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一、前言
培養創新性人才是高校的基本使命,采用參與式教學的方式,能夠使學生融入教學氛圍中,激發學生的學習興趣,推動教學改革的不斷發展。機械原理應用競賽是機械原理課外活動之一,通過機械原理應用競賽,能夠讓學生將基礎知識與實踐能力相結合,激發學生的求知欲望與創造欲望,完成機械機械原理課程目標。構建基于參與式教學的機械原理應用競賽教學,能夠在競賽之中吸引更多的同學參與,從而讓學生的創新性得到激發,推動學生素質的全面提升。本校積極開展機械原理應用競賽,采用參與式教學,使更多的學生參與其中、樂在其中,學生的實踐能力與創新能力得到了有效的鍛煉。
二、參與式教學模式
(一)參與式教學基本原理
參與式教學是以學生為主導的教學方法,通過內在激勵與外在激勵相結合,明確教學目標,創建平等、民主的教學氛圍,積極與學生進行溝通,從而激發學生參與的熱情,提升學生運用知識的能力。工科專業的學生具有關注學習的實用性、注重學習的時效性與實踐動手能力較強的特點,采用參與式教學方法,使學生在相對舒適的環境中學習,能夠提升教學效果。
(二)參與式教學設計
機械原理具有較強的實踐性與綜合性,采用參與式的教學模式,能夠使學生在實踐中參與教學,從而掌握教學內容,達到教學目標。機械原理教學中采用參與式教學模式,可以進行以下的規劃:(1)采用分組方式進行教學,在教學過程中,以小組的方式完成特定運動的分析、設計與完成,了解零件的加工方法,通過小組討論,協作完成任務,提升學生對機械原理的理解;(2)設計選題與認識設置,選擇具有代表性的應用布置任務,要求學生完成特定機構的原理分析、完成原理草圖的繪制、優缺點討論、歸納合理的解決方案、有條件的可以加工成產品等任務,使學生了解機構設計與加工的全流程;(3)成果演示與討論,經過設計與加工之后,采用成果演示的方式闡述機構的原理與設計思路,采用答辯、自評與他評的方式對成果進行評價,讓學生了解設計的不足,提升學習效果。
三、基于參與式教學的機械原理應用競賽教學
本校2014年以“休閑娛樂機械和家庭用機械的設計與制作”作為機械原理應用競賽的主體。競賽中筆者以升降課桌的設計進行講解,結合實際生活中的典型案例提升學生的參與積極性,從而獲得較好的教學效果。
(一)理論學習
參與式教學的主要內容包括理論學習、分組討論以及機械原理分析,運動實現要點設計、歸納合理的解決方案、總結等過程,為了使學生掌握升降課桌的設計原理,筆者以當前市面上已出現的學生升降課桌作為案例進行講解,讓學生能夠了解升降課桌的機械裝置工作原理,并分析討論這種課桌的特點,指出這種課桌最大的缺陷是需要借用工具才能調節高度,不能實現隨手調節高度,從而為升降課桌的設計打下基礎。
(二)工藝分析與設計
經過理論學習,學生已經掌握到四桿機構的設計原理與工作原理。在理論學習的基礎上,引入機械創新大賽,讓學生能夠以小組的方式設計出升降課桌。小組設計中不同小組的運用的原理并不相同,有的小組采用分別設計然后對比選擇最優設計的方法、有的小組采用成員積極參與討論并匯總的方法,而且小組討論中都會遇到一些問題。這一階段教師需要做好引導,授課過程中對學生的設計情況進行分析,引導學生仔細研究升降課桌的運動原理,給予學生必要的理論技術指導,而且采用小組的方式進行設計,討論出最優化的設計方法。這一階段的實踐,獲得一些技術性、可行性等均有較好表現的方案。在這一階段,雖然不同小組的方法不同,但是所有學生都能夠參與討論與設計,了解機械原理應用的情況,學生對機械原理應用的理解加深,學生的機械原理學習熱情均有所提高。
(三)機械原理應用大賽評價反饋
