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有些具有專業技術性的畢業論文寫作,的確具有困難性,對于一些工程學科的學生而言,該畢業論文應當是結合設計進行的。
例如,計算機應用或者軟件工程學科,就需要進行相關的系統設計,并且完成、能夠成功運行才能夠符合他們的畢業論文的標準。這樣的畢業論文由于要基于真正的系統實現,意味著從一開始的系統框架的搭建以及數據的鏈接都要非常明了如何實現,才能夠不斷推動整體設計的進行。所以有很多工科學生因為無法獨立完成這樣的論文以及畢業設計內容,而嘗試用多種方式進行轉移。便會去尋找一些愿意有償代做系統設計,且愿意提供畢業(設計)論文的人,這樣做既可以幫助自己完成學業拿到相應的學分得以畢業,還能夠學習更多的其他知識豐富人生。
但是在進行該類設計很多知識的工科畢業設計工作中,例如涉及數學小論文的知識內容、通信類相關技術論文等等,就需寫作人員在開始構思整個系統的實現之前,進行必要的技術掌握,才能避免在實際研發過程中出現問題及錯誤。例如,在進行數據挖掘技術相關的系統設計或者模型分析的論文中,在材料準備階段,就應當結合數據挖掘原理及技術應用的相關理論內容,探討該類已經在期刊中所提到的相應的預警規則,針對網絡安全方面的安全預警模型進行多維度的介紹。【提供】
關鍵詞:專業學位研究生;工程實訓模式;教育
中圖分類號:G642.8 文獻標志碼:A 文章編號:1674-9324(2015)04-0036-02
一、引言
目前,我國機械工程研究生的培養方向一直以學術型為主,學術型研究生基礎理論知識較扎實,但解決工程實際問題的能力相對不足的矛盾逐漸凸顯出來,當前研究生培養模式就是造成這種現象的主要原因之一。因此,探討一種行之有效的機械工程專業學位研究生工程培養模式,成為了當前研究生教育的重點內容之一。
自恢復研究生教育以來,我國機械工程研究生的培養方向一直以學術型為主。每年畢業的機械工程研究生主要為高等院校和科研單位培養,從事科學研究及高等教育工作。而學術型機械工程研究生主要以基礎理論為主,存在工程實踐方面不足等問題。目前,以市場化為主導的國家經濟模式使機械工程研究生的數量在不斷增加,機械工程畢業研究生數量使高校和科研單位飽和,多數研究生將以大中型企業等單位為就業的主體。因此,為了適應當前大中型企業及國家經濟發展的需求,對研究生工程能力的要求越來越高,并成為當前研究生教育的重點內容。
綜上所述,在研究生工程能力的培養中,存在一些不足之處,制約了研究生的培養效果,達不到社會對研究生的期望值。因此,很有必要對機械工程專業學位研究生的創新素質和科研工程能力的培養模式進行研究,為機械工程專業學位研究生的教育提供一種有效地、可行的教育模式。
本文主要對基于工程項目的機械工程專業學位研究生工程實訓模式進行研究,結合本人所指導的機械工程專業學位研究生的培養,以企業項目案例為平臺,對其科研工程意識、科研工程知識及科研工程能力等方面進行培養,使其具有較強的創新素質和科研工程能力,為其他研究生的培養模式研究提供理論依據。
二、科研能力和創新能力的基礎培養
科研基礎知識和科研意識是科研能力和創新能力的基礎。科研基礎知識主要包括與研究方向相關的機械和電氣控制方面的理論基礎知識和應用軟件方面的知識,如機械原理、高等數學、理論力學、現代控制理論、二維和三維工程繪圖軟件等基礎知識和應用軟件;科研意識主要是指科研工程項目的前瞻性能力和創新欲望。
(一)基于實際機械系統的學習模式
課堂教學的理論知識僅僅是工程項目實施的基礎知識,將這些基礎理論知識應用于工程項目的實施,還需要不斷提高科研工程知識。本項目以6-DOF串聯機械臂系統為例,指導和加強研究生學習與機器人相關的理論知識以及工程項目實施方面的知識,了解國內外機器臂的發展動態,加強掌握科研基礎知識,增強研究生的科研工程項目實施的意識。
以首鋼莫托曼機器人有限公司研制的6-DOF串聯機器人系統為例,啟發和誘導研究生掌握該機械人研制的關鍵科學問題和工程實施中關鍵工程工藝問題等,包括運動學、動力學和機械系統設計等方面。針對每部分關鍵科學問題和工程實施中關鍵工程工藝問題等,發揮研究生的主觀能動性,對機械臂進行系統的研究,進一步完善研究生的科研能力和創新能力。
這種通過實際案例的學習方法可以理論聯系實際,使理論學習內容可視化,直接驗證理論學習的可行性,加深了學生對課程內容的理解,促進了理論知識在工程方面的應用,同時也增加了學生的學習興趣。
(二)基于已實施的科研工程項目,探索性實踐教學模式
基于已實施的國家基金項目“串并混聯擬人機械腿的力約束及動載協調分配問題研究”,指導學生探索性學習機械工程項目實施方面的知識。首先,引導學生掌握該項目立項的依據,即項目實施的工程和科學意義,同時使學生了解該項目的研究內容以及研究內容及創新點提出的工程科學意義。然后,針對研究內容,引導學生展開研究,啟發誘導研究分組進行運動學、動力學、機械系統設計等方面的實踐,進一步提高科研工程實施能力。最后,研制串并混聯擬人機械腿樣機。
(三)科研工程培訓總結
對已進行的工程案例進行總結,發現自身的不足之處,提高相關科研理論知識和工程項目實施方面的能力,寫成科研工程論文,以提高研究生的總結能力,對研究生今后的工作奠定基礎。
通過上述學習方式,鞏固了研究生的科研基礎知識,增強了研究生的團隊協作意識、科研動力及興趣,有利于研究生激發出創新思維,也有利于營造一種和諧向上的學術氛圍。
三、科研專業知識及科研能力的培養
科研工程專業方面的能力主要是指在項目實施過程中,理論知識及工程實踐經驗等的運用能力。本文主要通過探索性實踐的方式,來檢驗研究生科研能力的掌握程度。以一種新型雙軸顎式破碎機的設計為例,增強研究生的科研和創新能力。首先,對目前顎式破碎機進行調研,發現現有破碎機的不足之處以及需要改進的地方;其次,基于現有破碎機的不足之處,提出新型顎式破碎機方案,解決現有存在的問題;然后,對新型顎式破碎機進行性能研究并進行設計方法研究;最后,研制樣機并進行實驗研究。
通過對當前顎式破碎機的調研,發現當前顎式破碎機存在破碎物料不均勻、破碎效率低、顎板磨損厲害、很難實現超細破碎以及耗能大等缺點。為克服傳統顎式破碎機的不足之處,提出了一種新型的雙軸復擺顎式破碎機。
