數字化背景下機械類專業課教學教革

倪春芳

摘 要：在數字化背景下，出現了三維數字化技術，在機械類專業課教學中應用其技術，能夠有效推動機械類專業課教學改革，使得學生真正理解和掌握機械知識，并將所學知識靈活運用到實際工作中。本文闡述了機械類專業課教學中應用數字化技術的價值，分析發現機械類專業課教學存在教學方法單一，學生學習興趣比較低、教材內容落后，缺乏實踐教學、學生課程設計的主觀能動性比較低等問題，進而影響著機械類專業課教學質量和改革。針對現狀提出了在數字化背景下機械類專業課教學改革的優化策略，為教學教革提供借鑒。

關鍵詞：數字化 機械類 專業課 教學教革

1 引言

在機械類專業課教學改革中離不開知識、方法、思維等方面的創新，工程教育專業認證實工程教育的發展趨勢，在機械類專業工程教育專業認證標準中工程實踐類課程是非常重要的一部分，在教育中應該將成果導向作為教育理念，引發學生的學習興趣，鍛煉學生實踐動手能力，培養學生綜合素質，提高學生理論和解決實際問題的能力。傳統機械類專業課教學主要是理論知識結合二維平面圖為學生講解，隨著時代的不斷發展，傳統模式已經不能滿足企業對機械設計人員的發展需求。而在教學中廣泛應用三維數字化技術創新機械產品設計觀念、形式、方法有效改善企業對機械人才的需求問題。通過立體模型開展模擬裝配、干涉檢查、機構分析，并及時進行動態化的修改和調整，有效避免大方向的設計更改，有效提升機械產品設計質量，縮短機械產品的研發實踐，為企業節省產品設計成本，提升企業的經濟效益。機械類專業課主要包含機械制圖、機械設計、機械制造技術、材料力學、液壓與氣壓傳動等內容，在實際教學中應該引導學生認識和了解機械產品的原理和結構，合理配置和優化教學資源，創新教學方法，有效促進機械類專業課教學改革。

2 機械類專業課教學中應用數字化技術的價值

數字化主要是通過儀器、軟件對模型進行創建、修改、分析、完善等，使得設計產品滿足客戶使用需求，由于機械類專業課的知識比較深奧，單一學習課本知識，不能達到預期的教學效果，還有可能會降低學生的學習興趣。而在數字化背景下，借助數字化技術可以將復雜、深奧的專業知識以更加直觀、更加形象的方式展示給學生，使得學生能夠更加全面了解和學習機械類專業知識，并能夠學以致用。在實際教學中教師應該清楚意識到數學化技術在機械類專業課中的價值，積極轉變自身教育理念，樹立以生為本的觀念，并真正落實在教學改革當中，有效提高機械類專業課教學改革效果。能夠有效轉變學生被動學習的局面，打破學生形式化學習的現象，讓學生真正融入到教學課堂中，成為教學中的主體，基于數字化背景下，加深學生對機械類專業課知識的理解，提升學生對數學化技術的運用能力和機械設計制造能力，有效促進機械類專業課教學質量的提升。另外，應用數字化技術可以創新機械類專業課的教學方法，豐富教學內容，引導學生積極主動學習現代化的機械專業知識，滿足現代企業對機械人才的需求，讓學生在機械設計與制造工作中能夠靈活運用所學的數學化技術，實現機械設計與制造的創新性，促進我國機械行業的可持續化發展。

3 機械類專業課教學存在的問題

3.1 教學方法單一，學生學習興趣比較低

在機械類專業課教學中教師一般是采用講解示范、照本宣科的方法為學生講解知識，教學方法比較單一，使得教學發展受到一定的局限性。在時代不斷變化下，學生的生活方式和學習習慣有著很大的變化，通過各大網絡平臺獲取大量和機械相關的知識，使得學生對于段子設備的依賴性比較高，主要是獲取的知識比教材內容更加生動、有趣，更加愿意學習知識，而在教學中教師沒有充分發揮數學化技術，使得課堂教學氛圍比較枯燥、乏味，學生的學習興趣比較低，參與課堂活動性不高，進而影響著教學效果。

