機(jī)械學(xué)系列課程的多自由度創(chuàng)新教學(xué)模式研究

劉彩玉

摘要本文通過(guò)對(duì)機(jī)械學(xué)系列課程的多自由度創(chuàng)新教學(xué)模式的研究,提出了創(chuàng)新從課堂入手的想法,課堂、課下、實(shí)踐三位一體,形成系統(tǒng)創(chuàng)新結(jié)構(gòu)和多自由度教學(xué)模式。

關(guān)鍵詞機(jī)械學(xué)系列課程多自由度創(chuàng)新教學(xué)模式

中圖分類號(hào):G642文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

創(chuàng)新是機(jī)械設(shè)計(jì)行業(yè)的靈魂。為了迎合這一需求,有必要在機(jī)械學(xué)系列課程中進(jìn)行創(chuàng)新教學(xué)模式的探索。

1 機(jī)械學(xué)系列課程教學(xué)在創(chuàng)新性激發(fā)方面存在的問(wèn)題

機(jī)械學(xué)系列課程包括機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)等相關(guān)主干課,在教學(xué)中的地位舉足輕重。隨著課程教學(xué)改革的層層深入,教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式及教學(xué)手段等發(fā)生了很大的變化。課堂教學(xué)中涉及到大量的常用機(jī)構(gòu)和通用零件,需要將機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)特性和設(shè)計(jì)方法、零件的結(jié)構(gòu)組成和工作原理生動(dòng)形象地展示出來(lái),同時(shí)還要結(jié)合眾多的工程實(shí)例,給以知識(shí)面的拓延,以增加感性認(rèn)識(shí),進(jìn)而提升理論高度。教學(xué)手段的改革為其提供了較好的平臺(tái)。多媒體教學(xué)擯棄了笨重的教具、呆板的掛圖,減少了遲緩的板書(shū),聲形并茂,動(dòng)靜相宜,給機(jī)械學(xué)課程平添了豐富的內(nèi)容、生動(dòng)的色彩、明快的動(dòng)感,促進(jìn)了理解,大大提高了學(xué)習(xí)效率。

然而,隨著這種教學(xué)模式的普及,在解決了傳統(tǒng)板書(shū)教學(xué)的不足之后,其弊端也日漸明顯。即學(xué)生的創(chuàng)新能力受阻。究其原因有三:一是電子講稿總體播放速度較快,學(xué)生思維滯后;二是文字、動(dòng)畫(huà)等媒體形式在屏幕上直接展示,一定程度上縮小了學(xué)生的想象空間,而代之以映像直接入腦,使學(xué)生的積極思維受到扼制,呈現(xiàn)出一定程度的惰性;三是課堂教學(xué)模式單一,教師偏重知識(shí)傳授,學(xué)生偏重聽(tīng)記,自由度較少;四是創(chuàng)新思想孤立加功利,沒(méi)有形成系統(tǒng)的創(chuàng)新體系,只在如創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽等活動(dòng)中體現(xiàn)。

2 機(jī)械學(xué)系列課程多自由度教學(xué)模式的具體措施

針對(duì)以上的問(wèn)題,教研室進(jìn)行了機(jī)械學(xué)系列課程的多自由度教學(xué)模式的探索,形成系統(tǒng)的創(chuàng)新結(jié)構(gòu),實(shí)現(xiàn)由平面思維向空間思維的轉(zhuǎn)化。

(1)課堂教學(xué)環(huán)節(jié)形成創(chuàng)新鏈的重要一環(huán)。創(chuàng)新思想從教學(xué)過(guò)程開(kāi)始。沒(méi)有理論和思維的創(chuàng)新作先導(dǎo),創(chuàng)新設(shè)計(jì)活動(dòng)將變得沒(méi)有著力點(diǎn)一樣,不夠扎實(shí)。首先學(xué)生在課堂上要轉(zhuǎn)變角色,既要有學(xué)生的孜孜求學(xué),又要有專家的置疑態(tài)度,還要有抽象大師的想象空間,要有探討辯論的膽量,既而碰撞產(chǎn)生創(chuàng)新的火花。而教師要善于為學(xué)生提供這一空間,知識(shí)傳授形象、清晰、生動(dòng)但不傾囊,既能調(diào)動(dòng)積極性,又可給學(xué)生多自由度的發(fā)揮余地。創(chuàng)新的思想往往開(kāi)始于形象思維,從大跨度的聯(lián)想中得到啟迪,然后再用嚴(yán)密的邏輯加以驗(yàn)證。為了達(dá)到這一教學(xué)目的,在課堂采用多媒體加板書(shū)復(fù)合教學(xué),合理安排板書(shū)教學(xué)比例,幫助電子講稿授課減速。多媒體講稿內(nèi)容要豐富動(dòng)感、條理清晰、實(shí)例典型,以形象為創(chuàng)新奠基,同時(shí)調(diào)動(dòng)學(xué)生積極性。在內(nèi)容傳授的同時(shí),不斷雙向發(fā)問(wèn),交互探討,拓寬學(xué)生思維空間,甚至可以學(xué)生站上講臺(tái)發(fā)表見(jiàn)解,即啟發(fā)智慧,又鍛煉膽識(shí)?；蛟谡n時(shí)允許的情況下開(kāi)展專題討論課,提前布置,分組發(fā)言。研討是創(chuàng)新的激勵(lì),經(jīng)過(guò)這一環(huán)節(jié),可促進(jìn)知識(shí)的消化吸收和強(qiáng)化,得出更嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)術(shù)結(jié)論。

