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一、機(jī)械工程基礎(chǔ)課程特點(diǎn)及內(nèi)容
機(jī)械工程基礎(chǔ)是普及機(jī)械和機(jī)械工程的基本知識(shí)、基本概念和基本內(nèi)容的課程。對(duì)文科類、管理類、計(jì)算機(jī)類、藝術(shù)設(shè)計(jì)類等專業(yè)具有開(kāi)拓學(xué)生的視野、增加知識(shí)面、拓寬專業(yè)、提高學(xué)生的工程能力的作用;其任務(wù)是培養(yǎng)學(xué)生認(rèn)識(shí)機(jī)械和機(jī)械工程的能力,是工科類非機(jī)械類專業(yè)具有工程特色,適應(yīng)高新科學(xué)技術(shù)社會(huì)發(fā)展的需要。機(jī)械工程基礎(chǔ)的內(nèi)容選擇是根據(jù)機(jī)械工程的基本內(nèi)容確定的。主要講授機(jī)械發(fā)展與人類社會(huì)進(jìn)步的關(guān)系及機(jī)械工程發(fā)展的趨勢(shì),介紹工程力學(xué)、工程材料、工程制圖的基本知識(shí),簡(jiǎn)述機(jī)械的組成原理與工作原理、常用機(jī)械零件強(qiáng)度、剛度的概念、機(jī)械產(chǎn)品的制造技術(shù)、液壓傳動(dòng)和氣動(dòng)技術(shù)的概念、現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法等等內(nèi)容。學(xué)生通過(guò)對(duì)各部分內(nèi)容的學(xué)習(xí),了解機(jī)械及其產(chǎn)品從設(shè)計(jì)、制造到使用過(guò)程中需要哪些知識(shí)及其在機(jī)械產(chǎn)品中的地位和作用。
二、機(jī)械工程基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容分析
機(jī)械工程基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)按照實(shí)驗(yàn)課教學(xué)體系分為設(shè)計(jì)與制造工藝、檢測(cè)與分析、材料與性能三個(gè)部分。機(jī)械工程基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)是一門(mén)獨(dú)立的實(shí)驗(yàn)課程,所有實(shí)驗(yàn)都在機(jī)械基礎(chǔ)課實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心進(jìn)行。本實(shí)驗(yàn)課與工程力學(xué)、工程制圖、機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計(jì)、工程材料及成型技術(shù)基礎(chǔ)、互換性與技術(shù)測(cè)量基礎(chǔ)等課程的理論教學(xué)相銜接。
1. 實(shí)驗(yàn)理論
(1)韌、脆性材料在受拉、受壓和扭轉(zhuǎn)時(shí)力學(xué)性能測(cè)試的原理和方法;電測(cè)法基本原理,單向、平面應(yīng)力狀態(tài)的靜態(tài)應(yīng)變測(cè)量與應(yīng)力計(jì)算的原理和方法;沖擊動(dòng)荷系數(shù)測(cè)定的原理和方法;現(xiàn)代光彈測(cè)量的基本概念。(2)組合體模型的測(cè)量和組合體視圖及剖視圖的繪制方法和尺寸標(biāo)注方法,機(jī)械零件功能和結(jié)構(gòu)分析方法以及機(jī)械零件測(cè)繪方法和步驟,部件功能和結(jié)構(gòu)分析方法以及部件測(cè)繪方法和步驟。(3)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖測(cè)繪與結(jié)構(gòu)分析,機(jī)械運(yùn)動(dòng)分析方法,漸開(kāi)線齒輪范成加工原理,剛性轉(zhuǎn)子的動(dòng)平衡原理,機(jī)械動(dòng)力學(xué),典型機(jī)械零件狀態(tài)測(cè)試,滑動(dòng)軸承性能測(cè)試與分析的原理和方法,減速器結(jié)構(gòu)分析方法和步驟,各種典型機(jī)構(gòu)及典型機(jī)械的綜合分析方法。(4)金相顯微分析的原理和方法;試樣制備方法,Fe-C狀態(tài)圖、C-曲線;表面強(qiáng)化原理和方法;焊接接頭顯微組織分析的原理和方法;力學(xué)性能(布氏硬度、洛氏硬度、顯微硬度、摩擦性能)測(cè)試的原理和方法。(5)機(jī)械加工完成后零件的尺寸誤差、形位誤差、表面粗糙度、螺紋幾何參數(shù)誤差的基本原理和方法;零件互換性所進(jìn)行的必要的精密技術(shù)測(cè)量的原理和方法;測(cè)量數(shù)據(jù)的處理技術(shù)的原理和方法。
2. 實(shí)驗(yàn)教學(xué)
著重講授如何用科學(xué)的手段來(lái)完成理論的驗(yàn)證;如何組織實(shí)驗(yàn)、處理數(shù)據(jù)和分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象;介紹常用設(shè)備和儀器的原理、構(gòu)造和使用維護(hù)方法以及綜合實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的思路和方案設(shè)計(jì)等。
3. 對(duì)學(xué)生能力培養(yǎng)的要求
(1)培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用實(shí)驗(yàn)原理和方法進(jìn)行科學(xué)實(shí)驗(yàn)的能力,即如何從實(shí)驗(yàn)?zāi)康某霭l(fā),根據(jù)什么原理,選擇何種實(shí)驗(yàn)方案,配套哪些儀器設(shè)備,確定實(shí)驗(yàn)程序從而獲得準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)并得出正確的結(jié)論。(2)通過(guò)實(shí)驗(yàn)熟悉常用儀器、設(shè)備的基本原理、結(jié)構(gòu)、性能;學(xué)會(huì)調(diào)試儀器和排除故障。同時(shí),要培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力,使學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技能進(jìn)一步得到訓(xùn)練和提高。(3)通過(guò)本課程的學(xué)習(xí),加深對(duì)相關(guān)理論課程教學(xué)內(nèi)容的理解,加固理論知識(shí)。(4)通過(guò)實(shí)驗(yàn)過(guò)程以及完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告,培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)肅認(rèn)真、實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度和一絲不茍的工作作風(fēng)。
三、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的設(shè)置
1. 機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)參數(shù)測(cè)定與分析實(shí)驗(yàn)
基本教學(xué)要求:初步了解電測(cè)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)參數(shù)的基本原理,利用計(jì)算機(jī)對(duì)平面機(jī)構(gòu)動(dòng)態(tài)參數(shù)進(jìn)行采集、處理、實(shí)測(cè)、仿真比較優(yōu)化設(shè)計(jì),分析機(jī)構(gòu)參數(shù)對(duì)機(jī)構(gòu)動(dòng)態(tài)參數(shù)的影響。
2. 機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖測(cè)繪與分析實(shí)驗(yàn)
基本教學(xué)要求:掌握根據(jù)機(jī)械實(shí)物模型繪制機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖的技能;計(jì)算自由度、驗(yàn)證機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)確定性;了解正確選擇長(zhǎng)度比例尺方法。
3. 軸系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)
基本教學(xué)要求:熟悉和掌握軸的結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì),軸上零件的常用定位與固定的技術(shù)方法,軸系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求與常用軸系結(jié)構(gòu),為后續(xù)機(jī)械設(shè)計(jì)打下良好的基礎(chǔ)。
4. 金相顯微分析法實(shí)驗(yàn)(鐵碳合金平衡組織顯微分析)
1.專業(yè)認(rèn)知學(xué)習(xí)階段
在第一學(xué)年第一學(xué)期開(kāi)設(shè)的“機(jī)械專業(yè)導(dǎo)論”為所有機(jī)械專業(yè)本科生的必修課(32學(xué)時(shí))。該課程保證有8學(xué)時(shí)的關(guān)于紡織機(jī)械的授課內(nèi)容,重點(diǎn)介紹紡織機(jī)械行業(yè)的情況、紡織機(jī)械的分類、紡織機(jī)械的主要設(shè)備,使學(xué)生對(duì)紡織機(jī)械有初步的感性認(rèn)識(shí)。
2.專業(yè)基礎(chǔ)課學(xué)習(xí)階段
紡織機(jī)械門(mén)類繁多、性能各異,有紡紗機(jī)械、織造機(jī)械、化纖機(jī)械、針織機(jī)械、非織造機(jī)械、染整機(jī)械、服裝機(jī)械、紡織器材與儀器8大類,分別對(duì)應(yīng)8個(gè)紡織機(jī)械子行業(yè),僅紡織機(jī)械的主流機(jī)型就超過(guò)200種。這些門(mén)類繁多的紡織機(jī)械幾乎涵蓋了所有的機(jī)械結(jié)構(gòu)、光機(jī)電控制系統(tǒng)及工程材料。因此,在通用機(jī)械類課程教學(xué)中,以紡織機(jī)械為載體,將紡織機(jī)械的案例融入到如“機(jī)械原理”“機(jī)械設(shè)計(jì)”“機(jī)械工程材料”“機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)”“微機(jī)原理及應(yīng)用”“測(cè)試技術(shù)”“液壓氣動(dòng)技術(shù)”等相關(guān)課程中,盡可能以紡織機(jī)械為案例進(jìn)行授課。
3.專業(yè)課學(xué)習(xí)階段
對(duì)于實(shí)行學(xué)分制的高校來(lái)說(shuō),學(xué)生有一定的選課自由,但由于專業(yè)課的學(xué)時(shí)有限,因此,紡織機(jī)械類選修課不宜開(kāi)設(shè)太多,以免因選課人數(shù)太少而導(dǎo)致課程設(shè)置流產(chǎn)。我校(東華大學(xué))機(jī)械工程學(xué)院機(jī)械工程及自動(dòng)化專業(yè)設(shè)有4個(gè)專業(yè)方向:機(jī)械設(shè)計(jì)及理論、機(jī)械制造及其自動(dòng)化、機(jī)械電子工程、幕墻工程與機(jī)械。在機(jī)械設(shè)計(jì)及理論專業(yè)方向開(kāi)設(shè)3門(mén)紡織機(jī)械類課程:(1)“紡織機(jī)械概論”,64學(xué)時(shí),基于大紡織范疇,涉及紡紗機(jī)械、織造機(jī)械、針織機(jī)械、化纖機(jī)械、染整機(jī)械、非織造機(jī)械等內(nèi)容,使學(xué)生了解紡織機(jī)械的工作原理、基本構(gòu)成。(2)“紡織機(jī)械設(shè)計(jì)(1)”,48學(xué)時(shí),使學(xué)生掌握紡紗機(jī)械、織造機(jī)械、針織機(jī)械的共性關(guān)鍵機(jī)構(gòu)及系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理和方法。(3)“紡織機(jī)械設(shè)計(jì)(2)”,48學(xué)時(shí),使學(xué)生掌握化纖機(jī)械、染整機(jī)械、非織造機(jī)械的共性關(guān)鍵機(jī)構(gòu)及系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理和方法。機(jī)械設(shè)計(jì)及理論專業(yè)方向的選修課設(shè)置如表1所示。要求學(xué)生至少選修12學(xué)分。選課組合方案如下:(1)偏“通用機(jī)械”的選課方案:紡織機(jī)械概論、現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法、機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)、機(jī)械動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)、機(jī)械噪聲控制。(2)偏“紡織機(jī)械”的選課方案:紡織機(jī)械概論、現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法、紡織機(jī)械設(shè)計(jì)(1)、紡織機(jī)械設(shè)計(jì)(2)。(3)“通用機(jī)械+經(jīng)典紡織機(jī)械”的選課方案:紡織機(jī)械概論、現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法、紡織機(jī)械設(shè)計(jì)(1)、機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)、機(jī)械動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)(或機(jī)械噪聲控制)。(4)“通用機(jī)械+新型紡織機(jī)械”的選課方案:紡織機(jī)械概論、現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法、紡織機(jī)械設(shè)計(jì)(2)、機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)、機(jī)械動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)(或機(jī)械噪聲控制)。