機械原理應用競賽的培養學生創新精神、團隊合作精神的競賽,在競賽過程中,通過合理運用課堂知識、解決實際問題,能夠提升學生的綜合設計能力與工程實踐能力,提升學生的綜合素質。在競賽中,學生必須按照競賽的要求進行方案設計、文獻檢索與創新說明,能夠提升學生查閱資料與組織資料的能力。在小組討論中確定方案之后,將理論知識延伸到機械原理應用大賽,采用競賽的方式對設計成果進行評估,將設計的評價反饋到課程教學中,激發學生對機械設計的興趣與參與意識,對課程產生積極的影響。
四、結語
機械原理是機械專業的重要課程,為了滿足機械設計人才的需求,需要結合實際情況不斷革新機械原理教學方式。采用參與式的教學方式,能夠激發學生的參與意識,采用小組教學的方式進行教學,與機械原理應用競賽相結合,將理論與實踐相結合,使學生在參與機械原理應用競賽的過程中,參與機械設計的全過程,提升學生對機械原理應用的認識,提升學生的創新能力、協作能力,推動學生素質的全面提升。
基金項目:湖南省普通高校教學改革研究項目“基于機械原理課程的參與式教學研究與實踐”(湘教通〔2013〕223號)
參考文獻:
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關鍵詞:機械原理;系統化;多樣化創新性設計;實踐性
作者簡介:張莉潔(1976-),女,河南洛陽人,洛陽理工學院機械工程系,講師。(河南 洛陽 471023)
中圖分類號:G642.0 文獻標識碼:A 文章編號:1007-0079(2014)14-0120-02
機械系統的設計是機械設計中極其重要的一環,機械系統設計的正確合理性,對提高機械的性能和質量,降低制造成本與維護費用等影響很大,決定著機器性能的好壞。機械系統方案設計是一項極富創造性的活動,要求設計者善于運用和總結已有知識和實踐經驗,深入理解,廣泛積累,收集相關技術資料,充分發揮創造性思維和想象能力,靈活運用各種設計方法和技巧,從而設計出新穎、靈巧、高效的機械系統。
作為“機械原理”課程的一個重要實踐性教學環節,機械原理課程設計的內容正是對機器進行機械系統方案設計。它是學生將所學知識轉化為實際工作能力的橋梁,使其將所學知識系統化;使理論與工程實際相結合,提高分析解決工程實際問題的能力,樹立機構分析和設計的概念,樹立正確的工程設計觀點;通過創造意識的教育,培養學生創造、實踐能力。根據近年來對課程設計實踐教學環節的深入探索及積累的經驗,本著洛陽理工學院提出的培養工程應用型創新人才的教育理念,筆者總結了學生在進行課程設計時出現的普遍問題,針對機械原理課程設計的培養目標,本文從機械系統設計過程的系統化、實踐性及創新性這三個方面對原有教學模式存在的問題加以提出、探討和論述。
一、機械原理課程設計教學內容及存在的問題
“機械原理”課程設計的核心內容是對機械系統進行方案設計。其一般設計步驟為:擬定機械工作原理,制訂總體功能,提出設計要求;執行構件和原動機的運動設計,確定執行構件的數目、運動形式、運動參數及運動協調配合關系;機構選型,選擇滿足機械運動、動力要求的機構類型,確定機械系統結構方案,繪制系統示意圖;機構的尺寸綜合,根據執行構件和原動機的運動參數,以及各執行構件運動的協調配合要求,確定各構件的運動尺寸,繪制機構運動簡圖;方案分析,進行運動學和動力學分析,對系統方案合理性進行論證,驗證其能否滿足運動要求。機械系統設計工作是一項創造性勞動,設計過程通常不會一次性完成,經常出現反復和交叉,通過不斷論證分析的過程才能達到最終的設計目的和最優的設計要求。
根據近年來“機械原理”課程的理論教學,結合課程設計實踐環節指導經驗,筆者發現學生在機械系統設計中,普遍存在如下問題:面對復雜的機械系統,學生在初始確定機械方案的工作中不能把握全局,沒有“整體規劃”的概念,竟不考慮機械系統各部分的運動協調性和機構運動實現的可行性,設計工作呈現照貓畫虎的狀況,無法發揮自身主觀能動性和創造能力,如此“參考設計”并不利于學生真正掌握機械系統設計的精髓。另外,原有課程設計所選設計題目大都集中于傳統、經典式的機床類設計,題目過于單一,創新設計性體現不強,導致學生缺乏設計興趣。
