劉慧玲 張建國(guó)

晉中學(xué)院機(jī)械學(xué)院 山西晉中 030619

基于系統(tǒng)設(shè)計(jì)理念的機(jī)械類課程教學(xué)方法研究

劉慧玲 張建國(guó)

晉中學(xué)院機(jī)械學(xué)院 山西晉中 030619

提出采用系統(tǒng)集成的多媒體課件制作方法，能夠?qū)?guó)家精品課程的優(yōu)秀素材、學(xué)校自主實(shí)驗(yàn)室的實(shí)踐影像、精妙的教學(xué)設(shè)計(jì)集成到課件中，增強(qiáng)了課堂的有效信息；采用基于系統(tǒng)設(shè)計(jì)理念的模塊化教學(xué)，有助于融合不同課程的專業(yè)知識(shí)，提高學(xué)生的綜合應(yīng)用能力；采用系統(tǒng)性的全面考核，加大過程考核比例，使得考核貫穿整個(gè)教學(xué)過程，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，為基于系統(tǒng)設(shè)計(jì)理念的機(jī)械類課程教學(xué)體系的建立奠定基礎(chǔ)。

系統(tǒng)設(shè)計(jì)；機(jī)械類課程；教學(xué)方法

機(jī)械工程是一門應(yīng)用性較強(qiáng)的學(xué)科，在該專業(yè)的本科生培養(yǎng)方案中包括了機(jī)械制圖、機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計(jì)、互換性與公差、機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)等專業(yè)課程。這些課程的實(shí)踐性較強(qiáng)，導(dǎo)致學(xué)生對(duì)其理論課堂學(xué)習(xí)積極性較低，所以針對(duì)機(jī)械類課程的特點(diǎn)進(jìn)行教學(xué)方法研究，有助于幫助教師提高教學(xué)效果。

高校課程的教學(xué)方式包括理論教學(xué)、實(shí)驗(yàn)、實(shí)習(xí)等環(huán)節(jié)，教學(xué)過程包括多媒體課件的制作、教案與教學(xué)設(shè)計(jì)、課堂講授、考核等環(huán)節(jié)。本文提出的基于系統(tǒng)設(shè)計(jì)理念的機(jī)械類課程教學(xué)方法，是針對(duì)機(jī)械類課程實(shí)踐性強(qiáng)的特點(diǎn)，將實(shí)驗(yàn)、實(shí)習(xí)等實(shí)踐環(huán)節(jié)融入理論課堂中。具體分為三部分：基于系統(tǒng)集成的多媒體課件制作，基于系統(tǒng)設(shè)計(jì)的模塊化教學(xué)，基于系統(tǒng)性的考核模式。通過多媒體課件制作、模塊化教學(xué)、考核模式的研究，為基于系統(tǒng)設(shè)計(jì)理念的機(jī)械類課程教學(xué)體系的建立奠定基礎(chǔ)。

1 基于系統(tǒng)集成的多媒體課件制作

多媒體技術(shù)是集聲音、圖像、文字于一體的信息集成，廣泛應(yīng)用在高校教學(xué)課堂中。目前，大部分課程都采用多媒體課件進(jìn)行教學(xué)，但是多媒體課件的制作水平普遍較低，甚至很多課件是教材的復(fù)制品，沒有針對(duì)具體教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行相應(yīng)的教學(xué)設(shè)計(jì)，導(dǎo)致無(wú)法達(dá)到預(yù)期的教學(xué)效果[1]。隨著國(guó)家教育部推行的教育資源共享的實(shí)行，制作多媒體課件時(shí)應(yīng)充分利用共享資源，在共享資源的基礎(chǔ)上突出學(xué)校的實(shí)驗(yàn)室特色，突出教師的教學(xué)設(shè)計(jì)與組織。以系統(tǒng)集成為原則的多媒體課件制作方法包括以下幾方面。

首先，隨著國(guó)家精品課程的逐年完善，機(jī)械類的基礎(chǔ)課程以及大多數(shù)專業(yè)課程都已經(jīng)是國(guó)家級(jí)精品課程，從國(guó)家精品課程官網(wǎng)可以下載到相關(guān)課程的教案與多媒體課件等相關(guān)資料。精品課程在建設(shè)過程中，基本是以某一本國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材為基體制作多媒體課件，課件基本是按照教材的章節(jié)制作，其結(jié)果往往導(dǎo)致課件缺乏生動(dòng)性，且很單一。當(dāng)然由于國(guó)家精品課程大多數(shù)是由知名院校的教學(xué)名師承辦，教材中的素材都是經(jīng)過精挑細(xì)選，認(rèn)真編排，所以我們?cè)谥谱鳈C(jī)械類課程的多媒體課件時(shí)，可以借鑒國(guó)家精品課程中的優(yōu)秀素材，學(xué)生從中可以挖掘到更多潛在的知識(shí)。

