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    “互聯(lián)網(wǎng)+”背景下的機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)新模式

    2018-01-29 07:36:52趙衛(wèi)軍權(quán)雙璐
    實(shí)驗(yàn)室研究與探索 2017年12期
    關(guān)鍵詞:縫紉機(jī)機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室

    桂 亮, 趙衛(wèi)軍, 金 悅, 郭 婷, 權(quán)雙璐

    (西安交通大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院,西安 710049)

    0 引 言

    2015年3月5日,李克強(qiáng)總理在政府工作報(bào)告中首次提出制定“互聯(lián)網(wǎng)+”行動(dòng)計(jì)劃。推動(dòng)移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等與現(xiàn)代制造業(yè)結(jié)合,促進(jìn)電子商務(wù)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)金融健康發(fā)展,引導(dǎo)互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)拓展國(guó)際市場(chǎng)[1]。該計(jì)劃一提出,立即引起全社會(huì)的廣泛關(guān)注。互聯(lián)網(wǎng)正跟傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)融合,互聯(lián)網(wǎng)金融、互聯(lián)網(wǎng)交通、互聯(lián)網(wǎng)醫(yī)療、互聯(lián)網(wǎng)教育等新業(yè)態(tài)正是互聯(lián)網(wǎng)與傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)人融合的產(chǎn)物[2]。目前各行各業(yè)都在思考如何將“互聯(lián)網(wǎng)+”行動(dòng)計(jì)劃結(jié)合本領(lǐng)域?qū)嶋H狀況,將各項(xiàng)工作更好地開(kāi)展和推動(dòng)。教育行業(yè)也不例外,樊未晨等[5]撰文暢談互聯(lián)網(wǎng)模式下的教育發(fā)展方向。喬玉婷等[6]從大學(xué)功能的教學(xué)、科研和服務(wù)社會(huì)三個(gè)主要方面探討“互聯(lián)網(wǎng)+時(shí)代”對(duì)高等教育管理的影響并提出對(duì)策建議。沈義民[7]探討了用“互聯(lián)網(wǎng)+”思維建設(shè)本科生創(chuàng)新實(shí)踐新環(huán)境。杜剛等[8]針對(duì)互聯(lián)網(wǎng)的開(kāi)放式創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室工作模式進(jìn)行了探究。郝建新等[9]探討了互聯(lián)網(wǎng)+背景下SPOC模式電類實(shí)驗(yàn)教學(xué)。本文從事機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)工作已有多年,結(jié)合“互聯(lián)網(wǎng)+”行動(dòng)計(jì)劃,近年來(lái)與教學(xué)團(tuán)隊(duì)一起對(duì)該實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)模式進(jìn)行了深入的思考,提出了在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中的若干環(huán)節(jié)應(yīng)用各類新媒體技術(shù),增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性,拉近師生之間的距離,大大提升了實(shí)踐教學(xué)效果。

    1 實(shí)驗(yàn)教學(xué)特點(diǎn)及存在的問(wèn)題

    1.1 特 點(diǎn)

    實(shí)驗(yàn)教學(xué)是理工科教學(xué)重要的組成部分, 除了起到使學(xué)生加深對(duì)理論知識(shí)的理解、對(duì)課堂上教授的理論知識(shí)的驗(yàn)證作用外, 更重要的是培養(yǎng)學(xué)生工程意識(shí)、工程實(shí)踐動(dòng)手能力、理論聯(lián)系實(shí)際能力、分析和解決問(wèn)題的能力, 從而啟迪其創(chuàng)新思維[10]。