筆者認為在課程設計過程中應積極發揮學生的主觀能動性,能夠通過思考自行提出解決方案,培養創新和實踐能力,這才是該課程設計所應達到的教學目的,針對以上培養目標和所述問題,本文分別對課程設計進行中的重要環節和應注意的問題加以探討和論述。
二、系統化、實踐性及創新性教學探索
1.總體規劃,把握正確設計方向
機械系統的正常工作是依靠各部分機構的協調運動來實現的,因此機械系統方案設計的最初工作階段應是“系統工程設計”,即應在滿足機器各執行構件的協調運動關系和運動、動力要求下,高屋建瓴地進行整體規劃,該階段應包括上節所述設計步驟的前三步。“系統工程設計”階段將為之后各設計階段提供設計目標、依據和技術參數,其重要性正如房屋的架構或是汽車的運行,決定了機械系統方案設計工作成功與否及方案的可實現性與合理性。
然而,“系統工程設計”工作正是學生在設計過程中遇到的最大困難,其不愿運用邏輯思維統籌分析各部分運動協調關系和機構運動的合理性,而是莽撞地從熟知的局部機構入手開始設計,如此毫無方向性的設計方法無異于盲人摸象,而后的工作無論進行得多細致也無法保證正確的設計結果,最終導致南轅北轍的失敗。
進行“系統工程設計”的關鍵步驟是繪制各執行機構的運動工作循環圖。運動工作循環圖使各執行部分協調運動關系明晰可見,更有助于設計者理清思路。最清楚的繪制方法是在直角坐標系中分別做出各執行構件所對應原動件在一個工作循環內的運動位移曲線以及對應的阻力曲線,該曲線將為之后的機構設計、運動和受力分析提供必要的設計技術參數。
以牛頭刨床機構舉例分析,該機器有兩個相互協調的執行端運動,其一為刨頭的往復直線運動,通過電機、減速裝置及轉動導桿和曲柄滑塊機構的組合執行機構來實現;另一個運動是工作臺的橫向進給運動,該運動由主運動通過傳動系統,而后通過曲柄連桿、棘輪機構及絲杠螺母組成的螺旋運動來實現,兩者的運動協調關系為工作臺的橫向進給運動必須在刨頭非切削時間內進行,否則被加工工件將被損壞。繪制運動循環圖時應分別畫出刨頭、工作臺對應于原動件曲柄轉角轉動一周的位移曲線圖。另外,其工作中切削阻力曲線也應相應繪出,為之后在任意位置進行受力分析時提供相應數據。
運動循環圖將對之后各階段提出一系列設計要求,如工作臺進給的間歇運動是最終通過棘輪機構實現的。若通過曲柄搖桿機構來實現主動曲柄和棘輪的運動傳遞,則應考慮如何設計曲柄連桿機構,才能保證棘輪的工作行程(撥齒使工作臺進給)位于刨頭主運動的回程段,且工作周期一致。以上運動協調性為之后進行機構尺寸綜合提出了設計要求,通過分析可將其轉化為機構設計的三大類基本問題來解決。
2.開展實踐調查研究,鍛煉自主研究能力
由于理論學習占授課的主要部分,許多學生對實際機器缺乏感性認識,只會按既定方案進行教條設計,如此閉門造車的設計狀態使學生缺乏設計興趣,且設計出來的方案也是紙上談兵,不符合實際。
優秀的機械系統設計工作依賴于設計者的豐富經驗,針對專業知識匱乏,實踐少的問題,在進行課程設計前的準備工作中應提出以下要求:開展實踐調查研究,鍛煉學生自主收集獲取相關技術資料及深入自主研究的能力。鼓勵學生廣泛閱讀,擴展知識面,了解最先進的機械構造和設計技術,對機械系統的豐富性能窺得一斑。生活中先進機械系統實例舉不勝舉,如汽車構造中實現前車輪轉向的機構、四連桿獨立懸架直線機構等等,都是極具創意且包含先進設計思想理念的設計實例。
獲得實踐的方式很多,如實地參觀考察,聽現場工人師傅講解;圖書館、網絡技術資源也能夠感受到一個豐富精彩的機械世界。通過實踐,再與所學理論知識相結合,學生再一次經過了由感性上升到理性的認識過程,掌握了課本知識與實際機器的內在聯系,在設計時更易發揮其主觀能動性。在補充專業知識的過程中,領略前輩們的智慧和創新精神,想必也一定會激發學生自主設計的欲望與熱情。
