智能制造背景下機械設(shè)計實驗教學改革探索

王丹 王凌云

摘 要：結(jié)合數(shù)控技術(shù)專業(yè)的學情特點、專業(yè)特色及智能制造的發(fā)展趨勢，探索了機械設(shè)計基礎(chǔ)課程基礎(chǔ)型實驗、綜合型實驗及創(chuàng)新型實驗教學內(nèi)容的改革；基于該實驗教學的實踐性特點，探索了動靜結(jié)合、信息化導(dǎo)入、理論教師參與實驗操作等教學手段，同時優(yōu)化了考核評價方式。

關(guān)鍵詞：機械設(shè)計基礎(chǔ) 實驗內(nèi)容改革 教學手段改進 考核方式優(yōu)化

中圖分類號：TH11 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2016）07（b）-0092-03

隨著“智能制造”計劃的制定，加快制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級提上日程。實現(xiàn)制造強國的戰(zhàn)略目標，為與制造業(yè)相關(guān)的數(shù)控技術(shù)專業(yè)的教學帶來新的機遇和挑戰(zhàn)。機械設(shè)計基礎(chǔ)是數(shù)控技術(shù)專業(yè)開設(shè)的一門重要的技術(shù)基礎(chǔ)課程，該課程作為一門實踐性很強的課程，其實驗教學是一個十分重要的實踐環(huán)節(jié)，除了起到加深學生對理論知識的理解、對課堂上教授的理論知識的驗證作用外，更重要的是培養(yǎng)學生實踐動手能力、理論聯(lián)系實際能力、分析問題和解決問題的能力，啟迪其創(chuàng)新思維，開拓其潛能的重要手段[1-3]。如何結(jié)合專業(yè)特點同時迎合中國制造2025計劃的需要，舍棄陳舊，吸取精華，接納新鮮內(nèi)容，是機械設(shè)計基礎(chǔ)實驗教學中面臨的重大 課題。

1 當前教學現(xiàn)狀

機械設(shè)計基礎(chǔ)實驗教學是該課程教學的重要組成部分，是學生將理論知識應(yīng)用于實踐中的媒介，更是培養(yǎng)學生動手能力、分析問題和解決問題能力及啟迪其創(chuàng)新思維的重要途徑。然而，目前實驗教學以傳統(tǒng)驗證型實驗為主要內(nèi)容，實驗內(nèi)容單一，既不能反映數(shù)控專業(yè)的特色內(nèi)容，也束縛了學生的思想，更不能適應(yīng)“中國制造2025”的時代背景；另外，實驗教學手段單一、考核方式不夠科學[4]，不利于充分調(diào)動學生的積極性，最終導(dǎo)致實驗教學的效果與實驗課的教學目標相差甚遠。

2 實驗教學內(nèi)容改革探索

2.1 結(jié)合學生的興趣點設(shè)置基礎(chǔ)型實驗

基礎(chǔ)型實驗包括機構(gòu)認知、零部件認識等認知性實驗和機構(gòu)簡圖測繪、齒輪范成等驗證性實驗。根據(jù)本課程的特點，巧妙安排該類實驗教學和理論教學的先后順序，使兩者有機結(jié)合起來激發(fā)學生的學習興趣。例如，在平面四桿機構(gòu)的理論課程前設(shè)置認知性實驗，帶領(lǐng)學生參觀機械原理陳列柜，可以使學生在理論學習之前對該章節(jié)所涉及的典型機構(gòu)和零件有感性的認識，在此基礎(chǔ)上，引導(dǎo)學生動手做平面四桿機構(gòu)的搭接實驗，使學生進一步理解平面四桿機構(gòu)的功能性，從而激發(fā)學生對理論課程的興趣；而在齒輪范成加工方法的理論課程之前，組織觀看齒輪加工的影像，在理論課程之后設(shè)置齒輪范成實驗，學生通過了解實驗原理、記錄和分析實驗參數(shù)，不僅對齒輪范成加工進行了印證，也學會了驗證某一原理或設(shè)計成果可行性的方法，然后帶領(lǐng)學生進校實訓車間，現(xiàn)場觀察滾齒機切制齒輪的加工過程，增加學生的學習信心[5]。

2.2 結(jié)合數(shù)控專業(yè)特色設(shè)置綜合型實驗

機械設(shè)計基礎(chǔ)是數(shù)控技術(shù)專業(yè)開設(shè)的一門重要的技術(shù)基礎(chǔ)課程，其實驗教學是提高本專業(yè)技能最重要的實踐環(huán)節(jié)，為更進一步的突出課程實驗對本專業(yè)的服務(wù)性特點，筆者結(jié)合本專業(yè)所涉及的機床及數(shù)控加工工藝設(shè)置機械設(shè)計基礎(chǔ)綜合型實驗，通過對機床機械結(jié)構(gòu)的實際零部件的測量與分析提高學生分析抽象機構(gòu)及典型零件的能力，進而提高學生對數(shù)控加工方法和工藝的分析與設(shè)計能力[6-8]。