    實(shí)驗(yàn)教學(xué)和課堂理論教學(xué)的不同在于,課堂教學(xué)是講授抽象的理論知識(shí),傳授知識(shí)體系,強(qiáng)調(diào)符號(hào)系統(tǒng)的邏輯性,屬于陳述性知識(shí);而實(shí)驗(yàn)教學(xué)則是將課堂知識(shí)運(yùn)用到實(shí)際中解決問(wèn)題,強(qiáng)調(diào)具象思維,屬于過(guò)程性知識(shí)。實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)是不可替代的[11],它的難點(diǎn)就在于教會(huì)學(xué)生運(yùn)用理論知識(shí)去實(shí)踐,用自己的雙眼去觀察,用自己的雙手去觸摸,用自己的頭腦去認(rèn)知。以游泳為例,僅有游泳的理論知識(shí),知道游泳的步驟和動(dòng)作,如果不下水游,永遠(yuǎn)只能是旱鴨子。因此,實(shí)驗(yàn)教師需要通過(guò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法和實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段的改進(jìn)來(lái)引導(dǎo)學(xué)生、啟發(fā)學(xué)生,從而提升實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效果。機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)是一門綜合性和實(shí)踐性都很強(qiáng)的課程。該課程設(shè)置的實(shí)驗(yàn)是重要的實(shí)踐環(huán)節(jié),可以幫助學(xué)生加深對(duì)理論知識(shí)的理解與應(yīng)用,培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用實(shí)驗(yàn)方法研究解決機(jī)械類專業(yè)復(fù)雜工程問(wèn)題的能力。

    1.2 存在的問(wèn)題

    我校機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程是在機(jī)械原理和機(jī)械設(shè)計(jì)兩門課基礎(chǔ)上重組整合而成。該課程是面向機(jī)械、能動(dòng)、材料、核工程等機(jī)類、近機(jī)類專業(yè)開(kāi)設(shè)的大面積專業(yè)基礎(chǔ)課(每年機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)40余個(gè)班級(jí)),在其培養(yǎng)目標(biāo)中,起著承前(基礎(chǔ)知識(shí))啟后(專業(yè)知識(shí))的作用,與該課程配套開(kāi)設(shè)的實(shí)驗(yàn)包括縫紉機(jī)機(jī)構(gòu)分析、機(jī)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計(jì)與搭接、基于創(chuàng)意組合模型的產(chǎn)品運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)、齒輪范成、帶傳動(dòng)分析、回轉(zhuǎn)構(gòu)件的動(dòng)平衡、軸系的設(shè)計(jì)與組裝、機(jī)器和機(jī)構(gòu)陳列室現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)、機(jī)械零部件陳列室現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)等實(shí)驗(yàn)。目前,該課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)主要存在以下問(wèn)題:

    (1) 部分學(xué)生習(xí)慣于按照實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)的操作步驟做實(shí)驗(yàn),缺乏主動(dòng)性,動(dòng)手實(shí)踐能力有待加強(qiáng)。學(xué)生缺乏動(dòng)手能力的原因是多方面的,其中一個(gè)原因是驗(yàn)證型的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容造成的[12]。新版教學(xué)計(jì)劃大大增加了綜合性實(shí)驗(yàn)的比重,如何精心設(shè)置實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié),引導(dǎo)學(xué)生將學(xué)到的理論知識(shí)和實(shí)際應(yīng)用聯(lián)系起來(lái),加強(qiáng)工程應(yīng)用與拓展,值得探索。

    (2) 新版教學(xué)計(jì)劃將機(jī)械工程學(xué)院10個(gè)班的機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程從大三上學(xué)期提到了大二下學(xué)期,且實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)增加了課外8學(xué)時(shí)。春季學(xué)期該課程的班級(jí)數(shù)達(dá)到近30個(gè)。加上我校實(shí)行三學(xué)期(春季學(xué)期、秋季學(xué)期和小學(xué)期),春季學(xué)期較短。因此,實(shí)驗(yàn)時(shí)間的安排、協(xié)調(diào)極為困難。

    (3) 實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)缺乏反饋機(jī)制和溝通互動(dòng)平臺(tái)。