3.擬定多樣化、創新型設計題目,啟發創新思維
目前現有傳統的經典式機械系統設計題目通常是一些僅要求滿足急回特性和一定協調運動的機床類設計,這類設計題目多數較為成熟,設計難度不小,而類型過于單一,創意思考空間并不大,無法體現機械系統的豐富性。而實際機械系統的功能和設計要求是極其多樣化的,學生在進行課程設計中卻始終沒有機會接觸到這些,無法感受到機械系統設計的豐富多樣性和創新趣味性,更無法為學生帶來創新設計成功后的成就感和喜悅感,更甚者學生直接照搬照抄,比葫蘆畫瓢。
筆者認為,針對初學的學生擬定機械系統題目不宜太過復雜,而在于有思考性和設計意義。只要有創新和分析價值,能激發起學生創新設計的欲望,這樣的題目即可獲得事半功倍的效果。隨著不斷完善的教學體系發展,多樣化、創新性設計題目應有所呈現,而這些題目能使學生充分利用所學之術,鍛煉分析判斷能力和解決實際問題的能力。
舉例來說,機械系統中執行機構通常是由一些簡單而極富創意設計的四連桿機構來實現的,如從這方面選題,就應要求學生在完成設計的過程中要使設計既不過分復雜,同時又能讓人感受到機械系統的設計理念。在此舉出以下實例加以說明。
如讓學生進行汽車前車輪轉向系統的設計。首先向學生提出以下問題:兩前輪轉向時,兩車輪的轉角是否相等;然后分析問題:汽車高速行駛時首先要保證行駛的安全性,因此車輪轉向時應保證整車純滾動,否則將會出現打滑的危險。由此得到結論:前車輪兩軸線必然與后車輪軸線交于一點,由幾何分析得到兩車輪轉角具有一定的函數關系。該機構可由等腰梯形四連桿機構來實現,其設計問題可歸納為給定兩連架桿位置的函數生成問題。該問題可分別采用圖解法和解析法來進行求解。
再有,鶴式起重機的執行機構為雙搖桿機構,其末端利用連桿的運動來實現重物的移動。問題看似簡單,但其設計卻有一定的特殊功能要求。為保證起重機在左右移動時不上下起伏,避免不必要的做功浪費,應保證連桿末端軌跡為直線,該問題正歸納為連桿機構設計的難點――軌跡生成問題。設計時可首先讓學生了解經典的直線軌跡機構,可采用圖解法先進行幾何特征分析,然后再利用優化設計來建立數學模型,以與直線軌跡誤差最小作為優化目標進行針對性設計。
通過以上所舉實例可知,實際機械系統中有很多亟待解決和優化的問題都依賴于機械系統方案設計。諸如此類具有一定不確定性的設計問題,讓學生真正感受和接觸到實際問題的存在,即使在設計過程中的思考和思維過程很艱難,解決問題時會感到困苦,但收獲成果的喜悅是無法替代的。整個設計過程是伴隨著激情和設計靈感的創造性活動,而不再是一項繁瑣枯燥的事情,使機械系統創新設計理念深入人心。
三、總結
綜上所述,通過創新性、實踐性的課程設計過程,使學生對機械系統的設計理念有所感悟,使學生更好地在創造實踐能力和分析思維方面得到大幅度的鍛煉,真正達“機械原理”課程設計實踐教學的目的。同時,也對學生今后進一步深入研究并確定其研究方向和領域大有裨益,起著導向作用。期待在今后的機械原理課程設計中將出現更多豐富的創新實踐性題目和先進的設計理念,培養出優秀的應用型創新人才,以適應我國科學技術及工程創新的發展。
參考文獻:
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1.理論知識沒有形成系統。主要有兩個方面:一是先修課程的理論知識沒有跟《機械設計基礎》聯系起來。《機械設計基礎》的課程學習,要綜合運用到《工程材料》、《工程制圖》、《工程力學》、《互換性與技術測量》及《機械原理》等課程的知識,由于這些課程學習時是分開單獨學習的,學生在獨立進行設計計算時,往往無法運用這些知識,比如不能運用力學知識去校核齒輪、軸及軸承等零件的強度;不能運用互換性原理中的公差知識去設計軸孔配合公差;不能運用工程材料的知識選擇零件材料等。二是本課程內各章節知識沒有形成有機整體。由于各章節基本上是以機器中不同類型的機構來進行劃分的,學生在碰到多機構組合的裝置時,往往不知道如何進行設計,比如不知道軸承設計的輸入參數應該從軸的設計結果中獲取。
