是機(jī)械制造及自動化專業(yè)及近機(jī)類專業(yè)的核心課程,其相關(guān)的課程設(shè)計、實(shí)驗(yàn)及大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練和機(jī)械創(chuàng)新大賽等學(xué)科競賽作為實(shí)踐教學(xué)的重要環(huán)節(jié),是培養(yǎng)學(xué)生動手能力、創(chuàng)新能力和工程能力的有效途徑。
世界發(fā)達(dá)國家工科院校在專業(yè)基礎(chǔ)課建設(shè)與教學(xué)方法研究上,強(qiáng)調(diào)專業(yè)理論性、實(shí)踐性、適應(yīng)性和互動性。美國、德國等發(fā)達(dá)國家采取了一種“3+1”模式,即3個課時理論課后就有1個課時的實(shí)踐課(實(shí)驗(yàn)或?qū)嵺`活動),極大地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)激情和興趣。
多年來,國內(nèi)各高校針對機(jī)械設(shè)計類專業(yè)基礎(chǔ)課程,在課程建設(shè)與教學(xué)方法研究方面做了許多工作。如陳曉岑等對機(jī)械原理實(shí)驗(yàn)方法和內(nèi)容進(jìn)行了教學(xué)改革[1];江帆等針對傳統(tǒng)機(jī)械原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的不足,將TRIZ理論引入機(jī)械原理的實(shí)驗(yàn)教學(xué)[2];侯雨雷等借鑒國際先進(jìn)的CDIO工程教育理念,提出以適應(yīng)產(chǎn)業(yè)需求的項(xiàng)目為載體,以完整工作過程為向?qū)?,依?jù)企業(yè)的真實(shí)工作過程設(shè)計和組織教學(xué)的理念并應(yīng)用于機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)的課程改革實(shí)踐[3];龔厚仙針對機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)課程存在的教學(xué)內(nèi)容零散、系統(tǒng)設(shè)計思想淡化等問題,采取以能力培養(yǎng)為本位的“項(xiàng)目驅(qū)動”教學(xué)模式[4]。上述研究已初見成效,而結(jié)合課程設(shè)計、大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練以及各種學(xué)科競賽更深入、全面地研究機(jī)械設(shè)計課程群的教學(xué)體系與協(xié)同創(chuàng)新的課程群建設(shè)和教學(xué)改革的較少,探索一種適合機(jī)械設(shè)計課程群的、注重理論與實(shí)踐相結(jié)合的,在課程設(shè)計、學(xué)科競賽中集研討式、啟發(fā)式教學(xué)方法的多元化教學(xué)模式,是高校教學(xué)研究的重要課題[5,6]。
一、以事件驅(qū)動為核心的課程群構(gòu)建
針對機(jī)械設(shè)計課程群教學(xué)中原各門課程自成體系、不能有機(jī)聯(lián)系和綜合應(yīng)用的弊端,結(jié)合本科生的實(shí)踐教學(xué)、大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練以及各種學(xué)科競賽活動,將機(jī)械設(shè)計的相關(guān)課程作為一個課程群實(shí)施整體性建設(shè),按照其在培養(yǎng)學(xué)生知識能力結(jié)構(gòu)中的任務(wù)和作用,加強(qiáng)教學(xué)內(nèi)容的有機(jī)聯(lián)系,構(gòu)建連貫而完善的新型課程體系。
在機(jī)械設(shè)計課程群的教學(xué)內(nèi)容上,要涵蓋“系統(tǒng)的設(shè)計思維、創(chuàng)新的設(shè)計理念、現(xiàn)代的設(shè)計方法、具體的設(shè)計實(shí)踐”這幾方面的教學(xué)訓(xùn)練。在課程群設(shè)置上,選擇了機(jī)械原理、機(jī)械原理課程設(shè)計、機(jī)械設(shè)計、機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計、互換性與工程測量、創(chuàng)新設(shè)計與制作等6門課程。通過對機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計、互換性與工程測量這幾門主修課程的內(nèi)容和體系進(jìn)行整合重組,并融入AutoCAD、Pro/E、Ansys等相關(guān)熱門應(yīng)用軟件知識,使學(xué)生在學(xué)習(xí)進(jìn)程中,既有理論知識的學(xué)習(xí),又有實(shí)際的操作訓(xùn)練。以課程設(shè)計、大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練和機(jī)械創(chuàng)新大賽等各種學(xué)科競賽活動為契機(jī),強(qiáng)化實(shí)踐教學(xué),全面提升機(jī)械設(shè)計課程群的實(shí)踐教學(xué)效果,增加學(xué)生的創(chuàng)新能力。