其次，我院現(xiàn)在設(shè)有機(jī)械原理實(shí)驗(yàn)室、機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室、機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室、3D打印室、CAD/ CAM實(shí)驗(yàn)室、液壓與氣動(dòng)實(shí)驗(yàn)室以及金工實(shí)習(xí)中心。實(shí)驗(yàn)室里有最新的教學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)備，我們可以將每種設(shè)備的教學(xué)過程錄像存檔，為機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)、機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)、液壓與氣動(dòng)等課程的理論課堂提供實(shí)踐性較強(qiáng)的圖像資料。機(jī)械類課程的實(shí)踐性較強(qiáng)，每門課程都有一定比例的實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)，大部分本科院校都面臨學(xué)生多、實(shí)驗(yàn)設(shè)備少的困境，一個(gè)班的學(xué)生圍著一臺(tái)實(shí)驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行教學(xué)，效果不好，更無(wú)法將理論知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合。所以我們?cè)谥谱鞫嗝襟w課件時(shí)，應(yīng)該將學(xué)院已有的實(shí)驗(yàn)素材融入課件中[2]，不僅豐富了理論課堂，有利于學(xué)生掌握深?yuàn)W且抽象的理論知識(shí)，而且有利于培養(yǎng)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的創(chuàng)新能力。

最后，多媒體課件絕對(duì)不是完全重復(fù)教材上的文字與圖片，每一節(jié)課的課件應(yīng)該根據(jù)教學(xué)大綱和教案進(jìn)行詳細(xì)的教學(xué)設(shè)計(jì)。多媒體課件應(yīng)該具備一定的邏輯性，如圍繞某個(gè)問題展開教學(xué)，應(yīng)從為什么開始引入，然后深入問題核心，挖掘問題本質(zhì)[3]。同時(shí)多媒體課件的編排應(yīng)該以流程圖、圖片或視頻資料為主，文字為輔，杜絕課件變成傳統(tǒng)板書，這樣有利于增強(qiáng)教師與學(xué)生的互動(dòng)，有利于調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性與注意力。

綜上所述，隨著國(guó)家教育部對(duì)高校教育的投入，國(guó)家精品課程官方網(wǎng)站逐步完善，學(xué)院實(shí)驗(yàn)室建設(shè)逐漸健全，教師的專業(yè)素質(zhì)日漸提高，制作機(jī)械類專業(yè)課程的多媒體課件時(shí)，應(yīng)以系統(tǒng)集成為原則，集國(guó)家級(jí)精品課程的優(yōu)秀素材、實(shí)驗(yàn)室優(yōu)質(zhì)的實(shí)踐影像素材、精妙的教學(xué)設(shè)計(jì)于一體，優(yōu)化教學(xué)過程及效果教學(xué)。

2 基于系統(tǒng)設(shè)計(jì)的模塊化教學(xué)

目前，模塊化教學(xué)是應(yīng)用型本科院校的教學(xué)趨勢(shì)，其核心思想是基于系統(tǒng)設(shè)計(jì)理念的案例教學(xué)，通過對(duì)一個(gè)案例的全過程的示范教學(xué)，使得學(xué)生能夠掌握案例學(xué)習(xí)中涉及的所有知識(shí)，在實(shí)踐中更好地理解理論知識(shí)，從而達(dá)到舉一反三的目的[4]。對(duì)于機(jī)械設(shè)計(jì)與制造模塊來說，我們可以選擇一個(gè)難度適中的具有獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的部件，從機(jī)械運(yùn)動(dòng)原理分析、機(jī)械設(shè)計(jì)理論及方法、機(jī)械零件組成、三維模型的創(chuàng)建、機(jī)械制圖基礎(chǔ)及二維工程圖的生成等方面展開案例教學(xué)。

