林業機械現代設計方法教學內容的優化及教學方法的選擇

張慧春 周宏平 鄭加強

摘要：林業機械設計是設計者為滿足社會和人們對林業生產的需要，運用基礎知識、專業知識、實踐經驗和系統工程等方法，進行設想和構思、計算和分析，最后以技術文件的形式提供林業機械產品制造依據的全過程工作。本文介紹了《林業機械現代設計方法》課程改革的背景，闡述了《林業機械現代設計方法》教學內容的組織優化和教學方法的選擇，并總結了課程的改革成效。

關鍵詞：林業機械；現代設計方法；教學內容；組織優化；教學方法

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2015）50-0169-02

林業生產是生態文明與美麗中國的重要保障，林業生產及其精確化必須依靠林業機械的創新與發展，林業生產機械化是現代化建設的重要組成部分和核心生產力，也是發展高效、集約、可持續現代林業的客觀要求，發揮著越來越大的作用。林業機械隨著人類歷史而不斷發展，由于林業生產過程由多種生產作業分享時間和資源，林業機械品種繁多、種類不一。目前林業機械產品設計面臨巨大的挑戰，需要結合設計、理論、方法的創新性思路。南京林業大學機電工程學院林業機械系進行了《林業機械現代設計方法》課程教學內容的組織及教學方法的選擇的改革創新，通過課堂講授、參觀實習、性能實驗、作業考試、課程設計等教學環節，使學生掌握林業機械的基本理論、主要林業機械的構造、性能和主要工作部件的設計計算校核方法，獲得有關實驗的基本技能訓練，提高學生應用電子信息技術與其他高新技術進行林業機械設計、開發、研究的能力。

一、《林業機械現代設計方法》課程改革的背景

隨著人口老齡化步伐加速，勞動年齡人口逐漸減少，勞動力成本上升，“雇工難、雇工貴”現象突出，能耗高、人力成本高、勞動力急劇下降、生產作業效率低等成為制約林業可持續發展的瓶頸。一方面，林業已開始形成規模化的生產，已建立基地式現代化、社會化大生產，今后會向更大規模化方向發展，在種子采拾、林地清理、育苗裝播、造林移栽、施肥噴藥、消防滅火、打枝造材、集材運材、伐木歸堆等過程都貫穿著林業機械的使用；另一方面，林業快速發展進程相對應的生產機械化的歷史非常短暫，無論從數量上還是品種、質量上都難以滿足林業大發展的需要，有助于提高生產效率的林業生產機械研制、應用和推廣嚴重滯后。隨著樹木的種植面積的擴大以及生態文明建設的推進，林業生產機械化取代人工已成為大勢所趨，因此林業院校機械工程類專業迫切需要結合實際，創新教學內容的組織及教學方法的選擇，滿足人才培養的需求。作為專業課，課程學時有限，理論知識體系涵蓋的知識點繁多，如何在這種條件下使學生了解林業機械的基本理論，掌握林業機械的總體結構和工作部件的設計方法，并且將這些理論知識應用于今后的工作實踐中，課堂、試驗和作業是非常重要的環節。因此，筆者從林業機械現代設計方法的教學內容、教學模式與手段以及考核評價體系等方面進行了改革探索。

二、《林業機械現代設計方法》教學內容的組織優化

筆者通過8年的教學實踐，對課程的內容安排進行了梳理和調整，了解了課程上下銜接的歷史脈絡及承接關系，對理論和實踐的方式方法進行了探索和總結，提出了以貼近實際、追蹤前沿為重點、訓練學生綜合應用能力為核心的課程教學思路，同時借鑒其他院校類似專業課程的教學方法和先進經驗，形成了較為完善的課程教學內容體系[1]。林業機械產品設計需要結合設計、理論、方法的創新性思考，因此，林業機械現代設計方法有優化設計法、創新設計法、反求工程設計、可靠性設計、有限元法、綠色設計等[2]。針對現代林業機械設計方法和設計工程師需要具備的多種能力，開展探索通過適宜的教學方法和案例教學來實現，各章節內容和教學案例的安排如表1所示。如噴頭的設計與制造傳統都采用單獨開模加工方式，成本高且耗時長，3D打印技術出現后，可以三維數字設計模型為藍本，通過軟件分層離散和數控成型系統，運用激光束、熱熔噴嘴等方式將陶瓷粉末、ADS工程塑料等特殊材料進行逐層堆積黏結，逐層打印最終疊加成各種角度、尺寸、形式的噴頭，不需要復雜的工藝和龐大的機床，就可以制造出噴頭，滿足了試制的目的，極大地降低了制造復雜度。三維測量儀是用于測量三維幾何尺寸和形位公差的高精度測量儀器，對于林業機械反求工程非常有效，它在精密測量領域的強大用途，為快速、可靠進行尺寸測量提供了新的方式。三維測量儀由光學放大系統對被測物體進行放大，經過CCD攝像系統采集影像特征并送入計算機后，可高效地檢測各種林業機械精密零部件的輪廓和表面形狀尺寸、角度及位置，全自動地進行微觀檢測與質量控制。