4.實(shí)踐教學(xué)
在機(jī)械類實(shí)驗(yàn)教學(xué)、工程實(shí)踐教學(xué)、課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)中,以紡織機(jī)械為載體,設(shè)計(jì)相關(guān)題目或課題;在專業(yè)實(shí)習(xí)(實(shí)驗(yàn))階段,確保有4個(gè)學(xué)時(shí)的參觀實(shí)習(xí),要求撰寫(xiě)參觀實(shí)習(xí)報(bào)告。
二、編寫(xiě)適應(yīng)新形勢(shì)的紡織機(jī)械類教材
(1)首次出版“十二五”省部級(jí)規(guī)劃教材《紡織機(jī)械概論》(陳革、楊建成主編,中國(guó)紡織出版社,2011年5月出版)。該教材基于“大紡織”的概念,介紹紡織機(jī)械的分類,分析紡紗機(jī)械、織造機(jī)械、針織機(jī)械、化纖機(jī)械、染整機(jī)械、非織造機(jī)械的基本工藝原理、核心技術(shù)、關(guān)鍵設(shè)備、產(chǎn)品分類等;還簡(jiǎn)要介紹了國(guó)內(nèi)外紡織機(jī)械制造業(yè)的現(xiàn)狀、光機(jī)電一體化技術(shù)在各類紡織機(jī)械上的應(yīng)用情況及現(xiàn)代紡織機(jī)械設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢(shì)。
(2)出版“十二五”省部級(jí)規(guī)劃教材《織造機(jī)械》(陳革主編,中國(guó)紡織出版社),獲2011年中國(guó)紡織服裝教育學(xué)會(huì)優(yōu)秀教材獎(jiǎng)、2012年中國(guó)紡織工業(yè)聯(lián)合會(huì)科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)。
(3)出版“十二五”省部級(jí)規(guī)劃教材《紡紗機(jī)械》(毛立民、裴澤光主編,中國(guó)紡織出版社)。教材介紹了紡紗機(jī)械的分類、機(jī)構(gòu)組成、工藝過(guò)程和工作原理,以及近年來(lái)紡紗機(jī)械的新裝備和新技術(shù),特別是機(jī)電一體化技術(shù)在紡紗機(jī)械上的應(yīng)用。
(4)正在編寫(xiě)“十二五”部委級(jí)規(guī)劃教材《機(jī)械專業(yè)導(dǎo)論》。該書(shū)為面向紡織特色高校機(jī)械工程及自動(dòng)化專業(yè)的概論性教材,其中包含紡織機(jī)械概論的相關(guān)內(nèi)容。主要內(nèi)容有:機(jī)械工程概述、機(jī)械工程中的力學(xué)、機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)械制造基礎(chǔ)、機(jī)電一體化技術(shù)、新材料及其工程應(yīng)用、紡織機(jī)械導(dǎo)論。
(5)正在編寫(xiě)“十二五”部委級(jí)規(guī)劃教材《紡織機(jī)械設(shè)計(jì)》。教材從各類紡織機(jī)械中提煉出關(guān)鍵共性機(jī)構(gòu)(裝置或系統(tǒng)),強(qiáng)調(diào)對(duì)機(jī)構(gòu)(裝置或系統(tǒng))的綜合設(shè)計(jì)。主要內(nèi)容有:梳理機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)、牽伸機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)、卷繞機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)、往復(fù)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)、同步傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)、烘干裝置的設(shè)計(jì)、紡絲成型裝置的設(shè)計(jì)、自調(diào)勻整系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、針織成圈機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)、立體織物編織機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)。
三、編寫(xiě)《機(jī)械類課程的紡織機(jī)械案例集》
《機(jī)械類課程的紡織機(jī)械案例集》擬收集各類紡織機(jī)械的典型機(jī)構(gòu)(裝置或系統(tǒng))案例,可用于“機(jī)械原理”“機(jī)械設(shè)計(jì)”“機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)”“液壓與氣動(dòng)技術(shù)”“測(cè)試技術(shù)”“機(jī)電控制系統(tǒng)”“機(jī)械工程材料”等機(jī)械類課程的教材編寫(xiě)、課件制作、授課舉例等,從而將紡織機(jī)械的案例融入到相關(guān)課程中。表2為機(jī)械類課程的知識(shí)點(diǎn)與紡織機(jī)械典型機(jī)構(gòu)(裝置或系統(tǒng))的對(duì)照表。
四、編寫(xiě)《紡織機(jī)械課程設(shè)計(jì)(畢業(yè)設(shè)計(jì))選題集》
從以往的畢業(yè)設(shè)計(jì)或課程設(shè)計(jì)題目中,精選出包括各類紡織機(jī)械典型機(jī)構(gòu)、典型系統(tǒng)的題目,在此基礎(chǔ)上修改、擴(kuò)展,設(shè)計(jì)新的課程設(shè)計(jì)或畢業(yè)設(shè)計(jì)題目;從所承擔(dān)的紡織機(jī)械類科研項(xiàng)目中,提煉出一些典型機(jī)構(gòu)或共性技術(shù),設(shè)計(jì)出適合本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)或課程設(shè)計(jì)的選題,同時(shí)編寫(xiě)《紡織機(jī)械課程設(shè)計(jì)(畢業(yè)設(shè)計(jì))選題集》。
五、結(jié)語(yǔ)
(淮安信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院 江蘇 淮安 223003)
摘要:針對(duì)高職教育壓縮理論課時(shí)而教學(xué)內(nèi)容并未減少的實(shí)際情況,將“工程力學(xué)”和“機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”兩門(mén)課程的教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了優(yōu)化整合。通過(guò)采用“并行”和“串聯(lián)”方式進(jìn)行授課,及時(shí)將“工程力學(xué)”課程知識(shí)應(yīng)用到后續(xù)“機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”中,既節(jié)約了教學(xué)時(shí)數(shù),又提高了教學(xué)效果。
關(guān)鍵詞 :工程力學(xué);機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ);課程優(yōu)化整合;高職教學(xué)
中圖分類號(hào):G712 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1672-5727(2014)07-0110-03
“工程力學(xué)”是機(jī)械類專業(yè)的一門(mén)專業(yè)基礎(chǔ)課,研究工程構(gòu)件最普通、最基本的受力、變形、破壞以及運(yùn)動(dòng)規(guī)律,為“機(jī)械原理”、“機(jī)械設(shè)計(jì)”等技術(shù)基礎(chǔ)課和一些專業(yè)后續(xù)課程的學(xué)習(xí)打下必要的基礎(chǔ)。原有“工程力學(xué)”課程內(nèi)容包括理論力學(xué)和材料力學(xué)兩大知識(shí)模塊,“機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”課程內(nèi)容則包括機(jī)械原理和機(jī)械設(shè)計(jì)兩大知識(shí)模塊?,F(xiàn)在我們將“工程力學(xué)”和“機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”合并為一門(mén)“機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”課程,其中力學(xué)部分分配了約20學(xué)時(shí),機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)部分分配了約70學(xué)時(shí)(含6學(xué)時(shí)的實(shí)驗(yàn))。這不僅考驗(yàn)教師的教學(xué)組織能力、授課方式及技巧,還考驗(yàn)學(xué)生的接受能力。如何在教學(xué)時(shí)數(shù)大幅減少,而教學(xué)目標(biāo)和教學(xué)內(nèi)容幾乎沒(méi)有變化的情況下,把這門(mén)整合后的課程上好,對(duì)教育工作者帶來(lái)了很大挑戰(zhàn)。近十幾年來(lái),筆者一直從事“工程力學(xué)”和“機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”等課程的教學(xué),熟悉相關(guān)知識(shí)點(diǎn)之間的銜接,針對(duì)學(xué)時(shí)減少等課程整合后的問(wèn)題,試著對(duì)授課方法作了一些調(diào)整,對(duì)授課內(nèi)容順序進(jìn)行了優(yōu)化整合,對(duì)相關(guān)知識(shí)點(diǎn)作并行講授,收到了理想的教學(xué)效果。
兩課程的教學(xué)內(nèi)容分析
(一)工程力學(xué)
機(jī)械類專業(yè)的“工程力學(xué)”課程教學(xué)主要是為后續(xù)課程“機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”服務(wù)的,機(jī)械設(shè)計(jì)中用到的設(shè)計(jì)理論都是源于工程力學(xué)中材料力學(xué)部分,而材料力學(xué)的學(xué)習(xí)又必須以理論力學(xué)為基礎(chǔ),所以理論力學(xué)的靜力學(xué)概念和公理、受力分析、力系及平衡是機(jī)械設(shè)計(jì)的必備知識(shí)。材料力學(xué)中的材料力學(xué)基本概念、桿件變形基本形式、軸向拉伸與壓縮、剪切與擠壓、扭轉(zhuǎn)變形、彎曲變形及彎扭組合變形這些內(nèi)容,在機(jī)械設(shè)計(jì)中是必不可少的,所以這些內(nèi)容也是必要的教學(xué)內(nèi)容。
(二)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)
“機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”課程主要是培養(yǎng)學(xué)生學(xué)會(huì)機(jī)構(gòu)原理分析、傳動(dòng)參數(shù)計(jì)算及典型零件的設(shè)計(jì)或選用,為學(xué)習(xí)后續(xù)機(jī)械制造技術(shù)和機(jī)械制造工藝等專業(yè)課程進(jìn)行必要的知識(shí)儲(chǔ)備。機(jī)構(gòu)自由度、平面連桿機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)、間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、帶傳動(dòng)、齒輪傳動(dòng)、輪系、螺紋聯(lián)接和鍵聯(lián)軸、軸承等內(nèi)容都是必須學(xué)習(xí)的知識(shí)點(diǎn)。
兩課程知識(shí)點(diǎn)的關(guān)聯(lián)性分析
(一)工程力學(xué)各知識(shí)點(diǎn)之間的關(guān)聯(lián)分析