通過多年的實(shí)踐教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，虎鉗是教學(xué)過程中非常典型的例子，下面以虎鉗的設(shè)計(jì)與制造為例，說明如何在機(jī)械設(shè)計(jì)與制造方向?qū)崿F(xiàn)模塊化教學(xué)。首先，調(diào)研虎鉗的用途。虎鉗主要用于制造和維修零件，起夾持工件的作用，這意味著虎鉗需要具備夾緊和松開工件的功能。經(jīng)調(diào)研，該虎鉗的最大夾持工件的尺寸為69 mm，這要求虎鉗的兩塊鉗口板之間的最大行程為69 mm。其次，如何實(shí)現(xiàn)虎鉗的運(yùn)動(dòng)可以從機(jī)械原理與機(jī)械設(shè)計(jì)課程中找方法。四桿機(jī)構(gòu)、凸輪導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)、液壓缸、絲桿螺母機(jī)構(gòu)等都可以把旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成往復(fù)運(yùn)動(dòng)，考慮到這里設(shè)計(jì)的虎鉗規(guī)格尺寸較小，且工件通常為較重的鑄件，以方便攜帶與安裝為優(yōu)先原則，采用絲桿螺母機(jī)構(gòu)。再次，繪制裝配示意圖以便確定虎鉗整個(gè)裝配體的零件組成及位置關(guān)系，用CAD/CAM課程中的Solidworks對(duì)各個(gè)組成零件進(jìn)行三維建模，并組建裝配體。在建模的過程中，要充分考慮各個(gè)零件的功能以及與其他相鄰零件的配合關(guān)系，比如固定底座要能夠容納絲桿螺母機(jī)構(gòu)，同時(shí)又能夠固定在工作臺(tái)上；絲桿螺母機(jī)構(gòu)要考慮到沿著螺母方向兩端的標(biāo)準(zhǔn)件的定位與防松裝置；動(dòng)掌與絲杠螺母機(jī)構(gòu)的連接關(guān)系、鉗口板與底座及動(dòng)掌的連接關(guān)系等。然后，根據(jù)機(jī)械制圖課程中零件圖與裝配工程圖的表達(dá)方法，選擇恰當(dāng)?shù)囊晥D完成虎鉗裝配圖以及關(guān)鍵零件的零件圖；根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)課程中零件的設(shè)計(jì)原則標(biāo)注工程圖的技術(shù)要求；根據(jù)機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)課程中的工藝知識(shí)編寫每個(gè)零件的工藝卡片。最后，每個(gè)學(xué)生選擇一個(gè)關(guān)鍵零件到金工實(shí)習(xí)中心進(jìn)行加工。在加工過程中，可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境需求對(duì)工程圖與工藝卡片進(jìn)行調(diào)整，讓學(xué)生充分認(rèn)識(shí)到設(shè)計(jì)的產(chǎn)品必須具備工藝性。

基于系統(tǒng)設(shè)計(jì)理念的模塊化教學(xué)，有助于學(xué)生將理論知識(shí)轉(zhuǎn)化為實(shí)踐，通過實(shí)踐消化吸收理論知識(shí)，同時(shí)能夠把不同專業(yè)課程的知識(shí)融合在一起解決實(shí)際問題，加深了學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解與應(yīng)用，增強(qiáng)了學(xué)生的工程實(shí)踐應(yīng)用能力。

3 基于系統(tǒng)性的考核模式

考核方式是教學(xué)的指揮棒，合理的考核方式能夠調(diào)動(dòng)教師與學(xué)生的積極性，提高教學(xué)效果。目前我校采取的考核方式仍然由平時(shí)成績(jī)和期末筆試成績(jī)組成，其中平時(shí)成績(jī)由平時(shí)作業(yè)與考勤組成，占20%。這種考核方式單一，仍然屬于一卷定乾坤，學(xué)生只要考試前臨時(shí)抱佛腳，就基本能夠通過考試，無(wú)法真正有效衡量學(xué)生在課程中應(yīng)該學(xué)到的系統(tǒng)知識(shí)與能力[5]。

為了能夠調(diào)動(dòng)學(xué)生在整個(gè)課程的學(xué)習(xí)過程中的積極性，應(yīng)該進(jìn)行全面的系統(tǒng)性的考核。在實(shí)際的考核過程中可根據(jù)教學(xué)單元進(jìn)行過程考核，多次考核累計(jì)構(gòu)成學(xué)生本門課程的最終成績(jī)。過程考核形式包括課堂作業(yè)、小組作業(yè)、課堂活動(dòng)表現(xiàn)等環(huán)節(jié)，課堂作業(yè)考核了學(xué)生的個(gè)人學(xué)習(xí)能力，小組作業(yè)考核了學(xué)生的合作學(xué)習(xí)能力，課堂活動(dòng)考核了學(xué)生的綜合素質(zhì)。期中和期末考試分別以筆試進(jìn)行，主要圍繞教材的學(xué)習(xí)內(nèi)容進(jìn)行，其成績(jī)分別占最終考核成績(jī)的10%；過程考核主要圍繞課堂教學(xué)內(nèi)容的拓展知識(shí)進(jìn)行，占最終考核成績(jī)的80%。通過加大過程考核比例，不僅能夠覆蓋課程的各個(gè)學(xué)習(xí)階段，而且能夠有效考核學(xué)生的綜合能力，調(diào)動(dòng)了學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)的主觀能動(dòng)性，較大幅度地提高了教學(xué)質(zhì)量。