3.2 教材內容落后，缺乏實踐教學

隨著時代的不斷發展，機械行業出現了很大的變革，使得現在機械類專業課教學中的部分內容不能滿足行業發展需求，在實際教學中以傳統教材為主，導致學生的就業能力比較低，不符合未來工作崗位需求，面對工作中的問題不能運用所學知識去解決，學校沒有清楚認識到更新教材內容對于學生的重要性，在教學中教師只是根據教學內容為學生講解，沒有讓學生深入理解和掌握所講知識，導致教學質量比較低。由于機械類專業課具有很強的實踐性，由于多種因素沒有為學生提供良好的實訓平臺，沒有將理論和實踐相結合，在教學中不過于注重講解理論知識，忽視了實踐教學，導致學生看著教師進行講解示范，缺乏實踐機會，使得學生理論學習效果不高，實踐能力不足，進而影響學生的發展。

3.3 學生課程設計的主觀能動性比較低

大多數學生在進行機械課程設計時主要是以模仿為主，沒有充分發揮自身的主觀能動性，只是根據教師布置的任務被動的進行設計，沒有積極展開思考，忽視了創新性思維，存在很嚴重的抄襲問題，雖然針對抄襲問題，教師要求學生圖紙使用手繪說明書，但是手寫所需要花費大量時間，學生的設計效率比較低，并且修改設計也比較困難，導致學生的機械學習興趣越來越低，學生的學習效果非常不理想。并且手繪課程設計和社會、企業的實際發展存在脫節現象，其培養出來的機械人才不能滿足社會、企業的需求，沒有結合實際機械崗位培養人才，沒有借助計算機開展課程設計，使得創新性人才的培養受到一定的局限性。

4 數字化背景下機械類專業課教學教革的策略

4.1 創新教學方法，以信息技術開展課程設計

傳統機械類專業課教學方法不能滿足現代企業對機械人才的需求，在數學化背景下，教師應該充分發揮數學化技術的作用，積極創新教學方法，以信息技術開展課程設計，結合學生的學習興趣和實際需求制定合理的教學方法，不僅讓學生全面掌握機械專業知識，還增加教學課堂中的趣味性，激發學生的學習興趣，培養學生自主學習意識。機械類專業課教學中主干教學課程有機械原理、機械設計、機械流體轉動等，教師不僅要傳授學生理論課程，還要通過課程設計加強學生的設計能力。在實際教學中教師應該融入典型零部件、典型結構的運動仿真動畫和虛擬加工過程動畫，先講解設計中包含的典型傳動機構，并展示實體圖，為學生介紹零部件的設計思路和內容，使得學生能夠進一步認識機械零部件。在教師的幫助下，學生掌握機械設計方法，并根據工程需求設計合理、高效的機械，使得學生能夠靈活運用所學的知識，提升學生的實踐運用能力。教師利用信息技術為學生展示虛擬加工與設計動畫視頻，激發學生的學習積極性和主動性，深化學生對機械專業知識的認識和理解，提高教學質量，促進機械類專業課教學改革的進展。另外，教師還應該積極開展創新設計競賽，鼓勵學生利用數學化技術進行動態虛擬實驗，讓學生針對一些典型傳動機構設計為主的機械進行創新，如：蝸輪蝸桿、齒輪等，將學生劃分為小組進行討論和分析，并提出設計方案，針對設計內容、方案比較新穎的課題教師可以幫助學生進行申報，鍛煉學生的三維能力和創新能力，深化學生對數字化技術的應用，并通過數字化技術設計和制造出優質的模型，有效提升學生機械學習的動力。

4.2 注重制圖類教學改革，培養學生三維思維能力

在機械類專業課程中工程圖學是非常重要的一部分，是學生學好機械專業的基礎，在新工科的不斷發展下，更加注重學生的創新、實踐、空間想象等方面的能力，在工程圖學課程中主要從徒手繪構型設計圖、三維建模基礎、徒手繪零件草圖、單位數字建模擴展、計算機繪制二維圖等方面培養學生的創新設計能力和圖形表達能力，使得學生更加符合新工科的人才需求。在工程圖學課程中穿插二維圖形、和三維結構的轉化，讀圖、畫圖過程中都會運用到三維實體，在實際課堂中融入三維數字化技術和虛擬現實技術，能夠有效降低學生學習專業知識的難度，通過三維建模軟件和虛擬仿真平臺為學生提供更加形象、直觀的專業知識，調動學生的學習積極性和主動性，在講解《組合體的組成》知識時，教師可以直接利用三維軟件構建組合體，通過爆炸功能，直接將組合體分解成各個零部件，使得學生更加快速理解組合體的組成，鍛煉學生的三維思維能力。針對教材中的插圖和例題可以充分發揮VR技術的作用，設計虛擬三維立體模型圖，學生通過手機掃描模型圖可以直接觀看到整個機械圖示。應用VR技術能夠豐富教學內容，培養學生三維思維能力，讓學生在立體、組合體的基礎上進行創意機械結構設計，提升學生的機械繪圖能力和實踐運用能力，促進機械類專業課程教學改革效果。

