數(shù)字化背景下機械類專業(yè)課教學教革

倪春芳

摘 要：在數(shù)字化背景下，出現(xiàn)了三維數(shù)字化技術(shù)，在機械類專業(yè)課教學中應用其技術(shù)，能夠有效推動機械類專業(yè)課教學改革，使得學生真正理解和掌握機械知識，并將所學知識靈活運用到實際工作中。本文闡述了機械類專業(yè)課教學中應用數(shù)字化技術(shù)的價值，分析發(fā)現(xiàn)機械類專業(yè)課教學存在教學方法單一，學生學習興趣比較低、教材內(nèi)容落后，缺乏實踐教學、學生課程設計的主觀能動性比較低等問題，進而影響著機械類專業(yè)課教學質(zhì)量和改革。針對現(xiàn)狀提出了在數(shù)字化背景下機械類專業(yè)課教學改革的優(yōu)化策略，為教學教革提供借鑒。

關鍵詞：數(shù)字化 機械類 專業(yè)課 教學教革

1 引言

在機械類專業(yè)課教學改革中離不開知識、方法、思維等方面的創(chuàng)新，工程教育專業(yè)認證實工程教育的發(fā)展趨勢，在機械類專業(yè)工程教育專業(yè)認證標準中工程實踐類課程是非常重要的一部分，在教育中應該將成果導向作為教育理念，引發(fā)學生的學習興趣，鍛煉學生實踐動手能力，培養(yǎng)學生綜合素質(zhì)，提高學生理論和解決實際問題的能力。傳統(tǒng)機械類專業(yè)課教學主要是理論知識結(jié)合二維平面圖為學生講解，隨著時代的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)模式已經(jīng)不能滿足企業(yè)對機械設計人員的發(fā)展需求。而在教學中廣泛應用三維數(shù)字化技術(shù)創(chuàng)新機械產(chǎn)品設計觀念、形式、方法有效改善企業(yè)對機械人才的需求問題。通過立體模型開展模擬裝配、干涉檢查、機構(gòu)分析，并及時進行動態(tài)化的修改和調(diào)整，有效避免大方向的設計更改，有效提升機械產(chǎn)品設計質(zhì)量，縮短機械產(chǎn)品的研發(fā)實踐，為企業(yè)節(jié)省產(chǎn)品設計成本，提升企業(yè)的經(jīng)濟效益。機械類專業(yè)課主要包含機械制圖、機械設計、機械制造技術(shù)、材料力學、液壓與氣壓傳動等內(nèi)容，在實際教學中應該引導學生認識和了解機械產(chǎn)品的原理和結(jié)構(gòu)，合理配置和優(yōu)化教學資源，創(chuàng)新教學方法，有效促進機械類專業(yè)課教學改革。

2 機械類專業(yè)課教學中應用數(shù)字化技術(shù)的價值

數(shù)字化主要是通過儀器、軟件對模型進行創(chuàng)建、修改、分析、完善等，使得設計產(chǎn)品滿足客戶使用需求，由于機械類專業(yè)課的知識比較深奧，單一學習課本知識，不能達到預期的教學效果，還有可能會降低學生的學習興趣。而在數(shù)字化背景下，借助數(shù)字化技術(shù)可以將復雜、深奧的專業(yè)知識以更加直觀、更加形象的方式展示給學生，使得學生能夠更加全面了解和學習機械類專業(yè)知識，并能夠?qū)W以致用。在實際教學中教師應該清楚意識到數(shù)學化技術(shù)在機械類專業(yè)課中的價值，積極轉(zhuǎn)變自身教育理念，樹立以生為本的觀念，并真正落實在教學改革當中，有效提高機械類專業(yè)課教學改革效果。能夠有效轉(zhuǎn)變學生被動學習的局面，打破學生形式化學習的現(xiàn)象，讓學生真正融入到教學課堂中，成為教學中的主體，基于數(shù)字化背景下，加深學生對機械類專業(yè)課知識的理解，提升學生對數(shù)學化技術(shù)的運用能力和機械設計制造能力，有效促進機械類專業(yè)課教學質(zhì)量的提升。另外，應用數(shù)字化技術(shù)可以創(chuàng)新機械類專業(yè)課的教學方法，豐富教學內(nèi)容，引導學生積極主動學習現(xiàn)代化的機械專業(yè)知識，滿足現(xiàn)代企業(yè)對機械人才的需求，讓學生在機械設計與制造工作中能夠靈活運用所學的數(shù)學化技術(shù)，實現(xiàn)機械設計與制造的創(chuàng)新性，促進我國機械行業(yè)的可持續(xù)化發(fā)展。