(2)課下自學(xué)為創(chuàng)新增加了主觀能動(dòng)性。課堂學(xué)時(shí)在一定程度上限制了創(chuàng)新學(xué)習(xí)的時(shí)間與空間。為此,教師在課堂布置任務(wù),或大作業(yè),或討論專題,或參加調(diào)研,學(xué)生課下完成。形式靈活,可獨(dú)立完成,也可分組,組與組間有交流,有比拼,比點(diǎn)子,比創(chuàng)意,可以作業(yè)或大報(bào)告的形式提交自學(xué)成果,完成質(zhì)量高的可提高其平時(shí)考核成績(jī),或提供參加創(chuàng)新設(shè)計(jì)比賽活動(dòng)的機(jī)會(huì)。鼓勵(lì)學(xué)生學(xué)習(xí)課程相關(guān)計(jì)算機(jī)軟件,以便應(yīng)用現(xiàn)代技法完成虛擬樣機(jī)的仿真。同時(shí),也可瀏覽相關(guān)學(xué)科的教學(xué)網(wǎng)站,在廣袤的網(wǎng)絡(luò)資源中擴(kuò)充知識(shí)、了解新領(lǐng)域、搜集新素材并解決疑難問(wèn)題。自學(xué)體現(xiàn)一個(gè)人的學(xué)習(xí)能力和學(xué)習(xí)毅力,同時(shí)解決了學(xué)時(shí)壓縮的問(wèn)題。

(3)開(kāi)展創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)與創(chuàng)新設(shè)計(jì)活動(dòng),包括創(chuàng)新課程設(shè)計(jì)與創(chuàng)新設(shè)計(jì)比賽,為理論與實(shí)踐的結(jié)合搭建更多的平臺(tái),將創(chuàng)新的觸角延伸到多自由度的空間。這是兩項(xiàng)耗時(shí)耗力的工作,但也是學(xué)習(xí)中最有意思并卓有成效的過(guò)程。

機(jī)械學(xué)系列課程的理論性和實(shí)踐性都很強(qiáng),學(xué)生的工程實(shí)踐環(huán)節(jié)又比較薄弱,要培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力就必須依靠課程的實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)配合。實(shí)驗(yàn)不能光是對(duì)書(shū)本知識(shí)的驗(yàn)證與演示,而應(yīng)產(chǎn)生驗(yàn)證理論、提高動(dòng)手能力與激發(fā)創(chuàng)新思維的三重效果。

為此,教研室在傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目基礎(chǔ)上增加一定量的創(chuàng)新與綜合實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,如機(jī)械原理課程的JPCC平面機(jī)構(gòu)組裝實(shí)驗(yàn) 、3DMC機(jī)構(gòu)組合與創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)、機(jī)械設(shè)計(jì)課程的軸系結(jié)構(gòu)創(chuàng)意設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)及機(jī)械傳動(dòng)性能綜合實(shí)驗(yàn)等。如3DMC實(shí)驗(yàn)臺(tái)根據(jù)創(chuàng)造性思維原理和機(jī)構(gòu)組成原理設(shè)計(jì),是二十一世紀(jì)新一代綜合性智能化實(shí)驗(yàn)測(cè)試設(shè)備。學(xué)生通過(guò)機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計(jì)和機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)所萌發(fā)的創(chuàng)造性思維可以從本實(shí)驗(yàn)臺(tái)上得以實(shí)現(xiàn)。實(shí)驗(yàn)臺(tái)既有組成機(jī)構(gòu)的低副桿組、高副桿組及組成這些桿組的各構(gòu)件、機(jī)架和其他輔助連接件等,也有機(jī)械傳動(dòng)等內(nèi)容,可拼裝連桿機(jī)構(gòu)、齒輪機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)、間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、帶傳動(dòng)、鏈傳動(dòng)、蝸輪蝸桿傳動(dòng)以及由它們組合成的性能各異、平面的、空間的機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng),培養(yǎng)了學(xué)生機(jī)械傳動(dòng)方案的設(shè)計(jì)能力。實(shí)驗(yàn)臺(tái)可以測(cè)試原動(dòng)件和執(zhí)行構(gòu)件以及中間任意構(gòu)件的位移、速度、加速度。無(wú)論構(gòu)件是轉(zhuǎn)動(dòng)還是移動(dòng),計(jì)算機(jī)都能準(zhǔn)確地反應(yīng)這些機(jī)構(gòu)的參數(shù),對(duì)已知機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)進(jìn)行驗(yàn)證分析;也可測(cè)試創(chuàng)新機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)參數(shù),為動(dòng)力學(xué)分析提供依據(jù)。學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中,將課堂知識(shí)與自身的判斷、聯(lián)想、動(dòng)手能力結(jié)合起來(lái)。通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)題目的分析、實(shí)驗(yàn)方案的構(gòu)思和優(yōu)化、對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)備的拆裝、實(shí)驗(yàn)過(guò)程成與敗的反復(fù),不斷提高學(xué)生分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力,提高學(xué)生理論與實(shí)踐相結(jié)合的基本素質(zhì),真正發(fā)現(xiàn)理論與實(shí)踐的不可分離性,理論在實(shí)踐中得以驗(yàn)證、延伸與創(chuàng)新。