對這種新型雙軸復擺顎式破碎機的行程特征值、運動學、動力學等性能進行研究,給出各性能的分布規律。首先,應用遺傳基因方法對新型雙軸復擺顎式破碎機的結構參數進行優化,給出合理的結構參數,同時考慮加工與裝配工藝性,設計了一種雙軸復擺顎式破碎機樣機;其次,對這種樣機進行試驗研究,結果表明,同樣破碎500kg的物料,單軸機需要269s,而雙軸機只需要52s,只占單軸機破碎物料所需時間的五分之一;然后,在細料占總成品的比例上,雙軸是單軸的2.5倍,在每小時的生產能力上雙軸是單軸的5.2倍;最后,在衡量破碎機產能的指標值S上,雙軸是單軸的2.5倍。因此,綜合上述的分析和數據認為,新型雙軸復擺顎式破碎機的性能明顯優于單軸破碎機,具有很好的工程應用價值。
四、結論
本文基于實際工程項目的機械工程專業學位研究生培養模式的研究,提高了研究生的科研素質及創新能力等,研究生獲得了一定的成績。在這個過程中,研究生研制了擬人機械腿、顎式破碎機等樣機,提高了工程能力。同時,還撰寫和發表了多篇學術論文,授權了多項發明專利和實用新型專利。
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英文名稱:Journal of Plasticity Engineering
主管單位:中國科學技術協會
主辦單位:中國機械工程協會
出版周期:雙月刊
出版地址:北京市
語
種:中文
開
本:大16開
國際刊號:1007-2012
國內刊號:11-3449/TG
郵發代號:80-353
發行范圍:國內外統一發行
創刊時間:1994
期刊收錄:
CA 化學文摘(美)(2009)
CBST 科學技術文獻速報(日)(2009)
中國科學引文數據庫(CSCD―2008)
核心期刊:
中文核心期刊(2008)
中文核心期刊(2004)
期刊榮譽:
聯系方式
關鍵詞:課程內容設計;模塊核心內容;核心知識體系
中圖分類號:G642.3 文獻標識碼:A 文章編號:1674-9324(2012)05-0174-02
一、前言
“機械工程基礎”課程是非機械類專業大學生了解機械工程知識的重要課程之一,隨著全世界對機械工業的重新認識,該課程得到了全國范圍內各大院校的重視。但是,由于該課程涉及面非常廣,如有機械識圖、機械制圖、工程材料、材料熱處理、冷加工和熱加工等內容,且受課程學時限制,課程內容設計比較難于讓學生接受。經過相關的調研,該課程的內容設計存在的如下的不足:(1)課程內容模塊化劃分不夠明顯。該課程內容涉及的知識點內容繁多,目前的課程實施情況是沒有對各個知識點內容進行有效的分解,結果給學生造成了課程內容繁雜和難以接受的現象,也就難以在42學時內完成相關的教學任務。例如課程包括的機械識圖和機械制圖,工程材料和熱處理等,都沒有進行有效的劃分,這些問題都一定程度上影響到了學生對課程的興趣和學習積極性。(2)課程每塊內容內部沒有進行有效地梳理。例如工程材料部分內容知識,金屬材料宏觀、微觀結構和鐵碳相圖等知識點更是相互交錯,沒有明顯的主線;例如熱處理部分內容知識,等溫冷卻轉變曲線和過冷冷卻轉變曲線等,更是無法清晰的描述。因此,對本課程內容進行有效地梳理是非常有必要的。(3)課程的核心知識點不夠明確。沒有對核心知識點的明確,就會給學生形成一個錯誤的引導,從而又會導致學生更加的抵制本課程。因此,課程的核心知識點明確也是非常重要的。本文針對目前本課程內容設計存在的不足,提出一種基于每個內容模塊核心知識點的“機械工程基礎”課程內容設計方案,通過近三年的實際教學應用,得到了大學分學生的認可。
二、具體教學內容設計實施方案
具體教學內容設計方案,采用理論講授、實踐演練和相關知識點視頻相結合的形式,以“卓越工程師培養計劃”的目標為準繩,探索一套能提高學生機械工程實踐能力的課程內容設計方案。具體實施方案包括:課程內容模塊劃分、模塊內容內部知識點梳理、核心知識點明確和強化三部分。
1.課程內容的模塊化劃分。針對本課程內容囊括機械識圖、機械制圖、工程材料、材料熱處理、冷加工和熱加工等諸多內容,可以將課程內容模塊化劃分為機械制圖模塊、工程材料及熱處理模塊和冷熱加工模塊。(1)緒論。該部分說明學習本課程的必要性和重要性。(2)機械識圖與制圖。該部分說明機械工程圖紙的具體過程。(3)工程材料及熱處理。該部分說明機械工程材料的性能優化方法及過程。(4)冷加工和熱加工。該部分說明獲得具體機械產品的方法及過程。
2.課程模塊內容內部的知識點梳理。針對課程內容的模塊化設計,具體44學時的課程模塊內部內容的知識點梳理如圖1所示。第一部分“緒論”,主要講述機械工程學科知識的涉及范圍以及相關的實際應用意義,共2學時;第二部分“機械識圖和機械制圖”,主要講述機械結構零部件圖紙的繪制基礎知識,平面圖紙的識圖看圖方法,12學時,CAD計算機制圖基礎知識,3學時,該部分共15學時;第三部分“工程材料及熱處理”,主要講述金屬材料的晶體結構和結晶過程等微觀結構3學時,金屬材料宏觀力學性能及結構3學時,鐵碳相圖6學時和奧氏體轉變圖6學時,共18學時;第四部分“冷加工和熱加工”,主要講述相關的壓力成型加工方法及設備3學時,鑄造方法及相關設備3學時、焊接方法及設備3學時,共時。
3.課程核心知識點的明確和強化。有了課程內容的具體梳理,課程內容核心知識點還必須有所突出,以保證學生對本課程的重點了解。(1)核心知識點一:機械識圖。該知識點主要培養學生的看圖和圖紙設計表達能力,即便是對經濟管理類等非機械類學生來說,也是非常實用的。它既可以拓寬學生的工程識圖及制圖方面的知識面,又可以為學生提供機械工程專業的專業背景知識,從而提高不同專業學生的綜合素質。(2)核心知識點二:三條曲線。該知識點由應力應變曲線、鐵碳相圖和熱處理C曲線組成。這三條曲線覆蓋了整個工程材料及熱處理課程內容,既可以拓寬學生的工程材料方面的知識面,又可以為學生提供工程材料專業的專業背景知識,從而提高不同專業學生的綜合素質。
三、教學模式改革后的效果