“工程力學(xué)”課程各知識(shí)點(diǎn)之間是密切關(guān)聯(lián)的:(1)靜力學(xué)概念,這部分內(nèi)容主要是對(duì)力學(xué)中相關(guān)名稱的規(guī)范性定義或描述,是力學(xué)工作的“語(yǔ)言”,它貫穿整個(gè)力學(xué)教學(xué)和學(xué)習(xí)過(guò)程,是后續(xù)力學(xué)課程各章節(jié)的基礎(chǔ)知識(shí)。(2)靜力學(xué)公理,揭示了作用在物體上各個(gè)力之間的內(nèi)在規(guī)律,是前人總結(jié)出來(lái)的規(guī)律,學(xué)習(xí)它后可以對(duì)物體進(jìn)行正確的受力分析。(3)受力分析,主要介紹構(gòu)件的受力分析步驟及方法。受力分析貫穿工程力學(xué)的始終。教會(huì)學(xué)生進(jìn)行正確受力分析技巧在工程力學(xué)教學(xué)中顯得尤為重要。(4)力系及平衡,這部分知識(shí)主要揭示在平衡狀態(tài)下,作用在物體上各作用力之間存在的內(nèi)在聯(lián)系,為建立各個(gè)作用力之間的關(guān)系提供理論支持,進(jìn)而可以利用平衡來(lái)分析和求解作用在物體上未知的力。它是我們由已知世界探索未知世界的連桿。(5)材料力學(xué)基本概念、桿件變形基本形式,是材料力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí),為我們研究材料變形、受力分析提供了方法。(6)軸向拉伸與壓縮、剪切與擠壓、扭轉(zhuǎn)變形、彎曲變形及彎扭組合變形,揭示了工程中或機(jī)械中構(gòu)件最基本的變形規(guī)律、強(qiáng)度校核和尺寸設(shè)計(jì)方法,是后期機(jī)械零件設(shè)計(jì)的理論依托。由以上分析可見(jiàn),工程力學(xué)各部分知識(shí)點(diǎn)之間的關(guān)系如圖1所示。
(二)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)各知識(shí)點(diǎn)之間的關(guān)聯(lián)分析
“機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”課程各知識(shí)點(diǎn)之間是密切關(guān)聯(lián)的,共同構(gòu)成一個(gè)有機(jī)的整體:(1)機(jī)構(gòu)自由度是分析機(jī)構(gòu)和機(jī)器運(yùn)動(dòng)情況的理論基礎(chǔ)。我們?cè)O(shè)計(jì)的機(jī)構(gòu)或機(jī)器一定要按照人為設(shè)定的軌跡運(yùn)動(dòng),既然這樣,大多數(shù)運(yùn)動(dòng)裝置設(shè)計(jì)時(shí)就要先進(jìn)行自由度計(jì)算。若自由度和機(jī)構(gòu)的主動(dòng)件的數(shù)目相同,則該裝置就能按照設(shè)計(jì)的軌跡工作,否則該機(jī)構(gòu)根本就不能動(dòng)或運(yùn)動(dòng)過(guò)自由。(2)平面連桿機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)、間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)是機(jī)器中常見(jiàn)的基本機(jī)構(gòu),復(fù)雜的機(jī)構(gòu)和機(jī)器一般是由這些機(jī)構(gòu)組成的。(3)帶傳動(dòng)、齒輪傳動(dòng)、輪系是機(jī)器中常見(jiàn)的傳動(dòng)系統(tǒng),設(shè)計(jì)機(jī)械時(shí)也要進(jìn)行傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。(4)軸是機(jī)器中重要的零件。軸是用來(lái)支撐機(jī)器中回轉(zhuǎn)零件的,是整臺(tái)機(jī)器的核心。(5)軸承也是機(jī)器中重要的零件,它是用來(lái)支撐軸的,以保持軸的回轉(zhuǎn)精度。(6)聯(lián)接是介紹機(jī)器中零件之間最常見(jiàn)的聯(lián)接方法,在機(jī)器選用某一型號(hào)的此類聯(lián)接時(shí)要進(jìn)行軸向拉伸、擠壓強(qiáng)度或扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度計(jì)算。
所以,我們?cè)诮虒W(xué)過(guò)程中,通過(guò)設(shè)計(jì)一整臺(tái)機(jī)器將上述各知識(shí)點(diǎn)相互關(guān)聯(lián)起來(lái),其相互關(guān)系如圖2所示。
(三)兩課程各部分知識(shí)點(diǎn)的關(guān)聯(lián)性分析
“工程力學(xué)”和“機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”兩門(mén)課程之間,有許多知識(shí)點(diǎn)具有很強(qiáng)的關(guān)聯(lián)性:(1)“機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”在進(jìn)行機(jī)構(gòu)自由度分析時(shí),運(yùn)動(dòng)副的類型和工程力學(xué)中約束類型及性質(zhì)有關(guān)聯(lián)。(2)平面連桿機(jī)構(gòu)的識(shí)圖、連桿機(jī)構(gòu)特性分析時(shí)壓力角和傳動(dòng)角的確定和工程力學(xué)中的受力分析有關(guān)聯(lián)。(3)凸輪機(jī)構(gòu)和間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)特性分析和工程力學(xué)中受力分析有關(guān)聯(lián)。(4)帶傳動(dòng)、齒輪傳動(dòng)、輪系的設(shè)計(jì)所依據(jù)的是工程力學(xué)的受力分析、力系及平衡、強(qiáng)度計(jì)算。(5)螺紋聯(lián)接和鍵聯(lián)接和工程力學(xué)中的受力分析、軸向拉伸與壓縮和剪切與擠壓強(qiáng)度計(jì)算密切相關(guān)。(6)軸設(shè)計(jì)要進(jìn)行受力分析、扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度設(shè)計(jì)及彎扭組合強(qiáng)度校核無(wú)不與工程力學(xué)相關(guān)。(7)軸承的失效分析是利用工程力學(xué)中的受力分析來(lái)進(jìn)行的。
兩課程教學(xué)內(nèi)容的優(yōu)化整合
基于以上對(duì)每門(mén)課程各個(gè)知識(shí)點(diǎn)及兩課程之間各知識(shí)點(diǎn)關(guān)聯(lián)性的分析,將各部分內(nèi)容按照?qǐng)D3方式進(jìn)行教學(xué)優(yōu)化整合。
首先,以靜力學(xué)概念和公理作為基礎(chǔ),將“工程力學(xué)”課程受力分析、力系及平衡兩部分知識(shí)點(diǎn)與“機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”中機(jī)構(gòu)自由度、平面連桿機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)及間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)知識(shí)并行到一起。學(xué)生先學(xué)習(xí)受力分析和力學(xué)及平衡部分知識(shí),再學(xué)習(xí)機(jī)構(gòu)自由度、平面連桿機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)和間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)等知識(shí)。
其次,因“機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”中的聯(lián)接部分需要進(jìn)行擠壓強(qiáng)度、剪切強(qiáng)度、軸向拉伸與壓縮強(qiáng)度計(jì)算或考慮彎曲變形和扭轉(zhuǎn)變形部分的知識(shí),所以需要“工程力學(xué)”的軸向拉伸、剪切與擠壓、扭轉(zhuǎn)變形和彎曲變形等知識(shí)作為鋪墊。
再次,齒輪傳動(dòng)、輪系及帶傳動(dòng)需要以受力分析、強(qiáng)度理論、機(jī)構(gòu)自由度、平面連桿機(jī)構(gòu)等知識(shí)為基礎(chǔ),所以應(yīng)將這部分知識(shí)放到后面講授。
最后,軸及軸承用到力系及平衡、扭轉(zhuǎn)變形、彎曲變形、組合變形等知識(shí),所以將這兩部分知識(shí)安排到組合變形后面學(xué)習(xí)比較合理。在講組合變形強(qiáng)度理論后就講授軸的知識(shí)會(huì)收到較好的應(yīng)用效果。
優(yōu)化整合教學(xué)與傳統(tǒng)教學(xué)效果比較(以我院機(jī)械制造與自動(dòng)化專業(yè)為例)
機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)總教學(xué)時(shí)數(shù)90學(xué)時(shí),其中力學(xué)部分占20學(xué)時(shí),機(jī)械設(shè)計(jì)占70學(xué)時(shí)。傳統(tǒng)講授順序是先用20學(xué)時(shí)將力學(xué)內(nèi)容全部先講完,然后再花70學(xué)時(shí)從機(jī)械設(shè)計(jì)原理講到機(jī)械零件設(shè)計(jì)。傳統(tǒng)教學(xué)方式,在實(shí)施過(guò)程中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)以下情況,即講零件設(shè)計(jì)時(shí)用到的受力分析學(xué)生已經(jīng)感覺(jué)很陌生,老師不得不又花時(shí)間將前面的知識(shí)點(diǎn)再請(qǐng)出復(fù)習(xí)一下。本來(lái)在這種教學(xué)方式下,教學(xué)時(shí)數(shù)就相對(duì)緊張。再經(jīng)?;〞r(shí)間去溫故知識(shí)點(diǎn),這就讓教學(xué)時(shí)數(shù)顯得更加吃緊。這種現(xiàn)象導(dǎo)致的結(jié)果就是老師不停的趕進(jìn)度,學(xué)生來(lái)不及消化就匆匆學(xué)習(xí)新章節(jié)。
如講光滑接觸面約束時(shí),大概10分鐘講授,20分鐘舉例,講這部分內(nèi)容學(xué)生很容易理解和接受。但到后續(xù)機(jī)械設(shè)計(jì)課程中學(xué)習(xí)平面連桿機(jī)構(gòu)傳力特性時(shí),要用到這部分知識(shí),這距離上次這部分內(nèi)容學(xué)習(xí)間隔至少一個(gè)月了。學(xué)生已經(jīng)對(duì)光滑接觸面約束力特點(diǎn)顯得很陌生了。那么老師就得先花大概5分鐘的時(shí)間去復(fù)習(xí),然后用20分鐘左右去講壓力角和傳動(dòng)角概念,接著再用30分鐘時(shí)間去舉例講授或練習(xí)各種平面連桿機(jī)構(gòu)壓力角和傳動(dòng)角的分析。共用時(shí)85分鐘。
經(jīng)過(guò)優(yōu)化組合后,光滑接觸面約束剛講完,就講平面連桿機(jī)構(gòu)的壓力角和傳動(dòng)角概念,大概需用時(shí)間25分鐘,然后就以平面連桿桿機(jī)構(gòu)為例,練習(xí)光滑接觸面約束力的方向分析、壓力角和傳動(dòng)角分析,大概用時(shí)35分鐘。這種方式共用時(shí)60分鐘。
通過(guò)比較,優(yōu)化整合教學(xué)可節(jié)約25分鐘的教學(xué)時(shí)數(shù)。不僅如此,通過(guò)現(xiàn)學(xué)現(xiàn)用,學(xué)生做到了對(duì)知識(shí)點(diǎn)及時(shí)消化、吸收和應(yīng)用。
這種優(yōu)化整合式教學(xué)效果還可以從以下表格數(shù)據(jù)中得到啟發(fā)(以2011級(jí)制造專業(yè)1班和2班為例)。
由上表不難看出,優(yōu)化整合不僅在教學(xué)時(shí)間上顯得寬裕,而且學(xué)生在課程堂上就能將學(xué)習(xí)內(nèi)容消化吸收,及時(shí)應(yīng)用,學(xué)習(xí)效果明顯優(yōu)于傳統(tǒng)教學(xué)方式。
綜上所述,“工程力學(xué)”和“機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”是緊密聯(lián)系的兩門(mén)課程,將各部分知識(shí)優(yōu)化整合,不僅能節(jié)約教學(xué)時(shí)數(shù),還能增強(qiáng)教學(xué)效果,為后續(xù)其他專業(yè)課程的教學(xué)奠定扎實(shí)的基礎(chǔ)。
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關(guān)鍵詞:獨(dú)立學(xué)院;理論力學(xué);改革;探討
Abstract: according to the independent college students carry points according to theoretical mechanics courses, in the course of teaching content, teaching method, teaching means, teaching mode the reform of the meaningful discussion.
