應(yīng)用型本科機(jī)械專業(yè)教學(xué)改革策略研究

林權(quán)+林燕+余天游

[摘要]針對(duì)現(xiàn)代應(yīng)用型本科教育的發(fā)展，本文從教學(xué)手段、教學(xué)方法等方面，論述了應(yīng)用型本科機(jī)械專業(yè)教學(xué)改革策略。提出以先進(jìn)靈活教具為載體的方式，打破課堂授課困境；采用網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)輔助課堂教學(xué)的方式，提升學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)；運(yùn)用逆向工程技術(shù)結(jié)合任務(wù)項(xiàng)目化教學(xué)方式，發(fā)展應(yīng)用型本科機(jī)械人才培養(yǎng)的職業(yè)性，為應(yīng)用型本科機(jī)械教育提出一些建議與參考。

[關(guān)鍵詞]應(yīng)用型本科；機(jī)械專業(yè)；教學(xué)改革；教學(xué)手段；教學(xué)方法

應(yīng)用型本科機(jī)械專業(yè)人才的培養(yǎng)規(guī)格定位為重基礎(chǔ)、寬口徑、多方向、強(qiáng)應(yīng)用，其中多方向與強(qiáng)應(yīng)用，就是要求高校培養(yǎng)的畢業(yè)生是應(yīng)用型人才，能快速適應(yīng)社會(huì)技術(shù)崗位需求，重基礎(chǔ)與寬口徑是強(qiáng)調(diào)了本科人才的培養(yǎng)內(nèi)涵，要求學(xué)生能掌握機(jī)械設(shè)計(jì)制造基礎(chǔ)知識(shí)，具備在機(jī)械制造業(yè)領(lǐng)域從事設(shè)計(jì)制造、創(chuàng)新開發(fā)、應(yīng)用研究、運(yùn)行管理和經(jīng)營營銷等方面的基本能力。但傳統(tǒng)本科機(jī)械專業(yè)教學(xué)存在重理論輕實(shí)踐、強(qiáng)調(diào)個(gè)人能力而忽視團(tuán)隊(duì)精神、重視知識(shí)學(xué)習(xí)而輕視開拓創(chuàng)新等問題，在此以武夷學(xué)院機(jī)械專業(yè)為例，分享一些機(jī)械專業(yè)教學(xué)改革策略，期望能為應(yīng)用型本科機(jī)械教育提供參考。

一、設(shè)計(jì)先進(jìn)教具突破教學(xué)困境

由于高校學(xué)習(xí)節(jié)奏快，教師授課不僅需要依據(jù)教學(xué)進(jìn)度安排，而且教學(xué)內(nèi)容日益豐富，遇到教學(xué)的重難點(diǎn)內(nèi)容通常需要與學(xué)生互動(dòng)，了解學(xué)生的掌握情況，但是由于學(xué)時(shí)的限制，教學(xué)不得不加快速度，然而學(xué)生的學(xué)習(xí)需要一定的接受過程，思維的成長也需要載體，尤其是機(jī)械專業(yè)，許多教學(xué)內(nèi)容抽象不易掌握，在課堂互動(dòng)過程中，常遇見教師提問無人回答的尷尬局面，如何在有限的時(shí)空下，提高課堂的教學(xué)效率，為了避免學(xué)生在學(xué)習(xí)的過程中困在狹小角落里戰(zhàn)戰(zhàn)兢兢、模模糊糊，合理先進(jìn)的感性的教儀教具的使用就顯得特別重要。

以機(jī)械專業(yè)基礎(chǔ)課程《材料力學(xué)》為例，目前市場(chǎng)上還沒有靜定梁力學(xué)模型教具，教師授課過程中只能依靠手中的粉筆與黑板，通過公式推導(dǎo)和計(jì)算進(jìn)行靜定梁相關(guān)分析，冰冷的黑板或PPT不利于學(xué)生理解掌握力學(xué)知識(shí)，提高學(xué)習(xí)興趣，更無法核驗(yàn)學(xué)生當(dāng)前課堂的學(xué)習(xí)質(zhì)量。在此設(shè)計(jì)一套基本形式靜定梁力學(xué)模型教具，該教具以檢驗(yàn)學(xué)生的學(xué)習(xí)質(zhì)量為主，它可以任意組裝，并且攜帶方便，教具主要是由簡支梁，外伸梁和懸臂梁這三種機(jī)械及電子裝置組成，其中還設(shè)置了斷點(diǎn)，配備了顯示器和鍵盤，通過應(yīng)用單片機(jī)技術(shù)編寫材料力學(xué)的程序，利用該教具老師可以任意出題，學(xué)生答題，如果學(xué)生回答大于正確答案，則桿件會(huì)自動(dòng)斷掉，如果小于正確答案，則桿件會(huì)警報(bào)，只有正確答案，桿件才會(huì)相安無事。利用該教具可以讓學(xué)生算題，也可以讓教師講題，不僅能實(shí)現(xiàn)師生課堂互動(dòng)，而且能活躍學(xué)生思維，避免了力學(xué)課程的干燥無味的公式計(jì)算，增添了教學(xué)魅力。

