以学生为中心机械原理课程设计改革

2022-09-21 16:29:12 来源:写作指导

摘要:为了提高机械类学生的跨学科知识学习、创新能力,以学生为中心,应用新技术探索新的教学模式,在机械原理课程设计中实施教学改革。把学生变为设计的主角,让大学生应用新的工具和小组互动教学模式,激发学习兴趣,释放学习主动力;并实施过程性考核与改进反馈,提升学生解决问题的能力。

关键词:以学生为中心;角色转换;小组互动;过程性考核

随着我国经济转型、产业升级加速,设备制造业发展势在必行。打造具有国际竞争力的制造业,已成为我国提升综合国力、建设世界强国的必经之路。党的指明了我国工业发展方向为“创新驱动发展”。工业企业对机械类毕业生的创新能力、设计能力等综合素质提出了更高的要求。因此当前机械类专业教学改革势在必行。机械原理课程设计是学生应用机械原理理论进行机械系统设计的实践教学课,对学生创新思维开发有重要作用。国内许多高校教师近年来对机械原理课程设计的教学改革进行了探究。张晋西[1]、尹旭妮[2]从题目设定方面分析了提高学生设计能力的重要性;王涛[3]、黄小龙[4]等提出将图纸设计与虚拟仿真相结合的新模式;陆凤仪[5]阐述了多样性教学方法和手段的重要性;郭志强[6]提出应将创新设计理念贯穿于课程设计的整个环节;王慧明[7]通过学科竞赛培养学生理论与实践相结合的能力。但现有教学改革中学生仍然是被动参与对象,大多利用新技术维护原有的教学理念。大学生具有很强的学习能力,但是在教学中往往是被动的知识接收对象,学生以往养成的被动学习习惯也是当前很多高校教师教学创新无法持续的主要原因。机械原理课程设计初期,教师希望学生设计方案和方法创新,但学生不配合、不积极参与,教师很难调动学生的积极性,让学生在设计中实现创新的想法无法有效地完成。以学生为中心,在机械原理课程设计中实施教学改革探索,把学生变为设计的主导者,开发学习主动力,目的在于改变被动接受式的学习模式,让学生独立思考、应用跨学科知识和新工具积极创新。

1机械原理课程设计改革要解决的教学问题

1.1实践与创新过程中学生自主学习“内动力不足”的问题。从“被动式”学习转变为“自主式”学习,新的学习方式方法及习惯的转变需要培育和养成。大学生由于对知识立体运用、行业目标定位、个人发展规划等方面能力的欠缺,客观上限制了学生产生学习的“内动力”,也制约了教学目标的达成。工程教育注重实践能力和创新能力的培养,如何有效激发学生主观能动性,是大学教育目前需要面对的一个重要问题。

1.2学生综合应用各学科知识和工具的能力不足的问题。以新产业、新技术为特征的新经济对新兴交叉学科的发展提出了更多的新要求。大学中开展了很多面向大学生创新创业的课内外活动和竞赛,虽然在很大程度上激发了大学生创新创业的积极性,但学生综合应用各学科知识和工具能力不足的问题,使得创新创业活动在培养学生创新能力方面的效果欠佳。通过教学改革,为学生提供在课程设计过程中创造跨学科的平台及机会,对不同的观点和思维方式进行整合,提高大学生综合运用交叉学科知识解决复杂工程问题的能力,也是教学改革需要解决的问题。

1.3不能发挥小组作用。结果评价及考核没有形成有效反馈目前在机械原理课程设计具体实施过程中,教师会把学生2~3人分成一个小组,每个小组成员对同一个设计题目都需要独立完成3个设计方案,每个小组再选出1个最优方案进行机构结构尺寸的设计和运动分析,小组成员任务相同,个人能力不能充分展示;成员间缺乏有效的沟通,通过小组合作培养学生团队意识和协作精神的目的不能实现。课程设计完成后,学生缺少自我验证环节,教师成绩评价和成绩考核结果不能有效反馈学习效果。这也是当前机械原理课程设计中存在的客观问题。