Keywords: independent colleges; Theoretical mechanics; Reform; explore
中圖分類號(hào):C41 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):
0引言
理論力學(xué)是機(jī)械類專業(yè)學(xué)生一門(mén)重要的專業(yè)基礎(chǔ)課,它是在學(xué)生學(xué)習(xí)了高等數(shù)學(xué)以及大學(xué)物理等基礎(chǔ)理論課之后才開(kāi)設(shè)的,是材料力學(xué)、機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計(jì)等機(jī)械類課程的先修課程,在教學(xué)體系上,它起承上啟下的作用,在培養(yǎng)學(xué)生掌握基本的技能的同時(shí),更加重視學(xué)生運(yùn)用知識(shí)解決工程實(shí)際問(wèn)題的綜合能力。據(jù)統(tǒng)計(jì),目前全國(guó)有三百多所獨(dú)立學(xué)院,我們應(yīng)該針對(duì)獨(dú)立學(xué)院學(xué)生的特點(diǎn),在課程教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)手段、教學(xué)模式方面做出一些改革,在保證我們教學(xué)效果的同時(shí),對(duì)獨(dú)立學(xué)院的培養(yǎng)目標(biāo)以及特色辦學(xué)也具有現(xiàn)實(shí)意義。
1獨(dú)立學(xué)院學(xué)生特點(diǎn)
獨(dú)立學(xué)院是本科以下的獨(dú)立院校,介于二本和專科院校之間,學(xué)生群體相對(duì)于一二本高校學(xué)生而言,有明顯的特點(diǎn):思維雖活躍但是無(wú)法在學(xué)習(xí)上展示;價(jià)值取向多元化,但對(duì)專業(yè)課程學(xué)習(xí)興趣不濃;技能特長(zhǎng)優(yōu)勢(shì)明顯,但綜合發(fā)展不夠均衡;有較強(qiáng)的求學(xué)欲望,但學(xué)習(xí)毅力與刻苦精神不夠持久;有較強(qiáng)的組織紀(jì)律觀念,但缺乏持久的自我約束性。入學(xué)分?jǐn)?shù)較低,基礎(chǔ)知識(shí)較差,缺乏自信心,缺乏學(xué)習(xí)主動(dòng)性,獨(dú)立學(xué)習(xí)能力差;獨(dú)立思考積極性不夠,依賴性強(qiáng)。
2 教學(xué)內(nèi)容的改革
近年來(lái),隨著教學(xué)改革的進(jìn)行和教學(xué)觀念的轉(zhuǎn)變,許多課程的學(xué)時(shí)數(shù)都進(jìn)行了大幅壓縮。我校機(jī)械專業(yè)的《理論力學(xué)》目前是56學(xué)時(shí),學(xué)時(shí)減少,教學(xué)內(nèi)容又不能簡(jiǎn)單縮減,為了在有限的學(xué)時(shí)內(nèi),將盡可能多的教學(xué)內(nèi)容清晰地傳授給學(xué)生并使其理解和消化,必須從理論力學(xué)課程自身的特點(diǎn)出發(fā),對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行優(yōu)化。
對(duì)于機(jī)械類專業(yè)的學(xué)生,采取精講靜力學(xué)全部及運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)的理論體系。靜力學(xué)中與大學(xué)物理重復(fù)的內(nèi)容,如平面匯交力系合成與平衡的幾何法、物體重心等可以略講或直接給出結(jié)論; 在運(yùn)動(dòng)學(xué)部分為使層次清楚,在簡(jiǎn)要講解點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)學(xué)后,把剛體基本運(yùn)動(dòng)和剛體平面運(yùn)動(dòng)作為一章來(lái)講。重點(diǎn)放在點(diǎn)的合成運(yùn)動(dòng)及剛體的平面運(yùn)動(dòng)上,不僅對(duì)速度和加速度的合成定理詳細(xì)推導(dǎo),而且在例題的選擇上力求做到結(jié)合專業(yè),由淺入深、循序漸進(jìn),另外結(jié)合計(jì)算機(jī)動(dòng)態(tài)模擬剛體的運(yùn)動(dòng)過(guò)程,使學(xué)生不僅掌握瞬時(shí)運(yùn)動(dòng)量的分析,而且熟悉整個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程;在動(dòng)力學(xué)部分重點(diǎn)介紹動(dòng)量定理中的質(zhì)心運(yùn)動(dòng)定理及其應(yīng)用, 質(zhì)點(diǎn)系相對(duì)于質(zhì)心的動(dòng)量矩定理及其應(yīng)用, 分析力學(xué)虛位移原理和達(dá)朗貝爾原理在工程實(shí)際中的應(yīng)用, 特別是運(yùn)用這些基本定理對(duì)實(shí)際構(gòu)件進(jìn)行受力分析以及力學(xué)模型的建立, 使學(xué)生能夠把理論知識(shí)與實(shí)際工程結(jié)合起來(lái), 并為后續(xù)的材料力學(xué)打下基礎(chǔ)。
3教學(xué)方法的改革
3.1 激勵(lì)式教學(xué)方法
該方法在本課程的第一次課上就能起到很好的教學(xué)效果。例如:第一,介紹理論力學(xué)在專業(yè)中的重要性,激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)熱情。第二,簡(jiǎn)單介紹一些工程案例,提高學(xué)生的興趣,激發(fā)學(xué)生思維。第三,提出本課程最后的考核方式,引發(fā)學(xué)生的憂患意識(shí),削弱其依賴性,提高學(xué)習(xí)的自主性。
3.2 啟發(fā)式教學(xué)方法
教學(xué)的目的不只是教會(huì)學(xué)生掌握基本知識(shí),而是要教會(huì)學(xué)生學(xué)會(huì)思考,培養(yǎng)他們的思維方式和學(xué)習(xí)能力,在教學(xué)的過(guò)程中,讓學(xué)生的腦子動(dòng)起來(lái),讓他們悟出其中的道理,也就是常說(shuō)的”授之以魚(yú)不如授之以漁”,啟發(fā)式教學(xué)恰能做到,如上課前可讓學(xué)生回顧上次課所學(xué)內(nèi)容,然后引出此次課要學(xué)的內(nèi)容,教學(xué)方法以及重難點(diǎn),并結(jié)合課堂內(nèi)容提出問(wèn)題,啟發(fā)學(xué)生,讓學(xué)生帶著問(wèn)題聽(tīng),達(dá)到良好的教學(xué)效果 。
3.3 互動(dòng)式教學(xué)方法
互動(dòng)式教學(xué)方法,就是通過(guò)營(yíng)造多邊互動(dòng)的教學(xué)環(huán)境,在教學(xué)雙方平等交流探討的過(guò)程中,達(dá)到不同觀點(diǎn)碰撞交融,進(jìn)而激發(fā)教學(xué)雙方的主動(dòng)性和探索性,達(dá)成提高教學(xué)效果的一種教學(xué)方式。該方法目前在高校應(yīng)用廣泛,并得到學(xué)生好評(píng),在理論力學(xué)教學(xué)過(guò)程中,該方法更加深入人心,更能加深學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握。如在講解公式的時(shí)候先試著讓學(xué)生推導(dǎo),老師誘導(dǎo),這樣可以提高學(xué)生的注意力和主動(dòng)性;在講解例題的過(guò)程中,可先給出題目,讓學(xué)生先分析,老師再根據(jù)學(xué)生分析進(jìn)行講解,這樣便于提高學(xué)生學(xué)習(xí)積極性,加深對(duì)概念或公式的理解。
4教學(xué)手段的改革
針對(duì)理論力學(xué)知識(shí)面廣,理論性強(qiáng),內(nèi)容抽象的特點(diǎn),大多數(shù)高校采用了板書(shū)與多媒體相結(jié)合的教學(xué)手段來(lái)提高教學(xué)效果,筆者認(rèn)為,在講解中可適當(dāng)穿插一些動(dòng)畫(huà),讓學(xué)生更好地去理解相應(yīng)概念;建立一些力學(xué)模型,使學(xué)生能夠把理論知識(shí)與實(shí)踐結(jié)合起來(lái);在計(jì)算過(guò)程中可引入軟件進(jìn)行計(jì)算(如mathmatic,matlab等),提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣,減輕學(xué)生計(jì)算負(fù)擔(dān)。
5教學(xué)模式的改革
傳統(tǒng)的教學(xué)模式基本上是教師講授,學(xué)生聽(tīng)課,這種模式的特點(diǎn)是學(xué)生處于被動(dòng)接受知識(shí)的一方,大多數(shù)學(xué)生反應(yīng)對(duì)這門(mén)課程學(xué)習(xí)興趣不濃。對(duì)教學(xué)模式的改革就是從提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的角度來(lái)變被動(dòng)學(xué)習(xí)為主動(dòng)學(xué)習(xí)。在時(shí)間允許的條件下,教師可以安排部分章節(jié)讓學(xué)生上臺(tái)講課,最后老師點(diǎn)評(píng)。還可以結(jié)合各種技能大賽,精選與本課程結(jié)合得較緊的題目布置給學(xué)生,讓學(xué)生分組進(jìn)行,最終的結(jié)果作為期末過(guò)程考核評(píng)分的因素之一。
6結(jié)束語(yǔ)
教學(xué)改革的目的是為了提高教學(xué)效果,讓學(xué)生能更好地掌握理論力學(xué)知識(shí),為后續(xù)課程打下了良好的基礎(chǔ)。作為機(jī)械類一門(mén)重要的專業(yè)基礎(chǔ)課,理論力學(xué)教學(xué)改革是一項(xiàng)長(zhǎng)期工作,需要不斷第探索和改革。
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關(guān)鍵詞:機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ);教學(xué)改革;教學(xué)研究;任務(wù)驅(qū)動(dòng)
中圖分類號(hào):G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1007-0079(2014)11-0120-02
“機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”是近機(jī)類專業(yè)學(xué)生在學(xué)完機(jī)械制圖、工程材料、材料力學(xué)等基礎(chǔ)課程后進(jìn)入專業(yè)課程學(xué)習(xí)前必修的技術(shù)基礎(chǔ)課,包含機(jī)械原理和機(jī)械設(shè)計(jì)兩部分的內(nèi)容,內(nèi)容多,涉及面廣。因此,及時(shí)地發(fā)現(xiàn)學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中的問(wèn)題,并采取有效的措施改進(jìn)教學(xué)方法,激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,是教師教學(xué)方法研究的重要課題。
一、教學(xué)現(xiàn)狀分析
1.先修課程開(kāi)設(shè)不足
“機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”的主要先修課程有機(jī)械制圖、工程材料、機(jī)械制造基礎(chǔ)、理論力學(xué)、材料力學(xué)、金屬工藝學(xué)、互換性與技術(shù)測(cè)量、金工實(shí)習(xí)等,只有學(xué)完這些先修課程,才能為本課程的學(xué)習(xí)打好基礎(chǔ)。但是目前北京信息科技大學(xué)(以下簡(jiǎn)稱“我校”)近機(jī)類和非機(jī)類專業(yè)上述先修課程存在開(kāi)設(shè)不足問(wèn)題,使本課程的授課講解困難重重。
2.學(xué)生學(xué)習(xí)興趣不高