基本形式靜定梁力學(xué)模型主要是由簡支梁，外伸梁及懸臂梁構(gòu)成，為了節(jié)約空間與攜帶方便，將簡支梁和外伸梁結(jié)合在一起，通過控制軌道上的支架選擇簡支梁或者外伸梁。簡支梁或外伸梁與懸臂梁用鉸鏈固定在木板上，可以方便拆裝，需要表達(dá)某一類問題時(shí)，能讓學(xué)生清晰了解操作過程，明白問題所在。另外為了實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化，該教具采用KEIL軟件，針對(duì)不同靜定梁力學(xué)問題進(jìn)行編程，以便控制機(jī)械裝置，因此教師可以臨時(shí)設(shè)定并選擇合適的力學(xué)問題，讓學(xué)生進(jìn)行探討計(jì)算獲取數(shù)據(jù)，然后教師通過電位器對(duì)學(xué)生計(jì)算獲得數(shù)據(jù)進(jìn)行模擬，并在數(shù)碼管上顯示。總之，該教具采用機(jī)電一體化設(shè)計(jì)，可以模擬各類力的施加，可以形象的模擬梁的破壞，其中LCD與矩陣按鍵組合帶來更多的例題選擇，軟件容易升級(jí)操作簡單實(shí)用性強(qiáng)，為其他類似教具的研發(fā)提供了參考。

二、網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)輔助課堂教學(xué)

在這個(gè)信息急速發(fā)展的時(shí)代，因特網(wǎng)具備實(shí)時(shí)、不局限于教室實(shí)體空間與便于雙向互動(dòng)的特性，若能因勢(shì)利導(dǎo)，把計(jì)算機(jī)所能提供的信息納入教學(xué)中，或許可以提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。相較于傳統(tǒng)教學(xué)，網(wǎng)絡(luò)輔助課堂教學(xué)具有以下特色：（1）學(xué)習(xí)態(tài)度主動(dòng)化；（2）學(xué)習(xí)環(huán)境個(gè)人化；（3）學(xué)習(xí)內(nèi)容適性化；（4）學(xué)習(xí)信息數(shù)字化；（5）教學(xué)傳遞網(wǎng)絡(luò)化；（6）學(xué)習(xí)社群虛擬化；（7）學(xué)習(xí)評(píng)量多元化。不論從構(gòu)建學(xué)習(xí)理論或行為，網(wǎng)絡(luò)輔助教學(xué)都有相當(dāng)好的切入點(diǎn)，通過網(wǎng)絡(luò)上多樣性的資源及學(xué)習(xí)的自主性來提升學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)和學(xué)習(xí)成效。

基于網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行異步教學(xué)是一種能體現(xiàn)學(xué)生的學(xué)習(xí)過程、學(xué)生在教師指導(dǎo)下進(jìn)行自主學(xué)習(xí)的現(xiàn)代教學(xué)模式。異步網(wǎng)絡(luò)教學(xué)的實(shí)施方式是由教師把教材制作成網(wǎng)頁，上傳至指定網(wǎng)絡(luò)讓學(xué)生來閱讀學(xué)習(xí)，教師可以指定作業(yè)題目、繳交作業(yè)期限，學(xué)生在期限之內(nèi)將報(bào)告或者作業(yè)上傳，然后教師再來評(píng)分，必要時(shí)還可以進(jìn)行線上測(cè)試，作為平時(shí)成績的依據(jù)。異步網(wǎng)絡(luò)教學(xué)教師可以彈性掌握教學(xué)內(nèi)容與學(xué)時(shí)，突出多媒體電腦技術(shù)的優(yōu)勢(shì)。