2.缺乏查閱資料解決問題的能力。查閱資料解決問題是進行機械設計必備的技能之一。在實際教學過程中,由于教材一般不會強調這方面的知識,學生在這方面的能力相對匱乏。比如在查閱機械設計資料時,遇到圖表不能根據橫縱坐標查到所需的參數,或者遇到表格不知道表頭所指代的參數,遇到新的問題不知道從目錄中找到參考資料的位置等。
3.缺乏思考、生搬硬套。學生在進行設計計算時,生搬硬套比較多,機械地套用公式,或者完全按照例題參數進行設計,不考慮自己的設計任務與現有方案的差異,缺乏獨立的思考。比如在進行帶傳動設計時,未直接給出轉速(需要用其他參數計算得出),有的學生直接將例題中的轉速帶入計算。甚至有些學生直接照抄別人的設計結果,數據計算和結構設計都相同。
4.對設計參數缺乏宏觀把握。對設計參數缺乏宏觀把握主要表現在課程設計的過程中。由于學生缺乏工程經驗,對所設計的機構沒有在大腦中形成一個宏觀的概念,對其尺寸和參數也沒有感性的認識,因此在設計出現明顯不合理,甚至錯誤時,不能及時發現,直到設計后期,甚至繪圖時才發現問題,已經沒有足夠的時間修改,影響設計成績。比如在設計減速器時傳動比分配不合理,導致制圖時發現結構比例不協調等。
5.制圖能力弱。制圖能力弱同樣是主要表現在課程設計的過程中,課程設計的最后都要求學生把自己設計的裝置按照國家標準要求的工程制圖樣式表達出來,在這一過程中出現了很多問題。主要是因為學生對工程制圖的標準掌握不夠,比如標題欄格式、零件簡化畫法、螺紋的繪制、殼體相貫線的繪制等經常出現錯誤。綜合上述問題分析可以看出,學生在創造能力及設計思維上相對較弱,實際上通過平時作業和操作實踐,學生基本都能完全掌握單一零件的設計,比如設計帶傳動、設計齒輪機構、軸的結構設計等,但卻在需要整合運用這些知識技能時出現了問題。這實際上就是因為心智技能的匱乏,因此,培養心智技能是提高學生機械設計能力的關鍵。
二、心智技能培養在《機械設計基礎》教學中的應用
1.機械設計心智技能形成分析。根據馮忠良教授的研究,心智技能的形成是階段性的,其過程分為原型定向、原型操作和原型內化三個階段。原型定向階段以理論知識傳授為主,讓主體掌握技能操作的原理;原型操作階段通過實踐讓主體熟練掌握操作技能,為原型內化奠定基礎;原型內化階段在主體大腦中形成內化的思維模式,使主體能夠靈活運用操作技能解決實際問題。根據上述理論,結合《機械設計基礎》教學的實際情況,機械設計心智技能的形成階段如圖1所示。機械設計心智技能的形成分為三個階段:掌握基本理論、熟悉常用設計和綜合設計計算三個階段。在整個學期的教學過程整體上按照三個階段進行劃分,同時每個章節的教學同樣按照三個階段進行,甚至具體到每次課都盡可能遵循心智技能形成的過程進行,如此不斷反復強化,才能提高心智技能。在整個學期的教學過程中,掌握基本理論、熟悉常用設計和綜合設計計算三個階段的主要教學內容是:(1)講授常用機構和通用零部件的工作原理、設計、應用等知識;(2)講授常用機構和通用零部件的設計步驟,通過課內實訓,大作業等方式加以鞏固;(3)指導學生綜合運用所學知識,獨立進行機構設計,總結設計中出現的問題,形成經驗反饋。而在具體某個機構或零件設計的教學過程中也應遵循三階段原則,教師首先講授機構或零件的工作原理。然后按照設計步驟讓學生動手練習,在此過程中不斷發現和改正出現的問題,再通過針對性布置大作業及課內實訓進行鞏固。最后提出一些設計案例,組織學生進行分組討論,培養獨立設計的能力。