三、《林業機械現代設計方法》教學方法的選擇

林業生產正在經歷從“砍伐森林樹木”向“利用森林環境”的轉變，因此林業機械制造業發展到了關鍵時期。《林業機械現代設計方法》教學方法的選擇也要與時俱進，把對學生實際應用能力的培養和相關前沿課程教學內容上的銜接作為課程組織優化的切入點，采用“課堂講授+小組調研+課程設計+匯報展示”四合一的教學方法，注重對新興技術的追蹤、經典技術的重構以及理論知識在設計實踐中的再現。

1.匯報法。為了開闊學生的眼界，帶領學生參加每年在南京國際博覽中心舉行的中國（江蘇）國際林業機械展覽會，學生通過參觀美國、加拿大、德國、日本、韓國和我國的林機精品，了解林機行業政策，展覽會結束后學生要圖文并茂地總結自己的感想體會。另外，利用與學校有密切合作的企業合作站平臺，引導學生去林業機械生產的龍頭廠家完成卓越工程師計劃，并進行匯報交流。通過這些體驗匯報活動，讓學生緊密跟蹤國際國內林機行業研發的熱點和前沿，讓空洞乏味的書本知識轉變為實際產品的演示，激發了學生的學習興趣。

2.圖示法。利用國外留學、參加國際會議等機會收集整理了大量的林業機械應用現代設計方法進行設計的圖片和視頻，將這些多媒體素材進行有機結合，在課堂上進行展示，并組織學生圍繞這些素材進行討論，促進學生對相關知識的理解和掌握。如歐洲的林業機械的設計著眼于可升級、可重用、可拆卸、可降解，注重其全壽命周期的各個環節，從生態環境保護、節約資源、延長機械壽命和可回收性出發，將可持續發展理念有機地融入林業機械的全壽命生態設計[3]。

3.項目法。對于較復雜的知識點尤其是技術操作中具有連貫性、系統性的，在教授過程中，以現實的林業機械產品為素材，并輔助于具體的科研項目成果的展示，給學生一個輪廓清晰、目標明確的任務，通過對產生的任務產品需求分析、原理方案設計、總體結構設計、具體零部件選用4個環節，形成以項目為中心，團隊成員自由組合，促進學生對知識點的抽象思維與應用聯系，完成對學生實踐能力的培養。對于其中有創意、有前景的作品，鼓勵學生參加大學生科技創新競賽并申報國家專利。

四、《林業機械現代設計方法》教學改革的成效

在培養創新型人才的教學過程中，林業機械現代設計方法教學內容的優化及教學方法的選擇，對學生學習、掌握和應用現代設計方法具有積極的推動作用。運用極具時代特色的教學案例、結合林業機械行業實際特點、創新互動參與教學方法，體現了綜合性、探索性、先進性和實用性的教學內涵。通過課程的一系列改革實踐，改變“只學不用”、“只聽不動”的教學模式和教學方法，做到引導性與啟發性有機結合，注重學生參與學習的過程和親身體驗與實踐，激發了學生的創新意識，調動了學生的參與精神，獲得了學生的好評，學生評教分數為99.83分，在學院和學校測評中名列前茅，學生考研人數和考研成績也有明顯的提高，取得了較好的教學效果。

參考文獻：

[1]余坤勇，劉健，賴日文，俞欣妍.農林院校現代空間信息技術類課程教學素材的組織及教學方法的選擇[J].中國林業教育，2015，33（1）：65-67.

[2]陶棟材主編.現代設計方法學[M].北京：國防工業出版社，2012：1-378.

[3]姚會春，徐幼林，鄭加強，周宏平.植保機械全壽命生態設計方法研究進展[J].南京林業大學學報：自然科學版，2004，28（5）：99-102.