例如在《塑料成型工藝及模具設(shè)計(jì)》講授分型面及澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中，課前在網(wǎng)頁引入項(xiàng)目任務(wù)：“日常用的原子筆、簽字筆外殼如何成型，探討其分型面位置及澆注系統(tǒng)選擇方案”，通過網(wǎng)頁課件自學(xué)相關(guān)內(nèi)容，自發(fā)的獲知分型面選擇的矛盾性是塑料模具設(shè)計(jì)理論與實(shí)踐的重點(diǎn)。課堂上教師有的放矢，進(jìn)行互動(dòng)，啟發(fā)位置設(shè)計(jì)選擇角度，討論方案的優(yōu)缺點(diǎn)，提高學(xué)生分析問題能力。學(xué)生再通過掃描課件上的二維碼，進(jìn)入指定網(wǎng)頁進(jìn)行實(shí)例圖形比較分析，學(xué)習(xí)分型面的類型、形狀及位置選擇原則，理會(huì)分型面選擇原則的矛盾性，引導(dǎo)啟發(fā)同學(xué)建立分型面與模具結(jié)構(gòu)、成型質(zhì)量之間的聯(lián)系，然后結(jié)合問卷調(diào)查的方式，輸入姓名學(xué)號(hào)進(jìn)行選擇作答。教師根據(jù)問卷統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果，了解學(xué)生對(duì)分型面的設(shè)計(jì)相關(guān)知識(shí)點(diǎn)的掌握情況，針對(duì)存在的問題進(jìn)行啟發(fā)教學(xué)，對(duì)于不同選擇給予分析優(yōu)缺點(diǎn)，結(jié)合學(xué)生對(duì)成型技術(shù)與模具結(jié)構(gòu)掌握情況給予學(xué)習(xí)引導(dǎo)。通過發(fā)現(xiàn)事實(shí)、發(fā)現(xiàn)問題、發(fā)現(xiàn)構(gòu)想、發(fā)現(xiàn)答案、尋求接納理論等過程，體現(xiàn)了學(xué)生學(xué)習(xí)的科學(xué)思維過程，并進(jìn)行創(chuàng)造的學(xué)習(xí)。

經(jīng)過多年的嘗試證明，基于網(wǎng)絡(luò)輔助課堂教學(xué)，在《塑料成型工藝及模具設(shè)計(jì)》、《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》、《互換性與測(cè)量技術(shù)》、《機(jī)械制造技術(shù)》等課程中，相對(duì)于傳統(tǒng)單純面對(duì)面授課方式能獲得更佳的學(xué)習(xí)成效。

三、基于逆向工程進(jìn)行項(xiàng)目化教學(xué)

逆向工程為一種從現(xiàn)有的實(shí)物中或樣品模型中，重建產(chǎn)品CAD模型或產(chǎn)品復(fù)制的一種技術(shù)，已在制造業(yè)各領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。針對(duì)市場(chǎng)需求，在機(jī)械專業(yè)開展面向?qū)W生能力培養(yǎng)的逆向工程技術(shù)教學(xué)顯得越來越重要。傳統(tǒng)教學(xué)模式以教師為中心，以教材為中心，忽視了學(xué)生積極性、主動(dòng)性的發(fā)揮，在此提出基于逆向工程技術(shù)進(jìn)行項(xiàng)目化教學(xué)，將教學(xué)內(nèi)容布置為工作任務(wù)，讓學(xué)生以解決任務(wù)為中心，組建團(tuán)隊(duì)進(jìn)行相關(guān)學(xué)習(xí)，完成一個(gè)完整的由實(shí)物模型到新產(chǎn)品開發(fā)的綜合項(xiàng)目。

