對中職生機械創(chuàng)新項目設(shè)計的建模思維培養(yǎng)

摘要：在中職院校當(dāng)中，建模思維是機械專業(yè)學(xué)生所需要掌握的一種技能。要想推進當(dāng)今時代機械專業(yè)的教學(xué)發(fā)展，也就需要對中職學(xué)生的建模思維加以培養(yǎng)。這樣不僅可以幫助學(xué)生獨妲思考，提高學(xué)生理論聯(lián)系實際的能力，還可滿足現(xiàn)代社會對人才的不同需求。因此，現(xiàn)階段在中職院校當(dāng)中，教師普遍存在的問題就是如何幫助機械專業(yè)學(xué)生營造培養(yǎng)其建模思維的良好氛圍。基于此，主要圍繞機械創(chuàng)新項目設(shè)計，對中職學(xué)生的建模思維培養(yǎng)策略展開了研究，幫助學(xué)生對各種機械零件進行了解，做到學(xué)以致用，在未來的工作當(dāng)中發(fā)揮出白己的才干，滿足社會對機械專業(yè)人才的需求。

關(guān)鍵詞：中職學(xué)生;創(chuàng)新項目設(shè)計;建模思維;培養(yǎng)策略

中圖分類號：G420收稿日期：2022-01-12

DOI： 10.19999/j.cnki.1004-0226.2022.04.022

近年來，國家在對機械專業(yè)人才進行培養(yǎng)的過程當(dāng)中，不僅僅局限于滿足讓學(xué)生懂得如何看懂機械零件圖以及手工繪制圖紙等一系列二維技術(shù)，還伴隨著現(xiàn)代計算機技術(shù)的不斷進步和發(fā)展，不管是對中職學(xué)校的機械專業(yè)課程，還是以專業(yè)技能對學(xué)生進行培養(yǎng)的機械專業(yè)課程，目標(biāo)都是通過對學(xué)生的三維空間模型能力進行訓(xùn)練。通過對機械工程專業(yè)學(xué)生的模型思維進行訓(xùn)練，能夠提高學(xué)生對機械工程學(xué)科基本概念的認(rèn)識，增強學(xué)生對各種機械零件的理解，進而幫助學(xué)生運用所學(xué)的知識達到學(xué)以致用的效果，促進學(xué)生的綜合能力發(fā)展。

1 機械專業(yè)教學(xué)的現(xiàn)狀

在機械類的專業(yè)教學(xué)當(dāng)中，教師通常都會利用實物模型、CAI以及掛圖等開展教學(xué)。但是，由于機械設(shè)計以及機械原理等課程所涉及的知識面比較廣且雜，且與工程緊密連接，因此老師在實際教育的過程當(dāng)中，很難充分調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，導(dǎo)致學(xué)生們在實際教學(xué)的過程當(dāng)中覺得此類課程枯燥乏味，再加上教師對課程的設(shè)計也比較統(tǒng)一固定，導(dǎo)致實際教學(xué)效果不容樂觀。

現(xiàn)階段，在機械專業(yè)的教學(xué)過程當(dāng)中，所選用的教學(xué)用具基本為實物的模型，型號比較落后，而且體積也比較大，很難進行演示以及存放。且教師所選用的教學(xué)方式基本都是運用flash動畫，雖然這一技術(shù)比較直觀、形象，但教師基本會以功能的演示為主要教學(xué)方法，僅僅幫助學(xué)生對理論加以驗證，無法使學(xué)生動手實踐。因此，學(xué)生僅能夠?qū)嶋H的工作原理加以掌握，并不會動手操作，很難提高學(xué)習(xí)的效果[1]。

與此同時，在早期的教學(xué)模式之下，學(xué)生只會在教師的演示之下學(xué)習(xí)各種知識，這也導(dǎo)致有很多試驗設(shè)備已經(jīng)組裝好，但學(xué)生沒有掌握具體的架構(gòu)原理，僅僅依據(jù)說明書上的實驗步驟展開操作，進而得到數(shù)據(jù)。在這一過程中，學(xué)生并沒有了解機械的結(jié)構(gòu)，也就無法對學(xué)生的創(chuàng)新思維以及建模思維加以培養(yǎng)。因此，學(xué)生很難提高學(xué)習(xí)興趣。

不僅如此，住實際教學(xué)的過程當(dāng)中，很多教師占據(jù)著主導(dǎo)地位，學(xué)生僅僅依靠教師提前準(zhǔn)備好的課件來學(xué)習(xí)，被動地接受知識。在課堂上，教師所傳授的知識人多與實際工程應(yīng)用的問題有關(guān)，這也就導(dǎo)致學(xué)生不能擁有自主創(chuàng)新的能力，很難使得學(xué)生依據(jù)實踐來對工程問題展開研究，不能滿足當(dāng)今社會對于機械專業(yè)人才的需求。