    2 “互聯(lián)網(wǎng)+”下的實(shí)驗(yàn)教學(xué)新模式

    互聯(lián)網(wǎng)+背景下的實(shí)驗(yàn)教學(xué),主要是利用新媒體的特點(diǎn),將其應(yīng)用到實(shí)驗(yàn)教學(xué)中,具有交互性、即時(shí)性、共享性、社群化等特點(diǎn),是傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式所不具備的[13-14]。它能使學(xué)生處于“主動(dòng)、開(kāi)放、較自由的狀態(tài)”。這種主動(dòng)、開(kāi)放、自由的狀態(tài)體現(xiàn)了學(xué)生的主體地位,學(xué)生在這種狀態(tài)下進(jìn)行實(shí)驗(yàn),積極性將得到很大提升[15]。

    2.1 豐富實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容和環(huán)節(jié)

    利用新媒體平臺(tái)可以多種途徑傳遞文本、音頻、圖片、視頻以及其他多媒體內(nèi)容的特點(diǎn),將其引入實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)中,豐富實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容。以“縫紉機(jī)機(jī)構(gòu)分析實(shí)驗(yàn)”為例,該實(shí)驗(yàn)安排在第7章凸輪機(jī)構(gòu)內(nèi)容講完之后,主要設(shè)置了如圖1所示的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和環(huán)節(jié)。

    圖1 縫紉機(jī)機(jī)構(gòu)分析實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、環(huán)節(jié)設(shè)置

    (1) 在課堂講授機(jī)構(gòu)部分相關(guān)理論知識(shí)的同時(shí),通過(guò)“機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)信息平臺(tái)”微信公眾號(hào)向?qū)W生推送來(lái)自“機(jī)械美學(xué)”的文章“懷舊之美——老式縫紉機(jī),還記得小時(shí)候的噠噠聲么?”[16]以及縫紉機(jī)機(jī)頭部分的運(yùn)動(dòng)畫(huà)面(見(jiàn)圖2)。

    通過(guò)縫紉機(jī)的發(fā)展史:“從1755年,德裔英國(guó)工程師Charles Fredrick Wiesenthal發(fā)明了一臺(tái)能輔助縫紉藝術(shù)的機(jī)械。1790年,美國(guó)木工Thomas Saint發(fā)明了世界上第一臺(tái)先打洞、后穿線、縫制皮鞋用的單線鏈?zhǔn)骄€跡手搖縫紉機(jī)。到1844年,英國(guó)的John Fisher將一個(gè)世紀(jì)以來(lái)不同的創(chuàng)造成果組合在一起,發(fā)明了真正意義上的第一臺(tái)現(xiàn)代縫紉機(jī)。再到1851年,美國(guó)人Isaac Merritt Singer設(shè)計(jì)了上下運(yùn)動(dòng)的滑梭,獲得了鎖式線跡縫紉機(jī)的專利;在這期間,美國(guó)人Wilson跟Nathaniel Wheeler合伙開(kāi)始生產(chǎn)使用旋梭縫紉機(jī);1859年,勝家公司發(fā)明了腳踏式縫紉機(jī);1889年,勝家公司又發(fā)明了電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的縫紉機(jī)?!睂W(xué)生可以了解一個(gè)產(chǎn)品不斷改進(jìn)的過(guò)程,并進(jìn)行思考“如何通過(guò)設(shè)計(jì)使得產(chǎn)品的性能不斷改進(jìn)?”同時(shí),結(jié)合推送的縫紉機(jī)機(jī)頭部分的運(yùn)動(dòng)動(dòng)畫(huà),學(xué)生對(duì)機(jī)頭部分的工作原理進(jìn)行了解。

    (2) 學(xué)生從中心網(wǎng)站或者QQ群自行下載實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)進(jìn)行預(yù)習(xí)。了解實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵螅瑢?duì)縫紉機(jī)機(jī)頭部分包含的四大機(jī)構(gòu):針刺機(jī)構(gòu)、擺梭機(jī)構(gòu)、挑線機(jī)構(gòu)、送料機(jī)構(gòu)進(jìn)行初步了解。搞清楚每個(gè)機(jī)構(gòu)都包含哪些構(gòu)件?如何選取合理的視圖平面?

