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    創(chuàng)新型機(jī)械綜合實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的開(kāi)發(fā)及教學(xué)研究

    2013-04-12 00:00:00劉宏偉孫新國(guó)
    教書(shū)育人·高教論壇 2013年11期

    機(jī)械綜合實(shí)驗(yàn)Ⅳ是為機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)四年制本科生開(kāi)設(shè)的一系列綜合實(shí)驗(yàn)課程之一,旨在利用先進(jìn)制造技術(shù),從學(xué)以致用的人才培養(yǎng)理念出發(fā),培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力、綜合應(yīng)用能力、系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力及創(chuàng)新實(shí)踐能力。機(jī)械綜合實(shí)驗(yàn)Ⅳ課程是適應(yīng)卓越工程師教育新開(kāi)設(shè)的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)[1],實(shí)驗(yàn)做什么、如何做,如何實(shí)現(xiàn)課程教學(xué)目標(biāo)是本課程亟待研究的課題。圍繞上述問(wèn)題,我們對(duì)課程教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)計(jì)等方面作了深入研究,并在07級(jí)、08級(jí)兩屆學(xué)生中成功開(kāi)設(shè)相應(yīng)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,收到了預(yù)期教學(xué)效果。

    一深化課程內(nèi)容改革,提高學(xué)生綜合應(yīng)用能力

    實(shí)驗(yàn)教學(xué)不是課程教學(xué)的一個(gè)附屬環(huán)節(jié),而是“提供獲得知識(shí)的方法,培養(yǎng)學(xué)生研究、批判和反省的精神,使他們有自動(dòng)追求知識(shí)和不斷研究的能力”[2]的教學(xué)途徑之一。機(jī)械綜合實(shí)驗(yàn)Ⅳ是獨(dú)立開(kāi)設(shè)的綜合性實(shí)踐課程,安排在第七學(xué)期進(jìn)行,機(jī)械設(shè)計(jì)、制造等專(zhuān)業(yè)課程已全部學(xué)完,盡管這時(shí)學(xué)生已初步具備了CAD產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能力、CAPP制造工藝設(shè)計(jì)能力和利用先進(jìn)數(shù)控設(shè)備加工能力和基本的機(jī)電產(chǎn)品質(zhì)量檢測(cè)能力,但對(duì)于產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的全過(guò)程缺乏系統(tǒng)認(rèn)識(shí)和實(shí)戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn),知識(shí)是離散的,能力也是支離破碎的。通過(guò)綜合實(shí)驗(yàn),以工程項(xiàng)目為主線組織教學(xué),學(xué)生3~5人為單位組成多個(gè)工作團(tuán)隊(duì),從產(chǎn)品設(shè)計(jì)開(kāi)始經(jīng)過(guò)工藝分析、編程制造、檢測(cè)、安裝調(diào)試等使每個(gè)學(xué)生親歷工程項(xiàng)目的全過(guò)程,把自己的設(shè)計(jì)通過(guò)規(guī)范的工程方式轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品,同時(shí)將所學(xué)專(zhuān)業(yè)知識(shí)串起來(lái),綜合運(yùn)用設(shè)計(jì)、制造、檢測(cè)等技能,完成完整的知識(shí)結(jié)構(gòu)和綜合能力的建構(gòu)。

    實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)體現(xiàn)三個(gè)重要特征:一是先進(jìn)性,二是綜合性,三是創(chuàng)新性。先進(jìn)制造技術(shù)包括先進(jìn)的設(shè)計(jì)方法、先進(jìn)的制造工藝、機(jī)電一體化制造裝備以及先進(jìn)的設(shè)計(jì)和制造理念。

    設(shè)置實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目時(shí)為激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí),培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力,將項(xiàng)目安排為學(xué)生自選項(xiàng)目和課程指定項(xiàng)目?jī)纱箢?lèi)。在指定項(xiàng)目(見(jiàn)表1,機(jī)械綜合實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目一覽表,項(xiàng)目1~4)中將先進(jìn)的設(shè)計(jì)、制造、檢測(cè)技術(shù)貫穿項(xiàng)目的始終,確保項(xiàng)目符合先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展要求。指定項(xiàng)目要求學(xué)生采用逆向設(shè)計(jì)或正向設(shè)計(jì)的方法,教師提供復(fù)雜曲面產(chǎn)品原型,由學(xué)生用三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x進(jìn)行測(cè)量,用反求軟件如Surface,Pro/E, UGⅡ,進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和曲面重構(gòu),并對(duì)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì),在此基礎(chǔ)上選擇數(shù)控加工或快速原型制造,完成零件加工;然后用三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x進(jìn)行精度檢測(cè),對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行分析,查找誤差源。上述實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的設(shè)置無(wú)論是設(shè)計(jì)方法還是選用的軟件及設(shè)備均符合當(dāng)今制造技術(shù)的發(fā)展方向,具有先進(jìn)性。制造技術(shù)本身具有綜合化特征,學(xué)生實(shí)驗(yàn)過(guò)程中用到的CAD、CAPP、CAM、NC(數(shù)控)、RP(快速原型)、CMM(三坐標(biāo)測(cè)量機(jī))等先進(jìn)設(shè)計(jì)、制造、檢測(cè)精密設(shè)備都是多學(xué)科的研究成果,每個(gè)學(xué)生親歷工程項(xiàng)目的全過(guò)程,自身的綜合能力得到提升。