二、以學(xué)科競賽為主線的教學(xué)流程規(guī)劃
在機(jī)械設(shè)計課程群的建設(shè)中,除將課程群內(nèi)的6門課程進(jìn)行內(nèi)容整合和重組外,同時針對新形勢下的人才培養(yǎng)目標(biāo),將學(xué)科競賽的主線貫穿課程群教學(xué)的全過程。
機(jī)械設(shè)計課程群以學(xué)科競賽的創(chuàng)新設(shè)計項(xiàng)目作為教學(xué)的載體,按項(xiàng)目實(shí)施的需要合理安排教學(xué)內(nèi)容。在課程教學(xué)的初期向?qū)W生布置設(shè)計題目(結(jié)合老師的科研課題的設(shè)計選題或按教學(xué)內(nèi)容選定的常規(guī)選題),或?qū)W生結(jié)合大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練和機(jī)械創(chuàng)新大賽自主提出設(shè)計意向,在課程的教學(xué)過程中有意識地結(jié)合設(shè)計題目進(jìn)行授課、實(shí)驗(yàn)和布置課外作業(yè),隨著機(jī)械原理課程的結(jié)束,學(xué)生完成產(chǎn)品的原理設(shè)計;隨著機(jī)械設(shè)計和互換性與工程測量等課程的結(jié)束,學(xué)生完成機(jī)械產(chǎn)品的初步設(shè)計。當(dāng)課程群的教學(xué)任務(wù)完成后,結(jié)合各類學(xué)科競賽,指導(dǎo)老師聯(lián)合指導(dǎo)學(xué)生在初步設(shè)計的基礎(chǔ)上,采用計算機(jī)輔助設(shè)計方法對產(chǎn)品進(jìn)行力學(xué)性能分析和運(yùn)動仿真,根據(jù)分析結(jié)果修改設(shè)計,繪出工程圖。在通過設(shè)計評價后進(jìn)行產(chǎn)品的制作,完成產(chǎn)品樣機(jī)的制作。
三、教學(xué)模式的改革
在課程群的教學(xué)模式改革中,以學(xué)生為主體,通過學(xué)科競賽和新穎的課程設(shè)計引導(dǎo)學(xué)生從被動學(xué)習(xí)向主動學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變,即通過具體的事件引導(dǎo)學(xué)生加強(qiáng)知識和能力的培養(yǎng),強(qiáng)調(diào)課堂教學(xué)與課外學(xué)習(xí)相結(jié)合,引導(dǎo)學(xué)生主動發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題。如在每屆機(jī)械創(chuàng)新大賽前讓學(xué)生圍繞大賽主題自主提出項(xiàng)目申請,充分發(fā)揮學(xué)生的想象力和積極性,真正做到百花齊放。在此基礎(chǔ)上進(jìn)行項(xiàng)目的第一輪篩選。對第一輪入選的項(xiàng)目進(jìn)行可行性論證,引導(dǎo)學(xué)生自己提出問題、分析問題并提出解決問題的方法。然后進(jìn)行第二輪篩選,篩選通過的項(xiàng)目才能進(jìn)入學(xué)校的申報。在課程群教學(xué)模式上結(jié)合課程設(shè)計和學(xué)科競賽進(jìn)行了系列改革嘗試,包括教學(xué)組織形式的創(chuàng)新,即教學(xué)過程相互銜接,設(shè)計過程聯(lián)合指導(dǎo),設(shè)計成果統(tǒng)一評定。
在課堂教學(xué)中,根據(jù)機(jī)械設(shè)計課程群的特點(diǎn),立足工程的觀念組織課堂教學(xué)內(nèi)容。受課時限制,不可能將機(jī)械設(shè)計中的所有內(nèi)容都在課堂中講解,而是結(jié)合課程設(shè)計和學(xué)科競賽進(jìn)行學(xué)習(xí),如機(jī)械設(shè)計中的機(jī)械創(chuàng)新及系統(tǒng)設(shè)計部分則根據(jù)具體的選題,學(xué)生在老師的指導(dǎo)下進(jìn)行具體機(jī)構(gòu)的系統(tǒng)創(chuàng)新設(shè)計,由此加強(qiáng)對機(jī)械系統(tǒng)的認(rèn)識。