4.3 創新活動中應用數字化技術

在學生的創新活動中融入三維數字化技術是機械類專業課教學改革的重點內容，如果學生的設計思想和方式沒有及時與時俱進，一直停留在傳統模式當中則會阻礙學生的創新發展，導致學生不能達到工程認證體系的標準，不能滿足現代企業所需的創新型機械類人才，使得學生不能充分發揮自身價值，學校培養人才價值大大降低。在教學改革中教師應該積極開展各類創新活動，并將三維數字化技術應用到創新活動當中，可以通過機械比賽的方式，如：機械創新設計大賽、先進成圖技術與產品信息建模創新大賽、化工設計大賽、三維數字化設計大賽、大學生創新創業項目等，加深學生對三維數字技術的運用，利用數字化技術明確方案、虛擬加工零件、裝配仿真、運動仿真、有限元件仿真等，有效提升學生的機械創新能力，提高創新設計質量。

4.4 加強畢業設計內容改革，鍛煉學生工程意識和創新能力

在機械類專業課教學改革中教師應該通過三維數字化技術引導學生進行畢業設計創新，加強學生畢業設計內容的創新，鍛煉學生的工程意識和創新能力，使得學生能夠利用三維數字技術設計科研課題，不僅提升學生畢業設計效果，還能夠提升機械類專業課教學改革的效果。在學生具備一定創新能力后，鼓勵學生對現有的各種機械和機械設計方式進行創新，加強學生的機械技術能力，提升機械類專業課教學質量，使得學生成為國家、社會、行業所需要的創新型、實用性的機械類人才。在改革中，教師應該對學生畢業設計選題進行創新設計，引導學生從多個角度設計機械項目，并形成完整的設計流程，如：產品概念構思、確定方案、設計計算、優化仿真、樣機制作、總結成果、發表論文專利，有效提升學生的畢業設計質量和創新能力。積極開展畢業設計創新PK賽，鼓勵學生積極參與，指出創新產品設計優秀的地方，綜合評價學生設計作品，找出創新性高的設計，激發學生的好勝欲望，讓學生投入更多的精力在畢業設計創新當中，避免學生畢業設計內容固化，畢業設計結果單一，嚴重影響著學生的創新發展。在數學化背景下學生利用三維數字化技術進行機械產品的創新設計和宣傳，有利于學生積極表達自身見解，并進行創新性、新穎性的產品設計與制造，通過學生的創新想法和設計，促進機械類專業課的數學化教學發展。

4.5 實行多元化的教學評價方式

傳統的機械類專業課教學評價方式已經不能滿足現代教育理念，不能真正體現學生的機械水平，由于機械類專業課屬于實踐性課程，應該注重培養學生實踐能力，，通過實踐過程可以反映出學生處理工程問題時的能力，在改革中教師應該注重教學評價方式的多元化，不僅實行教師評價，還可以增加學生自評、學生互評，使得學生獲得的評價更加客觀、全面，能夠真正認識到自身學習過程中的優點和不足之處，對于其他學生的評價應該虛心接受，并及時改正，有效提升學生的專業知識和能力，使得學生能夠靈活運用三維數字化技術開展機械設計與制造，提高機械項目的創新性、實用性、高效性。根據不同類型的課程設計教學目標，利用在線考核、虛擬教學等形式，結合實踐教學內容的完成度，從個人能力提升、團隊協作精神、技術指標、非集輸指標、解決問題能力和方法等多個方面進行考核，進而根據評價標準給出具體的評價結果，評價內容不僅包含理論知識，還應該包含實踐過程、實踐結果、創新競賽、學生課堂表現等多個方面，調動學生的學習積極性和主動性，尊重學生之間的差異性，引導學生在學習中加強三維數字化技術的應用，使得學生進一步理解和掌握各種機械類專業課的知識和技能，并將所學知識和實踐相結合，有效提升機械設計的質量。

5 結語

綜上所述，基于數字化背景下機械類專業課教學改革應該積極創新教學方法，以信息技術開展課程設計，注重制圖類教學改革，培養學生三維思維能力，在各類創新活動中應用數字化技術，加強畢業設計內容改革，鍛煉學生工程意識和創新能力，實行多元化的教學評價方式，使得學生的評價更加全面，促進學生的全面發展，為社會培養更多機械類人才，促進機械行業的長遠發展。

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