“機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”課程涉及的基礎(chǔ)理論內(nèi)容較廣,且相對(duì)獨(dú)立,其特點(diǎn)是概念多,原理多,公式多,圖表多,內(nèi)容比較枯燥和單調(diào),所學(xué)知識(shí)在學(xué)生以前的學(xué)習(xí)中很少接觸,初學(xué)時(shí)往往會(huì)感到吃力。同時(shí),“機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”課程是一門(mén)實(shí)踐性很強(qiáng)的課程,學(xué)生缺乏工程意識(shí)和實(shí)踐能力,容易導(dǎo)致學(xué)習(xí)效果不理想。
3.教學(xué)方法不當(dāng)
目前盡管“機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”教學(xué)大多已采用了多媒體,在開(kāi)課初期,多媒體豐富的動(dòng)畫(huà)的確可以調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。但是隨著教學(xué)內(nèi)容的深入,由于多媒體教學(xué)提供的信息量大,速度快,學(xué)生對(duì)教學(xué)內(nèi)容無(wú)法及時(shí)思考和總結(jié),易造成填鴨式教學(xué),便會(huì)感覺(jué)課程內(nèi)容枯燥,進(jìn)而失去學(xué)習(xí)的興趣,進(jìn)而影響教學(xué)質(zhì)量。
4.考核方式單一
學(xué)生成績(jī)的考核評(píng)定采用期末考試成績(jī)(70%)+實(shí)驗(yàn)成績(jī)(10%)+平時(shí)成績(jī)(20%)作為最終的評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)。由于“機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”是一門(mén)實(shí)踐性很強(qiáng)的課程,這種簡(jiǎn)單評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)無(wú)法全面反映學(xué)生的實(shí)際水平,也不能激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性,因此對(duì)于學(xué)生成績(jī)的考核評(píng)定方法應(yīng)該進(jìn)行適當(dāng)?shù)母母铩?/p>
二、教學(xué)方法改革措施
1.優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容
“機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”包含了機(jī)械原理和機(jī)械設(shè)計(jì)的兩部分內(nèi)容。兩者的研究?jī)?nèi)容很不相同,主要內(nèi)容是研究機(jī)械中的常用機(jī)構(gòu)和通用零件的工作原理、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、基本的設(shè)計(jì)理論和計(jì)算方法。[1]現(xiàn)有的教材,為了追求理論知識(shí)的系統(tǒng)性和完整性,致使該課程內(nèi)容多,知識(shí)點(diǎn)散,且大多數(shù)偏重于理論分析,未考慮到近機(jī)類專業(yè)學(xué)生的先修課程開(kāi)設(shè)不足的實(shí)際情況,例如帶傳動(dòng)受力分析或齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)的推導(dǎo)公式過(guò)于冗長(zhǎng),對(duì)于近機(jī)類專業(yè)學(xué)生不易理解和掌握,因此對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行優(yōu)化,對(duì)一些復(fù)雜的的理論推導(dǎo)及證明予以刪除,重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)公式的實(shí)際應(yīng)用。增加工程實(shí)例的講解,同時(shí)把課程設(shè)計(jì)相關(guān)內(nèi)容分解成若干任務(wù)融入課堂教學(xué),使學(xué)生在學(xué)習(xí)“機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”課程內(nèi)容的同時(shí),能夠?qū)⑺鶎W(xué)知識(shí)應(yīng)用到實(shí)際設(shè)計(jì)中。
2.教學(xué)方法多樣化,激發(fā)學(xué)生興趣
為了提高學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和效率,可根據(jù)教學(xué)內(nèi)容的需要,靈活采用多種教學(xué)方法,發(fā)揮不同教學(xué)方法的長(zhǎng)處。
(1)多媒體與板書(shū)相結(jié)合?!皺C(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”是一門(mén)理論性和實(shí)踐性都較強(qiáng)的課程。傳統(tǒng)的“教師口述+ 板書(shū)”的授課方式,已不能滿足現(xiàn)代教育的需要。適度使用多媒體教學(xué)方法,通過(guò)生動(dòng)的動(dòng)畫(huà)、視頻等多媒體手段,使學(xué)生更形象地理解機(jī)構(gòu)工作原理和機(jī)器零部件的具體結(jié)構(gòu),能將抽象的、難以理解的內(nèi)容變得簡(jiǎn)單直觀,有利于學(xué)生理解其運(yùn)動(dòng)規(guī)律。在對(duì)重要知識(shí)點(diǎn)的公式進(jìn)行講解時(shí),則以板書(shū)為主。通過(guò)“多媒體+板書(shū)”的授課方式,提高學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性。
(2)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)物教學(xué)。在教學(xué)過(guò)程中,安排學(xué)生參觀機(jī)械零部件陳列室或?qū)嵙?xí)中心,結(jié)合課程教學(xué)內(nèi)容對(duì)照實(shí)物進(jìn)行講解,學(xué)生能夠更加直接地感受到所學(xué)知識(shí)的實(shí)際應(yīng)用,加深對(duì)教材內(nèi)容的理解。對(duì)于比較復(fù)雜的部分,例如軸系結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì),可首先組織學(xué)生現(xiàn)場(chǎng)觀察后親自裝拆,增加感性認(rèn)識(shí),然后再進(jìn)行課堂講解,使枯燥的教學(xué)內(nèi)容變得生動(dòng)。
(3)工程案例教學(xué)方法。由于“機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”各章節(jié)之間的內(nèi)容自成體系,獨(dú)立性強(qiáng),知識(shí)點(diǎn)多,學(xué)生初學(xué)時(shí)很難把握課程的中心內(nèi)容。采用典型、實(shí)用的工程案例方法進(jìn)行教學(xué),就能把這些獨(dú)立的章節(jié)內(nèi)容串聯(lián)起來(lái),同時(shí)可使學(xué)生直接接觸到工程應(yīng)用,激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。例如,在講解機(jī)械原理的內(nèi)容時(shí),可選擇以沖床為例,逐步向各知識(shí)點(diǎn)輻射進(jìn)行講解,這樣就把機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖畫(huà)法、自由度計(jì)算、連桿設(shè)計(jì)、急回特性、運(yùn)動(dòng)分析、凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)、齒輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)和飛輪設(shè)計(jì)等知識(shí)點(diǎn)聯(lián)系起來(lái),課程的學(xué)習(xí)就會(huì)顯得具有系統(tǒng)性,同時(shí)提高學(xué)生分析問(wèn)題和解決工程實(shí)際問(wèn)題的能力。
(4)任務(wù)驅(qū)動(dòng)式教學(xué)方法。任務(wù)驅(qū)動(dòng)式教學(xué)方法是以教學(xué)任務(wù)為主線,選取一個(gè)典型的項(xiàng)目作為總?cè)蝿?wù)貫穿教學(xué)的始終,按知識(shí)點(diǎn)將總?cè)蝿?wù)分解為若干個(gè)具體子任務(wù),把課程教學(xué)的主要內(nèi)容融入到總?cè)蝿?wù)的各個(gè)階段,使教材中各章節(jié)的零散知識(shí)有機(jī)地聯(lián)系在一起,有利于幫助學(xué)生構(gòu)建完整的知識(shí)體系。課程的總?cè)蝿?wù)將在課程設(shè)計(jì)中得以充分體現(xiàn)。
在進(jìn)行“機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”課程教學(xué)時(shí),將“多媒體+板書(shū)”的授課方式貫穿始終,根據(jù)現(xiàn)有條件和教學(xué)進(jìn)度,適時(shí)安排現(xiàn)場(chǎng)實(shí)物教學(xué)。在講解各章知識(shí)點(diǎn)內(nèi)容后,采用典型工程案例進(jìn)行分析,在此基礎(chǔ)上把各項(xiàng)子任務(wù)分配給學(xué)生,每個(gè)子任務(wù)都是總?cè)蝿?wù)的一部分,并且相互關(guān)聯(lián),學(xué)生分組獨(dú)立完成全部子任務(wù)后,總?cè)蝿?wù)也就得以完成。通過(guò)多種教學(xué)方法的融合,充分調(diào)動(dòng)了學(xué)生的積極性和學(xué)習(xí)興趣。
三、任務(wù)驅(qū)動(dòng)式教學(xué)方法的實(shí)施
任務(wù)驅(qū)動(dòng)式教學(xué)方法是通過(guò)實(shí)施一個(gè)完整的任務(wù)而進(jìn)行的教學(xué)活動(dòng),在此過(guò)程中把理論知識(shí)與實(shí)踐活動(dòng)有機(jī)地結(jié)合起來(lái)。筆者連續(xù)兩年在2010級(jí)、2011級(jí)工業(yè)設(shè)計(jì)專業(yè)進(jìn)行了“機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”教學(xué)改革。
1.任務(wù)的選擇與設(shè)計(jì)
根據(jù)“機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”教學(xué)目標(biāo),筆者分別選取牛頭刨床、帶式卷?yè)P(yáng)機(jī)作為機(jī)械原理部分和機(jī)械設(shè)計(jì)部分的總?cè)蝿?wù),如表1所示,按機(jī)械原理部分的知識(shí)點(diǎn)把牛頭刨床分為6個(gè)具體的子任務(wù)。如表2所示,按機(jī)械設(shè)計(jì)部分的知識(shí)點(diǎn)帶式卷?yè)P(yáng)機(jī)分為8個(gè)具體的子任務(wù),[2]在教學(xué)過(guò)程中,任務(wù)與教學(xué)內(nèi)容有機(jī)地融合在一起,各個(gè)子任務(wù)之間可以是遞進(jìn)的,也可以是并列的,分別承載著獨(dú)立的知識(shí)點(diǎn)。全部子任務(wù)完成后,經(jīng)過(guò)合并整理也就完成了總?cè)蝿?wù),達(dá)到教學(xué)目標(biāo)。
2.任務(wù)驅(qū)動(dòng)式教學(xué)的實(shí)施過(guò)程
在任務(wù)驅(qū)動(dòng)式教學(xué)實(shí)施過(guò)程中,教師根據(jù)教學(xué)內(nèi)容編制好總?cè)蝿?wù)書(shū)和各子任務(wù)書(shū),學(xué)生每4~6人為一小組,以小組為單位完成任務(wù)。教師事先講解教學(xué)內(nèi)容的知識(shí)點(diǎn),隨后講解其在典型工程案例中的應(yīng)用,最后派發(fā)相關(guān)子任務(wù),學(xué)生接到任務(wù)后,確定在各自小組內(nèi)的分工及合作形式,對(duì)于學(xué)生遇到的問(wèn)題,教師提供適當(dāng)?shù)闹笇?dǎo)和幫助,引導(dǎo)學(xué)生查找相關(guān)的設(shè)計(jì)資料,探索自行解決的方法,變被動(dòng)接受知識(shí)為主動(dòng)尋求知識(shí),充分突出學(xué)生的主體性與教師的主導(dǎo)作用。
