林業(yè)機(jī)械現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法教學(xué)內(nèi)容的優(yōu)化及教學(xué)方法的選擇

張慧春 周宏平 鄭加強(qiáng)

摘要：林業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)是設(shè)計(jì)者為滿足社會和人們對林業(yè)生產(chǎn)的需要，運(yùn)用基礎(chǔ)知識、專業(yè)知識、實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和系統(tǒng)工程等方法，進(jìn)行設(shè)想和構(gòu)思、計(jì)算和分析，最后以技術(shù)文件的形式提供林業(yè)機(jī)械產(chǎn)品制造依據(jù)的全過程工作。本文介紹了《林業(yè)機(jī)械現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法》課程改革的背景，闡述了《林業(yè)機(jī)械現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法》教學(xué)內(nèi)容的組織優(yōu)化和教學(xué)方法的選擇，并總結(jié)了課程的改革成效。

關(guān)鍵詞：林業(yè)機(jī)械；現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法；教學(xué)內(nèi)容；組織優(yōu)化；教學(xué)方法

中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2015）50-0169-02

林業(yè)生產(chǎn)是生態(tài)文明與美麗中國的重要保障，林業(yè)生產(chǎn)及其精確化必須依靠林業(yè)機(jī)械的創(chuàng)新與發(fā)展，林業(yè)生產(chǎn)機(jī)械化是現(xiàn)代化建設(shè)的重要組成部分和核心生產(chǎn)力，也是發(fā)展高效、集約、可持續(xù)現(xiàn)代林業(yè)的客觀要求，發(fā)揮著越來越大的作用。林業(yè)機(jī)械隨著人類歷史而不斷發(fā)展，由于林業(yè)生產(chǎn)過程由多種生產(chǎn)作業(yè)分享時間和資源，林業(yè)機(jī)械品種繁多、種類不一。目前林業(yè)機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)面臨巨大的挑戰(zhàn)，需要結(jié)合設(shè)計(jì)、理論、方法的創(chuàng)新性思路。南京林業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院林業(yè)機(jī)械系進(jìn)行了《林業(yè)機(jī)械現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法》課程教學(xué)內(nèi)容的組織及教學(xué)方法的選擇的改革創(chuàng)新，通過課堂講授、參觀實(shí)習(xí)、性能實(shí)驗(yàn)、作業(yè)考試、課程設(shè)計(jì)等教學(xué)環(huán)節(jié)，使學(xué)生掌握林業(yè)機(jī)械的基本理論、主要林業(yè)機(jī)械的構(gòu)造、性能和主要工作部件的設(shè)計(jì)計(jì)算校核方法，獲得有關(guān)實(shí)驗(yàn)的基本技能訓(xùn)練，提高學(xué)生應(yīng)用電子信息技術(shù)與其他高新技術(shù)進(jìn)行林業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)、開發(fā)、研究的能力。

一、《林業(yè)機(jī)械現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法》課程改革的背景

隨著人口老齡化步伐加速，勞動年齡人口逐漸減少，勞動力成本上升，“雇工難、雇工貴”現(xiàn)象突出，能耗高、人力成本高、勞動力急劇下降、生產(chǎn)作業(yè)效率低等成為制約林業(yè)可持續(xù)發(fā)展的瓶頸。一方面，林業(yè)已開始形成規(guī)模化的生產(chǎn)，已建立基地式現(xiàn)代化、社會化大生產(chǎn)，今后會向更大規(guī)模化方向發(fā)展，在種子采拾、林地清理、育苗裝播、造林移栽、施肥噴藥、消防滅火、打枝造材、集材運(yùn)材、伐木歸堆等過程都貫穿著林業(yè)機(jī)械的使用；另一方面，林業(yè)快速發(fā)展進(jìn)程相對應(yīng)的生產(chǎn)機(jī)械化的歷史非常短暫，無論從數(shù)量上還是品種、質(zhì)量上都難以滿足林業(yè)大發(fā)展的需要，有助于提高生產(chǎn)效率的林業(yè)生產(chǎn)機(jī)械研制、應(yīng)用和推廣嚴(yán)重滯后。隨著樹木的種植面積的擴(kuò)大以及生態(tài)文明建設(shè)的推進(jìn)，林業(yè)生產(chǎn)機(jī)械化取代人工已成為大勢所趨，因此林業(yè)院校機(jī)械工程類專業(yè)迫切需要結(jié)合實(shí)際，創(chuàng)新教學(xué)內(nèi)容的組織及教學(xué)方法的選擇，滿足人才培養(yǎng)的需求。作為專業(yè)課，課程學(xué)時有限，理論知識體系涵蓋的知識點(diǎn)繁多，如何在這種條件下使學(xué)生了解林業(yè)機(jī)械的基本理論，掌握林業(yè)機(jī)械的總體結(jié)構(gòu)和工作部件的設(shè)計(jì)方法，并且將這些理論知識應(yīng)用于今后的工作實(shí)踐中，課堂、試驗(yàn)和作業(yè)是非常重要的環(huán)節(jié)。因此，筆者從林業(yè)機(jī)械現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式與手段以及考核評價體系等方面進(jìn)行了改革探索。