2.教學內容及教學模式。在前述理論研究的基礎上,《機械設計基礎》的教學內容分為理論教學內容、實訓教學內容和討論教學內容。其中,理論教學內容針對機械制造專業學生必須具有通用零部件和常用機構的初步分析能力和設計能力而設置,對教材中的內容進行簡化,重點講授平面連桿機構、凸輪機構、帶傳動、齒輪傳動、滾動軸承、軸、減速器等內容。實訓教學內容與理論教學的重點相呼應,包括平面運動簡圖的測繪、機構的結構及特性分析、漸開線直齒圓柱齒輪參數的測定、軸系結構設計、機械傳動裝置的拆除和結構分析、機械創新設計。討論教學內容則針對常用機構和零件的設計中存在不確定性的部分,例如平面連桿機構、凸輪機構、帶傳動、齒輪傳動、軸等,這些機構或零件的設計往往需要學生在一定范圍內去選取參數,經常會讓學生不知如何進行,因此進行討論和總結是有必要的。
三、小結
【關鍵詞】機械設計 新型理論 汽車工程 研究應用
一、有關機械設計理論的概括及研究方向
(一)機械設計理論的基本概括
機械設計及理論是機械工程一級學科所屬的二級學科,是研究機械科學中具有共性的基礎理論和設計方法的學科,是對機械進行功能分析與綜合并定量描述與控制機械性能的基礎技術學科,也是定位機械工程中的各項細致工作流程及程序的歸納總結的簡單理論介紹。它主要研究各種機械、機構以及其零件的工作原理、現代傳動與控制技術、運動和動力學性能、摩擦物理學、關系力學、機械創新與設計等有關課題。機械學科與仿生學、信息學、生物學、電子學等許多學科相互滲透,從而促進了機械設計與理論學科的新發展。機械設計這個學科的特色與優勢,它是以復合材料構件設計與制造、計算機輔助工程、輕工自動機械設計及理論研究為目標,將計算機輔助設計與現在檢測技術應用于機械以及產品的設計過程中。具有工程設計和管理的綜合素質極其豐厚的專業知識,適合從事工程技術,科研等工作。我國近年來在機械設計研究上取得了驕人的成績。
(二)機械設計理論的主要研究方向
現如今,隨著科技的快速發展,機械設計理論也逐漸的完善、增多起來,特別是更好地擴大了機械設計理論在各方面上的研究,主要有以下幾個研究方向:現代設計理論與方法:機械創新設計與方法、機械系統動態設計與仿真、優化設計、新型傳動理論設計、機器人機構及其控制與仿真技術、數學機械化在機械中的運用;機械創新設計與檢測技術:機械創新設計與檢測技術主要用于研究機械創新設計與有限元計算分析,機械振動與噪聲測試與分析,計算機輔助設計與制造、圖像處理技術;輕工自動機械設計及理論:主要研究的領域是輕工自動機械現代設計理論,輕工自動機械先進傳動技術,新型傳動機構研究與開發、輕工機械動力傳動的節能與環保、輕工業機器人開發與應用研究、機器人新機型、仿生機械研究等;仿生機械學:仿生原理與技術;驅動與控制技術、機械運動與控制。
二、機械設計理論在汽車工程上的研究
隨著工業革命的發展,人類歷史上出現了第一輛汽車,近些年來,又隨著汽車工業的迅速發展,汽車變成了“改變世界的機器”,它不僅僅改變了人們的生活方式,方便了人們的出行,還在一定程度上有效的提高了人們的生活質量和生活水平。雖然,在過去的幾十年里汽車行業的發展有了很大的進步,可是,目前的科學技術水平依然還是有限的,對于汽車的研究在各方面還需要更進一步的提高。新型機械設計理論以及一些基本原理在汽車工程方面有著很大的研究方向,并且對其有著一定的推動作用。
(一)機械理論在汽車工程技術上的研究
汽車工業的發展代表著一個國家制造業的發展,它直接決定了該國家制造業的發展水平。在某種程度上,它不僅僅是最廣泛的一種工業,還是最新技術的最大載體之一,例如,有些航空、航天領域的高新技術只有通過汽車工程工業才能夠更好的轉化為較為規模型的產業,這就決定了新型機械設計理論及基本原理在汽車工程、工業上有著很大的促進作用。近些年來,對于汽車工程技術的研究有著越來越高的標準,這就迫使研究工作者更全面的運用機械設計理論為汽車工業的發展做好準備。
(二)機械設計理論在汽車工程實際操作方向上的研究
在實際生活當中,對于汽車工程的研究離不開技術方面上的研究,更離不開實際操作方向上的研究,這些實際操作上的研究與機械設計的基本理論有著密不可分的關系,甚至有些實際操作,例如對汽車的噪聲、振動等等有著很強的密切性,并且對于這些問題的解決有著很好的作用效果。