在此以馬鞍形零件制作項(xiàng)目為例，首先教師先制定項(xiàng)目任務(wù)提供原始工件模型，學(xué)生通過使用計(jì)算機(jī)與測(cè)量設(shè)備獲取相關(guān)技術(shù)資料，如使用三坐標(biāo)測(cè)量儀，將馬鞍形曲面劃分經(jīng)緯線，用x軸y軸線表示，x軸與y軸相交形成特征點(diǎn)，并按順序進(jìn)行特征點(diǎn)歸組，設(shè)定坐標(biāo)零點(diǎn)位置，通過移動(dòng)三坐標(biāo)測(cè)量儀手臂到特征點(diǎn)位置獲取數(shù)據(jù)點(diǎn)，依序完成各特征點(diǎn)測(cè)量，儲(chǔ)存為IG—Es文件轉(zhuǎn)入Euclid軟件。CAD模型曲面的建立需要采取30個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，用B-Spline曲線曲面數(shù)學(xué)模式分別用插補(bǔ)法，以群組為單位建構(gòu)曲線，通過所選取的每一特征點(diǎn)建構(gòu)成曲線，近似法創(chuàng)建的曲線只有首尾會(huì)通過特征點(diǎn)，中間以趨近方式通過連成曲線。曲面建立是通過運(yùn)用斷面線技術(shù)，依序選取由左到右所建立曲線來完成。然后通過應(yīng)用CAM軟件把程序坐標(biāo)原點(diǎn)設(shè)定在模型的中心，繼而進(jìn)行刀具路徑規(guī)劃，并選取刀具類型，確定切削相關(guān)參數(shù)與主軸轉(zhuǎn)速，經(jīng)刀具路徑仿真確認(rèn)無誤后，產(chǎn)生NC加工程序，可以采用法蘭克控制器，設(shè)定刀具CNC綜合加工中心機(jī)床傳輸程序，最后執(zhí)行加工。

以上項(xiàng)目中的每個(gè)步驟內(nèi)容相對(duì)獨(dú)立，可單獨(dú)分解成若干個(gè)子項(xiàng)目進(jìn)行，每個(gè)子項(xiàng)目還可以分為若干個(gè)相同的功能組，分組學(xué)習(xí)不同測(cè)量儀器的工作原理與實(shí)踐操作，由于完成逆向工程每部分內(nèi)容形式與手段不做限制，針對(duì)實(shí)物表面數(shù)字化、點(diǎn)云處理與模型重構(gòu)、產(chǎn)品創(chuàng)新改進(jìn)設(shè)計(jì)、重新成型等環(huán)節(jié)，教師可以引導(dǎo)學(xué)生應(yīng)用不同技術(shù)手段組合來完成任務(wù)，啟發(fā)同學(xué)們展開思考、權(quán)衡利弊設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，教師在項(xiàng)目任務(wù)活動(dòng)中輔以相關(guān)知識(shí)與技能，強(qiáng)調(diào)學(xué)生主體地位，通過項(xiàng)目的運(yùn)作，可以檢驗(yàn)學(xué)生在工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)方面的技能與內(nèi)涵，如：（1）知識(shí)能力，具備所需的專業(yè)基本知識(shí)；（2）技術(shù)能力，具備所需的專業(yè)技術(shù)能力；（3）溝通能力，透過多種手段、方法與他人有效合作溝通。（4）整合能力，能夠在執(zhí)行專業(yè)時(shí)，整合背景知識(shí)、技術(shù)與溝通等能力，已做出有效的決策。（5）適應(yīng)能力，能適應(yīng)各種多樣化的科學(xué)技術(shù)，并能將所學(xué)專業(yè)技能應(yīng)用于工作實(shí)踐上。（6）專業(yè)態(tài)度，同學(xué)問組別問構(gòu)成競(jìng)爭性，提升專業(yè)的學(xué)術(shù)氛圍、持續(xù)學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)。

結(jié)語

應(yīng)用型本科教育以能力培養(yǎng)為目標(biāo)，以就業(yè)為導(dǎo)向，本文從教學(xué)手段、教學(xué)方法等方面，論述了應(yīng)用型本科機(jī)械專業(yè)教學(xué)改革策略。為了打破部分專業(yè)課程的授課困境，設(shè)計(jì)以先進(jìn)靈活的教具為載體，逐步提高學(xué)生學(xué)習(xí)積極性的方式，吸引同學(xué)們的興趣；另外為了適應(yīng)當(dāng)代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，提升學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)和學(xué)習(xí)成效，采用網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)輔助課堂教學(xué)的方式進(jìn)行授課，走線上線下相結(jié)合的求知之路，使得學(xué)生學(xué)習(xí)更加主動(dòng)，學(xué)習(xí)內(nèi)容更加適性化；運(yùn)用逆向工程技術(shù)結(jié)合任務(wù)項(xiàng)目化教學(xué)方式，使得應(yīng)用型本科機(jī)械專業(yè)人才培養(yǎng)體現(xiàn)其職業(yè)性，使學(xué)習(xí)內(nèi)容更加具有現(xiàn)實(shí)意義，進(jìn)一步促進(jìn)了應(yīng)用型本科教學(xué)的發(fā)展。