    (3) 進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室后,在實(shí)驗(yàn)教師的指導(dǎo)下,學(xué)生針對(duì)縫紉機(jī)機(jī)頭實(shí)物進(jìn)行機(jī)構(gòu)分析并測(cè)繪機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖和機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖。

    (4) 課后通過(guò)QQ群交流反饋。

    通過(guò)以上實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和環(huán)節(jié)的設(shè)置,幫助學(xué)生掌握機(jī)構(gòu)分析及表達(dá)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)組成方法,感受機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的巧妙以及設(shè)計(jì)在產(chǎn)品改進(jìn)過(guò)程中的作用。

    2.2 提供了解工程應(yīng)用背景和前沿研究方向的平臺(tái)

    通過(guò)公眾號(hào)可以推送和課程知識(shí)相關(guān)的各種工程實(shí)際應(yīng)用的炫酷視頻或者當(dāng)前科技前沿研究信息(見(jiàn)圖3)。例如,關(guān)于彈性皮帶在汽車中的應(yīng)用視頻,講述了為什么在汽車中應(yīng)用帶傳動(dòng)以及未來(lái)改進(jìn)的方向,并以斯巴魯車型為例,演示了彈性皮帶的安裝過(guò)程和安裝注意事項(xiàng);并聯(lián)機(jī)床的介紹,可以幫助學(xué)生了解機(jī)構(gòu)的應(yīng)用;3D液體打印視頻、ABB協(xié)作型機(jī)器人等可以幫助學(xué)生了解當(dāng)前熱門的前沿研究方向。

    圖3 工程應(yīng)用及科技前沿研究相關(guān)信息

    這些信息的推送有效地?cái)U(kuò)充了學(xué)生的信息量,使得學(xué)生了解前沿技術(shù)信息,并初步將課本所學(xué)的理論知識(shí)與實(shí)際應(yīng)用聯(lián)系起來(lái),形成感性認(rèn)識(shí)。

    2.3 輔助實(shí)驗(yàn)管理

    2.3.1推送實(shí)驗(yàn)安排

    我校機(jī)械基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)國(guó)家級(jí)示范中心近年來(lái)申請(qǐng)了“機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)信息平臺(tái)”微信公眾號(hào)。任課教師在上第一節(jié)課時(shí),將該公眾號(hào)提供給各班學(xué)生,學(xué)生通過(guò)掃一掃即可關(guān)注該平臺(tái)。目前,關(guān)注人數(shù)已達(dá)700余人(見(jiàn)圖4)。通過(guò)該平臺(tái),實(shí)驗(yàn)教師通知各班及時(shí)預(yù)約實(shí)驗(yàn),并將安排好的實(shí)驗(yàn)時(shí)間和要求及時(shí)發(fā)布在平臺(tái)上,方便每一個(gè)學(xué)生查看(見(jiàn)圖5),這樣既減輕了實(shí)驗(yàn)老師的負(fù)擔(dān),又方便每一個(gè)學(xué)生查看實(shí)驗(yàn)安排。

    圖4 公眾號(hào)用戶分析

    2.3.2立體實(shí)驗(yàn)中心

    目前實(shí)驗(yàn)中心總面積6 108 m2,24個(gè)實(shí)驗(yàn)室、5個(gè)實(shí)驗(yàn)區(qū)、2個(gè)計(jì)算機(jī)房、1個(gè)小型加工車間。各類設(shè)備儀器總值3 000多萬(wàn)元。為讓學(xué)生及時(shí)了解實(shí)驗(yàn)中心的布局和相應(yīng)儀器設(shè)備,實(shí)驗(yàn)中心網(wǎng)站建有“立體實(shí)驗(yàn)中心”模塊(見(jiàn)圖6),將鼠標(biāo)放置在相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)室名稱上,會(huì)顯示該實(shí)驗(yàn)室的設(shè)備、管理人、可做實(shí)驗(yàn)、聯(lián)系方式等信息。通過(guò)立體實(shí)驗(yàn)中心,學(xué)生可以很方便地了解各實(shí)驗(yàn)室的基本情況。