2 機械專業(yè)學(xué)生進行建模教學(xué)的策略

2.1 由淺入深

在中職院校的教學(xué)當(dāng)中，要想對學(xué)生進行建模教學(xué)，需要依據(jù)教學(xué)目標(biāo)由淺入深地進行教育。在實踐教育的過程中，必須幫助學(xué)生對單個零部件和重要器械的構(gòu)造、造型及其功能加以了解。然后，根據(jù)機械的信息對各個零件的應(yīng)用范圍及其在整體機械工程當(dāng)中的功能進行了解。最后，學(xué)生在對各個零部件的特性具有了一定的認(rèn)識以后，就會把外部的機械形狀運用圖紙來表現(xiàn)。在這一教學(xué)過程中，基本都會通過二維機械的圖紙設(shè)計軟件或是手工繪圖技術(shù)來進行繪制，基本實現(xiàn)對老師、學(xué)生的機械零件設(shè)計教育要求。

2.2 專業(yè)能力的培養(yǎng)

在機械專業(yè)的教學(xué)當(dāng)中，學(xué)生對相關(guān)知識進行學(xué)習(xí)，主要就是對各個機械當(dāng)中的零部件性能以及零部件構(gòu)成加以了解，再結(jié)合實際的操作經(jīng)驗設(shè)計出滿足各種需求的機械圖紙。住對學(xué)生專業(yè)能力進行培養(yǎng)的過程當(dāng)中，教師需要對學(xué)生進行機械零部件外觀、形態(tài)以及用途等方面的教學(xué)，同時利用讓學(xué)生白行裝卸以及觀察零件實體的做法，幫助學(xué)生對機械產(chǎn)品進行更全面的理解[2]。

3 建模思想的教學(xué)方式探索

3.1 結(jié)合建模的思想，驗證課堂上的基本知識

課堂的教學(xué)包含齒輪機構(gòu)、連桿機構(gòu)等內(nèi)容。因此，教師可以利用建模的思想將各種機構(gòu)進行整合，引導(dǎo)學(xué)生對其進行自主的拆卸以及安裝驗證。通過這種方法，幫助學(xué)生對各種知識點掌握更加透徹，并不是更加單純地對知識加以理解記憶幫助學(xué)生了解機構(gòu)的工作原理。

3.2 將建模思想應(yīng)用于翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)

學(xué)生住了解基本知識點以后，老師將運用機構(gòu)模型的設(shè)計思路進行翻轉(zhuǎn)課程的實際教學(xué)。從具體分析來看，老師在實際授課的過程當(dāng)中，能夠指導(dǎo)學(xué)生對一些具體的機構(gòu)模型進行設(shè)計，同時要求學(xué)生住實際設(shè)計過程當(dāng)中掌握一些基本運動方式。隨后，學(xué)生通過老師的指導(dǎo)、學(xué)生的小組探討以及分工搭建模型，對各種功能加以驗證，進而組織教學(xué)的工作。教師經(jīng)過集中的點評之后，學(xué)生將對知識點進行鞏固，加強對模型的使用能力，從而提高學(xué)習(xí)的效果[3]。

3.3 搭建具有完整功能的創(chuàng)新模型

在實際教學(xué)的過程當(dāng)中，教師可以為學(xué)生組織創(chuàng)新設(shè)計人賽，以作為綜合測試題，引導(dǎo)學(xué)生對方案進行設(shè)計，在確定方向之后，鼓勵學(xué)生人膽拓展思路，進而從多種方面考慮問題，最終通過模型實現(xiàn)。對這種教學(xué)模式來說，會具有著題材新穎和充滿著挑戰(zhàn)性的特點，顛覆了一般的機械設(shè)計方法，它用一種更加全新的方法來獲得更加滿意的教學(xué)效果，深受學(xué)生的喜愛。

3.4 通過模犁培養(yǎng)學(xué)生的興趣以及創(chuàng)新意識

教師在對液壓方面的知識進行教學(xué)的過程當(dāng)中，需要將提前搭建好的氣動機器人搬到講臺，將理論聯(lián)系實際，這樣不僅可以幫助學(xué)生消化知識，還可以調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。與此同時，在課堂上學(xué)生也可以發(fā)揮出主觀能動性，對于同一個問題提出更多的方案，然后進行討論。在課后，學(xué)生也可以將自己的方案利用組合模型的形式來實現(xiàn)，這樣學(xué)生不僅可以鞏固所學(xué)的知識，還可以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識以及創(chuàng)新能力。