三、新型機械設計理論在汽車工程上的應用
(一)機械設計理論在汽車工程噪聲、振動上的應用
在評價汽車舒適性中有一項十分重要的指標,那就是NVH分析,它直接關系到了汽車產品的市場形象。NVH不僅有助于對振動頻率進行匹配,用于消除振動過程中出現的耦合現象,還有利于改善產品的振動特性,從而大大降低汽車的噪聲及振動。利用NVH分析可以預先得到新開發車型性能指標,還能對設計以及制造等各個環節進行更好的優化和完善,該分析不僅從設計成本上,還是從開發周期上考慮,都為設計新型車型提供了很好的保障。
(二)機械設計理論在汽車結構強度與模態分析及結構優化上的應用
車身是車的主要總成,因此車身必須有很好的強度來保證車的壽命,以足夠的靜剛度來保證車的裝備與使用要求。在機械創新設計與檢測技術中機械創有限元分析的方法能夠有效地滿足上述車身的設計,其主要應用體現在:一是在汽車設計中對結構件、主要機械零件的強度、剛度和穩定性進行分析:二是在汽車結構分析中通常采用有限元法來進行各構件的模態分析,同時在計算機上可以清晰地觀看各構件的振動模態,這就為結構的動態設計提供了方便。因此有限元分析的方法在汽車結構上的應用從而提高了車身設計水平。
四、結語
機械設計的基本原理以及設計理論有著很好的應用前景,特別是在汽車工程方面上發揮著良好的效果,不僅僅體現在對于汽車工程技術和實際操作上的研究,還體現在了對于汽車工程、設計上的具體應用,這些對于汽車工程的發展有著極大的推動作用。
參考文獻:
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【關鍵詞】微課;機械原理;課程改革
現代教學觀主張教學應該是在教師指導下,以學生為主體,以實現培養目標和職業技能為導向,師生共同探討交流的過程。《機械原理》作為一門培養工科學生能力的專業基礎課,兼具任務性和邏輯性。通過對學生的調查發現,許多知識點難于理解和記憶。而傳統的教學方式重共性不重個性,不能體現“做中學,學中做”的教學理念,因此學生往往是被動接受知識點,這不僅抑制了學生的學習興趣,而且教師在教學過程中也會感到“身心疲憊”。為了發揮學生主觀能動性,培養學生學習興趣,提高學生學習能力,筆者在教學中引入了微課教學法。
1 微課及其特點
2008年,美國新墨西哥州圣胡安學院高級教學設計師David Penrose首次提出“微課程”這一概念。美國一個教育信息化專業研究機構Educause于2012年11月分享關于微課(Micro- lecture)的介紹。根據Educause報告的定義,微課(Micro-Lecture)指的是單一、嚴格界定的教學主題的簡短的教學音頻(視頻)。微課常用于面對面教學或混合學習、在線學習等。目前,微課已成為各類學生學習活動的重要組成部分。
微課的主要特點包括:
(1)時間“微”:微課視頻時間較短,一般不超過10分鐘。
(2)含量“微”:微課主要是為了重點講解某個學科知識點(一般是重點、難點、疑點),或是反映某個教學策略或教學主題的教與學的活動。并不是所有知識點的羅列。
(3)資源容量“微”:微課的視頻格式一般是支持網絡在線播放的流媒體格式(如wmv、flv、rm等)。加上與教學主題相匹配的微教案、微課件及微反思等資源一共也就幾十兆。
由以上論述可知,微課便于學生進行個別化的學習探究。它具有指向明_,資源多樣,短小精悍,易于擴充,可交互性強等特點。
2 微課在機械原理教學中的作用
2.1 有利于調動學生學習《機械原理》的積極性
在農業院校《機械原理》教學過程中,存在有學生群體的特殊性。因此教學過程中經常出現的情況就是學生學得苦,教師教得累。這直接影響了良好的課堂氛圍。如果運用“微課”的方式進行教學,學生就會在好奇心的驅使下,積極、主動接受參與性、開放性、娛樂性更強的課堂形式。所以應用微課進行教學的模式,在很大程度上提升了學生的學習積極性。