每一子任務(wù)完成后,各小組選擇出一位同學(xué)進(jìn)行試講,展示本組任務(wù)成果,其他組同學(xué)可以對(duì)其成果提出質(zhì)疑、進(jìn)行評(píng)價(jià)。在這個(gè)過(guò)程中,可以培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題和現(xiàn)場(chǎng)處理問(wèn)題的能力。任務(wù)講解完畢后,教師對(duì)出現(xiàn)的錯(cuò)誤進(jìn)行更正,對(duì)其成果質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià),加深學(xué)生的印象,最后要求學(xué)生在進(jìn)一步修改的基礎(chǔ)上提交任務(wù)報(bào)告書(shū)和PPT。各子任務(wù)完成后,教師進(jìn)行串講,各小組在此基礎(chǔ)上整合原有成果,完成總?cè)蝿?wù)的設(shè)計(jì)。[3,4]
3.考核評(píng)價(jià)方法的確定
根據(jù)任務(wù)驅(qū)動(dòng)式教學(xué)方法的特點(diǎn),該課程最終的評(píng)定成績(jī)將由平時(shí)成績(jī)、綜合能力成績(jī)、實(shí)驗(yàn)成績(jī)、期末考試成績(jī)幾部分組成,可以更全面地反映學(xué)生的實(shí)際能力和學(xué)習(xí)情況。成績(jī)?cè)u(píng)價(jià)的重點(diǎn)放在過(guò)程之中,激勵(lì)學(xué)生進(jìn)行自主性的學(xué)習(xí)。[5]
四、結(jié)束語(yǔ)
任務(wù)驅(qū)動(dòng)式教學(xué)方法,是在教師主導(dǎo)下,以典型任務(wù)為驅(qū)動(dòng),學(xué)生以組為單位獨(dú)立完成一系列子任務(wù),最終完成總?cè)蝿?wù)的一種教學(xué)方法。學(xué)生通過(guò)分組討論、查找相關(guān)設(shè)計(jì)資料、理論分析,自行尋找完成任務(wù)的方法,最后在老師的指導(dǎo)下完成工作。
實(shí)驗(yàn)證明,采用任務(wù)驅(qū)動(dòng)式教學(xué)使學(xué)生學(xué)習(xí)本課程的積極性得到極大激發(fā),取得了明顯的教學(xué)效果。通過(guò)小組內(nèi)成員之間以及師生之間的討論、溝通、合作和交流,既培養(yǎng)了學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作精神,又使學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際,鍛煉了分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力。課程結(jié)束后,學(xué)生普遍認(rèn)為收獲很大,綜合素質(zhì)得到了提高,隨之積極參加、開(kāi)展學(xué)校的各種課外科技活動(dòng)。
在教學(xué)改革的過(guò)程中,也發(fā)現(xiàn)了一些不足之處,比如目前與任務(wù)驅(qū)動(dòng)式教學(xué)相關(guān)的教材、講義比較少;總?cè)蝿?wù)的數(shù)量比較少,有待進(jìn)一步開(kāi)發(fā)更多典型的任務(wù);在實(shí)施過(guò)程中,組內(nèi)個(gè)別成員過(guò)度依賴其他同學(xué)。教學(xué)改革是一個(gè)動(dòng)態(tài)的過(guò)程,針對(duì)上述問(wèn)題,筆者將在今后的教學(xué)過(guò)程中不斷改進(jìn),最終達(dá)到全面提高學(xué)生綜合素質(zhì)的目的。
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【關(guān)鍵詞】產(chǎn)品設(shè)計(jì) 創(chuàng)新 想象力 功能 原理 結(jié)構(gòu)
【中圖分類號(hào)】G640 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1009-9646(2008)08-0185-02
1 引言
人類的一切文明都是設(shè)計(jì)的產(chǎn)物。工程產(chǎn)品設(shè)計(jì)就是利用科學(xué)研究得到的原理,發(fā)明現(xiàn)實(shí)世界里還沒(méi)有的人造裝置,以滿足人類在生活和生產(chǎn)中的各種各樣的需求,從而創(chuàng)造出更美好的新世界。文學(xué)家雨果曾說(shuō)過(guò)“想象是偉大的潛水者?!盵1,2]創(chuàng)作新的作品需要想象,同樣科學(xué)技術(shù)研究也需要?jiǎng)?chuàng)新性的想象與想象力培養(yǎng)。中國(guó)的大學(xué)教育傳統(tǒng)上以文學(xué)和政論為主,強(qiáng)調(diào)修身、齊家、治國(guó)平天下[3]。近代以來(lái),西方的以分析精神為代表的現(xiàn)代科學(xué)教育進(jìn)入中國(guó),并且已成為理工農(nóng)醫(yī)科學(xué)教育的核心[4]。根據(jù)中國(guó)教育的長(zhǎng)期教育歷史和目前建設(shè)創(chuàng)新型國(guó)家的要求,當(dāng)前有必要強(qiáng)調(diào)創(chuàng)新教育。前文從產(chǎn)品設(shè)計(jì)、想象與想象力和想象力培養(yǎng)三個(gè)方面著重討論了想象力在產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)中作用[5]。表1列出的是發(fā)明家所需具備的主要素質(zhì)[6],由數(shù)據(jù)可見(jiàn),想象力和堅(jiān)持性是邁向成功的兩個(gè)主要素質(zhì),因此,在科技人才的培養(yǎng)方面應(yīng)注重這兩方面能力的鍛煉。只有不斷地在學(xué)習(xí)和工作中,主動(dòng)地學(xué)習(xí)想象的方法,積極想象新的功能、原理和結(jié)構(gòu),才能更好地設(shè)計(jì)新產(chǎn)品。
機(jī)械產(chǎn)品、機(jī)電產(chǎn)品的設(shè)計(jì)也需要培養(yǎng)設(shè)計(jì)者的想象力,可以說(shuō),沒(méi)有想象,就沒(méi)有創(chuàng)造,只會(huì)是驥尾之蠅,亦步亦趨的步人后塵。我國(guó)政府倡導(dǎo)建設(shè)創(chuàng)新型國(guó)家,在一些領(lǐng)域要與國(guó)際先進(jìn)水平并駕齊驅(qū),這需要科技工作者與技術(shù)工人的共同努力。在新產(chǎn)品的創(chuàng)造過(guò)程中,需要設(shè)計(jì)者創(chuàng)新性的構(gòu)思新產(chǎn)品、技術(shù)工程師設(shè)計(jì)新產(chǎn)品和制造工藝以及技術(shù)工人加工新產(chǎn)品。工人從事產(chǎn)品制造加工,技術(shù)人員從事產(chǎn)品設(shè)計(jì)和加工工藝編制,科學(xué)技術(shù)工作者從事產(chǎn)品創(chuàng)新思路研究與產(chǎn)品原型研制。想象力與堅(jiān)韌不拔是創(chuàng)新工作者應(yīng)注重培養(yǎng)和訓(xùn)練的優(yōu)秀素質(zhì)。本文擬討論從事機(jī)電產(chǎn)品創(chuàng)新所需要注意的幾個(gè)問(wèn)題。
2 功能設(shè)計(jì)的想象
產(chǎn)品是指生產(chǎn)出來(lái)的物品,對(duì)人類具有一定的功能。“顧客購(gòu)買(mǎi)的不是產(chǎn)品本身,而是產(chǎn)品所具有的功能?!鄙鐣?huì)上流通的產(chǎn)品對(duì)其生產(chǎn)廠商是獲得經(jīng)濟(jì)效益的產(chǎn)品,而對(duì)使用者來(lái)說(shuō),他人提供的產(chǎn)品就是自己的工具。西方的阿里士多德和培根曾對(duì)工具論作了闡述,與機(jī)械工業(yè)化革命相對(duì)應(yīng),工具論對(duì)機(jī)械工業(yè)革命、電氣化工業(yè)革命、信息化工業(yè)革命和生物技術(shù)革命都產(chǎn)生了顯著的作用。笛卡兒提出數(shù)學(xué)描述的方法論,后來(lái)牛頓、達(dá)爾文和哥白尼等分別提出了自然科學(xué)不同學(xué)科的基本原理。機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)依據(jù)機(jī)械原理,1970年德國(guó)科學(xué)界提出的功能原理的產(chǎn)品設(shè)計(jì),特別注重功能原理解。功能是產(chǎn)品購(gòu)買(mǎi)者購(gòu)買(mǎi)商品的原因,因此產(chǎn)品的設(shè)計(jì)就是實(shí)現(xiàn)某些產(chǎn)品功能。
在人類社會(huì)的前期發(fā)展過(guò)程中,工程科學(xué)一直沿用師傅帶徒弟的方式傳承手工技藝,有的的技藝還是家族傳遞下來(lái),由于戰(zhàn)爭(zhēng)等災(zāi)難因素,其中有的技術(shù)已經(jīng)失傳。近代科學(xué)以伽利略為其開(kāi)端的代表人物,將數(shù)學(xué)原理用于物理知識(shí)的表達(dá)和分析,開(kāi)啟了近代工程科學(xué)。另一方面,知識(shí)的傳播也由學(xué)校完成,高等教育蓬勃發(fā)展,形成機(jī)械、電氣、土木、化工、計(jì)算機(jī)、信息和生物組成的現(xiàn)代工程科學(xué)體系。機(jī)械工程的歷史悠久,而且其原理知識(shí)滲透到各個(gè)工程技術(shù)領(lǐng)域,并沒(méi)有隨新型工程技術(shù)的發(fā)展而消亡,而是成為工程產(chǎn)品設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。例:現(xiàn)代的航天工業(yè)、生命技術(shù)和核能工業(yè)都離不開(kāi)機(jī)械工程知識(shí)的支持。機(jī)械產(chǎn)品與信息科學(xué)、生命科學(xué)的結(jié)合,出現(xiàn)了數(shù)控加工機(jī)床、機(jī)器人和靶向藥物等一系列技術(shù)產(chǎn)品,人類的制造能力大幅度提高。近年來(lái),隨著數(shù)字化設(shè)計(jì)和協(xié)同設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展,人們?cè)O(shè)計(jì)新產(chǎn)品的能力也將得到顯著提高,計(jì)算分析軟件包的開(kāi)發(fā)與使用,必將對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的方式和方法產(chǎn)生巨大影響,新產(chǎn)品的設(shè)計(jì)周期將大大縮短。
要設(shè)計(jì)出新的產(chǎn)品,就是設(shè)計(jì)出新的功能或功能組合。要實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的創(chuàng)新設(shè)計(jì)就是要在設(shè)計(jì)初始階段想象出新的功能或功能組合,向用戶提供新的功能。一般常用的想象方式是通過(guò)市場(chǎng)調(diào)研或用戶反饋的意見(jiàn),提出產(chǎn)品功能的改進(jìn),新的產(chǎn)品功能很多是根據(jù)使用者需要而想象出來(lái)的。革命性的系列化產(chǎn)品都是依據(jù)新的科學(xué)原理,或變換原理或變換結(jié)構(gòu)所想象出來(lái)的。例,從雙卡收錄機(jī)到卡式隨身聽(tīng),再到電子技術(shù)的MP4,前者使用相同的磁記錄原理,但變換了結(jié)構(gòu)與功能組合,獲得了便攜的功能。后者采用新的磁記錄原理,利用巨磁阻效應(yīng)設(shè)計(jì)出新的技術(shù)手段,實(shí)現(xiàn)播放聲音和圖像媒體的功能。
功能設(shè)計(jì)有分解和綜合方法,原理設(shè)計(jì)有集成、轉(zhuǎn)用和逆向等方法。產(chǎn)品的功能創(chuàng)新設(shè)計(jì)不一定是設(shè)計(jì)出前所未有的產(chǎn)品,隨著各個(gè)領(lǐng)域知識(shí)的融合和技術(shù)革命,很多產(chǎn)品的設(shè)計(jì)采用新的知識(shí)原理來(lái)更換以前產(chǎn)品所采用的原理,獲得更低的成本、更方便的制造或使用。