經過近三年的實際應用,以本人承擔的教學班級(80名學生)為例,實際得到的課程評價效果如下:(1)課程內容設計實施第一學期,課程教師的學生學評教成績提高30%;第二學期以后,課程教師的學生學評教成績穩定在學院前10%;(2)64%的學生認為課程內容,特別是機械識圖和制圖部分,對自己的今后發展是有用的;(3)78%的學生認為課程內容拓寬了自己的知識視野,認為課程是有意義的;(4)52%的學生對機械工程專業有了新的認識;(5)82%的學生會自發來上課。
本文提出了基于每個內容模塊核心知識點的“機械工程基礎”課程內容設計方案。該課程內容設計經過近三年的實際應用,得到了大部分學生的認可。
參考文獻:
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哈爾濱工業大學機械工程學科早在2007年就率先進行了碩士研究生分類培養的培養模式改革試點工作。分別制定了學術型和應用型的培養目標和培養方案,對應用型研究生培養的改革和探索,為貫徹執行全日制專業學位研究生的培養提供了實踐經驗,在實際的培養過程中,一方面積極與企業合作,建立校外實踐基地;另一方面,面對工程碩士招生的逐年增長,也積極探索多種形式的實踐基地建設模式,哈爾濱工業大學機械工程學科具有悠久的工程實踐傳統,在多年的辦學過程中,形成了面向國防,服務航天的工程教育特色,在整合學科、學院實驗實踐教學資源的基礎上,依托重點學科優勢,通過校內實踐基地的建設,對學生的創新實踐活動起到了引領和促進作用。研究生培養計劃中的課程實驗、實習實踐、學位論文3個主要實踐環節,承擔著不同的實踐教育任務,課程實驗的任務是加深對課堂知識的理解和掌握,圍繞某一(某些)具體知識點進行感性認識訓練。學位論文是訓練綜合運用科學理論、方法和技術手段解決某一具體工程技術問題的能力。因此,在目前的實踐教學環節中,校內實踐基地主要是完成實習實踐的教學任務,其功能定位為:培養學生熟悉本領域產品研發全過程;綜合運用所學知識進行創新性研發工作;熟悉生產和管理模式以及設備和工藝流程配置;在實踐中發現、提煉和總結學術問題的能力。通過在校內實踐基地的訓練,使學生基本熟悉機械工程領域的各類典型工作流程、關鍵核心技術的實現途徑、相關職業及技術規范,培養實踐研究和技術創新能力,并結合實踐內容完成論文的選題指導工作,為進一步進入企業深入實踐奠定前期必要的技術基礎和知識儲備。為了實現上述功能定位,校內實踐基地在構建中遵循以下原則:(1)系統性。綜合考慮到我校機械工程學科及各二級學科的研究方向和特色,在平臺的建設上避免圍繞某一(某些)具體方向進行實踐環節建設,而是通過整體平臺的構建為學生提供一個系統接觸機械工程領域各種先進技術和方法的實踐場所。(2)綜合性。在平臺所完成的實踐教學功能的設計上,注重依托校內實踐基地將培養方案內的實驗、實踐等各環節單元知識進行綜合運用與具體實施。(3)開放性。為發揮學生在實踐中的創造性,構建了自行設計、自由探索的開放環境,培養學生進行自主創新能力的實踐。(4)示范性。作為實踐教學環節的硬件平臺,在保證其教學功能實現的基礎上,應最大化地體現出對機械工程領域典型企業的示范作用。(5)學術性。面向研究生的實踐教學環節,更為注重的是通過實踐培養學生從中總結規律、發現科學問題的能力,因此實踐環節應具有一定的學術內涵。
2校內實踐基地硬件平臺的構建
與課堂理論教學不同,實踐環節的教學需要依賴于儀器設備等硬件條件,因此需要結合學科的特點來構建完成預定實踐教育功能的硬件平臺組成。哈爾濱工業大學機械工程一級學科包含機械電子工程、機械制造及其自動化、機械設計及理論、車輛工程、工業工程、精密與微納制造和航空宇航制造工程7376個二級學科,年招收碩士生350人,其中應用型碩士研究生和全日制工程碩士240人左右。機械工程學科覆蓋的各個二級學科各具內涵,互相獨立而又互為支撐,形成了各具特色的研究方向。機械工程領域工程碩士研究生的應用能力培養主要體現在以下方面:①大型/復雜/先進機械系統設計能力;②各種傳動及其檢測、控制技術應用能力;③先進制造技術應用能力;④機電融合應用能力;⑤科技協作能力。這些能力的培養需要一系列超出單個課程的綜合實踐平臺來提供學生從實踐中鍛煉和掌握工程技術能力的實踐機會。依托校內實踐基地,建設一個獨立于課程教學之外,支撐全院研究生工程實踐能力培養的工程實踐平臺具有重要意義。對于應用型碩士研究生,應該在機械工程一級學科的框架下,培養其對各相關研究方向的了解和掌握,培養出知識面廣博、適應性廣的交叉復合型人才,因此,校內實踐基地所建設的教學平臺應體現出綜合性,并具有一定的輻射性,加強碩士研究生對機械工程領域相關研究方向的了解,拓展知識面,培養學生的實踐創新能力。所建立的校內實踐基地硬件平臺的結構如圖1所示。圖1校內實踐基地硬件平臺的總體結構校內實踐基地硬件平臺包括實驗平臺和實踐平臺兩個部分,其中實驗平臺用來支撐培養計劃中的實踐學分,由傳感及測試技術實驗子平臺、數字化制造技術實驗子平臺、機器人技術實驗子平臺和微納米測量技術實驗子平臺組成;實踐平臺用來為學生提供一個實現自主創新、自由探索的實踐環境,由金屬零件少無切削制造技術工程實踐子平臺、空間機構及機械系統設計與實踐子平臺、數控運動控制綜合實踐子平臺和液壓伺服傳動與氣壓傳動綜合應用實踐子平臺組成。
2.1傳感及測試技術實驗子平臺傳感及測試技術是機械工程學科研究生必須掌握的一門偏重于基礎的技術,并且是其它眾多技術的基礎,因此該實驗子平臺的建設側重訓練研究生對常用傳感器的基本原理及其典型應用,使學生不但對傳感技術中所涉及的各種傳感器的測量原理和性能指標有深入具體的認識,而且還能夠針對具體的問題,選擇合適的傳感器完成相應的檢測任務,為將來的學習和工作奠定實踐基礎,提高應用型研究生對相關專業理論的認知、加強對專業技術工作適應能力和開發創新能力的培養。
2.2數字化制造技術實驗子平臺該實驗子平臺以對數字化制造技術的原理和核心技術的理解為主,以校園網絡為基礎,建立數字化、集成化、網絡化的設計和加工子系統,兩個子系統共享一個服務器,實現信息共享。以現有的CAD/CAM軟件和自行開發的數控技術、數字化加工、數字化裝配等軟件為基礎,為數字化設計、建模和仿真、加工技術的研究提供基本的實驗教學環境和條件。使學生掌握數字化制造技術在產品的設計、分析、制造、制造系統規劃等方面的應用。