將實(shí)驗(yàn)裝置作為課程設(shè)計(jì)的載體,也成為教研室課程改革的一項(xiàng)內(nèi)容。課程設(shè)計(jì)在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行,更具有較好的教學(xué)效果。課程設(shè)計(jì)是又一提高學(xué)生創(chuàng)新能力的途徑,但一定要剔除以往傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的因循守舊,開(kāi)辟新渠道。如機(jī)械原理的課程設(shè)計(jì)由單一、古板的圖解法運(yùn)動(dòng)分析變?yōu)榫哂袆?chuàng)造性的機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì),并可充分利用3DMC機(jī)構(gòu)組合與創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行一部分課程設(shè)計(jì),又如機(jī)械設(shè)計(jì)的減速器傳統(tǒng)設(shè)計(jì)變?yōu)镃AD編程,計(jì)算機(jī)仿真軟件運(yùn)用到課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中,完成了虛擬樣機(jī)的制作等等。

為了激勵(lì)學(xué)生創(chuàng)新設(shè)計(jì)的熱情,教研室開(kāi)展了機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)活動(dòng)。好的作品可參加機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)比賽,以便設(shè)計(jì)成果的驗(yàn)證,促進(jìn)技術(shù)交流。這給學(xué)生又一提高自我、展示自我的平臺(tái)。

無(wú)論是開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)、課程設(shè)計(jì)還是設(shè)計(jì)比賽,都使學(xué)生將機(jī)械學(xué)系列課程的學(xué)習(xí)從平面的課堂走到了廣闊的多自由度空間,完成了它們的更好融合。

3 結(jié)論

通過(guò)教研室對(duì)機(jī)械學(xué)系列課程的多自由度創(chuàng)新教學(xué)模式的探索,在學(xué)校的支持下,取得教學(xué)相長(zhǎng)的良好教學(xué)效果。

一方面,教師拓寬思路,教學(xué)水平提高,涌現(xiàn)出學(xué)校的十佳教師,更有教師取得了東北三省的機(jī)械原理課程教學(xué)大賽第一名。相關(guān)機(jī)械學(xué)系列課程成為學(xué)校優(yōu)質(zhì)課,機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計(jì)為院精品課,機(jī)械認(rèn)知實(shí)踐網(wǎng)絡(luò)課程通過(guò)了驗(yàn)收,成為院優(yōu)秀網(wǎng)絡(luò)課程。同時(shí)研制出大量多媒體教學(xué)軟件,在國(guó)家教學(xué)大賽中取得佳績(jī),廣泛投入到教學(xué)中。

另一方面,多自由度教學(xué)模式在學(xué)生中產(chǎn)生較大的正面反響,大大激發(fā)了學(xué)生的主觀能動(dòng)性。學(xué)生學(xué)好理論課的同時(shí),積極主動(dòng)地走入實(shí)驗(yàn)室,走入實(shí)習(xí)工廠,走入創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)小組,走入機(jī)械創(chuàng)新科技活動(dòng)中,部分取得較好的成績(jī)。確確實(shí)實(shí)地加強(qiáng)了學(xué)生對(duì)機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方案的整體認(rèn)識(shí),加強(qiáng)了學(xué)生工程實(shí)踐背景的訓(xùn)練,拓寬延伸了學(xué)生的理論知識(shí)面,培養(yǎng)了學(xué)生綜合設(shè)計(jì)能力及動(dòng)手能力,培養(yǎng)了學(xué)生勇于探索的創(chuàng)新思維精神。

L鼙疚惱掠?009-2010黑龍江省教育廳項(xiàng)目——增強(qiáng)主動(dòng)學(xué)習(xí)和創(chuàng)新思維的機(jī)械基礎(chǔ)課程教學(xué)模式研究的資助