3 機械類專業(yè)課教學存在的問題

3.1 教學方法單一，學生學習興趣比較低

在機械類專業(yè)課教學中教師一般是采用講解示范、照本宣科的方法為學生講解知識，教學方法比較單一，使得教學發(fā)展受到一定的局限性。在時代不斷變化下，學生的生活方式和學習習慣有著很大的變化，通過各大網(wǎng)絡平臺獲取大量和機械相關的知識，使得學生對于段子設備的依賴性比較高，主要是獲取的知識比教材內(nèi)容更加生動、有趣，更加愿意學習知識，而在教學中教師沒有充分發(fā)揮數(shù)學化技術(shù)，使得課堂教學氛圍比較枯燥、乏味，學生的學習興趣比較低，參與課堂活動性不高，進而影響著教學效果。

3.2 教材內(nèi)容落后，缺乏實踐教學

隨著時代的不斷發(fā)展，機械行業(yè)出現(xiàn)了很大的變革，使得現(xiàn)在機械類專業(yè)課教學中的部分內(nèi)容不能滿足行業(yè)發(fā)展需求，在實際教學中以傳統(tǒng)教材為主，導致學生的就業(yè)能力比較低，不符合未來工作崗位需求，面對工作中的問題不能運用所學知識去解決，學校沒有清楚認識到更新教材內(nèi)容對于學生的重要性，在教學中教師只是根據(jù)教學內(nèi)容為學生講解，沒有讓學生深入理解和掌握所講知識，導致教學質(zhì)量比較低。由于機械類專業(yè)課具有很強的實踐性，由于多種因素沒有為學生提供良好的實訓平臺，沒有將理論和實踐相結(jié)合，在教學中不過于注重講解理論知識，忽視了實踐教學，導致學生看著教師進行講解示范，缺乏實踐機會，使得學生理論學習效果不高，實踐能力不足，進而影響學生的發(fā)展。

3.3 學生課程設計的主觀能動性比較低

大多數(shù)學生在進行機械課程設計時主要是以模仿為主，沒有充分發(fā)揮自身的主觀能動性，只是根據(jù)教師布置的任務被動的進行設計，沒有積極展開思考，忽視了創(chuàng)新性思維，存在很嚴重的抄襲問題，雖然針對抄襲問題，教師要求學生圖紙使用手繪說明書，但是手寫所需要花費大量時間，學生的設計效率比較低，并且修改設計也比較困難，導致學生的機械學習興趣越來越低，學生的學習效果非常不理想。并且手繪課程設計和社會、企業(yè)的實際發(fā)展存在脫節(jié)現(xiàn)象，其培養(yǎng)出來的機械人才不能滿足社會、企業(yè)的需求，沒有結(jié)合實際機械崗位培養(yǎng)人才，沒有借助計算機開展課程設計，使得創(chuàng)新性人才的培養(yǎng)受到一定的局限性。

4 數(shù)字化背景下機械類專業(yè)課教學教革的策略

4.1 創(chuàng)新教學方法，以信息技術(shù)開展課程設計

傳統(tǒng)機械類專業(yè)課教學方法不能滿足現(xiàn)代企業(yè)對機械人才的需求，在數(shù)學化背景下，教師應該充分發(fā)揮數(shù)學化技術(shù)的作用，積極創(chuàng)新教學方法，以信息技術(shù)開展課程設計，結(jié)合學生的學習興趣和實際需求制定合理的教學方法，不僅讓學生全面掌握機械專業(yè)知識，還增加教學課堂中的趣味性，激發(fā)學生的學習興趣，培養(yǎng)學生自主學習意識。機械類專業(yè)課教學中主干教學課程有機械原理、機械設計、機械流體轉(zhuǎn)動等，教師不僅要傳授學生理論課程，還要通過課程設計加強學生的設計能力。在實際教學中教師應該融入典型零部件、典型結(jié)構(gòu)的運動仿真動畫和虛擬加工過程動畫，先講解設計中包含的典型傳動機構(gòu)，并展示實體圖，為學生介紹零部件的設計思路和內(nèi)容，使得學生能夠進一步認識機械零部件。在教師的幫助下，學生掌握機械設計方法，并根據(jù)工程需求設計合理、高效的機械，使得學生能夠靈活運用所學的知識，提升學生的實踐運用能力。教師利用信息技術(shù)為學生展示虛擬加工與設計動畫視頻，激發(fā)學生的學習積極性和主動性，深化學生對機械專業(yè)知識的認識和理解，提高教學質(zhì)量，促進機械類專業(yè)課教學改革的進展。另外，教師還應該積極開展創(chuàng)新設計競賽，鼓勵學生利用數(shù)學化技術(shù)進行動態(tài)虛擬實驗，讓學生針對一些典型傳動機構(gòu)設計為主的機械進行創(chuàng)新，如：蝸輪蝸桿、齒輪等，將學生劃分為小組進行討論和分析，并提出設計方案，針對設計內(nèi)容、方案比較新穎的課題教師可以幫助學生進行申報，鍛煉學生的三維能力和創(chuàng)新能力，深化學生對數(shù)字化技術(shù)的應用，并通過數(shù)字化技術(shù)設計和制造出優(yōu)質(zhì)的模型，有效提升學生機械學習的動力。