二、《林業(yè)機(jī)械現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法》教學(xué)內(nèi)容的組織優(yōu)化

筆者通過8年的教學(xué)實(shí)踐，對課程的內(nèi)容安排進(jìn)行了梳理和調(diào)整，了解了課程上下銜接的歷史脈絡(luò)及承接關(guān)系，對理論和實(shí)踐的方式方法進(jìn)行了探索和總結(jié)，提出了以貼近實(shí)際、追蹤前沿為重點(diǎn)、訓(xùn)練學(xué)生綜合應(yīng)用能力為核心的課程教學(xué)思路，同時借鑒其他院校類似專業(yè)課程的教學(xué)方法和先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，形成了較為完善的課程教學(xué)內(nèi)容體系[1]。林業(yè)機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)需要結(jié)合設(shè)計(jì)、理論、方法的創(chuàng)新性思考，因此，林業(yè)機(jī)械現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法有優(yōu)化設(shè)計(jì)法、創(chuàng)新設(shè)計(jì)法、反求工程設(shè)計(jì)、可靠性設(shè)計(jì)、有限元法、綠色設(shè)計(jì)等[2]。針對現(xiàn)代林業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)工程師需要具備的多種能力，開展探索通過適宜的教學(xué)方法和案例教學(xué)來實(shí)現(xiàn)，各章節(jié)內(nèi)容和教學(xué)案例的安排如表1所示。如噴頭的設(shè)計(jì)與制造傳統(tǒng)都采用單獨(dú)開模加工方式，成本高且耗時長，3D打印技術(shù)出現(xiàn)后，可以三維數(shù)字設(shè)計(jì)模型為藍(lán)本，通過軟件分層離散和數(shù)控成型系統(tǒng)，運(yùn)用激光束、熱熔噴嘴等方式將陶瓷粉末、ADS工程塑料等特殊材料進(jìn)行逐層堆積黏結(jié)，逐層打印最終疊加成各種角度、尺寸、形式的噴頭，不需要復(fù)雜的工藝和龐大的機(jī)床，就可以制造出噴頭，滿足了試制的目的，極大地降低了制造復(fù)雜度。三維測量儀是用于測量三維幾何尺寸和形位公差的高精度測量儀器，對于林業(yè)機(jī)械反求工程非常有效，它在精密測量領(lǐng)域的強(qiáng)大用途，為快速、可靠進(jìn)行尺寸測量提供了新的方式。三維測量儀由光學(xué)放大系統(tǒng)對被測物體進(jìn)行放大，經(jīng)過CCD攝像系統(tǒng)采集影像特征并送入計(jì)算機(jī)后，可高效地檢測各種林業(yè)機(jī)械精密零部件的輪廓和表面形狀尺寸、角度及位置，全自動地進(jìn)行微觀檢測與質(zhì)量控制。

三、《林業(yè)機(jī)械現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法》教學(xué)方法的選擇

林業(yè)生產(chǎn)正在經(jīng)歷從“砍伐森林樹木”向“利用森林環(huán)境”的轉(zhuǎn)變，因此林業(yè)機(jī)械制造業(yè)發(fā)展到了關(guān)鍵時期。《林業(yè)機(jī)械現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法》教學(xué)方法的選擇也要與時俱進(jìn)，把對學(xué)生實(shí)際應(yīng)用能力的培養(yǎng)和相關(guān)前沿課程教學(xué)內(nèi)容上的銜接作為課程組織優(yōu)化的切入點(diǎn)，采用“課堂講授+小組調(diào)研+課程設(shè)計(jì)+匯報(bào)展示”四合一的教學(xué)方法，注重對新興技術(shù)的追蹤、經(jīng)典技術(shù)的重構(gòu)以及理論知識在設(shè)計(jì)實(shí)踐中的再現(xiàn)。