2.3機器人技術實驗子平臺該實驗子平臺是一個具有一定規模的、模塊化的、可擴展的機器人系統開放實驗平臺,子平臺的建設以常規機器人技術教學為主,并兼顧機器人智能運動控制和機構空間復雜軌跡的實現等相關教學實驗。能夠進行14個機器人技術方面的教學實驗,各實驗間既可以獨立進行,也可以聯合進行;能根據教學的需求及課程的變化需求進行迅速調整,以適應實驗教學的需要。這些實驗要求學生應用所學知識進行設計、編程和實施,培養學生設計、分析和動手能力,促進機器人技術教學水平的提高,培養機械工程學科研究生的綜合技能和創新能力。
2.4微納米測量技術實驗子平臺隨著超精密加工技術和納米加工技術的發展,對機械加工表面形貌的微觀檢測提出了越來越高的要求。因此微納米檢測技術成為機械工程學科新的研究熱點。通過實驗教學,使學生掌握原子力顯微鏡測量原理、測試參數的選擇,數據處理知識。掌握利用原子力顯微鏡獲得力曲線,根據納米壓痕法的理論基礎及彈性接觸理論計算材料的機械力學特性,分析研究測量儀器的原理、精度、誤差及適用范圍。
2.5金屬零件少無切削制造技術工程實踐子平臺本子平臺對學生進行金屬零件少無切削制造技術的實踐訓練。學生通過設計制造零件的實踐,培養研究生:先進綠色制造技術運用能能力;產品制造生產線管理與運用能力;數控等先進裝備控制與運用能力。
2.6空間機構及機械系統設計與實踐子平臺通過先進傳動裝置的學習和拆裝,使學生了解、學習高性能諧波減速器等國外先進傳動裝置的原理、設計方法、結構和工藝;由學生利用基本元部件設計并構建機械系統,如多自由度關節串聯機構和行走機構等。根據學生自己構建的機械系統,運用機構設計與動力分析軟件建立虛擬樣機,進行仿真。學生為自己構建的機械系統配備運動控制系統,利用計算機和PID控制來控制交、直流伺服系統,實現其構建的機械系統的預期運動目標。
2.7數控運動控制綜合實踐子平臺以機床運動形式為主要控制目標,運動控制為主,順序控制為輔,訓練學生機電系統計算機控制能力。實踐子平臺以單軸運動模塊為基本單元,可搭建一軸、兩軸和三軸運動控制系統。控制系統采用PC-Base運動控制控制器為核心,交流伺服系統為基礎,形成一個開放式的、學生可實際搭建的(包括內部控制軟件)實踐系統。
2.8液壓伺服傳動與氣壓傳動綜合應用實踐子平臺該實踐子平臺對學生進行流體傳動與控制重要基礎和綜合應用的訓練。平臺包含豎直液壓伺服搬運、水平液壓傳動搬運、氣動插拔銷三套子系統,訓練學生:流體傳動與控制系統總體方案設計能力、液壓伺服系統(位置和力及其切換)設計調試能力、液壓傳動系統設計調試能力、氣壓傳動系統設計調試能力和團隊協作能力。
3校內實踐基地的實踐教學體系
在校內實踐基地硬件平臺構建的基礎上,結合應用型研究生培養方案,構建了校內實踐基地的實踐教學體系,根據兩類平臺的特點,結合培養目標,依托實驗平臺下設的4個子平臺建設了一門具有特色的實驗課程“機械工程學科應用型研究生綜合實驗”,綜合實驗課程在內容設置上立足機械工程學科的主干課程,從機械工程一級學科的角度去組織實驗教學的內容,規劃建設的實驗項目既是對若干門學位課程內容的深化和提升,又是對某門課程課內實驗的強化,支撐研究生培養計劃中2學分的實踐教學環節,可以完成總計66學時的實驗教學,根據課程的設置和培養計劃,要求研究生從中選擇22學時進行本門課程的實驗教學,以加強碩士研究生現代實驗方法和技能的訓練和提高。在教學體系的建設上,實踐平臺是對實驗平臺的進一步深化和運用,目的是注重學生自主實踐能力的訓練和培養,實踐內容的設計充分體現出開放性和探索性,學生利用平臺所提供的基本元件和模塊,根據給定的技術參數和指標,自行搭建系統,獨立完成相應的實踐訓練項目。結合實踐平臺的硬件設備,建設了一門面向全院碩士生的實踐課程“機械工程綜合實踐”,以獨立實踐課程的形式來實現校內實踐基地的實踐教學功能,使本領域的應用型研究生能夠經歷一個相對完整的機械系統設計、制造、檢測和控制的工程應用過程的基本訓練,支撐研究生培養計劃中的實踐教學環節,根據課程的設置和培養計劃,要求研究生從中選擇若干實踐項目進行實訓,培養學生的實踐創新能力。依托校內實踐基地開設的兩門實驗實踐課程,初步確定了機械工程領域應用型研究生的實踐教學體系。解決了應用型研究生培養方案中實踐教學環節薄弱的問題;確立了實踐教學環節的主體地位,以獨立的課程形式來加深課堂理論知識的理解,提高創新實踐的能力,滿足機械工程學科研究生培養方案中實踐環節的教學計劃,為進一步的分類培養模式改革提供實踐。
4校內實踐基地的運行效果與深化建設
Abstract To solve the problems in the teaching of "Mechanical Control Engineering Foundation", such as the insufficient enthusiasm of students, the poor teaching effect, and the deviation between the theory and the engineering practice, the present paper proposes some suggestions and measures from the aspects of teaching methods and teaching contents. Mobilizing the enthusiasm of students, diversified teaching methods including the usage of group discussions, increasing teaching contents including the cases of mechanical engineering and research paper are suggested to carry out the curriculum reform of Mechanical Control Engineering Foundation.