2.2 有利于學生對《機械原理》知識的全面掌握
由于農業類院校學生的文化水平參差不齊,加之在開始課程的時候,又是以專業課為主。種種原因導致學生不能很好地掌握《機械原理》基本知識。微課可以在網絡、多媒體的幫助下,對一些難懂、抽象、復雜的知識點進行整合和總結,然后以短視頻的方式播放講解。這在很大程度上增加了課程的趣味性,極大調動了學生的學習積極性。通過這種教學方式,學生就可輕松、愉快地學習《機械原理》知識。
2.3 有利于提高課堂效率和課堂質量
隨著高校課程改革的展開,《機械原理》教學課時越來越少。在此形勢下,教師有可能通過降低課程難度以適應學生的學習能力;也會刪掉部分晦澀、乏味的知識點,而把更多的時間用在學生容易理解、感興趣的知識點上。其結果是教學變得相對輕松,但是往往達不到預期的教學效果。由于授課時間的缺乏,導致學生知識點不能得到及時總結;也很難熟練掌握課堂內容。為了達到教學目的,教師還需進行二次授課。而微課恰好可以彌補教師上課時間不足的缺陷。教師沒時間在課堂上講解的內容,學生可以選擇課余時間在網上進行自主學習。
3 建設《機械原理》微課平臺的方法
3.1 微課教學片段的設計
微課的課程容量較少,每小節課的內容在10分鐘左右。在短短10分鐘之內要解決《機械原理》課程中某些章節的重點和難點問題,因此微課內容中不應包含淺顯、易懂的知識點,更不是所有知識點的簡單羅列。這些重點和難點知識之間的聯系、內容之間的相互融合可以通過傳統多媒體教學方式來實現。譬如可在PPT中插入微課的一些片段等。總之在微課教學片段的設計過程中要保證內容的邏輯性、完整性。
3.2 微課資源建設
微課建設的關鍵是資源建設。以農科院校《機械原理》課程為例,首先要以教學大綱為依據,結合本專業特點,確定課程重點和難點。其次要確定微課資源建設的方式。微課實現的方式有多種,但無論那種方式都要體現出學生的主動性及課堂上教師和學生之間的互動性。譬如在介紹不同機構應用時,可采用視頻的方式。形象、生動的視頻有可能引起學生巨大的學習興趣;對于“四桿機構設計”,可運用“flash”進行講解。用此方法可以把復雜的運動分解成幾個簡單的運動,從而使得一些晦澀的問題變得簡單明了。為了解學生對本小節重點內容的掌握情況,可在微課附注中添加測試題。學生在做題過程中可以相互探討,也可和老師交流。在探討和交流中就掌握了知識。如在機構自由度計算、輪系傳動比計算等知識點后面,可進行小測試,以便了解學生的知識掌握情況。最后,使用Camtasia Studio和PPT等多種設備和軟件進行教學過程配錄制,具體操作過程如下:(1)針對所選定教學主題,搜集教學材料和媒體素材,制作PPT課件;(2)通過中控臺,同時打開視頻錄像和教學PPT,教師戴好擴音器后,調整好話筒音量和位置、PPT界面和錄屏界面的位置后,單擊“錄制桌面”按鈕,開始錄制。教師一邊講解一邊演示,可以配合標記工具或其他多媒體軟件或素材,盡量使教學過程生動有趣;(3)對已錄制的教學視頻進行必要的處理、美化;(4)將《機械原理》課程的微課學習材料放到學校搭建的課程學習平臺上。
3.3 微課課堂實踐研究。
微課開展不能只停留在形式上,更重要的要注重微課開設后的效果。形式再好的微課如果起不到好的教學效果只能說是人、才、物的浪費。對微課效果的評價方式有以下幾種:(1)問卷調查。可向參加微課學習的學生發放問卷,提問一些問題,還可讓學生主動提出一些微課建設的好建議,得到反饋后老師可以迅速改進課程內容和形式。(2)網絡反饋。隨著信息技術的發展,老師和學生的交流越來越多地借助于網絡,而非面對面的交流。可以通過網絡和相關軟件統計一門微課的點擊率,從而使老師知道微課的實際效果,以便做進一步改進。
【參考文獻】
[1]田文娟.淺析微課在《機械設計》課程改革中的應用[J].經營管理者,2015(10):407.