在機(jī)械設(shè)計課程群的實(shí)驗(yàn)設(shè)置中,優(yōu)化了原有的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,創(chuàng)建了機(jī)械傳動綜合實(shí)驗(yàn),學(xué)生可以根據(jù)所學(xué)的機(jī)構(gòu),自主進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計,搭建各種各樣的機(jī)構(gòu),完成相應(yīng)的設(shè)計功能,并撰寫實(shí)驗(yàn)報告,以加強(qiáng)學(xué)生創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的能力,增強(qiáng)動手能力。同時結(jié)合各類學(xué)科競賽等科技創(chuàng)新活動激發(fā)學(xué)生參加創(chuàng)新實(shí)踐的積極性。
機(jī)械原理課程設(shè)計主要是鍛煉學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識進(jìn)行綜合設(shè)計的能力,在課程設(shè)計中不再是一個班的學(xué)生做某種機(jī)構(gòu)的設(shè)計、繪圖,而是精選出多種實(shí)際機(jī)構(gòu),讓學(xué)生根據(jù)自己的興趣完成某個機(jī)構(gòu)的原理設(shè)計。機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計主要鍛煉學(xué)生運(yùn)用所學(xué)的機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計、互換性與工程測量等知識進(jìn)行綜合設(shè)計的能力,主要經(jīng)歷方案選擇、傳動能力計算、結(jié)構(gòu)設(shè)計等過程。在課程設(shè)計過程中老師通過講課、答疑等多種方式進(jìn)行指導(dǎo),設(shè)計完成后通過答辯讓學(xué)生清楚地了解自己的設(shè)計是否合理、還存在哪些問題,以避免在以后的設(shè)計過程中出現(xiàn)類似的錯誤。
四、課程群考核模式的改革及協(xié)同創(chuàng)新體系的構(gòu)建
機(jī)械設(shè)計課程群的課程考核以試卷、設(shè)計報告、成果答辯相結(jié)合的形式開展。學(xué)生成績考評特別注重在各類學(xué)科競賽中的創(chuàng)新價值,提高創(chuàng)新性在考評成績中的比例,以及獲獎學(xué)生在保研中的比例,大大提高了學(xué)生的自主創(chuàng)新意識及設(shè)計興趣。
在綜合分析高校創(chuàng)新人才培養(yǎng)現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上,結(jié)合自身專業(yè)特色和機(jī)械設(shè)計課程群的建設(shè),機(jī)電工程學(xué)院于2011年成立大學(xué)生創(chuàng)新基地,并派有多年教學(xué)管理經(jīng)驗(yàn)的管理人員負(fù)責(zé)基地管理,該基地在組織學(xué)生參與創(chuàng)新活動上做了很多努力,形成了一整套完善的創(chuàng)新活動管理模式。(1)構(gòu)建學(xué)科競賽的整合機(jī)制。機(jī)電工程學(xué)院歷來高度重視對學(xué)生創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力的培養(yǎng),積極引導(dǎo)和支持學(xué)生大膽創(chuàng)新,重視和鼓勵學(xué)生參加各類學(xué)科競賽。在學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)和老師的大力支持下,在2011年專門籌措資金、配備場地與師資、添置設(shè)備儀器,成立了大學(xué)生機(jī)械創(chuàng)新基地,負(fù)責(zé)學(xué)院學(xué)生創(chuàng)新活動的指導(dǎo)和課外科技創(chuàng)新比賽的籌備、申報及指導(dǎo)工作,培養(yǎng)與引導(dǎo)大學(xué)生自主進(jìn)行方案設(shè)計、原型樣機(jī)選材、組裝與實(shí)驗(yàn)室調(diào)試驗(yàn)證。(2)學(xué)生團(tuán)隊的組織形式。創(chuàng)新基地成立了4支大學(xué)生創(chuàng)新團(tuán)隊,專注于創(chuàng)新訓(xùn)練和創(chuàng)新競賽,有各自完善的團(tuán)隊管理機(jī)制,是創(chuàng)新項(xiàng)目的載體,也是人才培養(yǎng)的主要組織形式。學(xué)生開展招聘會,自主選拔優(yōu)秀人才,以高年級帶低年級的方式進(jìn)行項(xiàng)目的申報及實(shí)施,以便在各類學(xué)科競賽中充分發(fā)揮集體優(yōu)勢。