Key words Mechanical Control Engineering Foundation; practical engineering case; group discussion; research paper
0 引言
“機械控制工程基礎”是機械類專業學生的一門專業理論基礎課及專業必修課,在機械工程學科的課程建設中具有舉足輕重的作用。該門課程以經典的控制理論知識及方法為基礎,旨在解決機械工程系統的動力學問題以及控制論問題;同時,該課程也是機械專業“測試技術”“機電一體化技術”“過程控制與裝備”以及“機器人技術”等后續課程的理論基礎。因此,該門課程的教學效果一方面關系著機械類專業學生后續技術課程的學習,另一方面直接關系著學生解決實際機械工程問題的能力。
然而,在“機械控制工程基礎”該門課程的實際教學過程中,由于該課程具有理論性強、對數學基礎要求高、內容枯燥乏味、學科交叉明顯等諸多特點,使得該門課程的教學難度較大,學生學習的熱情及積極性不高。同時,目前國內該課程主要的教學還是以傳統的講授結合少量實驗的形式為主,在整個學習過程中學生都處于知識點的被動接收層面,學習主動性和自主性不高、學習效果極差。另外,大多數國內高校在“機械控制工程基礎”的教授過程中,理論脫離工程實際,使得學生嚴重缺乏利用控制理論知識解決實際工程問題的能力,學生在完成本門課的學習之后,所具備的能力往往只是停留在應試和解題的層面,大多數情況下并沒有掌握或是領悟學習這門課的目的是什么,具體應用又如何,更難以利用所學知識合理有效地解決工程實際問題。為此,本文針對目前國內高校在“機械控制工程基礎”這門課教授方面存在的問題,提出以下幾點建議及措施。
1充分激發學生的學習興趣,調動學生學習的積極性
如前所述,“機械控制工程基礎”該門課具有理論性強、對數學基礎要求高、內容枯燥乏味等特點,因此學生在最初接觸該門課程時,通常表現出學習興趣不大,積極性不高等問題。同時,目前網絡技術和計算機技術已經得到廣泛發展和普及,學生們可以較為容易地從網絡上獲取大量的學習資源,甚至是國內外知名高校所的該門課程的優秀教學視頻和資料,因此如果教師只是簡單地照本宣科,會使得學生感覺教師在課題上傳授的知識點簡單乏味,難以激發學生的學習興趣,使得學生學習熱情不高。因此,教師在教學過程中,如何充分調動學生學習的積極性,激發學生的學習興趣就成為能否順利達到該門課程既定教學效果和目的的關鍵。筆者認為要想培養學生的學習興趣和積極性,可以從以下幾個方面著手:一是重視首堂課教學內容和方案的設定。在首堂課中合理設定教學方案,介紹并講解該課程在工業、農業、航空航天等諸多方面的應用案例,使得學生充分認識到該門課的重要性;二是針對學生特點,合理選用教學案例。在實際的教學過程中切忌理論脫離實際,因此在知識點的講解過程中可以充分利用案例,首先通過引入對學生來說較為新穎且易于理解的案例吸引學生,在案例的講解過程中合理引導學生探尋、領悟并學習知識點。
2采用多樣化教學方式與手段,使學生成為教學過程的主體
目前,“機械控制工程基礎”這門課普遍存在著教師灌輸、學生被動接收的教學現狀,大多數情況下教師才是教學過程的主體,而學生只是知識的被動接收者。為此,可以采用多樣化的教學方式和手段,改革傳統的教師講授加少量實驗的教學形式,增加學生的參與性,使得學生成為教學學習過程的主體。例如教師可以選取合適的章節或知識點,設定適當的教學主題或工程題目,將教師教授改變為學生小組討論的形式或者目前較為新穎的對分課堂的形式,在這一過程中教師首先安排學生查閱拓展材料或文獻,自主學習獲取知識;隨后,教師合理地組織學生進行小組討論,引導學生主動獲取知識點,增加學生的積極性。這種形式的教學方式一方面可以充分調動學生學習的主動性和學習興趣、增加學生思維的靈活性,另一方面可以使學生成為知識的發現者和探索者,成為教學過程的主體。但是需要指出的是,在采取小組討論或對分課堂這樣多樣化的教學手段中,教師的作用同樣重要,教師需要在小組討論或對分課堂過程中合理設定題目或主題,使其難度適中。同時,要合理引導學生進行討論,完成對知識點的探索,并保證學生注意力的集中,而不是信馬由韁。
3改革教學內容,增加工程實際案例的講解
“機械控制工程基礎”最終的教學目的是為了培養學生利用控制理論知識解決機械工程實際問題的能力,如果只是泛泛地學習或者傳授理論知識,而不能很好的做到理論聯系實際,那么學習效果會很差,所能達到的教學目標也會很低。而目前在大多數情況下,學生學習完“機械控制工程基礎”這門課程之后,往往表現出對課程的茫然,不明白也不能領悟學習這門課有什么用,學習的目的是什么,這門課又能解決什么樣的工程實際問題,更談不上利用理論知識解決實際問題。因此要想通過“機械控制工程基礎”這門課的教授真正培養學生解決機械工程實際問題的能力、達到培養工程型人才的目標,需要對傳統的教學內容進行必要的改革,而筆者認為“機械控制工程基礎”教學內容改革的一個重要方面是在教學內容或是教材中增加與“機械控制工程基礎”這門課知識點相關聯的機械工程實際問題。通過講解這些工程實際問題以及控制理論知識在這些實際工程問題中的應用,使得學生一方面可以充分認識到課程的重要性,培養學生學習的熱情;更重要的是讓學生了解“機械控制工程基礎”這門課有什么用,用什么知識點解決問題以及怎么用的問題。使得學生通過課程的本門課程的學習真正做到理論聯系實際,培養學生解決工程實際問題的能力。
另外,教師可以充分鼓勵和指導學生參加相關的機電產品創新大賽等活動,一方面可以通過參加該類競賽等相關活動讓學生檢驗自己的學習成果,培養自己利用所學知識解決實際問題的能力;另一方面還可以培養學習的積極性和主動性,增強學生學習的自信心和成就感。
4增加科研論文選讀,幫助學生了解課程發展最新的動態
此外,在具體的教學過程中,筆者認為教師可以選取并提供給學生一些較為新穎或經典的有關“機械控制工程基礎”這門課程工程應用的科研論文,指導學生閱讀并學習這些文獻,同時要求學生課下檢索并增加相關拓展材料的閱讀,讓學生們通過“機械控制工程基礎”相關科技論文的了解和學習,加深對這門課程重要性及其在工程實際中應用的認識,讓學生們了解哪些領域在應用所學課程的知識點、在應用哪些知識點、解決什么樣的工程實際問題以及如何解決這些工程實際問題。通過科研論文的選讀,一方面可以使學生領悟課程的重要性,把握最新的課程發展動態;另一方面可以激發學生自我學習的主動性和積極性,充分激發學生的學習興趣。