    圖5 公眾號(hào)推送實(shí)驗(yàn)安排表

    圖6 立體化實(shí)驗(yàn)室分布圖

    2.3.3實(shí)驗(yàn)相關(guān)資料

    實(shí)驗(yàn)教學(xué)大綱、實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)、實(shí)驗(yàn)報(bào)告模板等文本資料通過(guò)實(shí)驗(yàn)中心網(wǎng)站“資料下載”模塊或者QQ群共享,學(xué)生可以根據(jù)需求自行下載。

    2.4 加強(qiáng)與學(xué)生的互動(dòng)交流

    QQ群是一個(gè)公共交流平臺(tái),學(xué)生可以不受時(shí)間和空間的限制,在實(shí)驗(yàn)前或者實(shí)驗(yàn)后有任何問(wèn)題都可以隨時(shí)隨地和實(shí)驗(yàn)教師互動(dòng)交流,很好地輔助了實(shí)驗(yàn)教學(xué),將其從實(shí)驗(yàn)室延伸到課外。同時(shí),也是一個(gè)反饋平臺(tái),實(shí)驗(yàn)教師能夠了解學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的掌握情況,學(xué)生可以向?qū)嶒?yàn)教師提出建議,從而促進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)。

    3 “互聯(lián)網(wǎng)+”環(huán)境下交互學(xué)習(xí)模式的效果

    通過(guò)新媒體平臺(tái),大量隱性知識(shí)(經(jīng)驗(yàn)、技能、思想等)得到分享,極大地提高了信息傳遞的效率和效果?!盎ヂ?lián)網(wǎng)+”所帶來(lái)的全新體驗(yàn)已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越了傳統(tǒng)的面對(duì)面交流方式。自從將新媒體平臺(tái)引入實(shí)驗(yàn)教學(xué)以來(lái),學(xué)生反映可以很方便地了解實(shí)驗(yàn)室的相關(guān)信息,實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和環(huán)節(jié)得到豐富,知識(shí)及時(shí)得到更新和補(bǔ)充,和教師的溝通交流不受時(shí)間和空間的限制,這些都是實(shí)驗(yàn)教師在授課過(guò)程中不能完全實(shí)現(xiàn)的。在新模式的培養(yǎng)下,學(xué)生的自主能動(dòng)性、創(chuàng)新能力、實(shí)踐動(dòng)手能力得到提高。這些在機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程后續(xù)拓展環(huán)節(jié)中得以體現(xiàn)。在第7屆全國(guó)大學(xué)生機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽中,我校取得了有史以來(lái)最好成績(jī):全國(guó)比賽一等獎(jiǎng)5項(xiàng),二等獎(jiǎng)5項(xiàng);省級(jí)一等獎(jiǎng)12項(xiàng),二等獎(jiǎng)7項(xiàng),三等獎(jiǎng)1項(xiàng);慧魚(yú)組一等獎(jiǎng)5項(xiàng)。實(shí)踐表明,“互聯(lián)網(wǎng)+”背景下的實(shí)驗(yàn)教學(xué)新模式具有良好的效果。

    4 結(jié) 語(yǔ)

    實(shí)驗(yàn)教學(xué)是培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力、發(fā)揮學(xué)生創(chuàng)新能力的重要環(huán)節(jié)。機(jī)械工程學(xué)院近年來(lái)大大加強(qiáng)對(duì)本科生在實(shí)踐環(huán)節(jié)的培養(yǎng),從實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)環(huán)節(jié)設(shè)置、教學(xué)手段等方面不斷探索。在“互聯(lián)網(wǎng)+”背景下,將新媒體平臺(tái)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)相結(jié)合,有效地提升了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效果。

    [1] 李克強(qiáng).第十二屆全國(guó)人民代表大會(huì)第三次會(huì)議政府工作報(bào)告[N].人民日?qǐng)?bào),2014-03-15(001).

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