應用型本科機械專業教學改革策略研究

林權+林燕+余天游

[摘要]針對現代應用型本科教育的發展，本文從教學手段、教學方法等方面，論述了應用型本科機械專業教學改革策略。提出以先進靈活教具為載體的方式，打破課堂授課困境；采用網絡學習輔助課堂教學的方式，提升學生的學習動機；運用逆向工程技術結合任務項目化教學方式，發展應用型本科機械人才培養的職業性，為應用型本科機械教育提出一些建議與參考。

[關鍵詞]應用型本科；機械專業；教學改革；教學手段；教學方法

應用型本科機械專業人才的培養規格定位為重基礎、寬口徑、多方向、強應用，其中多方向與強應用，就是要求高校培養的畢業生是應用型人才，能快速適應社會技術崗位需求，重基礎與寬口徑是強調了本科人才的培養內涵，要求學生能掌握機械設計制造基礎知識，具備在機械制造業領域從事設計制造、創新開發、應用研究、運行管理和經營營銷等方面的基本能力。但傳統本科機械專業教學存在重理論輕實踐、強調個人能力而忽視團隊精神、重視知識學習而輕視開拓創新等問題，在此以武夷學院機械專業為例，分享一些機械專業教學改革策略，期望能為應用型本科機械教育提供參考。

一、設計先進教具突破教學困境

由于高校學習節奏快，教師授課不僅需要依據教學進度安排，而且教學內容日益豐富，遇到教學的重難點內容通常需要與學生互動，了解學生的掌握情況，但是由于學時的限制，教學不得不加快速度，然而學生的學習需要一定的接受過程，思維的成長也需要載體，尤其是機械專業，許多教學內容抽象不易掌握，在課堂互動過程中，常遇見教師提問無人回答的尷尬局面，如何在有限的時空下，提高課堂的教學效率，為了避免學生在學習的過程中困在狹小角落里戰戰兢兢、模模糊糊，合理先進的感性的教儀教具的使用就顯得特別重要。

以機械專業基礎課程《材料力學》為例，目前市場上還沒有靜定梁力學模型教具，教師授課過程中只能依靠手中的粉筆與黑板，通過公式推導和計算進行靜定梁相關分析，冰冷的黑板或PPT不利于學生理解掌握力學知識，提高學習興趣，更無法核驗學生當前課堂的學習質量。在此設計一套基本形式靜定梁力學模型教具，該教具以檢驗學生的學習質量為主，它可以任意組裝，并且攜帶方便，教具主要是由簡支梁，外伸梁和懸臂梁這三種機械及電子裝置組成，其中還設置了斷點，配備了顯示器和鍵盤，通過應用單片機技術編寫材料力學的程序，利用該教具老師可以任意出題，學生答題，如果學生回答大于正確答案，則桿件會自動斷掉，如果小于正確答案，則桿件會警報，只有正確答案，桿件才會相安無事。利用該教具可以讓學生算題，也可以讓教師講題，不僅能實現師生課堂互動，而且能活躍學生思維，避免了力學課程的干燥無味的公式計算，增添了教學魅力。

基本形式靜定梁力學模型主要是由簡支梁，外伸梁及懸臂梁構成，為了節約空間與攜帶方便，將簡支梁和外伸梁結合在一起，通過控制軌道上的支架選擇簡支梁或者外伸梁。簡支梁或外伸梁與懸臂梁用鉸鏈固定在木板上，可以方便拆裝，需要表達某一類問題時，能讓學生清晰了解操作過程，明白問題所在。另外為了實現機電一體化，該教具采用KEIL軟件，針對不同靜定梁力學問題進行編程，以便控制機械裝置，因此教師可以臨時設定并選擇合適的力學問題，讓學生進行探討計算獲取數據，然后教師通過電位器對學生計算獲得數據進行模擬，并在數碼管上顯示。總之，該教具采用機電一體化設計，可以模擬各類力的施加，可以形象的模擬梁的破壞，其中LCD與矩陣按鍵組合帶來更多的例題選擇，軟件容易升級操作簡單實用性強，為其他類似教具的研發提供了參考。

二、網絡學習輔助課堂教學

在這個信息急速發展的時代，因特網具備實時、不局限于教室實體空間與便于雙向互動的特性，若能因勢利導，把計算機所能提供的信息納入教學中，或許可以提升學生的學習興趣。相較于傳統教學，網絡輔助課堂教學具有以下特色：（1）學習態度主動化；（2）學習環境個人化；（3）學習內容適性化；（4）學習信息數字化；（5）教學傳遞網絡化；（6）學習社群虛擬化；（7）學習評量多元化。不論從構建學習理論或行為，網絡輔助教學都有相當好的切入點，通過網絡上多樣性的資源及學習的自主性來提升學習動機和學習成效。

基于網絡進行異步教學是一種能體現學生的學習過程、學生在教師指導下進行自主學習的現代教學模式。異步網絡教學的實施方式是由教師把教材制作成網頁，上傳至指定網絡讓學生來閱讀學習，教師可以指定作業題目、繳交作業期限，學生在期限之內將報告或者作業上傳，然后教師再來評分，必要時還可以進行線上測試，作為平時成績的依據。異步網絡教學教師可以彈性掌握教學內容與學時，突出多媒體電腦技術的優勢。

