单位文秘网 2021-07-04 08:11:04 点击: 次
创新是一个民族进步的灵魂,是一个国家兴旺发达的不竭动力。高等院校作为创新教育的重要阵地,理应成为培养创新人才的摇篮,理应把培养人才的创新能力作为学校教育的基本价值趋向。本文就机械设计系列课程开发创新实验,培养学生创新能力进行探讨。
机械设计系列课程是高等工科院校中机械类及近机类有关专业的一门重要技术基础课,它不仅向学生提供机械学科的技术基础知识,而且对培养学生创新能力,培养创新型人才具有重要的作用。机械设计系列实验教学作为机械设计系列课程教学的实践环节,在培养创新型人才中扮演着不可替代的重要角色。实验教学要真正担负起创新人才的培养任务,就必须大力开发创新实验,以创新的教学模式,带动创新型人才的成长。
机械设计系列创新实验教学体系
实验教学是学校教学活动的重要组成部分,要充分发挥实验教学在培养创新型人才中的重要作用,就必须增强改革意识,改进实验教学内容和方法,从而建立新的创新实验教学体系。
机械设计系列课程实验主要包括机械原理课程实验、机械设计课程实验以及机械设计基础等课程实验。原系列实验主要包括:机构运转及测绘分析、齿轮范成原理、转子动平衡实验、带传动参数测试、滑动轴承实验和减速器拆装实验等。实验内容主要是“验证”某一原理,巩固和加深课堂讲授的理论知识,对于学生各种能力尤其是创新能力的培养,成效甚微,实验体系属“验证性”实验体系。为加强对学生创新能力的培养,通过对原有的实验进行全面的研究与探讨,笔者决定开发“机构创新组合实验”“机构系统创新设计实验”“机械系统传动方案设计实验”“模块化轴系结构创新设计实验”。新开发的实验同原实验一起共同构成了新的机械系列课程创新实验教学体系。考虑到实验学时的限制,可以把实验项目分为必做、限选和任选三类,实验方式既有实物实验又有计算机仿真演示实验,从而保证新的实验教学体系的有效实施。
新的实验教学体系,立足于学生创新意识、创新精神和创新能力的培养,改变了传统的“验证性”体系,把创新性实验与传统实验相结合,并以创新性、综合性、设计性实验为主,注重个性化培养,突出因材施教。整个实验体系可分为基本原理型实验和设计创新型实验两个层次。基本原理型实验主要是验证、演示机械基本原理、基本理论,让学生加深对课程内容的理解,是培养专业思维与实践、创新与设计的基础性实验。设计创新型实验是学生在掌握机械基本原理实验的基础上,根据实验方向查阅相关资料,运用创新设计的各种方法,确定实验方案、实验设备,并进行模型实现,是增强学生工程实践意识,培养学生创新设计能力的创新性实验。
创新实验的内容及特点
新实验体系确立了以加强机械综合性、创新性实验为特点的实验教学体系,体现了机械实验教学的新特点,适应了机械实验教学改革的要求。新开发实验内容丰富、灵活机动,既有利于学生全面掌握所学机械基础知识,又可以充分挖掘学生的学习潜能,激发他们的创新热情,从而培养学生的创新能力。
机构创新组合实验
机构创新组合实验是在机构创新组合模型上完成的,实验过程是用组合模型提供的基本组件,拼接成机械原理课程中所讲的连杆机构、凸轮机构和齿轮机构等三大机构及机构系统。对于连杆机构,构件的结构与尺寸可满足拼接双曲柄、曲柄摇杆和双摇杆的尺寸要求;凸轮机构则提供了使从动件能够实现两种行程,三种基本运动规律的盘形凸轮;齿轮机构,提供了模数相同、齿数各异的多个齿轮,以实现不同的传动比。动力源可以用专用电机也可以手动驱动。教师预先给定一些题目,要求学生能够运用各种设计方法,设计出能够实现给定功能运动的机构运动方案,并运用机构创新模型加以实现。
该实验基于机构组成原理进行拼接设计实验,目的在于加深对机构组成原理及对机构运动特性的掌握,培养学生创新意识、综合设计能力和工程实践动手能力。
机构系统创新设计实验
机构系统创新设计实验也是在创新组合模型上来完成。它是基于机构系统创新原理的实验,目的是培养学生运用创造性思维方法,遵循创造性基本原理,运用机构构型的创新设计方法,设计、拼装满足预定运动要求的机构系统。教师从机械工程中提炼出一定的机构设计训练题目,让学生利用课堂上学到的理论知识,通过对一些基本机构的串联、并联及混合式联结,创新设计出与原机构特点不同的新的机构系统。与创新组合实验相比,该实验题目难度更大一些,创新的含量更高,综合设计的能力要求更强些。
机械系统传动方案设计实验
机械系统传动方案设计实验是在传动方案综合设计实验台上来完成。实验台通过提供相应的动力库、传动零件库、支承及调整零件库、测试仪器库、联接零件库、工具库等元件库,可实现在同一平台上组建多种传动方案并进行测试的功能。实验台采用开放式结构,实验时,要求学生根据给定的条件和设备,开动脑筋,自拟实验方案和内容,自己动手进行不同的传动方案的设计、装配和调试,不同的方案有着不同的传动效率,也有着不同的成本,学生通过实验比较其优劣,并最终确定出合理的机械系统传动方案。