功能設(shè)計(jì)的創(chuàng)新過(guò)程中需要形象,例如人類想象出了飛機(jī)、電視機(jī)和收音機(jī)等,在設(shè)計(jì)這些產(chǎn)品前,人們就已經(jīng)幻想象鳥(niǎo)一樣飛行,千里眼和順風(fēng)耳,在古代的小說(shuō)中就有這樣的文學(xué)想象,后來(lái)的技術(shù)革命用技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)了人們以前的想象。要實(shí)現(xiàn)對(duì)新功能產(chǎn)品的想象,就必須解決其依托的核心功能原理,例如流體力學(xué)原理、無(wú)線信號(hào)傳遞等原理。物理原理、化學(xué)原理和生物原理是設(shè)計(jì)新型產(chǎn)品的基礎(chǔ)知識(shí),近200年來(lái),人們主動(dòng)采用各種基本原理設(shè)計(jì)出許多種新產(chǎn)品,而且這一趨勢(shì)仍將繼續(xù)下去。
3 原理設(shè)計(jì)的想象
設(shè)計(jì)產(chǎn)品需要依據(jù)一定的功能原理,功能原理的創(chuàng)新就非常重要,機(jī)械原理知識(shí)僅僅是機(jī)械產(chǎn)品原理設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。有時(shí)很復(fù)雜的機(jī)械產(chǎn)品,如果用電子控制技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn),其結(jié)構(gòu)就非常簡(jiǎn)單。例上面所述的隨身聽(tīng)。機(jī)械科學(xué)的原理并不多,常用的有杠桿、滑輪、嚙合傳動(dòng)、摩擦傳動(dòng)、滾動(dòng)支承、滑動(dòng)支承、電磁支承、凸輪、連桿、螺旋等十幾種。常用的電子原理有加、減、乘、除、微分、積分、反饋等?,F(xiàn)在基本的機(jī)械元件和電子元件都已有基本的單元銷售,已有專業(yè)化生產(chǎn)廠家生產(chǎn)這些標(biāo)準(zhǔn)化的元器件。復(fù)雜機(jī)電產(chǎn)品的設(shè)計(jì)并不是將機(jī)電單元簡(jiǎn)單的堆砌在一起,而是有機(jī)的組合、有目的的組合基本單元,來(lái)實(shí)現(xiàn)其使用功能。
產(chǎn)品的制造工藝原理也十分重要,它們決定了產(chǎn)品設(shè)計(jì)是否可以物化、是否可行。常用的機(jī)械產(chǎn)品的加工工藝有車、銑、磨、刨、鏜、鑄造、焊接、熱處理,新的加工工藝有電子束焊接、激光表面處理、離子注入、化學(xué)氣相沉積、物理氣相沉積、腐蝕、鍵合等等,這些加工工藝都已在機(jī)械產(chǎn)品加工中得到廣泛應(yīng)用。利用新的物理、化學(xué)或生物原理來(lái)發(fā)明新的機(jī)械產(chǎn)品或電子產(chǎn)品的加工工藝,這是目前和今后發(fā)展的方向之一。在知識(shí)教學(xué)中,更應(yīng)培養(yǎng)學(xué)生的觸類旁通、獲取知識(shí)的能力。
現(xiàn)代的機(jī)電產(chǎn)品,在構(gòu)思整體設(shè)計(jì)時(shí)就要分析其功能原理形態(tài)矩陣,比較優(yōu)化得到最優(yōu)的技術(shù)原理方案,并且擇善而從地詳細(xì)分析最佳方案。設(shè)計(jì)原理的選擇,不僅要考慮技術(shù)的先進(jìn)性,還要分析其成本、環(huán)境的友好性和可持續(xù)發(fā)展的前景。對(duì)產(chǎn)品功能原理的優(yōu)化軟件在近20年時(shí)間內(nèi)得到了很大發(fā)展,例:TRIZ等。但,產(chǎn)品的成本分析和環(huán)境友好性分析仍無(wú)相應(yīng)的設(shè)計(jì)軟件,這也是今后的發(fā)展方向之一。
隨著數(shù)字化設(shè)計(jì)、虛擬加工和虛擬裝配技術(shù)的發(fā)展,例:Unigraphics軟件包,機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和制造過(guò)程也發(fā)生了很大變化,運(yùn)用虛擬軟件設(shè)計(jì)來(lái)設(shè)計(jì)和制造產(chǎn)品的成本比試樣產(chǎn)品的制造,成本大大降低。數(shù)字設(shè)計(jì)、數(shù)字制造和數(shù)字管理技術(shù)的發(fā)展,依托于信息技術(shù),對(duì)機(jī)械工業(yè)已經(jīng)產(chǎn)生了變革性的影響。協(xié)同設(shè)計(jì)、協(xié)同制造和協(xié)同管理技術(shù)在最近幾年仍然會(huì)得到快速的發(fā)展。機(jī)電產(chǎn)品的原理設(shè)計(jì)有集成、轉(zhuǎn)用和逆向等方法。例如汽車內(nèi)燃機(jī)集成了連桿傳動(dòng)、軸承支承、凸輪傳動(dòng)等。沖壓機(jī)和汽車發(fā)動(dòng)機(jī)就是曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)用。鞋底防滑花紋的設(shè)計(jì)是摩擦學(xué)中理論應(yīng)用的反問(wèn)題。
4 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的想象
要將設(shè)計(jì)原理實(shí)體化,獲取設(shè)計(jì)者設(shè)計(jì)的產(chǎn)品功能,就必須進(jìn)行產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。常用的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法有放大、縮小、轉(zhuǎn)用和變結(jié)構(gòu)等。在機(jī)械系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面,俄羅斯的學(xué)者非常重視,而德國(guó)和日本的學(xué)者重視原理的設(shè)計(jì)和設(shè)計(jì)方法。我國(guó)的機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)在1978年以前學(xué)習(xí)俄羅斯的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),在80年代學(xué)習(xí)德國(guó)的功能設(shè)計(jì)理念、日本的二次設(shè)計(jì)方法。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中常用的零件結(jié)構(gòu)已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化。
從1960年來(lái)人們研究的仿生設(shè)計(jì)思路,為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)者提供了一條途徑。基于流體力學(xué)的飛機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),基于固體力學(xué)的齒輪和滾動(dòng)軸承設(shè)計(jì),基于動(dòng)量守恒原理的噴氣機(jī)設(shè)計(jì),基于光學(xué)的鷹眼、蛙眼設(shè)計(jì),基于紅外原理的制導(dǎo)設(shè)計(jì)等等。在固體材料結(jié)構(gòu)方面有仿生陶瓷、仿生的復(fù)合材料,多層涂層設(shè)計(jì)模仿竹、海螺殼等結(jié)構(gòu),今后在有機(jī)材料的設(shè)計(jì)方面人們更加依賴于對(duì)自然材料的仿生。
結(jié)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)化、新材料的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用將對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)產(chǎn)生重大影響。前人的石器時(shí)代、青銅時(shí)代、鐵器時(shí)代和半導(dǎo)體時(shí)代以及今后的生物材料時(shí)代,都已經(jīng)對(duì)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)原理、設(shè)計(jì)方法產(chǎn)生了巨大影響,而且產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)也發(fā)生了很大變化。例:古代利用細(xì)繩作為鋸子,今天利用合金材料和電力驅(qū)動(dòng)的電鋸,今后的激光切割等。新的原理、新的方法和新材料決定了那個(gè)時(shí)代的產(chǎn)品的技術(shù)含量和經(jīng)濟(jì)效益。
現(xiàn)代機(jī)電系統(tǒng)向復(fù)雜化和微納化兩個(gè)方向發(fā)展。復(fù)雜機(jī)電產(chǎn)品集成了機(jī)械原理、電路原理和控制原理等。例如,盾構(gòu)機(jī)械和大飛機(jī)等,復(fù)雜機(jī)電產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)比簡(jiǎn)單機(jī)械要復(fù)雜100~10000倍,因此其設(shè)計(jì)制造是一個(gè)國(guó)家的機(jī)電產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造能力的集中體現(xiàn)。復(fù)雜機(jī)電產(chǎn)品的設(shè)計(jì)過(guò)程中一般都采用數(shù)字化協(xié)同設(shè)計(jì)的組織方式,充分發(fā)揮各個(gè)設(shè)計(jì)單位的優(yōu)勢(shì),團(tuán)隊(duì)的協(xié)作有助于縮短設(shè)計(jì)周期、提高設(shè)計(jì)效率和優(yōu)化產(chǎn)品的性能。我國(guó)的機(jī)械工程教學(xué)中過(guò)分強(qiáng)調(diào)單元課程的學(xué)習(xí),可喜的是近來(lái)組織機(jī)械設(shè)計(jì)大獎(jiǎng)賽的競(jìng)賽,這有助于培養(yǎng)設(shè)計(jì)復(fù)雜機(jī)電產(chǎn)品的能力。
微納機(jī)電產(chǎn)品,以微納微型、微納傳感器和芯片等技術(shù)為代表,在近10年內(nèi)取得了一系列突破?;瘜W(xué)原理和生物原理也逐漸應(yīng)用到這類微納機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì),例如生物傳感器和生物芯片等。未來(lái)的機(jī)械應(yīng)該是生物機(jī)械,傳統(tǒng)的機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計(jì)和機(jī)械制造技術(shù)都日臻成熟,21世紀(jì)的機(jī)械是生物機(jī)械,這一點(diǎn)上大多數(shù)人已有共識(shí)。我們現(xiàn)在大學(xué)里培養(yǎng)的人才,今后的21世紀(jì)的機(jī)電產(chǎn)品創(chuàng)新必定依靠現(xiàn)在的青年人,因此有必要開(kāi)設(shè)系統(tǒng)論、生物原理等課程,這一點(diǎn)仍有欠缺,也未達(dá)成共識(shí),作者認(rèn)為應(yīng)從未來(lái)機(jī)械發(fā)展的高度,布局現(xiàn)在的機(jī)電產(chǎn)品設(shè)計(jì)人才的知識(shí)結(jié)構(gòu),以利于他們今后更有創(chuàng)造性、更好地創(chuàng)造出新的產(chǎn)品。
關(guān)于微納機(jī)電產(chǎn)品的設(shè)計(jì),目前有兩種技術(shù)路線。其一,是將以前的機(jī)構(gòu)、機(jī)械結(jié)構(gòu)和電子元器件縮小,在微米級(jí)加工微型齒輪、連桿和軸承等。另一種思路是拋棄傳統(tǒng)的機(jī)械原理和機(jī)械零件設(shè)計(jì),依據(jù)生物物理和生物化學(xué)的基本原理來(lái)構(gòu)造微納系統(tǒng),例如仿葵花的轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械等。作者認(rèn)為第二種思路是更好的,因?yàn)闄C(jī)械原理和零件的設(shè)計(jì)應(yīng)該隨時(shí)俱進(jìn),不應(yīng)保守的依據(jù)毫米級(jí)的機(jī)械原理和零件,而應(yīng)該結(jié)合生物科學(xué)的發(fā)展,將生物物理和生物化學(xué)與機(jī)械科學(xué)結(jié)合起來(lái),創(chuàng)造出更多更好的微納機(jī)械系統(tǒng)。
