基于學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的機(jī)械制造課程群建設(shè)研究

任京芹，李東文

(西安工商學(xué)院，西安 710200)

0 引言

目前，中國(guó)大力推進(jìn)創(chuàng)新科技發(fā)展，實(shí)施“中國(guó)制造2025”、“互聯(lián)網(wǎng)+”、新工科建設(shè)等重大戰(zhàn)略，國(guó)家中長(zhǎng)期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要明確提出“提高學(xué)生的實(shí)踐、創(chuàng)新、學(xué)習(xí)能力”，這就要求學(xué)生在掌握理論知識(shí)的前提下，同時(shí)具備切實(shí)解決工程實(shí)踐問(wèn)題的能力[1]?！皺C(jī)械制造，工藝為本”，這就需要我們以制造過(guò)程為核心，典型產(chǎn)品的生產(chǎn)加工工藝為牽引，以學(xué)生對(duì)機(jī)械加工工藝知識(shí)的認(rèn)知過(guò)程為主線，進(jìn)行機(jī)械制造課程群體系的建設(shè)。

1 優(yōu)化整合課程內(nèi)容

圖1 減速器的部分零件

圖2 減速器箱蓋

為了形成實(shí)踐性強(qiáng)、制造技術(shù)含量高的課程體系和內(nèi)容，課程群的建設(shè)以核心專業(yè)課程——機(jī)械制造工程學(xué)的教學(xué)條件、教學(xué)內(nèi)容與方法等建設(shè)為基礎(chǔ)，將重心放在課程內(nèi)容的整合上，呈現(xiàn)課程群建設(shè)的整體效應(yīng)。打破之前按學(xué)科組織課程的傳統(tǒng)方式，從培養(yǎng)目標(biāo)定位、未來(lái)職業(yè)發(fā)展方向、已有基礎(chǔ)知識(shí)等因素出發(fā)，依照“大課程”重新規(guī)劃，以“實(shí)用、適合、必需”為原則，整合內(nèi)容，減少理論學(xué)時(shí)，適當(dāng)增加實(shí)踐課時(shí)，使群內(nèi)學(xué)科間由傳統(tǒng)的相互獨(dú)立、單一、重疊部分轉(zhuǎn)變?yōu)橄嗷ヘ炌?、補(bǔ)充、相輔相成，真正實(shí)現(xiàn)課程間的協(xié)調(diào)和系統(tǒng)化。

新工科背景下，機(jī)械制造課程群建設(shè)以學(xué)生熟悉的減速器為主線，各課程中涉及的相關(guān)內(nèi)容，如減速器的軸類、箱體類、齒輪類零件等(圖1、圖2)組成該主線的細(xì)節(jié)，在理論和實(shí)踐教學(xué)中貫穿始終。通過(guò)學(xué)習(xí)，實(shí)現(xiàn)對(duì)一個(gè)典型產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與制造，以及創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，具體教學(xué)內(nèi)容及能力培養(yǎng)建設(shè)要求如表1所示。同時(shí)，課程群的建設(shè)還拓展相關(guān)領(lǐng)域的先進(jìn)制造技術(shù)，拓寬學(xué)生的“大制造”的理念。西安工商學(xué)院機(jī)械制造課程群的建設(shè)，包括工程制圖、三維設(shè)計(jì)、互換性與技術(shù)測(cè)量、機(jī)械制造基礎(chǔ)、機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)、機(jī)械制造工程學(xué)、數(shù)控編程設(shè)計(jì)、先進(jìn)制造技術(shù)、特種加工技術(shù)等課程。

2 教學(xué)手段的多樣化

2.1 項(xiàng)目實(shí)踐式教學(xué)

比如在講到減速器中齒輪的加工工藝過(guò)程時(shí)，雖然所選擇的材料都是45號(hào)鋼，但由于減速器中齒輪軸和大齒輪的結(jié)構(gòu)和承載情況不一樣，因此齒輪的硬度大小也不同，需要通過(guò)對(duì)齒輪毛坯作進(jìn)一步的熱處理來(lái)滿足其工作要求，如在進(jìn)行粗加工之前，大齒輪需采用正火處理，而齒輪軸則采用調(diào)質(zhì)處理。

表1 以減速器為主線的機(jī)械制造課程群內(nèi)容

通過(guò)給定齒輪的工作環(huán)境，讓學(xué)生根據(jù)已掌握的基礎(chǔ)知識(shí)和實(shí)驗(yàn)室的熱處理設(shè)備自行設(shè)計(jì)一次熱處理實(shí)驗(yàn)，然后分析測(cè)試其熱處理結(jié)果是否符合工作要求[2]。對(duì)照學(xué)生在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案中出現(xiàn)的問(wèn)題予以指導(dǎo)糾正，這樣通過(guò)齒輪熱加工工藝的項(xiàng)目實(shí)踐不僅完成了對(duì)設(shè)備的正確使用，更重要的是讓學(xué)生深入理解了熱處理中“四把火”之間的區(qū)別及相互間的影響，清楚預(yù)備熱處理和最終熱處理在機(jī)械加工工藝過(guò)程中的作用。當(dāng)學(xué)生再次遇到類似的工藝路線擬定問(wèn)題時(shí)，就可以自己試著去解決實(shí)際的工程問(wèn)題了，使學(xué)習(xí)的主動(dòng)性、創(chuàng)新意識(shí)被慢慢培養(yǎng)出來(lái)。

2.2 靈活采用“翻轉(zhuǎn)課堂”