例如在《塑料成型工藝及模具設計》講授分型面及澆注系統設計過程中，課前在網頁引入項目任務：“日常用的原子筆、簽字筆外殼如何成型，探討其分型面位置及澆注系統選擇方案”，通過網頁課件自學相關內容，自發的獲知分型面選擇的矛盾性是塑料模具設計理論與實踐的重點。課堂上教師有的放矢，進行互動，啟發位置設計選擇角度，討論方案的優缺點，提高學生分析問題能力。學生再通過掃描課件上的二維碼，進入指定網頁進行實例圖形比較分析，學習分型面的類型、形狀及位置選擇原則，理會分型面選擇原則的矛盾性，引導啟發同學建立分型面與模具結構、成型質量之間的聯系，然后結合問卷調查的方式，輸入姓名學號進行選擇作答。教師根據問卷統計分析結果，了解學生對分型面的設計相關知識點的掌握情況，針對存在的問題進行啟發教學，對于不同選擇給予分析優缺點，結合學生對成型技術與模具結構掌握情況給予學習引導。通過發現事實、發現問題、發現構想、發現答案、尋求接納理論等過程，體現了學生學習的科學思維過程，并進行創造的學習。

經過多年的嘗試證明，基于網絡輔助課堂教學，在《塑料成型工藝及模具設計》、《機械設計基礎》、《互換性與測量技術》、《機械制造技術》等課程中，相對于傳統單純面對面授課方式能獲得更佳的學習成效。

三、基于逆向工程進行項目化教學

逆向工程為一種從現有的實物中或樣品模型中，重建產品CAD模型或產品復制的一種技術，已在制造業各領域得到了廣泛應用。針對市場需求，在機械專業開展面向學生能力培養的逆向工程技術教學顯得越來越重要。傳統教學模式以教師為中心，以教材為中心，忽視了學生積極性、主動性的發揮，在此提出基于逆向工程技術進行項目化教學，將教學內容布置為工作任務，讓學生以解決任務為中心，組建團隊進行相關學習，完成一個完整的由實物模型到新產品開發的綜合項目。

在此以馬鞍形零件制作項目為例，首先教師先制定項目任務提供原始工件模型，學生通過使用計算機與測量設備獲取相關技術資料，如使用三坐標測量儀，將馬鞍形曲面劃分經緯線，用x軸y軸線表示，x軸與y軸相交形成特征點，并按順序進行特征點歸組，設定坐標零點位置，通過移動三坐標測量儀手臂到特征點位置獲取數據點，依序完成各特征點測量，儲存為IG—Es文件轉入Euclid軟件。CAD模型曲面的建立需要采取30個數據點，用B-Spline曲線曲面數學模式分別用插補法，以群組為單位建構曲線，通過所選取的每一特征點建構成曲線，近似法創建的曲線只有首尾會通過特征點，中間以趨近方式通過連成曲線。曲面建立是通過運用斷面線技術，依序選取由左到右所建立曲線來完成。然后通過應用CAM軟件把程序坐標原點設定在模型的中心，繼而進行刀具路徑規劃，并選取刀具類型，確定切削相關參數與主軸轉速，經刀具路徑仿真確認無誤后，產生NC加工程序，可以采用法蘭克控制器，設定刀具CNC綜合加工中心機床傳輸程序，最后執行加工。

以上項目中的每個步驟內容相對獨立，可單獨分解成若干個子項目進行，每個子項目還可以分為若干個相同的功能組，分組學習不同測量儀器的工作原理與實踐操作，由于完成逆向工程每部分內容形式與手段不做限制，針對實物表面數字化、點云處理與模型重構、產品創新改進設計、重新成型等環節，教師可以引導學生應用不同技術手段組合來完成任務，啟發同學們展開思考、權衡利弊設計實驗方案，教師在項目任務活動中輔以相關知識與技能，強調學生主體地位，通過項目的運作，可以檢驗學生在工業產品設計方面的技能與內涵，如：（1）知識能力，具備所需的專業基本知識；（2）技術能力，具備所需的專業技術能力；（3）溝通能力，透過多種手段、方法與他人有效合作溝通。（4）整合能力，能夠在執行專業時，整合背景知識、技術與溝通等能力，已做出有效的決策。（5）適應能力，能適應各種多樣化的科學技術，并能將所學專業技能應用于工作實踐上。（6）專業態度，同學問組別問構成競爭性，提升專業的學術氛圍、持續學習動機。

結語

應用型本科教育以能力培養為目標，以就業為導向，本文從教學手段、教學方法等方面，論述了應用型本科機械專業教學改革策略。為了打破部分專業課程的授課困境，設計以先進靈活的教具為載體，逐步提高學生學習積極性的方式，吸引同學們的興趣；另外為了適應當代網絡技術的發展，提升學習動機和學習成效，采用網絡學習輔助課堂教學的方式進行授課，走線上線下相結合的求知之路，使得學生學習更加主動，學習內容更加適性化；運用逆向工程技術結合任務項目化教學方式，使得應用型本科機械專業人才培養體現其職業性，使學習內容更加具有現實意義，進一步促進了應用型本科教學的發展。