    二激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新設(shè)計(jì)的熱情,提高實(shí)踐能力

    創(chuàng)新能力培養(yǎng)是工程訓(xùn)練教學(xué)的精髓,質(zhì)量為本,創(chuàng)新是魂[3]。因此在機(jī)械綜合實(shí)驗(yàn)Ⅳ項(xiàng)目設(shè)置中給出了學(xué)生自選項(xiàng)目的空間,以學(xué)生為主導(dǎo)自選感興趣的產(chǎn)品進(jìn)行設(shè)計(jì)與制造,教師進(jìn)行必要的引導(dǎo),讓學(xué)生進(jìn)行自主創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)。而對(duì)于自選項(xiàng)目既可以采用正向設(shè)計(jì)也可以采用逆向設(shè)計(jì),要求學(xué)生運(yùn)用先進(jìn)的CAD軟件如Pro/E,UGⅡ自行設(shè)計(jì)某一功能部件,完成零件圖、裝配圖設(shè)計(jì);根據(jù)設(shè)計(jì)的產(chǎn)品可選擇數(shù)控加工或快速原型制造,編制工藝完成零件加工;用三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x進(jìn)行加工精度檢測(cè);在此基礎(chǔ)上完成安裝調(diào)試。學(xué)生根據(jù)自己的興趣特長(zhǎng)自行設(shè)計(jì)產(chǎn)品,指導(dǎo)教師組織全班同學(xué)參加創(chuàng)新項(xiàng)目立項(xiàng)評(píng)議,讓每位自選項(xiàng)目同學(xué)通過(guò)答辯表達(dá)自己的創(chuàng)意,以此綜合培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力、語(yǔ)言表達(dá)能力、考慮問(wèn)題的周到性以及邏輯思維的嚴(yán)密性。對(duì)于公認(rèn)有創(chuàng)意和價(jià)值的項(xiàng)目,經(jīng)指導(dǎo)教師審核批準(zhǔn)后進(jìn)行實(shí)施。在教師指導(dǎo)下完成設(shè)計(jì)、加工、檢測(cè)、安裝、調(diào)試、評(píng)價(jià)等創(chuàng)新實(shí)踐,激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和積極性。對(duì)于難度較大、課堂上完成不了的題目,學(xué)生可以在課后利用實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放的時(shí)間繼續(xù)進(jìn)行設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)。項(xiàng)目涉及的CAD中心、先進(jìn)制造技術(shù)中心、檢測(cè)中心等實(shí)驗(yàn)室不僅要做到時(shí)間開(kāi)放,更要做到內(nèi)容的開(kāi)放,以方便學(xué)生開(kāi)展設(shè)計(jì)性、綜合性、創(chuàng)新性項(xiàng)目的選擇和實(shí)施。

    三以項(xiàng)目為主線,團(tuán)隊(duì)協(xié)作,培養(yǎng)學(xué)生的工程意識(shí)

