機(jī)械學(xué)系列課程的多自由度創(chuàng)新教學(xué)模式研究

摘要本文通過對機(jī)械學(xué)系列課程的多自由度創(chuàng)新教學(xué)模式的研究，提出了創(chuàng)新從課堂入手的想法，課堂、課下、實(shí)踐三位一體，形成系統(tǒng)創(chuàng)新結(jié)構(gòu)和多自由度教學(xué)模式。

關(guān)鍵詞機(jī)械學(xué)系列課程多自由度創(chuàng)新教學(xué)模式

中圖分類號:G642文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A

創(chuàng)新是機(jī)械設(shè)計行業(yè)的靈魂。為了迎合這一需求，有必要在機(jī)械學(xué)系列課程中進(jìn)行創(chuàng)新教學(xué)模式的探索。

1 機(jī)械學(xué)系列課程教學(xué)在創(chuàng)新性激發(fā)方面存在的問題

機(jī)械學(xué)系列課程包括機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計、機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)等相關(guān)主干課，在教學(xué)中的地位舉足輕重。隨著課程教學(xué)改革的層層深入，教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式及教學(xué)手段等發(fā)生了很大的變化。課堂教學(xué)中涉及到大量的常用機(jī)構(gòu)和通用零件，需要將機(jī)構(gòu)的運(yùn)動特性和設(shè)計方法、零件的結(jié)構(gòu)組成和工作原理生動形象地展示出來，同時還要結(jié)合眾多的工程實(shí)例，給以知識面的拓延，以增加感性認(rèn)識，進(jìn)而提升理論高度。教學(xué)手段的改革為其提供了較好的平臺。多媒體教學(xué)擯棄了笨重的教具、呆板的掛圖，減少了遲緩的板書，聲形并茂，動靜相宜，給機(jī)械學(xué)課程平添了豐富的內(nèi)容、生動的色彩、明快的動感，促進(jìn)了理解，大大提高了學(xué)習(xí)效率。

然而，隨著這種教學(xué)模式的普及，在解決了傳統(tǒng)板書教學(xué)的不足之后，其弊端也日漸明顯。即學(xué)生的創(chuàng)新能力受阻。究其原因有三:一是電子講稿總體播放速度較快，學(xué)生思維滯后;二是文字、動畫等媒體形式在屏幕上直接展示，一定程度上縮小了學(xué)生的想象空間，而代之以映像直接入腦，使學(xué)生的積極思維受到扼制，呈現(xiàn)出一定程度的惰性;三是課堂教學(xué)模式單一，教師偏重知識傳授，學(xué)生偏重聽記，自由度較少;四是創(chuàng)新思想孤立加功利，沒有形成系統(tǒng)的創(chuàng)新體系，只在如創(chuàng)新設(shè)計大賽等活動中體現(xiàn)。

2 機(jī)械學(xué)系列課程多自由度教學(xué)模式的具體措施

針對以上的問題，教研室進(jìn)行了機(jī)械學(xué)系列課程的多自由度教學(xué)模式的探索，形成系統(tǒng)的創(chuàng)新結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)由平面思維向空間思維的轉(zhuǎn)化。

(1)課堂教學(xué)環(huán)節(jié)形成創(chuàng)新鏈的重要一環(huán)。創(chuàng)新思想從教學(xué)過程開始。沒有理論和思維的創(chuàng)新作先導(dǎo)，創(chuàng)新設(shè)計活動將變得沒有著力點(diǎn)一樣，不夠扎實(shí)。首先學(xué)生在課堂上要轉(zhuǎn)變角色，既要有學(xué)生的孜孜求學(xué)，又要有專家的置疑態(tài)度，還要有抽象大師的想象空間，要有探討辯論的膽量，既而碰撞產(chǎn)生創(chuàng)新的火花。而教師要善于為學(xué)生提供這一空間，知識傳授形象、清晰、生動但不傾囊，既能調(diào)動積極性，又可給學(xué)生多自由度的發(fā)揮余地。創(chuàng)新的思想往往開始于形象思維，從大跨度的聯(lián)想中得到啟迪，然后再用嚴(yán)密的邏輯加以驗(yàn)證。為了達(dá)到這一教學(xué)目的，在課堂采用多媒體加板書復(fù)合教學(xué)，合理安排板書教學(xué)比例，幫助電子講稿授課減速。多媒體講稿內(nèi)容要豐富動感、條理清晰、實(shí)例典型，以形象為創(chuàng)新奠基，同時調(diào)動學(xué)生積極性。在內(nèi)容傳授的同時，不斷雙向發(fā)問，交互探討，拓寬學(xué)生思維空間，甚至可以學(xué)生站上講臺發(fā)表見解，即啟發(fā)智慧，又鍛煉膽識?；蛟谡n時允許的情況下開展專題討論課，提前布置，分組發(fā)言。研討是創(chuàng)新的激勵，經(jīng)過這一環(huán)節(jié)，可促進(jìn)知識的消化吸收和強(qiáng)化，得出更嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)術(shù)結(jié)論。