该实验主要是加强学生创新意识的培养及创新能力的提高,实验要求学生在参考传统机械传动方案的基础上,大胆进行发散性思维,努力挖掘创新点,创新点可以是自己设计新传动方案,也可以是对传统传动方案整体或局部的改进,或者是对传统传动方案原理、性能上的补充和完善。
模块化轴系结构创新设计实验
轴系结构设计是机械设计课程的重点内容之一,涉及的问题多、实践性强、灵活性大,进行模块化轴系结构创新设计实验,对培养学生综合创新设计能力具有重要的积极意义。实验设备主要由模块化轴段和不同的轴上零件所组成,模块化轴段可组装成不同结构形状的阶梯轴,轴上零件则主要包括:齿轮、带轮、联轴器、蜗轮、轴承、套筒、圆螺母、轴用及孔用弹性挡圈等。实验准备时,学生需根据教师提供的不同的结构方案简图及已知条件和要求,确定需要使用哪些轴上零件,并绘制轴系结构装配草图。实验时,学生应根据相应的装配草图选择模块化轴段,组装成一个完整的阶梯轴,该轴应与草图中的轴一致或尽可能相近;同时,学生按照预定的设计方案,选用相应的轴上零部件,按装配工艺要求顺序装到轴上,并安装在轴承支座上,最终完成轴系结构设计。
通过该实验,学生可以熟悉和掌握轴的结构设计及轴承组合设计的基本要求、原理及设计方法,其中包括轴上零件的定位、固定和装拆,轴承间隙的调整、密封,轴的结构工艺性等。实验对培养学生综合利用所学知识,创新设计各种轴系结构具有很重要的作用。
创新实验教学途径和方式
为保证创新实验教学体系的有效运行,应通过一定的教学途径,对与不同层次和不同类型的实验,采用不同的教学方式和教学手段。
开放实验室,鼓励学生创新实验 实验室应全部向学生开放,学生可以提前预约实验时间,并按约定时间进行实验。所有规定实验项目应在课程结束之前全部完成。开放实验室有利于最大限度地发挥实验室的效益,提高实验设备的利用率,保证了限选和任选实验项目的顺利实行,为学生自主学习、发挥个人创造性提供了一个较大的空间。实施开放性实验还可以使学生在一个心理状态比较宽松的环境中,不受时间的限制,可以反复做、反复观察,直到满意为止,这对培养学生的创新设计能力很有益处。
开发计算机仿真系统,实行演示实验可以利用计算机系统将传统的实验结合起来进行演示实验,如齿轮范成原理实验,可以通过开发“齿轮范成原理”仿真实验系统,进行演示实验。采用计算机虚拟仿真系统,学生可以在键盘上输入齿数、模数、压力角等参数,显示器上即可显示齿轮范成加工的全过程,形象直观、逼真,效果好,而且省时省力,并极大地提高学生对实验教学的兴趣。演示性实验内容丰富,涉及多个知识点,是理论知识的一种综合实际应用,它既丰富了实验内容,扩展了学生视野,还可与创新教学中的现代教育技术相结合,达到意想不到的教学效果。
实验应确立学生的主体地位创新性实验教学不是教师灌输知识的过程,而是教师组织学生学习的过程。因此,创新性实验教学必须改革传统的“以教师为中心”的教学模式,建立“以学生为主体”的教学新模式,教师为学生服务,实行启发式、讨论式、互动式教学。教师应注重介绍创新思维方法、机械创新设计技法和相关案例,启发学生的构思和设计,让学生在一个自主的学习氛围中,充分发挥自己的主体地位,把学生被动接受知识的过程转变为主动学习知识的过程,使学生学会观察和创新。
注重培养学生的个性和创新精神在创新性实验教学过程中,要注意强化学生的个性意识,相信学生有一定的创造力,引导学生积极思考,破除对创造性设计的神秘感,鼓励他们克服困难,增强自信心,激发他们参与创新活动的兴趣。
独立的设计性实验,指导教师尽量少讲,只给出实验任务及必要的提示,由学生自己查阅资料、设计实验方案和步骤、选择实验仪器和设备,经教师审阅后进行实验,最后提交实验报告。通过不断地训练,培养学生的创新精神,提高学生的创新设计能力。
结束语
开展创新教育,培养具有创新能力的高素质人才是时代赋予教育的重任,高等教育必须不断改革过时的教学体系、教学内容和教学方式,才能担负起历史赋予的这一重任。实验教学的改革就是要本着培养学生的综合能力和创新能力而进行。本项目通过开发机械创新实验,实现了对实验教学体系、内容和方式的改革与探索。创新实验的教学实践将会使学生进一步熟悉机械设计的有关知识,拓宽学生的视野和知识面,对培养和提高学生的创新思维和创新能力必将起到良好的推动作用。
(作者单位:河北工程大学机电学院)
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