    針對(duì)機(jī)械綜合實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)性、綜合性特征,要求參與實(shí)驗(yàn)的學(xué)生根據(jù)各自特長(zhǎng)自由組合,3~5人1組每組開(kāi)發(fā)一套產(chǎn)品,要求各項(xiàng)目組的設(shè)計(jì)具有不同的結(jié)構(gòu)形式。每組明確1名學(xué)生作為實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目負(fù)責(zé)人,相當(dāng)于一個(gè)總工程師和項(xiàng)目經(jīng)理的角色,而每位組員就是一個(gè)開(kāi)發(fā)工程師。項(xiàng)目責(zé)任人起組織協(xié)調(diào)作用,將任務(wù)進(jìn)行分解,合理分工,組織全組精心制訂實(shí)驗(yàn)方案,根據(jù)設(shè)備、場(chǎng)地、實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放時(shí)間與指導(dǎo)教師協(xié)調(diào)合理安排實(shí)驗(yàn)流程及進(jìn)度并查閱相關(guān)資料,對(duì)可能遇到的問(wèn)題制定相應(yīng)的對(duì)策,通過(guò)這種相互協(xié)作,使學(xué)生學(xué)會(huì)團(tuán)隊(duì)合作,共同努力達(dá)成目標(biāo)的工作方式,以適應(yīng)將來(lái)在工程項(xiàng)目中的角色。指導(dǎo)教師與組長(zhǎng)一起分析設(shè)計(jì)制造項(xiàng)目的全部流程,指導(dǎo)學(xué)生如何統(tǒng)籌協(xié)調(diào)制造環(huán)境如生產(chǎn)計(jì)劃、使用設(shè)備的種類(lèi)與時(shí)間、需要的毛坯與材料等,并與制造現(xiàn)場(chǎng)的主管老師協(xié)調(diào)。指導(dǎo)教師與組長(zhǎng)一起審核設(shè)計(jì)、審核工藝,監(jiān)督指導(dǎo)零件加工、檢測(cè)、安裝、調(diào)試,作為項(xiàng)目組長(zhǎng)的后盾,參與指導(dǎo)項(xiàng)目實(shí)施全過(guò)程。

    通過(guò)設(shè)置自選項(xiàng)目,以項(xiàng)目責(zé)任人負(fù)責(zé)的團(tuán)隊(duì)工作方式,給每個(gè)參與的學(xué)生一個(gè)創(chuàng)造的自由空間,同時(shí)賦予一份責(zé)任,以此激勵(lì)興趣、開(kāi)拓思維、鼓勵(lì)發(fā)問(wèn)、啟發(fā)創(chuàng)意。綜合實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)制造項(xiàng)目已實(shí)施兩屆,學(xué)生干起來(lái)愛(ài)不釋手,相關(guān)實(shí)驗(yàn)室延長(zhǎng)開(kāi)放時(shí)間,甚至晚上加班為學(xué)生服務(wù)。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后,實(shí)驗(yàn)小組要對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程出現(xiàn)的各種情況進(jìn)行認(rèn)真分析研究,相互交流,認(rèn)真總結(jié)及時(shí)撰寫(xiě)實(shí)驗(yàn)報(bào)告。實(shí)驗(yàn)報(bào)告包括設(shè)計(jì)圖紙、工藝規(guī)程、生產(chǎn)計(jì)劃、質(zhì)量檢驗(yàn)報(bào)告、安裝調(diào)試記錄及總結(jié)[4]。通過(guò)機(jī)械綜合實(shí)驗(yàn),增強(qiáng)了學(xué)生的綜合判斷意識(shí)與能力,增強(qiáng)工程與技術(shù)素養(yǎng),讓學(xué)生體會(huì)自身知識(shí)、能力如何在工程實(shí)踐中得到應(yīng)用與發(fā)揮,進(jìn)行學(xué)以致用的過(guò)渡。這種方式的實(shí)驗(yàn)有利于鍛煉學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析思考問(wèn)題、進(jìn)而解決問(wèn)題的能力,通過(guò)指定或自選創(chuàng)新項(xiàng)目把機(jī)械制圖、機(jī)械設(shè)計(jì)、制造工藝、公差配合與技術(shù)測(cè)量、數(shù)控加工、快速成型等課程內(nèi)容融會(huì)貫通,培養(yǎng)了學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決問(wèn)題和工程實(shí)施的能力。

    四完善課程評(píng)價(jià)體系,多種方式評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)效果

    課程成績(jī)?cè)u(píng)價(jià)的目的是為了促進(jìn)學(xué)生成長(zhǎng)和老師教學(xué)水平的提高[5],建立科學(xué)的課程成績(jī)?cè)u(píng)價(jià)體系,是客觀評(píng)價(jià)學(xué)生學(xué)習(xí)效果,激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的重要保證,同時(shí)也是對(duì)課程教學(xué)內(nèi)容、項(xiàng)目設(shè)置、教師指導(dǎo)等情況進(jìn)行評(píng)估的重要參考。在構(gòu)建機(jī)械綜合實(shí)驗(yàn)課程評(píng)價(jià)體系時(shí),以實(shí)踐環(huán)節(jié)的教和學(xué)是否達(dá)到了課程教學(xué)目標(biāo)作為設(shè)置評(píng)價(jià)內(nèi)容的依據(jù),注重面向教與學(xué)的全程評(píng)價(jià),探尋科學(xué)的評(píng)價(jià)方法,運(yùn)用多方式、多角度、多層面的評(píng)價(jià)機(jī)制全面考查學(xué)生的綜合素質(zhì)以促進(jìn)學(xué)生的全面發(fā)展。