__年__學院共有畢業班學生168人,其中機械工程及自動化(卓越)專業26人,機械工程及自動化專業 56人,工業工程工業工程專業44人,汽車服務工程42人,按照培養方案的安排,將參加本次畢業設計。機械工程及自動化(卓越)專業因要涉及卓越計劃教學改革,畢業設計前期工作需要延遲,具體安排另行通知。
人員略
(一) 選題階段(14/15學年第一學期,9月29日-11月10日)
1、確定具有指導畢業設計(論文)資格的教師,結合本科專業培養方案要求,根據自己的研究領域、科研課題,密切聯系生產實際和科研實踐,從科研、教師自擬、學生自選等選題途徑,進行申報擬指導設計(論文)選題。
2、以教研室為單位對教師的選題進行初審,學院組織專家對申報的選題嚴格按照《溫州大學本科畢業設計(論文)管理辦法(試行》的要求進行審核,保證選題的性質、難度和分量,確保選題達到本專業對畢業設計(論文)選題的要求,防止選題雷同。
3、學院以專業教研室為單位組織教師組成審核小組,負責對學生的選題進行審核。
4、經學院教研室和本科畢業設計(論文)領導小組審定后確定課題,并于10月30日前向學生公布。
5、11月10日前完成師生雙向選題。
(二)下達畢業設計(論文)任務書(14/15學年第一學期,11月11日-11月20日)
指導教師根據畢業設計(論文)題目和專業的基本要求制定任務書,任務書必須明確畢業設計(論文)的主要內容和要求、分階段完成時間和最后的工作成果、主要參考資料、調研計劃等,規定畢業設計(論文)的質和量的要求。任務書請各指導老師于11月5日前上傳至系統,11月10日前各教研室主任完成審核。
(三)文獻綜述撰寫和外文翻譯(14/15學年第一學期,11月21日-12月18日)
學生通過系統的國內外文獻查閱,進行文獻資料搜集與整理,在老師的指導下撰寫綜合性敘述與縱橫向評價的文章,要求字數2000字以上,參考文獻要求10篇以上(含外文文獻),并把其中相關的外文作翻譯。
(四)開題報告(14/15學年第一學期,__年12月19日~__年3月12日)
學生根據畢業設計(任務)任務書和文獻綜述,撰寫開題報告,開題報告一般在2000字左右。組織開題報告會,小組成員由具有指導教師資格的教師擔任,人數為4-5人,組長由學生所在教研室主任擔任。開題報告會要求學生利用5-8分鐘左右時間精要匯報,回答審核小組成員的提問。存在問題及時反饋給學生,學生根據指導教師意見作進一步修改。__年3月12日前將最終稿上傳至系統。
(五)中期檢查(14/15學年第二學期,__年3月13日-3月31日)
學院畢業論文領導小組組織專家在中期對畢業設計(論文)的進展情況進行集中檢查(內容:工作進度、工作態度、紀律情況、翻譯文章的原文來源等),并對檢查情況進行總結,并將書面總結報教務處。
(六)實驗與研究,撰寫論文(14/15學年第二學期,__年12月-__年4月底)
學生進行課題的實驗、設計、開發、調查研究及結果的處理與分析,完成畢業設計或論文寫作, __年4月30日前完成正文撰寫。
三.畢業(設計)評閱、答辯及成績評定(14/15學年第二學期,__年5月-6月)
1、成立__學院畢業設計(論文)答辯委員會和答辯小組;
2、由指導教師和本教研室具有相同或相近專業具有指導論文資格的教師分別評閱并填寫評閱書,評閱人要堅持公平公正的原則,根據論文的實際情況給出相應的評語,對不足之處提出修改意見,并提出“是否可以進行答辯”的意見。5月9日前學生根據評閱教師提出的修改意見對論文進行完善。5月13日前完成畢業設計(論文)驗收和評閱工作,5月14日前教務處組織畢業設計(論文)隨機抽樣送校外評審工作,并對所有申請畢業論文答辯的學生進行學術不端檢測。
3、組織學生答辯(答辯時間初步定于5
月16日、5月17日)、成績匯總。 4、根據指導教師、評閱人和答辯小組得分情況匯總得到綜合成績,合分欄應注明各部分成績所占的比例,總成績處應由畢業論文領導小組組長簽字確認,并加蓋學院的公章,以百分制匯總,五級分制上報,成績匯總表于__年5月27日之前交教務處實踐教學科。
5、各專業把畢業設計(論文)的成績及總結報告按規定時間匯總到學院,學院畢業設計(論文)工作領導小組對本屆畢業設計(論文)工作的總體情況進行評析總結,做好論文質量分析及數據統計工作。總結報告于__年6月19日之前交教務處實踐教學科。
6、學生第一次答辯不及格者,不準參加再次答辯,可先申請延長學業,并于下學期開學第二、三周參加補答辯。
四.優秀論文推薦、畢業設計(論文)資料整理及歸檔(__年6月21日前)
機械工程材料是機械及近機類專業一門重要的專業基礎課。本課程以材料的成分、加工工藝、組織結構與性能之間的關系為主線,重點介紹材料的本質,提出有關的理論和描述,說明材料結構是如何與其成分、加工工藝、性能以及行為相聯系的。作為高等農業院校的機械設計以及農業機械化等專業的學生,學習本課程的目的,主要是使學生獲得常用工程材料的種類、成分、組織、性能和熱處理改性方法的基本知識。了解工程材料在機械工業特別是農業機械中的應用,通過對基礎科學和知識的綜合運用,使學生掌握常用機械工程材料的種類、成分、組織、性能以及改性方法等,初步具備根據零件的服役條件合理選材和妥善安排工藝路線的能力,為學習后續專業課程和從事機械設計及制造工作奠定基礎。根據專業大綱安排,西北農林科技大學的機械工程材料課程在大學二年級第一學期進行。這一學期,學生所學的課程大部分還是數學、英語、物理等公共基礎課,機械工程材料屬于學生剛剛接觸到跟自己專業相關的少數幾門課程之一。
2 機械工程材料課程性質及教學現狀
理論性強,微觀概念多 機械工程材料課程,不像物理、力學等有著嚴密的邏輯推導和計算過程,也不像工程制圖等相關課程,比較直觀生動。機械工程材料課程總的特點是理論性非常強,涉及的原子、分子水平的微觀概念很多。特別是與金屬學相關的部分,如晶體結構、晶體缺陷、位錯運動以及凝固結晶、相的概念、組織轉變等,這些概念都是微觀和抽象的,學生無法通過推導計算獲得,更無法通過肉眼直接觀察和親身體驗到,有時候需要通過一定的空間想象力來理解它們。這樣就導致教師講授起來有一定困難,而學生學習起來感到難以理解,從而感覺枯燥、乏味,失去學習的興趣。