綜合型實驗教學的具體內(nèi)容設(shè)置如圖1所示。

2.3 結(jié)合“智能制造”設(shè)置創(chuàng)新型實驗

結(jié)合“智能制造”創(chuàng)新發(fā)展和制造業(yè)與信息技術(shù)融合的理念，在實驗教學時設(shè)置創(chuàng)新拔高型實驗，以適應(yīng)“智能制造”的要求[9]。

如圖2所示，以機構(gòu)創(chuàng)新認知實驗、校園環(huán)保自行車創(chuàng)新設(shè)計與制作等為代表的創(chuàng)新發(fā)展類實驗，使學生層層深入到典型機構(gòu)與創(chuàng)新產(chǎn)品中去，既能逐步激發(fā)學生的興趣、鍛煉學生分析問題和解決問題的能力，又能培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識。利用信息技術(shù)設(shè)置虛擬設(shè)計與仿真類實驗，例如通過計算機輔助設(shè)計與制造軟件模擬機器人的運動過程、設(shè)計與制造實訓車間智能運輸小車，以有利于學生實訓的實際產(chǎn)品勾起學生的創(chuàng)新欲望[10-12]。設(shè)計與制造實訓車間智能運輸小車為例，首先將學生分成若干組，使各組學生運用其在一年級所學的CAD課程、同期CAM課程，分別設(shè)計智能小車的各個零部件并進行三維造型，由實驗教師將各組設(shè)計的零部件組裝，并進行編程模擬運動，讓學生參與設(shè)計與制造，真實體驗機械零件設(shè)計過程的實質(zhì)和樂趣。

3 實驗教學手段改革探索

3.1 “動”與“靜”結(jié)合

在實驗教學中，實驗室教具、模型設(shè)置，對學生動手操作興趣的提高有重要影響?！皠印斌w現(xiàn)在物品陳列的狀態(tài)和教師講授過程，根據(jù)陳列物品種類的不同，將典型運動機構(gòu)、傳動部件及機械零件設(shè)置為可運動的動態(tài)陳列柜，便于學生觀察機構(gòu)的實際動作及零部件的實際運動。教師講授過程配以動作演示，將實驗指導(dǎo)書的講解轉(zhuǎn)變?yōu)閷嵨锊僮髦v解?！办o”體現(xiàn)在學生自動作業(yè)以及以小組為主的自主學習、合作交流。運用“動”與“靜”的結(jié)合提高實驗教學效果。

3.2 引入信息技術(shù)

教學輔助材料通常為紙質(zhì)實驗指導(dǎo)書，大量的文字表達，學生往往不能抓住實驗要領(lǐng)?，F(xiàn)將實驗指導(dǎo)書涉及的特殊工具、典型量具、專用儀器、操作方法與步驟及實驗結(jié)果處理手段以電子課件的形式呈現(xiàn)，配以小視頻和動畫促進學生對

3.3 優(yōu)化實驗教學人員

現(xiàn)將理論課主講教師與實驗員共同參與實驗課教學、教研及科研，使理論教學與實踐教學無縫隙結(jié)合，這一教學模式獲得學生的一致好評[13-14]。

4 優(yōu)化考核評價方式

基于基礎(chǔ)型、綜合型及創(chuàng)新型的實驗內(nèi)容設(shè)置，優(yōu)化考核評價方式?；A(chǔ)型實驗考核占比50%，綜合型實驗考核占比30%，創(chuàng)新型實驗考核占比20%。

4.1 基礎(chǔ)型實驗考核

基礎(chǔ)型實驗考核包括考勤成績10%、操作過程成績20%、實驗結(jié)果分析20%?？记诔煽兩婕皩W生的出勤率，操作過程成績涉及學生操作的正確性、參與度及團隊協(xié)作度，實驗結(jié)果分析成績涉及學生實驗數(shù)據(jù)的分析整理的準確度、是否獨自思考及書面整潔度[15]。

4.2 綜合型實驗考核

為了考查學生對知識的綜合應(yīng)用，對綜合型實驗的考核包括出勤率10%，操作過程成績10%、實驗結(jié)果分析10%?？紤]到學生學習層次的差異性，在綜合型實驗考核時均分比例，促進學生對此類實驗重視程度的提高。

4.3 創(chuàng)新型實驗考核

新考核項，占總評成績的20%。包括參與分5%，創(chuàng)新操作10%，實驗結(jié)果分析5%。鼓勵學生積極參與創(chuàng)新型實驗，學生能對本課程所學的知識點或?qū)?yīng)的訓練提出自己獨到的見解并能以一定成果展示即可獲得創(chuàng)新分數(shù)。

5 結(jié)語

實驗教學與理論課教學是相輔相成，相互促進的關(guān)系，結(jié)合學生特點、專業(yè)特色及行業(yè)趨勢將機械設(shè)計基礎(chǔ)實驗教學內(nèi)容設(shè)置成基礎(chǔ)型實驗、綜合型實驗及創(chuàng)新型實驗三個層次，配合多種教學手段和綜合考核評價，使學生在實踐學習環(huán)節(jié)逐步深入，提高了學生的實踐興趣，同時激發(fā)了學生的創(chuàng)新潛能，也促進了學生對理論課程的學習和理解。

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