    結(jié)合以先進(jìn)制造技術(shù)為依托,以項(xiàng)目為主線,突出設(shè)計(jì)性、綜合性、先進(jìn)性的課程特點(diǎn),機(jī)械綜合實(shí)驗(yàn)Ⅳ課程成績(jī)?cè)u(píng)價(jià)內(nèi)容包括:(1)選題評(píng)價(jià)。自選項(xiàng)目與指定項(xiàng)目分值是不同的,為鼓勵(lì)創(chuàng)新對(duì)于自選項(xiàng)目給出更高的分值。主要評(píng)價(jià)自選項(xiàng)目的專(zhuān)業(yè)貼近度、設(shè)計(jì)新穎度、訓(xùn)練實(shí)效性。(2)工作態(tài)度評(píng)價(jià)。態(tài)度決定一切。從是否以勤奮好學(xué)、刻苦鉆研的態(tài)度去完成綜合實(shí)驗(yàn)的任務(wù),是否具有良好的主動(dòng)溝通能力和團(tuán)隊(duì)合作精神幾個(gè)方面對(duì)學(xué)生進(jìn)行全程考核。同時(shí)結(jié)合學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中儀器設(shè)備的操作技能、操作規(guī)范程度、排除小故障能力、保持實(shí)驗(yàn)室環(huán)境衛(wèi)生等環(huán)節(jié)的表現(xiàn)進(jìn)行考核。(3)成果評(píng)價(jià)。從設(shè)計(jì)水平、制造工藝和加工精度等方面對(duì)實(shí)驗(yàn)制作的最終產(chǎn)品進(jìn)行全面評(píng)價(jià)。對(duì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告是否全面、準(zhǔn)確、科學(xué)進(jìn)行評(píng)價(jià)。(4)答辯。通過(guò)圍繞項(xiàng)目實(shí)施全過(guò)程的答辯環(huán)節(jié),對(duì)學(xué)生知識(shí)、能力、素質(zhì)進(jìn)行考察,主要評(píng)價(jià)知識(shí)技能的掌握程度、語(yǔ)言表達(dá)能力、思維的邏輯嚴(yán)密性以及實(shí)驗(yàn)報(bào)告的客觀真實(shí)性。

    在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中,指導(dǎo)教師可以隨時(shí)對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)的任一環(huán)節(jié),如CAD造型、數(shù)據(jù)點(diǎn)云處理、坐標(biāo)測(cè)量操作步驟等可能出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行提問(wèn),隨時(shí)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)打分。答辯可以在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中進(jìn)行,也可以在實(shí)驗(yàn)結(jié)束后進(jìn)后,可以全班也可以以小組為單位進(jìn)行,通過(guò)多元化的考核方法及多層次的考核環(huán)節(jié),建立一個(gè)完整、科學(xué)、可操作的實(shí)驗(yàn)課程成績(jī)考評(píng)體系,有利于實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量的不斷提高,也是不斷更新教學(xué)內(nèi)容和開(kāi)發(fā)新的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,提高教師教學(xué)水平的重要手段。

    總之,通過(guò)對(duì)機(jī)械綜合實(shí)驗(yàn)Ⅳ設(shè)計(jì)性、綜合性、創(chuàng)新性課程教學(xué)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā),向?qū)W生提供了一系列能夠綜合運(yùn)用所學(xué)設(shè)計(jì)、制造、檢測(cè)的知識(shí)與技能的實(shí)踐項(xiàng)目,同時(shí)鼓勵(lì)學(xué)生主動(dòng)參與自選項(xiàng)目,極大地激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)熱情,對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生的綜合應(yīng)用能力、創(chuàng)新意識(shí)、團(tuán)隊(duì)精神、工程實(shí)踐能力等工程素質(zhì),實(shí)現(xiàn)課程教學(xué)目標(biāo)有積極的意義。圍繞基于先進(jìn)制造技術(shù)的機(jī)械綜合實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式、教學(xué)過(guò)程組織、學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)以及課程考核評(píng)價(jià)體系建設(shè)等方面所進(jìn)行的教學(xué)研究,保證了該課程的順利實(shí)施,從與學(xué)生的交流中我們了解到學(xué)生對(duì)于目前設(shè)置的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目比較認(rèn)同,認(rèn)為教學(xué)內(nèi)容先進(jìn),教學(xué)安排合理,實(shí)驗(yàn)考核較全面科學(xué),特別是能自主完成產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造,深受學(xué)生歡迎。

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