課程涵蓋內容廣 機械工程材料課程包含了材料科學專業中的力學、金屬學、熱處理原理、熱處理工藝、金屬材料、非金屬材料以及失效分析等多門學科的專業知識,內容廣而分散。而在“寬口徑、厚基礎、強能力、高素質”的人才培養模式引導下,專業課程的學時數在不斷壓縮,而要求學生了解的內容卻越來越多。這樣就形成了一種矛盾,即教師上課的課時數減少了,而學生需要學到的知識卻增加了。這就要求任課教師能夠統籌安排上課課時,充分利用現代化的教學手段,精簡課堂講授內容,突出重點的同時拓寬知識面。
現有課本內容知識陳舊 大學教材內容陳舊,知識老化,這些是在我國高等教育中各門課程都有可能會遇到的,也是現在我國高等教育中普遍存在的問題。出版一本教材的過程是相當復雜的,要經過編寫、審核、校對、出版、發行等多個環節,因此,當書真正出版出來以后,有些知識可能已經更新。而對于教師來講,頻繁更換教材,也不利于熟悉教案,積極備課。《機械工程材料》課本內容主要以金屬材料為主,而近年來,隨著科學技術的快速發展,各種新材料、新工藝在不斷涌現。全球性的能源危機以及環境污染問題,對現代的新材料除了在性能、工藝和成本等方面的傳統要求外,更提出了與環境協調、綠色環保、可循環再生等更高的要求。為了保證該課程的教學質量,并使學生能夠盡量了解到本領域的發展動向,就迫切需要教師改變傳統的以課本為主的教學方式,探索更加有效的教學模式,使學生理解并掌握課本基礎知識的同時,能更多地了解和把握本領域的研究與發展動向。
3 教學改革探索
充分利用網絡多媒體技術 多媒體技術是現代化教學的非常有效的輔助工具,教師要注重利用并充分發揮多媒體的特點,制作形象生動的多媒體課件。對那些學生難以理解、教師又難以講解的比較抽象的內容,比如晶體結構原理、合金結晶過程、位錯類型及運動過程等,通過收集以及自己動手制作一些簡單的動畫,生動形象地來演示復雜的變化過程。這樣不僅加深了學生對相關知識的理解掌握,同時還活躍了課堂氣氛,激發了學生的學習興趣。如對鋼鐵材料的熱處理工藝等,注意并積極收集工程訓練實習以及工廠企業的熱處理工藝過程的錄像資料,在講解課本內容的同時輔助播放實際熱處理過程錄像,注重理論與實際相結合,使課程內容具有真實感,更利于學生理解和掌握。
充分利用學校的網絡教學平臺,隨時充實并完善課程信息,課堂講授的重點、難點以及教學用課件及時上傳至平臺,便于學生隨時下載并復習掌握當堂內容;利用網上作業提交和批改功能,可以快速有效地發現學生學習中的問題,了解學生對知識的掌握情況,并能及時得到反饋;通過網上答疑,增加了教師和學生的課后互動,改變了以往只有上課時才能見到教師,學生有問題得不到及時解決的現象;充分發揮網絡平臺信息量大的特點,注重將生活及科研中接觸到的與課程內容相關的新聞報道、最新科研成果等,收集并上傳至教學資源,供學生掌握基礎知識的同時,更多地來了解社會發展在所學領域的需求,激發學生自我提高的熱情和積極性。總之,網絡平臺讓教學更加真實具體,更加強了教師與學生的互動。
精簡課堂教學內容 結合學校的優質課程建設項目,充分利用網絡多媒體技術,精簡課堂教學內容,做到夠用就行。按照專業培養方案,機械類專業的學生學習機械工程材料的主要目的是掌握成分—結構—性能之間的內在聯系,并能在零部件設計中合理地進行材料選擇,因此,在課堂講授中刪減了那些理論較深的內容。如課本第二章材料的結構,其中晶面與晶向部分,對于非材料專業的學生不需要掌握;還有位錯的理論,學生只需要知道位錯是由于原子的錯排造成的,不需要了解更多關于位錯的形成機制等。再如鐵碳相圖的部分,因為高溫包晶反應在生產中很少會用到,所以把包晶反應區省略,將相圖簡化,重點講解共析和共晶反應部分。在工業用鋼部分,因目前金屬材料仍然占據工程材料中大約70%的市場,課堂教授主要內容仍然以金屬材料中的碳鋼和合金鋼為主。對于課堂上不能詳細講解的知識,或者僅作為了解性的一些內容,如陶瓷、高分子的晶體結構、熱處理新技術,以及非金屬材料、復合材料等,將其上傳至網絡課程平臺,作為學生自學內容,拓寬他們的知識面。
靈活選用教學材料 選用十二五規劃教材作為教學用教材,基礎內容深入講解,包括材料的結構、鐵碳相圖、鋼的熱處理等。但在授課中,不僅僅局限于所選中文教材內容,還結合英文原版教材FOUNDAMENTALS OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING,更多地提供中英文對應專業詞匯,并摘錄一些章節,課堂上詳細講解,讓學生學習到專業知識的同時,又能接觸到純正流利的英文表達方式。將某些章節相關的典型的中英文科研論文及掌握的最新的研究成果等介紹給學生,供學有余力以及對材料研究感興趣的學生開闊眼界,并能使他們更加了解材料研究對社會發展的重要意義。
還在最后一章材料選擇中,增加材料與環境的可持續發展。對于一名合格的工程技術人員,在選材中除了考慮傳統的性能、工藝、成本等因素外,更要考慮材料的開發、服役、回收等環節可能造成的環境負荷。盡量選擇環境友好材料,做到廢棄零部件材料能夠回收再利用或能生物降解,將對環境的影響降到最低。
4 結束語
總之,機械工程材料課程是機械類和近機類專業學生必修的一門重要技術基礎課程,內容多且比較抽象。隨著科學技術的發展和各種新材料的不斷涌現,需要不斷地對該課程的教學體系、教學內容、教學手段和方法等進行改革和實踐,以充分調動學生學習的積極性和主動性,不斷提高教學質量,加強基礎知識的同時,增加輔助教學材料,為學生學習后續專業課程和畢業后從事機械設計及制造工作奠定堅實的基礎。
參考文獻
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一、提高對課程的認識,樹立創新教育觀念