4 結(jié)束語(yǔ)

國(guó)家對(duì)應(yīng)用型本科院校的定位為培養(yǎng)實(shí)踐應(yīng)用能力較強(qiáng)的人才，而機(jī)械工程又是一門實(shí)踐性非常強(qiáng)的學(xué)科，所以在從事機(jī)械類本科課程的教學(xué)時(shí)，應(yīng)該讓系統(tǒng)設(shè)計(jì)的理念貫穿整個(gè)教學(xué)過程，使學(xué)生在實(shí)踐中學(xué)習(xí)理論知識(shí)，增強(qiáng)學(xué)生的實(shí)踐應(yīng)用能力。本文提出采用系統(tǒng)集成的多媒體課件制作方法，能夠?qū)?guó)家精品課程的優(yōu)秀素材、學(xué)校自主實(shí)驗(yàn)室的實(shí)踐影像、精妙的教學(xué)設(shè)計(jì)集成到課件中，增強(qiáng)了課堂的有效信息；采用基于系統(tǒng)設(shè)計(jì)理念的模塊化教學(xué)，有助于融合不同課程的專業(yè)知識(shí)，提高學(xué)生的綜合應(yīng)用能力；采用系統(tǒng)性的全面考核，加大過程考核比例，使得考核貫穿整個(gè)教學(xué)過程，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。目前液壓控制系統(tǒng)、精密制造與特種加工、機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)、控制工程基礎(chǔ)、機(jī)械CAD/CAM等課程采用了基于系統(tǒng)設(shè)計(jì)理念的多媒體課件制作方法，機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)的課程設(shè)計(jì)采用了模塊化教學(xué)方法，其中部分課程采用了系統(tǒng)性的全面考核手段，有效激發(fā)了學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的潛能， 增加了理論課堂的趣味性與實(shí)用性。通過問卷調(diào)查，模塊化教學(xué)與過程考核受到了學(xué)生的廣泛好評(píng)。隨著實(shí)踐教學(xué)經(jīng)驗(yàn)的豐富和輔助教學(xué)設(shè)備的改進(jìn)，基于系統(tǒng)設(shè)計(jì)理念的教學(xué)方法體系會(huì)不斷地修改與完善，從而進(jìn)一步提高教學(xué)效果與教學(xué)質(zhì)量。

[1]孔文.對(duì)高師院校多媒體教學(xué)的調(diào)查與思考[J].教育與職業(yè),2007(18):165-166.

[2]張紅,李新華,閔淑輝.基于系統(tǒng)設(shè)計(jì)理念的高校多媒體教學(xué)優(yōu)化研究[J].湖南農(nóng)機(jī),2011,38(5):159-160.

[3]張紅.多媒體教學(xué)中存在的問題及對(duì)策[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué),2009,37(22):10801.

[4]李克勤.基于CDIO理念的機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)課程教學(xué)實(shí)踐[J].科教導(dǎo)刊,2015(11):128-129.

[5]劉慧玲,李玲.高等學(xué)校機(jī)械基礎(chǔ)課程體系教學(xué)改革研究[J].中國(guó)現(xiàn)代教育裝備,2011(21):75-77.

Research on Teaching Methods of Mechanical Courses Based on Systemic Design

Liu Huiling,Zhang Jianguo

Jinzhong University, Jinzhong, 030619, China

Methods of making multimedia courseware based on the systemic integration are proposed, which integrate the outstanding materials in the national quality courses, the practical image about the independent laboratory in universities, exquisite design into the courseware to expand the valid information in class. The modular teaching based on the concept of systemic design contributes to the integration of different expertise curriculum and improves the comprehensive ability of students. The comprehensive systematic assessment increases the proportion of process assessment so that the assessment distributes in the teaching process, which fully mobilizes the enthusiasm of students. All lay the foundation for the establishment of the teaching system about the mechanical courses based on the concept of systemic design.

systemic design; mechanical courses; teaching methods

2016-06-12

劉慧玲，博士，副教授。

晉中學(xué)院教學(xué)改革項(xiàng)目(編號(hào)：212012jg17)。