強化過程管理的《機械原理課程設(shè)計》教學方法

黃晨華

（韶關(guān)學院智能工程學院，廣東韶關(guān) 512005）

《機械原理課程設(shè)計》是機械類專業(yè)學生必修的一門實踐性課程，該課程主要是幫助學生理解、運用所學知識，培養(yǎng)學生良好規(guī)范的工程設(shè)計習慣。保證《機械原理課程設(shè)計》的質(zhì)量，對學生學好后續(xù)專業(yè)課程有重要的作用。為獲得良好的教學效果，許多高校教師對這門課的內(nèi)容、實施方法進行了大量的探索和改革，改革措施大致可分為兩大類，一類是選題的改革[1-5]，如王輝[1]等，基于創(chuàng)新能力發(fā)展平臺，將機械原理課程設(shè)計與設(shè)計項目和學科競賽進行有機結(jié)合，取得了良好的改革效果。王迎佳等[2]、顧文斌[3]等，韋慧玲[4]等和何曉芬[5]均采用了類似的改革方法，收到了一定的成效。另一類是開展課程設(shè)計時，采用的方法和手段的改革，以提高學生的學習興趣和完成效率，目前大多數(shù)教師的改革探索主要屬于這類[6-14]，如頓國強等[6]將SolidWorks 引入課程設(shè)計教學中，激發(fā)學生的學習興趣，較好地完成了課程設(shè)計。李平等[7]讓學生利用UG、Pro /e 等軟件對傳動機構(gòu)進行三維建模，并借助ADAMS 等仿真軟件對機構(gòu)進行運動或力分析。劉雷[8]讓學生結(jié)合MATLAB和ADAMS，創(chuàng)建虛擬樣機，并進行運動學和動力學的分析，以增強學生對現(xiàn)代設(shè)計工具的使用能力。周麗紅[9]等在課程設(shè)計中引用3D 打印技術(shù)，以降低課程設(shè)計的難度，筆者認為這種改革有點偏離了本課程的教學目的，值得商榷。王超[10]以工程教育認證要求為標準，進行了改革，著重強調(diào)團隊合作和結(jié)果考核等。王榮先等[11]利用Autolisp 語言開發(fā)了機構(gòu)設(shè)計軟件，并應(yīng)用在課程設(shè)計中幫助學生較快完成課程設(shè)計任務(wù)。趙楠等[12]強調(diào)“做中學”，強調(diào)用ADMAS提升學生自主學習與協(xié)作。閆軍等[13]在方法上強調(diào)了三維軟件的應(yīng)用，同時也介紹了加強答辯環(huán)節(jié)的措施。楊強等[14]介紹了以機械手為課題，利用ADMAS完成課程設(shè)計的教學設(shè)計。

上述兩類改革探討，均忽略了或沒有強調(diào)對整個課程設(shè)計階段進行提出過程監(jiān)管。好的課題或好的方法手段，沒有合適的過程監(jiān)管措施，同樣很難達到預(yù)期的效果。筆者結(jié)合長期的教學經(jīng)驗，以本校機械專業(yè)的《機械原理課程設(shè)計》教學為例，探討強化過程管理的《機械原理課程設(shè)計》的教學組織方法。

1 強化過程管理的必要性

1.1 有利于督促學生按時完成任務(wù)

對于課程設(shè)計，一般高校的常規(guī)做法是集中在幾周內(nèi)完成，不同于一般的理論課，學生需要按時到教室，課后馬上離開，課程設(shè)計對學生到設(shè)計室的時間相對寬松。在這種較寬松的環(huán)境下，少數(shù)自律性較差的學生，往往不能保證按進度完成相應(yīng)的任務(wù)，導致最后不能按時參加答辯。

1.2 有利于指導教師及時發(fā)現(xiàn)學生存在的問題

課程設(shè)計以學生自主完成為主，指導教師的指導主要是答疑。有些問題或方法，學生自認為是正確的，并沒有與教師討論，而在做后面的工作時，才發(fā)現(xiàn)前面做的工作不對，出現(xiàn)這種情況時，有的學生會從頭再來，但進度就會受到很大的影響，有的學生則會“將錯就錯”，心存僥幸，在答辯時被發(fā)現(xiàn)，已沒時間補救修改。因此，指導教師很有必要加強過程管理。

2 基于超星學習通的強化過程管理的教學方法

2.1 提高平時成績占總評成績比重

學生的總成績由平時成績和考核成績按比例折算，其他課程一般都是平時成績與考核成績的比例，為3：7，為了加強過程管理，我們在《機械原理課程設(shè)計》的課程標準中，規(guī)定平時成績與考核成績的比例為5：5，加大了平時成績在總成績中的比重，促使學生認真對待平時成績，從而也實現(xiàn)了過程管理制度上的保證。