材料科學對于科技進步、國防建設和經濟發展都是一個關鍵領域,起著先導和基礎作用,各個行業都離不開材料的研究與應用。例如,在講課中,列舉南京長江大橋、年產30萬噸乙烯工程、大慶和大港油田的建設成就等生動例子,以及在納米材料、超導材料等研究工作中取得的重大成果,結合授課內容,密切聯系我國經濟建設中所取得的成就和科研成果,潛移默化,進行正確的引導,就能讓每個專業的學生認識到這門課程的意義,樹立創新教育觀念,激發學生主動學習的積極性,意識到在信息社會和知識經濟時代創新精神和創新能力的重要性。
二、根據專業特點選擇與更新教學內容,采用啟發滲透式的教學方式
工程材料的課程內容具有基礎性、前沿性和時代性。針對機械類學生,根據他們的專業特點,應合理安排教學內容。
(一)基本理論部分。簡要闡述工程材料學的基本概念和基本理論。
(二)工程材料知識部分。重點介紹常用的鋼鐵材料,包括結構材料、工具材料的成分、組織、性能及其應用知識。如以下一些常用鋼種:碳素工具鋼T8、普通低合金鋼16Mn、彈簧鋼60Si2Mn、軸承鋼GCr9、調質鋼40Cr、高速鋼W6Mo5GrV2、冷模鋼Cr12等。簡要介紹高分子材料、陶瓷材料、復合材料,引入功能材料,納米材料等新材料的內容,擴展學生的材料知識面,培養學生創新意識。
(三)工程材料應用部分。介紹機械零件的失效與選材知識以及工程材料在汽車、機床等領域的應用情況。當前科學技術發展迅速,材料工程和機械工程中新材料、新工藝不斷涌現。教師要及時捕捉這些信息,將新材料、新工藝等前沿知識充實到講課內容中,使學生感到課程內容新穎、有現代氣息。這對培養21世紀社會主義建設事業所需人才無疑有很大益處。采用啟發滲透式相結合的教學方式,在機械工程材料的基本概念與基本理論方面注意概念嚴謹、基礎扎實。在講授基本理論在機械工程材料中的應用方面則注重講解扼要,要求學生有重點、有選擇的自學。從而激發學生強烈的求知欲望和濃厚的學習興趣,產生探索問題的愿望和積極思維的動力。例如,我們在講齒輪材料時提出以下問題,以期達到啟發滲透式的教學效果:1、齒輪工作時受力特點是什么?2、齒輪類零件常見失效形式是什么?3、齒輪材料應具有哪些性能要求?4、機床齒輪和汽車變速箱齒輪的選材有何區別?5、機床齒輪和汽車變速箱齒輪的生產工藝路線是什么?6、生產工藝路線中各熱處理工序的作用是什么?通過類比聯想、循序漸進的啟發滲透,引導學生全面細致地分析問題、解決問題。
三、加強形象化教學,充分利用第二課堂
工程材料的授課過程中要大力開展多媒體教學和網絡教學。多媒體和網絡教學可以清晰描述微觀、動態的變化過程與狀態,顯著加大課堂教學信息量,簡化信息傳輸轉換過程,增加教學內容的趣味性和吸引力,從而顯著提高教學效果與效率。充分利用第二課堂教學。組織學生到相關的工廠、企業參觀,進行現場教學,以增加學生的感性認識。例如,在講熱處理這章時,組織學生到熱處理車間現場參觀,了解淬火、正火、退火、回火,表面熱處理,化學熱處理的工藝過程,這樣學生能把這些名詞牢牢記入腦海里。培養學生提出問題的能力和習慣,要啟發學生多問“為什么”,然后帶著問題有目的地去學習,引導學生的創造性思維。通過組織興趣小組,參與教師的科研等課外學習方式,激發創造精神,強化自己的實踐能力。教師應該適當地對學生的課外學習予以指導,針對其感興趣的研究方向,提供參考書目,引導學生了解最新動態,把握研究方向,與學生之間展開討論,鼓勵學生走出學校,參加各種講座,參與校外組織的相關活動,開闊自己的視野,增加自己的才干,逐步培養自己的研究能力和創新能力。
四、在實驗中培養創新能力
實驗在培養學生創新能力方面能起到非常獨特有效的作用。工程材料課程有較強的實踐性,在課程的教學過程中,要重視學生觀察能力和動手能力的培養,我們在教學中安排了多種形式不同層次的實驗。一是基本技能性實驗。如金屬材料的硬度和沖擊韌性測定、鐵碳合金平衡組織顯微鏡觀察和碳鋼的熱處理及熱處理后的顯微組織觀察,由實驗教師操作演示,最后由學生結合實驗CAI課件獨立完成實驗。二是綜合性實驗。如分別對20鋼、45鋼和T10鋼進行完全退火處理,觀察并畫出顯微組織,測出其硬度,要求學生實驗前編制一套完整的實驗方案,包括具體的工藝參數和詳細的實驗步驟(需查找相關資料),經實驗教師審查通過后開始。三是研究性實驗。例如研究與分析不同晶粒度的金屬(低碳鋼和鋁)經不同程度拉伸變形后,在回復和再結晶的過程中,其組織與性能的變化情況。本類實驗,教師只需要提出問題,整個實驗方案由學生自主討論決定。通過多種形式的實驗,有效鍛煉了學生自主獲取知識和綜合應用知識的能力,提高了分析和解決問題的能力,充分發揮了學生的主動性和創造性,實踐動手能力大為增強,創新意識和創新能力得到了培養和提高。
五、課堂討論的開展
工程材料課程包括三個主要環節:課堂教學、金相實驗、課堂討論。課堂討論是教學工作中的一個重要環節,通過對講課中的一些重點和難點的討論,進一步掌握本課程的重點、基本概念和基本理論。課堂討論共有三次:鐵碳相圖、鋼的熱處理和選材及熱處理工藝分析。以第三次討論選材及熱處理工藝分析為例。高質量機械產品的獲得,應以設計為主導,材料為基礎,而熱處理則是關鍵。此次課程討論是本課程內容在機械產品設計和制造中的應用。對于不同的機械專業,典型零件的選擇可以各不相同,有所側重。在一般機械制造和設計中,大量遇到的是齒輪類和軸類零件,這些零件在選材和熱處理工藝上有較大的代表性。我們以機床齒輪、汽車—拖拉機齒輪、機床主軸和汽車內燃機曲軸等零件的選材及熱處理為例,討論步驟包括四部分內容:1、根據工作條件和使用性能進行選材;2、工藝路線分析;3、熱處理工序作用;4、熱處理工藝及達到的組織和性能。這三次課堂討論不僅是對整個教學內容的概括、總結和應用,而且集中體現了該課程的主要教學目標和要求。也就是通過該課程的學習,使學生了解在機械產品的生產過程中,優良設計、優質材料和高質量熱處理對提高機械產品質量的重要意義,并使學生進一步掌握和應用這方面的知識和技能。為此我們不應該把這三次課堂討論看成可有可無,當作一般階段小結來對待,必須認真對課堂討論內容進行合理的組織,這是搞好討論課的關鍵所在。通過思考分析、獲取信息、發現問題,并運用學過的知識和技能來解決問題。在解決問題的過程中,學生學會了學習、學會發現,學會分析。因此,課堂討論的順利開展能給與學生更多的主動權,能激發學生的求索精神與創新意識。