(2)課下自學(xué)為創(chuàng)新增加了主觀能動性。課堂學(xué)時在一定程度上限制了創(chuàng)新學(xué)習(xí)的時間與空間。為此，教師在課堂布置任務(wù)，或大作業(yè)，或討論專題，或參加調(diào)研，學(xué)生課下完成。形式靈活，可獨(dú)立完成，也可分組，組與組間有交流，有比拼，比點(diǎn)子，比創(chuàng)意，可以作業(yè)或大報告的形式提交自學(xué)成果，完成質(zhì)量高的可提高其平時考核成績，或提供參加創(chuàng)新設(shè)計比賽活動的機(jī)會。鼓勵學(xué)生學(xué)習(xí)課程相關(guān)計算機(jī)軟件，以便應(yīng)用現(xiàn)代技法完成虛擬樣機(jī)的仿真。同時，也可瀏覽相關(guān)學(xué)科的教學(xué)網(wǎng)站，在廣袤的網(wǎng)絡(luò)資源中擴(kuò)充知識、了解新領(lǐng)域、搜集新素材并解決疑難問題。自學(xué)體現(xiàn)一個人的學(xué)習(xí)能力和學(xué)習(xí)毅力，同時解決了學(xué)時壓縮的問題。

(3)開展創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)與創(chuàng)新設(shè)計活動，包括創(chuàng)新課程設(shè)計與創(chuàng)新設(shè)計比賽，為理論與實(shí)踐的結(jié)合搭建更多的平臺，將創(chuàng)新的觸角延伸到多自由度的空間。這是兩項(xiàng)耗時耗力的工作，但也是學(xué)習(xí)中最有意思并卓有成效的過程。

機(jī)械學(xué)系列課程的理論性和實(shí)踐性都很強(qiáng)，學(xué)生的工程實(shí)踐環(huán)節(jié)又比較薄弱，要培養(yǎng)學(xué)生的動手能力和創(chuàng)新能力就必須依靠課程的實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)配合。實(shí)驗(yàn)不能光是對書本知識的驗(yàn)證與演示，而應(yīng)產(chǎn)生驗(yàn)證理論、提高動手能力與激發(fā)創(chuàng)新思維的三重效果。

為此，教研室在傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目基礎(chǔ)上增加一定量的創(chuàng)新與綜合實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，如機(jī)械原理課程的JPCC平面機(jī)構(gòu)組裝實(shí)驗(yàn) 、3DMC機(jī)構(gòu)組合與創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)、機(jī)械設(shè)計課程的軸系結(jié)構(gòu)創(chuàng)意設(shè)計實(shí)驗(yàn)及機(jī)械傳動性能綜合實(shí)驗(yàn)等。如3DMC實(shí)驗(yàn)臺根據(jù)創(chuàng)造性思維原理和機(jī)構(gòu)組成原理設(shè)計，是二十一世紀(jì)新一代綜合性智能化實(shí)驗(yàn)測試設(shè)備。學(xué)生通過機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計和機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計學(xué)習(xí)所萌發(fā)的創(chuàng)造性思維可以從本實(shí)驗(yàn)臺上得以實(shí)現(xiàn)。實(shí)驗(yàn)臺既有組成機(jī)構(gòu)的低副桿組、高副桿組及組成這些桿組的各構(gòu)件、機(jī)架和其他輔助連接件等，也有機(jī)械傳動等內(nèi)容，可拼裝連桿機(jī)構(gòu)、齒輪機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)、間歇運(yùn)動機(jī)構(gòu)、帶傳動、鏈傳動、蝸輪蝸桿傳動以及由它們組合成的性能各異、平面的、空間的機(jī)械傳動系統(tǒng)，培養(yǎng)了學(xué)生機(jī)械傳動方案的設(shè)計能力。實(shí)驗(yàn)臺可以測試原動件和執(zhí)行構(gòu)件以及中間任意構(gòu)件的位移、速度、加速度。無論構(gòu)件是轉(zhuǎn)動還是移動，計算機(jī)都能準(zhǔn)確地反應(yīng)這些機(jī)構(gòu)的參數(shù)，對已知機(jī)構(gòu)的運(yùn)動參數(shù)進(jìn)行驗(yàn)證分析;也可測試創(chuàng)新機(jī)構(gòu)的運(yùn)動參數(shù)，為動力學(xué)分析提供依據(jù)。學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中，將課堂知識與自身的判斷、聯(lián)想、動手能力結(jié)合起來。通過對實(shí)驗(yàn)題目的分析、實(shí)驗(yàn)方案的構(gòu)思和優(yōu)化、對實(shí)驗(yàn)設(shè)備的拆裝、實(shí)驗(yàn)過程成與敗的反復(fù)，不斷提高學(xué)生分析問題、解決問題的能力，提高學(xué)生理論與實(shí)踐相結(jié)合的基本素質(zhì)，真正發(fā)現(xiàn)理論與實(shí)踐的不可分離性，理論在實(shí)踐中得以驗(yàn)證、延伸與創(chuàng)新。