2机械原理课程设计改革与实践的主要内容

2.1教师和学生的角色转变。现有的机械原理课程设计一般流程如图1所示。这一过程中,教师布置固定题目,学生查找资料,完成设计,教师在这一过程中答疑和考核。学生分到的题目不一定是自己感兴趣的题目,完成设计较被动;小组成员不管能力如何都要完成相同的设计任务,设计能力差的学生完成设计任务比较困难,缺乏自信心;小组成员之间没有有效沟通,成员之间的方案也很容易雷同;教师在设计过程中针对每名学生多次重复长时间答疑、审核,学生以完成任务为目标,大部分学生仅纠结于自己的设计是否能“过”,设计中较难创新。以学生为中心的机械原理课程设计改革新流程如图2所示,深色框内的工作由学生小组共同完成,学生是设计的主动者。题目的布置、小组成员在设计过程中的作用、角色划分都要以学生为中心。题目所设计的机构接近学生生活,让学生在题目组内相对自主地选择自己感兴趣的设计题目。而小组成员分工和完成的任务根据学生的能力和爱好,让学生在基本任务完成的基础上,后续工作拥有选择权,尽量做到“因能力设计”,让学生有“参与感”。在课程设计实施过程中,教师的角色将由设计结果“考核者”变为设计过程“引导者”,从单纯用成绩考核学生对课本知识的应用,转变为引导学生对基础知识消化、运用并实施创新。教师在课程设计过程采用“线上+线下”辅导的方式,通过学习通App建立线上课程让学生加入,在线上课程资料中提供动图、视频、论文等资料供学生参考,通过线上课程讨论区与学生随时沟通,再通过线下小组答辩指导点评。指导过程中,教师要始终坚持以学生自主探索、自主解决问题为原则,调动学生的主动性、创造性。对于设计中出现的共同性、典型性以及重要的问题,及时通过线上沟通对小组成员组织讨论并点评、总结,当好学生设计的引导者。

2.2提高小组总工作量。综合应用各学科知识和工具随着计算机技术的发展,为满足跨学科交叉能力的需要,课程设计过程中学生运用计算机进行三维建模、机构运动学仿真、分析与动力学分析,替代以前的二维CAD画图和手工图解法进行运动分析。三维模型机构动作的直观性使学生学习计算机仿真软件的兴趣和积极性提高,进一步调动了学生学习的内动力。引导学生应用ADAMS或Solidworks等软件对机构设计方案进行虚拟设计和运动学仿真,可以直观验证方案的正确与否,动力学分析过程既可以用到力学相关知识,还能提高软件应用能力。而PowerPoint制作、答辩、讲解等过程,不仅提高了学生在计算机应用、运动分析的知识能力,而且还能让学生的表达能力和工具软件的使用能力也明显提高。

2.3提升小组作用。实施过程性考核及改革反馈机制机械原理课程设计改革实践中,小组成员根据自己的知识结构和特点,在设计过程中独立完成自己相应能胜任的任务。在基础方案设计结束,课程基础扎实的学生可以完成结构尺寸设计计算;擅长计算机的学生可以完成三维设计及运动仿真;基础一般的学生可以帮助查找资料,制作PowerPoint、整理说明书擅长表达的学生可以代表小组进行讲解和答辩。最大限度地发挥每名学生的能力,通过小组合作发挥群体的积极性,提高个体的学习动力和能力,进一步激发学生的主动性、创造性。课程设计采用过程性考核和及时改进反馈机制,小组成员在小组多次讨论和组内答辩过程中完成同伴学习,互相指出设计中存在的问题,每次讨论都是过程评价的依据。小组最终讨论完成后,成员间根据设计过程中的贡献度做小组内互评,进一步发挥小组相互督促、监督的作用,也使得评价结果更加公平。小组间答辩结束后,及时反馈,学生修改出现的错误。学生最终提交的打印图纸和文档必须是答辩小组讨论通过并且学生修改完毕的最终稿,通过全班答辩后,针对答辩意见的反馈再次修改,这些措施都有利于督促每名学生认真分析研究,积极动手设计,提升成就感。

3结语

在机械原理课程设计过程中实施教学改革,从最初的机构方案设计到最终的机构运动仿真模型及运动分析,以学生为中心,通过小组合作互动及角色转换,激发学生学习内动力,积极参与并发挥个人能力;实施过程性考核与改进反馈,在指导教师的协助下,学生跨学科知识应用和创新能力得到了明显提高。

作者:惠烨 王涛 梁金生 闫茹 屈忠鹏 单位:陕西科技大学机电工程学院