4 機械創(chuàng)新項目設(shè)計思路

通常機械科技項目的設(shè)計流程中包含以下五火過程：a.項目必須選定新產(chǎn)品，進行市場調(diào)查，并對其所要研發(fā)的對象加以判斷。在實際研究的過程當(dāng)中，還必須研究已有產(chǎn)品的設(shè)計缺陷以及改變已有產(chǎn)品的功能和創(chuàng)新設(shè)計產(chǎn)品等：b.需要實現(xiàn)產(chǎn)品功能上的革新。在對產(chǎn)品功能加以革新的過程中使用先進科技以及先進工藝技術(shù)，還能夠進行各種功能的結(jié)合;c.進行產(chǎn)品功能的實現(xiàn)，能夠利用很多不同方式進行。通過運用組合機構(gòu)的設(shè)計方式，對生產(chǎn)工藝、制作難度、生產(chǎn)成本等各種因素進行全方位的綜合考量，就能夠得到比較完善的總體設(shè)計方法以及制造方法：d.需要財務(wù)分析以及計量。通過對在機械工程專業(yè)班級中所學(xué)習(xí)到的齒輪機構(gòu)、連桿機構(gòu)等進行分析，依據(jù)機械設(shè)計等內(nèi)容，對最終的方案進行具體的分析以及設(shè)計的計算，進而對機構(gòu)的結(jié)構(gòu)尺寸加以確定;e.需要進行仿真的驗證。在這一環(huán)節(jié)當(dāng)中，需要利用計算機的編程工具來對所設(shè)計出的項目進行運動的仿真，進而對所設(shè)計項目是否滿足設(shè)計功能以及設(shè)計要求等進行驗證[4]。

5 機械創(chuàng)新項目設(shè)計案例分析一節(jié)能劃船健身器

學(xué)生在對連桿機構(gòu)的基礎(chǔ)知識進行掌握和優(yōu)化設(shè)計以后，老師也可以指導(dǎo)學(xué)員根據(jù)市場的調(diào)研情況，對現(xiàn)有劃船健身器做出更完善的產(chǎn)品設(shè)計。同時通過比對鉸鏈四連桿機構(gòu)的各種運動輸出軌跡和實際的劃船手臂動作軌跡后，也將會使用四桿機構(gòu)作為原動機構(gòu)。同樣，曲柄搖桿機構(gòu)也具備了急回的特點，可以真止?jié)M足劃船的劃水特點和回漿的運動特點。通過使用Matlab的軟件系統(tǒng)對它進行優(yōu)化設(shè)計，將會達到四桿機構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)尺寸。

在動力的傳遞機構(gòu)鏈當(dāng)中，會利用機械原理的集中常見機構(gòu)，比方說，多級齒輪機構(gòu)來進行增速、棘輪實現(xiàn)問歇動作以及連續(xù)的單向運動輸出等。

在輸出軸方面，會增加飛輪，以利于平衡輸出速度的波動。通過對節(jié)能環(huán)保的理念加以結(jié)合，也就會實現(xiàn)輸出連接到電動機上，進而存儲為電能，如圖1所示。

在此次的機械創(chuàng)新項目設(shè)計當(dāng)中，會引導(dǎo)學(xué)生利用建模的思想，了解機械的零部件性能以及構(gòu)成，設(shè)計更加滿足需求的機械圖紙，進而實現(xiàn)建模制圖。不僅如此，在創(chuàng)新項目設(shè)計當(dāng)中，會包含很多機械原理的課程教學(xué)內(nèi)容。對于學(xué)生來說，通過利用建模的思想來創(chuàng)新機械項目設(shè)計，也就可以鞏固機械專業(yè)的課程，實現(xiàn)理論與實踐的結(jié)合，對學(xué)生的建模思維加以培養(yǎng)，實現(xiàn)學(xué)生機械創(chuàng)新能力的提高。

6 結(jié)語

在中職院校機械專業(yè)的教學(xué)當(dāng)中，建模思維的培養(yǎng)是教師需要注重的教學(xué)目標(biāo)。通過對學(xué)生進行建模思維的培養(yǎng)，可以激發(fā)學(xué)生各方面的潛能，使得學(xué)生可以在機械設(shè)計方面擁有獨立思考以及積極創(chuàng)新的能力，將相關(guān)的機械知識應(yīng)用于機械創(chuàng)新項目設(shè)計當(dāng)中，使學(xué)生可以學(xué)以致用，提高自己的綜合能力。在本文中列舉的機械創(chuàng)新項目設(shè)計為節(jié)能劃船健身器，通過帶領(lǐng)學(xué)生們對節(jié)能劃船健身器進行創(chuàng)新的設(shè)計，可以幫助學(xué)生提高機械創(chuàng)新設(shè)計的能力，靈活運用建模的思維，不僅可以增強學(xué)生的動手能力，還可以對學(xué)生的團隊合作能力加以培養(yǎng)，使得學(xué)生獲得全方位的發(fā)展，在今后的工作當(dāng)中，能夠靈活運用建模的思想來解決問題。

參考文獻：

[l]王玉娟，楊決寬，畢口J東.基于機械設(shè)計類課程培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力探討[J]機械設(shè)計，2018（S2）：54-56.

[2]陳政偉創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育在中職機械設(shè)計課程中的探索與實踐[J].佳木斯職業(yè)學(xué)院學(xué)報，2018（11）：56.

[3]庾住海機械專業(yè)學(xué)生機械創(chuàng)新設(shè)計能力的培養(yǎng)途徑[J]機械設(shè)計，2018（S2）：210-212.

[4]萬園元.中職建筑專業(yè)學(xué)生建模思維培養(yǎng)的策略研究一以SKETCHUP建模課程為例[J].現(xiàn)代職業(yè)教育，2019（6）：186-187.

作者簡介：

周麗萍，女，1978年生，講師，研究方向為機械創(chuàng)新設(shè)計教育。