机械设计实验教学的现代化改革与创新

1、实验技术与管理第23卷第10期2006年10月CN11-2034/TExperimentalTechnologyandManagementVol.23No.10Oct.2006机械设计实验教学的现代化改革与创新张超,任秀华,赵志超,耿宗亮,原政军(山东建筑工程学院机电工程学院,济南250101)摘要:针对当前高校机械设计实验教学中存在的不足,提出不断以创新实践为主题,运用现代化的教学手段改革实验教学,、创新能力、基础。关键词:机械设计;:100224956(2006)1020097204Modernizedreformandinnovationinexperimentalteachingofm

2、echanicaldesignZHANGChao,RENXiu2hua,ZHAOZhi2chao,GENGZong2liang,YUANZheng2jun(SchoolofMechanical&ElectronicEngineering,ShandongInstituteofArchitecture&Engineering,Jinan250101,China)Abstract:OntheanalysisoftheproblemswhichcurrentlyexistintheexperimentalteachingofMechanicalDesignatcollege,theo

3、pinionisputforwardinthepaperbasedonthethemeofcontinuousinnovationandpracticethattheex2perimentalteachingreformstartedwithteachingmodeandmethodshouldbecarriedoutbymodernizedteachingman2ner.Itisobviousthatstudentsabilityofobservation,integrativedesignandinnovation,practice,theanalysisandsettlementofpr

4、oblemsisenhancedandimprovedbypractice,whichestablishesthefoundationforthecultivationofappliedtalentswithcomprehensivecompetence.Keywords:mechanicaldesign;experimentalteaching;reform;innovation机械设计在工科院校机械类专业中是一门承上启下的专业基础课程,实验是该课程教学中重要的实践性环节。传统机械设计实验内容固定、功能单一,且以验证为主、学生动脑机会少,已无法更好地满足21世纪人才培养的要求。随着现代计算机

5、技术、网络技术、虚拟技术及多媒体技术的飞速发展,教学方式更加多样化。我们要不断以创新实践为主题,运用现代化的教学手段改革实验教学,更好地发挥实验教学直观性、实践性、综合性与创新性的特点,增强学生的创新能力、动手能力、分析和解决问题能力。内容、方法、步骤的简单重复,严重制约了对学生实际动手能力和创新能力的培养。实践证明,要使实验教学取得良好成效,必须对传统的实验教学模式、内容进行改革,实现由验证性向设计性、单一性向综合性实验的转变,由教师指定实验方案的教学模式向综合性实验和学生自行设计进行创新性实验的教学模式转变,构建新型实验教学模式。1.1实验教学体系的改革传统教学模式过分注重理论课教学,课程

6、设置大都以理论课为主干,对实验教学的重视度不够,实验目的也只是为了验证、巩固和加深理论教学的内容。因此,我们要突破原有的界限,构建以机械设计实验自身特点为主线的实验教学新体系,采用模块结构进行分阶段教学,并单独设置“机械设计实验课程”,施行实验学分制。根据我院现有实验教学仪器和设备情况,构建1实验教学模式的改革传统实验教学中学生仅仅是对老师所讲实验收稿日期:2005212230作者简介:张超(1979),男,山东省淄博市人,硕士,助教,研究方向是机械产品设计与智能控制技术.实验技术与管理表1实验最终成绩构成考核项目实验考勤实践动手能力综合设计能力创新能力考核方法根据实验课前、课末考勤情况考查实

7、验中学生的实际动手情况、实验态度考查学生对已学知识的设计和综合应用能力20%20%25%如图1所示的机械设计实验新体系。实验课程设置了4个验证性实验、6个设计性和综合性实验,占实验总数的60%。学生可根据理论课堂教学计划及进度,自主地在3类实验中选作2个。占总成绩比例10%25%1.为更好地激发学生的求知欲,建立了配套的教学管理体系与制度,实验室采取“全天候”开放,并成立了学生课外兴趣小组,在一定程度上放手让学生自主实验。图1机械设计实验新体系2应用新技术1.2以培养学生创新能力为主“要迎接科学技术突飞猛进的知识经济迅速兴起的挑战,最重要的是要坚持创新,勇于创新。”而创新的关键在人才。所以实验

8、教学不仅要以提高学生的全面素质为根本,更要以培养学生的创新意识和实践能力为重点。首先,要培养学生的形象思维能力和创新意识。也就是说,开设实验课时,要充分将验证性实验与综合性实验相结合,让学生把机械产品及各种机构的复杂实物形态信息转化为容易接收的具有客体特征的信息存储在大脑中。只有具有丰富的信息储备,在进行机械产品创新设计过程中才能够做到才思喷涌,举一反三。其次,充分将分析、设计与创新思维紧密结合并融合到实验中,激发学生的积极性与主动性,培养学生创新思维能力、实践动手能力及分析和解决问题能力。最后,还要对一些在动脑、动手及创新方面有特长的学生进行重点培养,因材施教。如组成课外兴趣小组,鼓励、指导