同時團(tuán)隊采用考核制和淘汰制,定期引進(jìn)新鮮血液,以保證團(tuán)隊的生命力和成員的積極性。團(tuán)隊“以老帶新”的培養(yǎng)模式避免了創(chuàng)新人才的脫節(jié)。(3)教師團(tuán)隊的構(gòu)建。創(chuàng)新基地根據(jù)教師的研究方向,采取自愿的原則建立了一支強(qiáng)大的指導(dǎo)教師團(tuán)隊。教師的悉心指導(dǎo)是團(tuán)隊和項(xiàng)目順利發(fā)展的強(qiáng)大推動力。部分教師將科研項(xiàng)目引入大學(xué)生的培養(yǎng)過程,這種方式激發(fā)了大學(xué)生對科研與創(chuàng)新的興趣,培養(yǎng)了學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的能力。(4)創(chuàng)新基地的管理不斷完善。創(chuàng)新基地從活動場地管理、物品借還管理、經(jīng)費(fèi)管理、項(xiàng)目實(shí)施管理、基地成員管理及合同管理6個方面確立了完善的管理制度,為基地的運(yùn)營提供了良好的基礎(chǔ)條件。創(chuàng)新基地的管理執(zhí)行者由基地志愿者完成,志愿者分為宣傳組、事務(wù)組和技術(shù)組。技術(shù)組負(fù)責(zé)自主創(chuàng)新等項(xiàng)目的初審,事務(wù)組負(fù)責(zé)日常事務(wù)的處理、活動的組織和人事的協(xié)調(diào),宣傳組負(fù)責(zé)創(chuàng)新團(tuán)隊、創(chuàng)新成果和創(chuàng)新基地的宣傳以及基地網(wǎng)站的管理。3個組的良好分工是創(chuàng)新基地良好運(yùn)行的有力支撐。(5)創(chuàng)新實(shí)踐訓(xùn)練。針對不同學(xué)生,基地相應(yīng)地開展不同的創(chuàng)新活動。對于普通學(xué)生,主要開展優(yōu)秀學(xué)子交流會、創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力培訓(xùn)會、團(tuán)隊招聘會、創(chuàng)新成果展示等活動;對于團(tuán)隊成員或賽事經(jīng)選拔后的成員,基地會組織開展專業(yè)技能培訓(xùn)會、模擬答辯、優(yōu)秀研究生交流會等,并組織參與校企合作的創(chuàng)新大賽。全方位的創(chuàng)新活動能夠有效、循序漸進(jìn)地培養(yǎng)和提高學(xué)生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力。(6)創(chuàng)新訓(xùn)練成果。自2011年成立以來,機(jī)電創(chuàng)新基地經(jīng)過3年多的探索引起了廣泛的關(guān)注,并取得了驕人的成績:3年來基地收集學(xué)生自主創(chuàng)新項(xiàng)目申報200余項(xiàng),全國大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目100余項(xiàng),覆蓋人數(shù)近1100人次,約占本院45%的本科學(xué)生;2011—2013年自主創(chuàng)新和國家創(chuàng)新訓(xùn)練計劃總立項(xiàng)資金達(dá)100萬元;2013—2014年自主創(chuàng)新團(tuán)隊項(xiàng)目和個人項(xiàng)目立項(xiàng)14項(xiàng),班級項(xiàng)目立項(xiàng)4項(xiàng),總覆蓋人數(shù)達(dá)238人次。2012—2014年學(xué)院整體參與科技創(chuàng)新活動及獲獎情況如表1所示。
五、結(jié)論
基于事件驅(qū)動的機(jī)械設(shè)計課程群的體系研究,將機(jī)械專業(yè)的幾門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課作為一個課程群實(shí)施整體性建設(shè),解決了機(jī)械設(shè)計課程群教學(xué)中各門課程自成體系、不能有機(jī)聯(lián)系和綜合應(yīng)用的弊病。以學(xué)科競賽等事件為主線的課程群教學(xué)流程設(shè)計,讓學(xué)生將課程學(xué)習(xí)和學(xué)科競賽等實(shí)踐環(huán)節(jié)緊密聯(lián)系起來,提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的目的性。課程群考核模式的改革進(jìn)一步提高了學(xué)生參加各種學(xué)科競賽的積極性,收到了良好的教學(xué)效果。
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