4.2 注重制圖類教學改革，培養(yǎng)學生三維思維能力

在機械類專業(yè)課程中工程圖學是非常重要的一部分，是學生學好機械專業(yè)的基礎，在新工科的不斷發(fā)展下，更加注重學生的創(chuàng)新、實踐、空間想象等方面的能力，在工程圖學課程中主要從徒手繪構(gòu)型設計圖、三維建?；A、徒手繪零件草圖、單位數(shù)字建模擴展、計算機繪制二維圖等方面培養(yǎng)學生的創(chuàng)新設計能力和圖形表達能力，使得學生更加符合新工科的人才需求。在工程圖學課程中穿插二維圖形、和三維結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)化，讀圖、畫圖過程中都會運用到三維實體，在實際課堂中融入三維數(shù)字化技術(shù)和虛擬現(xiàn)實技術(shù)，能夠有效降低學生學習專業(yè)知識的難度，通過三維建模軟件和虛擬仿真平臺為學生提供更加形象、直觀的專業(yè)知識，調(diào)動學生的學習積極性和主動性，在講解《組合體的組成》知識時，教師可以直接利用三維軟件構(gòu)建組合體，通過爆炸功能，直接將組合體分解成各個零部件，使得學生更加快速理解組合體的組成，鍛煉學生的三維思維能力。針對教材中的插圖和例題可以充分發(fā)揮VR技術(shù)的作用，設計虛擬三維立體模型圖，學生通過手機掃描模型圖可以直接觀看到整個機械圖示。應用VR技術(shù)能夠豐富教學內(nèi)容，培養(yǎng)學生三維思維能力，讓學生在立體、組合體的基礎上進行創(chuàng)意機械結(jié)構(gòu)設計，提升學生的機械繪圖能力和實踐運用能力，促進機械類專業(yè)課程教學改革效果。

4.3 創(chuàng)新活動中應用數(shù)字化技術(shù)

在學生的創(chuàng)新活動中融入三維數(shù)字化技術(shù)是機械類專業(yè)課教學改革的重點內(nèi)容，如果學生的設計思想和方式?jīng)]有及時與時俱進，一直停留在傳統(tǒng)模式當中則會阻礙學生的創(chuàng)新發(fā)展，導致學生不能達到工程認證體系的標準，不能滿足現(xiàn)代企業(yè)所需的創(chuàng)新型機械類人才，使得學生不能充分發(fā)揮自身價值，學校培養(yǎng)人才價值大大降低。在教學改革中教師應該積極開展各類創(chuàng)新活動，并將三維數(shù)字化技術(shù)應用到創(chuàng)新活動當中，可以通過機械比賽的方式，如：機械創(chuàng)新設計大賽、先進成圖技術(shù)與產(chǎn)品信息建模創(chuàng)新大賽、化工設計大賽、三維數(shù)字化設計大賽、大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目等，加深學生對三維數(shù)字技術(shù)的運用，利用數(shù)字化技術(shù)明確方案、虛擬加工零件、裝配仿真、運動仿真、有限元件仿真等，有效提升學生的機械創(chuàng)新能力，提高創(chuàng)新設計質(zhì)量。