對(duì)于一些貼近現(xiàn)實(shí)、學(xué)生感興趣、能引起共鳴的課程內(nèi)容，采取“翻轉(zhuǎn)課堂”的形式。課堂教學(xué)從以“知識(shí)為中心”向以“學(xué)生為主體，學(xué)生的素養(yǎng)、能力培養(yǎng)為中心”轉(zhuǎn)變。鼓勵(lì)學(xué)生積極查閱相關(guān)資料，設(shè)計(jì)ppt課件，分享學(xué)習(xí)心得。學(xué)生在輕松活躍的課堂氣氛中各抒己見，并由教師適時(shí)引導(dǎo)，從而培養(yǎng)學(xué)生的自主探究能力和創(chuàng)新意識(shí)?！胺D(zhuǎn)課堂”中，鼓勵(lì)更多的學(xué)生講，在進(jìn)行某特定零件加工工藝規(guī)程制定時(shí)，加工工藝方案至少列舉三種，并通過(guò)對(duì)比選擇最優(yōu)方案。從而擴(kuò)大課堂參與度，很好地改變了學(xué)生上課氛圍和聽課狀態(tài)。

2.3 巧妙設(shè)置思維導(dǎo)圖

教學(xué)過(guò)程中巧妙采用思維導(dǎo)圖的形式進(jìn)行課件的設(shè)計(jì)，可以有效地把不同專業(yè)課程按照需求聯(lián)系起來(lái)。對(duì)于單級(jí)圓柱齒輪減速器的箱體，學(xué)生通過(guò)前期減速器的拆裝實(shí)驗(yàn)將箱體進(jìn)行測(cè)繪后，基本掌握零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。在機(jī)械制造工程學(xué)課程講述過(guò)程中通過(guò)對(duì)零件進(jìn)行工藝分析后，選擇合適的材料、毛坯，確定具體的加工方案，并根據(jù)需要引入各零件的加工動(dòng)畫和生產(chǎn)視頻等，采用關(guān)鍵詞、不同顏色字體標(biāo)識(shí)，強(qiáng)調(diào)重點(diǎn)。學(xué)習(xí)過(guò)程中引導(dǎo)學(xué)生將已學(xué)過(guò)的機(jī)械制圖、機(jī)械制造基礎(chǔ)、互換性與技術(shù)測(cè)量等課程所涉及到的知識(shí)點(diǎn)結(jié)合起來(lái)，使復(fù)雜的課程內(nèi)容簡(jiǎn)單明了，以此激發(fā)學(xué)生興趣和積極性[3]。

3 完善實(shí)踐教學(xué)，提升學(xué)生創(chuàng)新能力

新工科要求從實(shí)踐環(huán)節(jié)入手，強(qiáng)調(diào)以真實(shí)的工程問(wèn)題、工程項(xiàng)目作為教育的起點(diǎn)[4]。以課程群建設(shè)為契機(jī)，改革實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，增加一些創(chuàng)新性、創(chuàng)造性實(shí)驗(yàn)。如機(jī)械制造基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課程中，在對(duì)加工精度和表面質(zhì)量分析時(shí)，如尺寸、形狀和位置公差、表面粗糙度、齒輪公差及精度等基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行后，再開設(shè)針對(duì)減速器的典型零件如傳動(dòng)軸的公差設(shè)計(jì)和檢測(cè)的綜合性實(shí)驗(yàn)[4]。機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課程中，通過(guò)減速器的拆裝實(shí)驗(yàn)，測(cè)繪軸、齒輪、鍵、箱蓋、底座等零件，再利用學(xué)生較熟悉的繪圖軟件AutoCAD、Creo、UG、CATIA 、SolidWorks等，將零件的二、三維圖繪制出來(lái)，對(duì)于復(fù)雜的箱體還可以通過(guò)虛擬裝配模式完成箱體的三維設(shè)計(jì)，通過(guò)生成爆炸視圖來(lái)觀察各零部件間的裝配關(guān)系，也可以通過(guò)3DVIA某一細(xì)節(jié)處進(jìn)行動(dòng)態(tài)演示。進(jìn)一步強(qiáng)化學(xué)生對(duì)某些重要零件的結(jié)構(gòu)、原理的理解和掌握，為后續(xù)機(jī)械制造工程學(xué)的課程學(xué)習(xí)及相應(yīng)的課程設(shè)計(jì)和畢業(yè)設(shè)計(jì)打下扎實(shí)的基礎(chǔ)，真正實(shí)現(xiàn)從零件的設(shè)計(jì)到產(chǎn)品的生產(chǎn)制造全程學(xué)習(xí)。鑒于目前很多企業(yè)采用數(shù)字化智能制造，通過(guò)機(jī)械制造課程群建設(shè)將工件的三維造型設(shè)計(jì)、三維虛擬裝配圖等都設(shè)為重點(diǎn)，并使學(xué)生在校期間更好地接受工程訓(xùn)練，有效減少設(shè)計(jì)盲目性、隨意性，培養(yǎng)學(xué)生工程實(shí)踐、創(chuàng)新和動(dòng)手能力。

4 結(jié)語(yǔ)

機(jī)械制造課程群不能只是簡(jiǎn)單地將機(jī)械制造相關(guān)課程聚攏在一個(gè)大的名稱之下，只有對(duì)各個(gè)相關(guān)課程內(nèi)容進(jìn)行有機(jī)地優(yōu)化整合[5]，加大實(shí)踐力度，緊跟時(shí)代步伐，持續(xù)改革，才能打造出培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的特色課程群，發(fā)揮出課程群建設(shè)在整個(gè)專業(yè)中的作用，進(jìn)一步促進(jìn)專業(yè)的建設(shè)和發(fā)展。

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