將實(shí)驗(yàn)裝置作為課程設(shè)計的載體，也成為教研室課程改革的一項(xiàng)內(nèi)容。課程設(shè)計在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行，更具有較好的教學(xué)效果。課程設(shè)計是又一提高學(xué)生創(chuàng)新能力的途徑，但一定要剔除以往傳統(tǒng)設(shè)計的因循守舊，開辟新渠道。如機(jī)械原理的課程設(shè)計由單一、古板的圖解法運(yùn)動分析變?yōu)榫哂袆?chuàng)造性的機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動方案設(shè)計，并可充分利用3DMC機(jī)構(gòu)組合與創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)臺進(jìn)行一部分課程設(shè)計，又如機(jī)械設(shè)計的減速器傳統(tǒng)設(shè)計變?yōu)镃AD編程，計算機(jī)仿真軟件運(yùn)用到課程設(shè)計環(huán)節(jié)中，完成了虛擬樣機(jī)的制作等等。

為了激勵學(xué)生創(chuàng)新設(shè)計的熱情，教研室開展了機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計活動。好的作品可參加機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計比賽，以便設(shè)計成果的驗(yàn)證，促進(jìn)技術(shù)交流。這給學(xué)生又一提高自我、展示自我的平臺。

無論是開放性實(shí)驗(yàn)、課程設(shè)計還是設(shè)計比賽，都使學(xué)生將機(jī)械學(xué)系列課程的學(xué)習(xí)從平面的課堂走到了廣闊的多自由度空間，完成了它們的更好融合。

3 結(jié)論

通過教研室對機(jī)械學(xué)系列課程的多自由度創(chuàng)新教學(xué)模式的探索，在學(xué)校的支持下，取得教學(xué)相長的良好教學(xué)效果。

一方面，教師拓寬思路，教學(xué)水平提高，涌現(xiàn)出學(xué)校的十佳教師，更有教師取得了東北三省的機(jī)械原理課程教學(xué)大賽第一名。相關(guān)機(jī)械學(xué)系列課程成為學(xué)校優(yōu)質(zhì)課，機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計為院精品課，機(jī)械認(rèn)知實(shí)踐網(wǎng)絡(luò)課程通過了驗(yàn)收，成為院優(yōu)秀網(wǎng)絡(luò)課程。同時研制出大量多媒體教學(xué)軟件，在國家教學(xué)大賽中取得佳績，廣泛投入到教學(xué)中。

另一方面，多自由度教學(xué)模式在學(xué)生中產(chǎn)生較大的正面反響，大大激發(fā)了學(xué)生的主觀能動性。學(xué)生學(xué)好理論課的同時，積極主動地走入實(shí)驗(yàn)室，走入實(shí)習(xí)工廠，走入創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)小組，走入機(jī)械創(chuàng)新科技活動中，部分取得較好的成績。確確實(shí)實(shí)地加強(qiáng)了學(xué)生對機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動方案的整體認(rèn)識，加強(qiáng)了學(xué)生工程實(shí)踐背景的訓(xùn)練，拓寬延伸了學(xué)生的理論知識面，培養(yǎng)了學(xué)生綜合設(shè)計能力及動手能力，培養(yǎng)了學(xué)生勇于探索的創(chuàng)新思維精神。

€L鼙疚惱掠?009-2010黑龍江省教育廳項(xiàng)目——增強(qiáng)主動學(xué)習(xí)和創(chuàng)新思維的機(jī)械基礎(chǔ)課程教學(xué)模式研究的資助