1.匯報(bào)法。為了開闊學(xué)生的眼界，帶領(lǐng)學(xué)生參加每年在南京國際博覽中心舉行的中國（江蘇）國際林業(yè)機(jī)械展覽會，學(xué)生通過參觀美國、加拿大、德國、日本、韓國和我國的林機(jī)精品，了解林機(jī)行業(yè)政策，展覽會結(jié)束后學(xué)生要圖文并茂地總結(jié)自己的感想體會。另外，利用與學(xué)校有密切合作的企業(yè)合作站平臺，引導(dǎo)學(xué)生去林業(yè)機(jī)械生產(chǎn)的龍頭廠家完成卓越工程師計(jì)劃，并進(jìn)行匯報(bào)交流。通過這些體驗(yàn)匯報(bào)活動，讓學(xué)生緊密跟蹤國際國內(nèi)林機(jī)行業(yè)研發(fā)的熱點(diǎn)和前沿，讓空洞乏味的書本知識轉(zhuǎn)變?yōu)閷?shí)際產(chǎn)品的演示，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

2.圖示法。利用國外留學(xué)、參加國際會議等機(jī)會收集整理了大量的林業(yè)機(jī)械應(yīng)用現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法進(jìn)行設(shè)計(jì)的圖片和視頻，將這些多媒體素材進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，在課堂上進(jìn)行展示，并組織學(xué)生圍繞這些素材進(jìn)行討論，促進(jìn)學(xué)生對相關(guān)知識的理解和掌握。如歐洲的林業(yè)機(jī)械的設(shè)計(jì)著眼于可升級、可重用、可拆卸、可降解，注重其全壽命周期的各個環(huán)節(jié)，從生態(tài)環(huán)境保護(hù)、節(jié)約資源、延長機(jī)械壽命和可回收性出發(fā)，將可持續(xù)發(fā)展理念有機(jī)地融入林業(yè)機(jī)械的全壽命生態(tài)設(shè)計(jì)[3]。

3.項(xiàng)目法。對于較復(fù)雜的知識點(diǎn)尤其是技術(shù)操作中具有連貫性、系統(tǒng)性的，在教授過程中，以現(xiàn)實(shí)的林業(yè)機(jī)械產(chǎn)品為素材，并輔助于具體的科研項(xiàng)目成果的展示，給學(xué)生一個輪廓清晰、目標(biāo)明確的任務(wù)，通過對產(chǎn)生的任務(wù)產(chǎn)品需求分析、原理方案設(shè)計(jì)、總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、具體零部件選用4個環(huán)節(jié)，形成以項(xiàng)目為中心，團(tuán)隊(duì)成員自由組合，促進(jìn)學(xué)生對知識點(diǎn)的抽象思維與應(yīng)用聯(lián)系，完成對學(xué)生實(shí)踐能力的培養(yǎng)。對于其中有創(chuàng)意、有前景的作品，鼓勵學(xué)生參加大學(xué)生科技創(chuàng)新競賽并申報(bào)國家專利。

四、《林業(yè)機(jī)械現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法》教學(xué)改革的成效

在培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的教學(xué)過程中，林業(yè)機(jī)械現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法教學(xué)內(nèi)容的優(yōu)化及教學(xué)方法的選擇，對學(xué)生學(xué)習(xí)、掌握和應(yīng)用現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法具有積極的推動作用。運(yùn)用極具時代特色的教學(xué)案例、結(jié)合林業(yè)機(jī)械行業(yè)實(shí)際特點(diǎn)、創(chuàng)新互動參與教學(xué)方法，體現(xiàn)了綜合性、探索性、先進(jìn)性和實(shí)用性的教學(xué)內(nèi)涵。通過課程的一系列改革實(shí)踐，改變“只學(xué)不用”、“只聽不動”的教學(xué)模式和教學(xué)方法，做到引導(dǎo)性與啟發(fā)性有機(jī)結(jié)合，注重學(xué)生參與學(xué)習(xí)的過程和親身體驗(yàn)與實(shí)踐，激發(fā)了學(xué)生的創(chuàng)新意識，調(diào)動了學(xué)生的參與精神，獲得了學(xué)生的好評，學(xué)生評教分?jǐn)?shù)為99.83分，在學(xué)院和學(xué)校測評中名列前茅，學(xué)生考研人數(shù)和考研成績也有明顯的提高，取得了較好的教學(xué)效果。

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