9、参加“挑战杯”之类的课外科技活动,拓展创新实践途径,增强团队协作意识。1.3制定严格而有效的实验成绩考核方式在科学技术飞速发展的今天,如何利用先进的科学技术尤其是计算机技术和网络技术,以激发学生的学习兴趣、优化教学过程以及提高实验课的教学质量已迫在眉睫。2.1应用虚拟实验技术虚拟实验技术就是借助图像处理技术、传感器技术、仿真技术,在计算机上建立一个可视化的虚拟实验室(Virtuallaboratory)。该技术用软件将原有实验环境进行虚拟,每一个虚拟器件代表一种实验器材,学生可随时在计算机上进行虚拟实验。以我院开设的曲柄摇杆虚拟综合设计实验为例。进入实验系统首先显示曲柄摇杆机构的三维动画及实验

10、内容、步骤及操作说明;然后,点击设计仿真按钮,进入图2所示的曲柄摇杆机构设计参数输入界面,学生可设计输入曲柄、连杆、摇杆的长度、质量和转动惯量,许用速度不均匀系数及电动机特性等参数。若参数不满足要求,系统还具有自动查错功能,学生可根据提示的错误信息及原因进行改错。机构设计完毕,学生可进行相应的曲柄、连杆运动仿真测试、机构振动仿真测试如图3所示,并可对机构进行即时运动模拟及任一点的运动轨迹仿真。该实验利用计算机对平面机构参数进行优化设计、数据采集处理,仿真实测,并可作出相应的动态参数曲线。虚拟实验教学作为传统教学方式的辅助手段,通过简洁明快的操作、丰富的人机交互功能及动画演示,不但可激发学生的兴

11、趣,培养学生对现代虚考核是检验教学效果的一种手段,以往由于没有严格的考核方式,很多学生不重视实验。所以制定严格而有效的实验成绩考核方法势在必行。结合我院实际情况,将学生的实验成绩主要分成5部分,如表1所示。通过这种划分,可有效地避免只注重实验结果的考核方式所带来的弊端,更好调动学生的积极性和主观能动性。张超,等:机械设计实验教学的现代化改革与创新图2曲柄摇杆机构设计参数输入界面图3机构振动仿真与测试分析界面拟设计和测试手段的灵活运用能力,而且还能很好地展示、仿真出机构尺寸与性能的动态关系,解决了机械设计实验对实验硬件依存性较强,部分实验费时、费力、效率低的不足。2.2应用远程实验技术远程实验教

12、学是建立在虚拟实验技术基础之上,利用网络技术发展起来的一种现代化实验教学方式。该教学方式可以摆脱实验教学对地域和时域的限制,较好地解决了实验设备维护、更新及资金困难的问题,可使学生在任何时间、地点,方便进行各种实验,从而真正实现实验室的开放。如图4所示,学生、教师和管理员可在客户端通过网络远程访问、控制、管理虚拟实验系统,方便快捷。这种以软代硬、以虚代实的现代实验教学方式不仅给学生提供了灵活、多样的实验方式,还极大方便了教师的实验教学及管理。2.3CAI在实验教学中的应用CAI又称计算机辅助教学(ComputerAssistedInstruction),可实现一个虚拟的实验过程,通过计算机的动

13、态模拟和仿真,让学生看到那些象真的实物或机构一样的运动规律。CAI不仅扩大了现代实验教育的规模、提高了教学质量,而且大大改变了实验教学的观念、模式和方法;有效地克服了传统机械设计实验课上“教师口述+板书”的教学方法带来的老师难讲,学生难懂的不足。实验技术与管理(1)通过对实验教学模式、管理体系及考核方式的改革,实现了由验证性向设计性、单一性向综合性实验的转变。(2)实验中重点以培养学生创新能力为主,增强了学生的创新意识。(3)充分运用现代化科技手段,如计算机技术、网络技术、,构建现代化实验室。(实验教师也要,努力提高教师,使教学质量和实验教学水。参考文献(References):1沈萌红,周震

14、宇.现代实验教学模式和“机械设计教学实验室”的现代化建设J.实验技术与管理,2003,20(20):图4远程实验平台13215.2裴立德,张大玉,陈家珑,等.综合型实教学改革的研究与实践J.实验技术与管理,2002,19(18):427.3结束语针对当前高校机械设计实验教学的不足,我们要不断以创新实践为主题,运用现代化的教学媒介进行教学改革,培养高素质的创新型人才。3崔钦华.对机械原理机构运动测绘实验课的教学研究与体会J.洛阳工业高等专科学校学报,2002(12):28230.4邱文龙.机械原理与机械设计实验教学改革J.实验室研究与探索,2004(23):78281.5陆凤仪,杨文.改革机械原

15、理实验教学J.理工高教研究,2004,23(3):90291.(上接第68页)的程序小巧,可以快速地发送,收取,解码信件;支持远程邮件管理,浏览条目后再决定下载或直接删除信件;此外还有本地邮箱加密功能和多地址簿功能,方便用户管理。根据需要还可以装一些语言环境,如VB、VC和Java等语言,让学生在做网络实验的时候,不要忘了要自己编一些小的网络应用软件。丰富多彩。今后的网络实验室将会涵盖诸多领域,例如计算机技术、网络技术、通讯技术、广播技术等,它将是一个有特色的综合性实验室。学生在网络实验室里会有充分的发展空间,做他们想做的实验,检验他们自己的发明和创造,实现他们自己的梦想。参考文献(References):1王振川.CCNA实验手册M.北京:人民邮电出版社,2003.2李进.服务器配置性能安全和注册表M.北京:科学出版3结束语建立有特色、高水平的实验室,这是广大的实验工程技术人员所面临的重要课题。如果一个实验室的建设没有特