2.2 借助超星學習通平臺，實現(xiàn)平時成績的精準評定

在超星學習通上，首先建立《機械原理課程設(shè)計》課程和建立以所指導學生為組成成員的班級，然后按如下步驟實現(xiàn)平時成績的精準評定。

2.2.1 選擇合適課題，合理制定課題進度

《機械原理課程設(shè)計》教學要求學生能針對某機械或機構(gòu)的工作要求，設(shè)計結(jié)構(gòu)方案，并對所設(shè)計的方案進行運動學和動力學的分析。很多常用課題，在教材里可以找到，這些課題經(jīng)過實踐檢驗，指導教師對課題熟悉，能很好地把控課題的進度，缺點是這些課題用了多年，學生很容易找到相關(guān)的資料。有的教師每年選擇新課題、采用學科競賽課題或教師的課研課題作為課程設(shè)計課題，這樣做的好處是學生對課題感興趣，但缺點也很明顯，那就是指導教師不一定對新課題熟悉，在給學生制定進度時不一定合理，特別是利用學科競賽課題作為設(shè)計任務(wù)，進度更不好把握，很容易出現(xiàn)因?qū)W生對困難估計不足而難以按時完成的問題。因此，基于強調(diào)過程管理的考慮，我們采用較為常用的“四沖程內(nèi)燃機連桿機構(gòu)設(shè)計”課題，課時安排為2 周，考慮到學生已開設(shè)三維軟件建模課程，我們對課題進行了改造，要求學生利用三維軟件對機構(gòu)進行運動學分析，作為后續(xù)作圖法進行運動分析結(jié)果的驗證。結(jié)合以往的教學經(jīng)驗，將課題的進度劃分為6 個階段：

（1）機構(gòu)設(shè)計，并完成機構(gòu)簡圖的繪制，用1 天時間完成。

（2）機構(gòu)三維建模與運動仿真，對所設(shè)計的機構(gòu)，利用Ug 或Solidworks 等軟件建模，并進行運動仿真，驗證設(shè)計的正確性，用1 天時間完成。

（3）用作圖法完成機構(gòu)的運動學分析，小組內(nèi)分工合作，完成一個周期內(nèi)的運動分析，用2 天時間完成。

（4）用作圖法完成機構(gòu)的力學分析，同樣，小組內(nèi)分工合作，完成一個周期內(nèi)的動力學分析，用2 天時間完成。

（5）凸輪設(shè)計，完成凸輪轉(zhuǎn)動慣量的計算，并計算所設(shè)計內(nèi)燃機的功率，用1 天時間完成。

（6）說明書的撰寫與整理，做好答辯準備，用2 天時間完成。

2.2.2 在學習通上按進度要求，發(fā)布相應(yīng)的作業(yè)，定時提交階段性設(shè)計成果

按進度要求，在學習通上以作業(yè)的形式要求學生提交階段性設(shè)計成果，并設(shè)計定好提交的截止時間，過期則不能提交，這樣能很好地促進學生按進度要求完成設(shè)計任務(wù)。教師對每次提交的設(shè)計成果給予評分。課程設(shè)計結(jié)束后，設(shè)置好作業(yè)在平時成績中的比重，學習通平臺自動計算出作業(yè)在平時成績中的分值。通過這種方法，學生的平時成績不再是隨意的。教師在評閱作業(yè)時，很容易了解學生的情況，指導學生也會變得有的放矢。由于學生每次提交的成果是部分的，因此教師在評閱時也不會花太多時間，總體上不會增加教師的額外工作。

2.2.3 做好考勤工作，掌握學生進行課程設(shè)計的時間

利用學習通上的簽到功能，設(shè)置為位置簽到，學生需要到設(shè)計室才可以簽到。指導教師不需要每天準時到設(shè)計室，只需要查看簽到情況，即可隨時了解學生出勤情況，并把出勤情況也納入平時成績的計算中，同樣，在學習通上設(shè)置好出勤情況在平時成績中的比重，可促使學生在課程設(shè)計中投入足夠的時間。

3 實施成效分析

在筆者指導的某年級機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)的25 位學生中實施了強化過程的《機械原理課程設(shè)計》，取得了超預(yù)期的效果。在課題中增加了三維軟件的應(yīng)用，大大激發(fā)了學生的學習興趣，同時也促進了學生主動學習，圖1 至圖4 為學生按要求完成的基于三維軟件的運動分析作業(yè)。作業(yè)提交率為100%，見圖5，圖中3 種顏色分別表示每次作業(yè)的發(fā)布數(shù)、作業(yè)提交數(shù)以及作業(yè)的批閱數(shù)；每次作業(yè)的平均成績分均見圖6，所有作業(yè)的平均成績?yōu)?4.3，學生簽到率為100%，按時參加答辯的學生為100%。課程設(shè)計結(jié)束后，就課題難度、過程管理問題進行了調(diào)查，發(fā)出問卷25 份，作答的有23 位，作答率為92%，其中認為有必要加強過程管理的學生有22 位，占95.7%，認為沒必要的有1人，占4.3%，見圖7。對課題難度的調(diào)查，發(fā)出問卷25份，作答的有19 位，作答率為76%，全部認為難度適中，見圖8。從學生的成績、按時參加答辯及問卷調(diào)查中可以得出：課題的選擇是適當?shù)模^程管理方法是有效且是必要的。

圖1 機構(gòu)三維圖

圖2 機構(gòu)位移分析

圖3 機構(gòu)速度分析

圖4 機構(gòu)加速度分析

圖5 學生作業(yè)提交情況

圖6 學生作業(yè)平均成績

圖7 過程管理調(diào)查情況

圖8 課題難度調(diào)查

4 結(jié)語

與時俱進，因材施教，是教學改革的原生動力。提高教學質(zhì)量是課程改革的目的。各高校教師依據(jù)本校的實際情況進行了不同的改革，均收到了良好的效果。筆者從過程管理的角度出發(fā)，再結(jié)合現(xiàn)代的網(wǎng)絡(luò)平臺，在實施中收到了較好的效果，同時也得到了學生的高度認可。在取得的成功經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，再結(jié)合其他教師在課題選題以及教學方法上的成功做法，實現(xiàn)該課程的全方位改革，是筆者今后教學改革的方向。本文所采用的措施基于超星學習通平臺實施，對于采用其他平臺來實施強化過程管理的教學改革也有參考價值。