4.4 加強畢業(yè)設計內(nèi)容改革，鍛煉學生工程意識和創(chuàng)新能力

在機械類專業(yè)課教學改革中教師應該通過三維數(shù)字化技術(shù)引導學生進行畢業(yè)設計創(chuàng)新，加強學生畢業(yè)設計內(nèi)容的創(chuàng)新，鍛煉學生的工程意識和創(chuàng)新能力，使得學生能夠利用三維數(shù)字技術(shù)設計科研課題，不僅提升學生畢業(yè)設計效果，還能夠提升機械類專業(yè)課教學改革的效果。在學生具備一定創(chuàng)新能力后，鼓勵學生對現(xiàn)有的各種機械和機械設計方式進行創(chuàng)新，加強學生的機械技術(shù)能力，提升機械類專業(yè)課教學質(zhì)量，使得學生成為國家、社會、行業(yè)所需要的創(chuàng)新型、實用性的機械類人才。在改革中，教師應該對學生畢業(yè)設計選題進行創(chuàng)新設計，引導學生從多個角度設計機械項目，并形成完整的設計流程，如：產(chǎn)品概念構(gòu)思、確定方案、設計計算、優(yōu)化仿真、樣機制作、總結(jié)成果、發(fā)表論文專利，有效提升學生的畢業(yè)設計質(zhì)量和創(chuàng)新能力。積極開展畢業(yè)設計創(chuàng)新PK賽，鼓勵學生積極參與，指出創(chuàng)新產(chǎn)品設計優(yōu)秀的地方，綜合評價學生設計作品，找出創(chuàng)新性高的設計，激發(fā)學生的好勝欲望，讓學生投入更多的精力在畢業(yè)設計創(chuàng)新當中，避免學生畢業(yè)設計內(nèi)容固化，畢業(yè)設計結(jié)果單一，嚴重影響著學生的創(chuàng)新發(fā)展。在數(shù)學化背景下學生利用三維數(shù)字化技術(shù)進行機械產(chǎn)品的創(chuàng)新設計和宣傳，有利于學生積極表達自身見解，并進行創(chuàng)新性、新穎性的產(chǎn)品設計與制造，通過學生的創(chuàng)新想法和設計，促進機械類專業(yè)課的數(shù)學化教學發(fā)展。

4.5 實行多元化的教學評價方式

傳統(tǒng)的機械類專業(yè)課教學評價方式已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代教育理念，不能真正體現(xiàn)學生的機械水平，由于機械類專業(yè)課屬于實踐性課程，應該注重培養(yǎng)學生實踐能力，，通過實踐過程可以反映出學生處理工程問題時的能力，在改革中教師應該注重教學評價方式的多元化，不僅實行教師評價，還可以增加學生自評、學生互評，使得學生獲得的評價更加客觀、全面，能夠真正認識到自身學習過程中的優(yōu)點和不足之處，對于其他學生的評價應該虛心接受，并及時改正，有效提升學生的專業(yè)知識和能力，使得學生能夠靈活運用三維數(shù)字化技術(shù)開展機械設計與制造，提高機械項目的創(chuàng)新性、實用性、高效性。根據(jù)不同類型的課程設計教學目標，利用在線考核、虛擬教學等形式，結(jié)合實踐教學內(nèi)容的完成度，從個人能力提升、團隊協(xié)作精神、技術(shù)指標、非集輸指標、解決問題能力和方法等多個方面進行考核，進而根據(jù)評價標準給出具體的評價結(jié)果，評價內(nèi)容不僅包含理論知識，還應該包含實踐過程、實踐結(jié)果、創(chuàng)新競賽、學生課堂表現(xiàn)等多個方面，調(diào)動學生的學習積極性和主動性，尊重學生之間的差異性，引導學生在學習中加強三維數(shù)字化技術(shù)的應用，使得學生進一步理解和掌握各種機械類專業(yè)課的知識和技能，并將所學知識和實踐相結(jié)合，有效提升機械設計的質(zhì)量。

5 結(jié)語

綜上所述，基于數(shù)字化背景下機械類專業(yè)課教學改革應該積極創(chuàng)新教學方法，以信息技術(shù)開展課程設計，注重制圖類教學改革，培養(yǎng)學生三維思維能力，在各類創(chuàng)新活動中應用數(shù)字化技術(shù)，加強畢業(yè)設計內(nèi)容改革，鍛煉學生工程意識和創(chuàng)新能力，實行多元化的教學評價方式，使得學生的評價更加全面，促進學生的全面發(fā)展，為社會培養(yǎng)更多機械類人才，促進機械行業(yè)的長遠發(fā)展。

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