5 結(jié)語(yǔ)
(1)功能、原理和結(jié)構(gòu)的思路是德國(guó)科學(xué)家提出的別具一格的產(chǎn)品設(shè)計(jì)整體框架,本文從功能、原理和結(jié)構(gòu)三方面再次討論產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)中“想象力”的作用。
(2)未來(lái)機(jī)電產(chǎn)品的發(fā)展向復(fù)雜化和微納化兩個(gè)方向發(fā)展,今天我們?cè)诒究平逃A段應(yīng)該縮減單元知識(shí)的教學(xué),增加系統(tǒng)論和生物原理的知識(shí)傳授。
(3)對(duì)于研究生的創(chuàng)新能力培養(yǎng),學(xué)生的課題研究不應(yīng)竭澤而漁,而應(yīng)結(jié)合研究生的論文主題,在討論課上各抒己見(jiàn),培養(yǎng)同學(xué)的提出問(wèn)題、分析問(wèn)題、解決問(wèn)題和總結(jié)問(wèn)題的能力。
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【關(guān)鍵詞】機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè) 理論教學(xué) 教學(xué)改革
【基金項(xiàng)目】湖南省吉首大學(xué)教學(xué)改革研究項(xiàng)目(2015SYJG005)。
【中圖分類號(hào)】G64 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】2095-3089(2015)11-0233-02
前言
理論課程是專業(yè)學(xué)習(xí)的基礎(chǔ),機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)理論課程由于專業(yè)性強(qiáng)以及知識(shí)面涉及范圍廣,導(dǎo)致學(xué)生不易理解,教學(xué)效果差。而且,當(dāng)前的教學(xué)過(guò)程中,教學(xué)方式依然落后,處于老師講,學(xué)生聽(tīng)的“填鴨式”教育,更增加了學(xué)生對(duì)該專業(yè)理論課程學(xué)習(xí)的難度。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,傳統(tǒng)的教學(xué)方式已不能適應(yīng)教學(xué)需要,應(yīng)對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)理論課程的教學(xué)進(jìn)行改革,以培養(yǎng)出具有理論基礎(chǔ)知識(shí)扎實(shí),實(shí)踐操作能力強(qiáng)和富有創(chuàng)新能力的機(jī)械類專業(yè)人才。
一、機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)理論教學(xué)的現(xiàn)狀
機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)的理論課程主要有:高等數(shù)學(xué)、大學(xué)物理、理論力學(xué)、材料力學(xué)、電子電工學(xué)、數(shù)控技術(shù)、機(jī)械制圖、機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)械制造和液壓與氣動(dòng)等課程。機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)具有理論課程多并與其他學(xué)科相互交叉、課程內(nèi)容概念性強(qiáng)且大多與生產(chǎn)實(shí)際相聯(lián)系等特點(diǎn),這些特點(diǎn)使得該專業(yè)理論課程的學(xué)習(xí)具有很大的困難。對(duì)于理論性強(qiáng)的課程,如理論力學(xué),老師教學(xué)單一,教學(xué)會(huì)比較枯燥。對(duì)于與生產(chǎn)實(shí)踐相聯(lián)系的課程,如機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ),這門(mén)課程需熟練操作不同機(jī)床力以及切削過(guò)程中測(cè)量力、溫度和粗糙度等數(shù)據(jù)的相關(guān)實(shí)驗(yàn)設(shè)備,由于實(shí)踐教學(xué)的原因?qū)W生常常缺乏對(duì)機(jī)器設(shè)備的感官認(rèn)識(shí)與實(shí)踐動(dòng)手能力進(jìn)而影響對(duì)機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)課程理論知識(shí)的理解。隨著科技的進(jìn)步,機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)越來(lái)越多的與其他學(xué)科相互交叉,不僅增加新知識(shí)也增加了學(xué)習(xí)難度,而傳統(tǒng)的教學(xué)方式只會(huì)在學(xué)生的思維上強(qiáng)調(diào)各學(xué)科之間的獨(dú)立,學(xué)科上的統(tǒng)一完整。如此一來(lái),學(xué)生的思維無(wú)法得到有效的開(kāi)發(fā)導(dǎo)致對(duì)新知識(shí)的學(xué)習(xí)能力差以及不能綜合的運(yùn)作各種知識(shí)的能力。此外,在傳統(tǒng)的教學(xué)方式中,機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)的基礎(chǔ)課程較為偏向理論教學(xué),對(duì)理論教學(xué)的重視度較高,而實(shí)踐教學(xué)的環(huán)節(jié)相對(duì)較弱。我國(guó)實(shí)行的應(yīng)試教育有太多的條條框框,也束縛了學(xué)生的思維發(fā)展,阻礙了學(xué)生視野的擴(kuò)展,降低了他們對(duì)知識(shí)的理解與運(yùn)用能力。
三、機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)理論教學(xué)的改革
(一)教學(xué)內(nèi)容與方式的改革
機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化是一門(mén)與大量新技科相互交叉的學(xué)科,涉及范圍廣且內(nèi)容不斷更新[1]。為了學(xué)生在本科四年中能夠更好地掌握專業(yè)知識(shí),培養(yǎng)其實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力,應(yīng)對(duì)理論教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整,如對(duì)于機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)這門(mén)課程,在保證課程課時(shí)不變的情況下去掉一些陳舊繁瑣的內(nèi)容,并引入一些新技術(shù)和新知識(shí),比如,對(duì)于傳統(tǒng)的以及面臨淘汰的制造技術(shù)可做簡(jiǎn)單教授即可,而對(duì)于3D打印技術(shù)這類新型制造技術(shù)可增加教授時(shí)間以擴(kuò)展學(xué)生的專業(yè)視野。
在對(duì)傳統(tǒng)的教學(xué)方式進(jìn)行改革的時(shí)候,要去除一些條條框框的束縛,很多學(xué)生都認(rèn)為目前的理論教學(xué)課程太多、太亂、太復(fù)雜,這就需要教師在授課的過(guò)程中把握住真正的重點(diǎn),對(duì)重點(diǎn)進(jìn)行講解,對(duì)無(wú)關(guān)緊要的內(nèi)容一語(yǔ)帶過(guò),使學(xué)生能夠?qū)W習(xí)到真正有用的知識(shí)。另外,教師要注意教學(xué)的氛圍,將學(xué)生的積極性調(diào)動(dòng)起來(lái),讓學(xué)生自主思考。而對(duì)于授課,教師應(yīng)當(dāng)在新的一堂課開(kāi)始之前,與上一堂課教授的內(nèi)容做好銜接,不要讓學(xué)生還沒(méi)有記起上堂課學(xué)習(xí)的內(nèi)容就繼續(xù)開(kāi)始講新的內(nèi)容,教師可以使用提問(wèn)的方式讓學(xué)生快速回憶起上堂課的內(nèi)容。如此,才能更好地調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性,滿足學(xué)生的求知欲。
(二)理論與實(shí)踐的結(jié)合
教師在授課的過(guò)程中,要將理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)完美的結(jié)合在一起,學(xué)生單一地學(xué)習(xí)理論知識(shí)或者只進(jìn)行實(shí)踐而脫離了理論基礎(chǔ),這都是不行的[2]。在理論課堂上,教師要注重對(duì)學(xué)生的思維進(jìn)行引導(dǎo),將課堂的學(xué)習(xí)氣氛和學(xué)習(xí)興趣帶動(dòng)起來(lái)。在對(duì)教材中的內(nèi)容進(jìn)行講解時(shí),可舉例生活中的事例或者使用一些與內(nèi)容相關(guān)的模型、多媒體等進(jìn)行教學(xué),將靜態(tài)轉(zhuǎn)變成動(dòng)態(tài),將抽象轉(zhuǎn)變成具體,這樣一來(lái),學(xué)生就可以更好地理解理論知識(shí),同時(shí)緩解枯燥的理論講解進(jìn)而活躍教學(xué)氣氛帶動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。在實(shí)踐課堂上,對(duì)實(shí)踐過(guò)程的每一個(gè)步驟用理論知識(shí)進(jìn)行一一講解,使學(xué)生很好的將理論聯(lián)系實(shí)際,更好的理解理論知識(shí)。如此,以理論教學(xué)為基礎(chǔ)進(jìn)行實(shí)踐教學(xué)培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力,反過(guò)來(lái)通過(guò)實(shí)踐教學(xué)促進(jìn)對(duì)理論教學(xué)中知識(shí)的理解,培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力與創(chuàng)新能力。
(三)開(kāi)發(fā)學(xué)生獨(dú)立性
當(dāng)學(xué)生在學(xué)習(xí)的過(guò)程中遇到了問(wèn)題,教師不應(yīng)當(dāng)直接告訴學(xué)生應(yīng)該如何解決這個(gè)問(wèn)題,而是要引導(dǎo)學(xué)生的思維往一個(gè)方面進(jìn)行發(fā)展,使學(xué)生挖掘自己的潛力對(duì)問(wèn)題進(jìn)行解決,這樣對(duì)學(xué)生自主、獨(dú)立的思維開(kāi)發(fā)有非常大的好處[3]。比如在教授機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)這門(mén)課程時(shí),給學(xué)生一件毛坯,讓學(xué)生按照老師的要求在機(jī)床上將毛坯按照一定的工藝加工成成品,這過(guò)程中可以培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立分析問(wèn)題,解決問(wèn)題的能力,提高學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性。同時(shí),教師在教學(xué)的過(guò)程中要做好角色的轉(zhuǎn)換工作,將灌輸知識(shí)改變?yōu)橐龑?dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)知識(shí),從講臺(tái)上走向?qū)W生中間,與學(xué)生一起討論、一起進(jìn)步。
(四)理論課程教學(xué)體系的改革
機(jī)械設(shè)計(jì)制造專業(yè)本科教育培養(yǎng)的主要是從事機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)械制造、生產(chǎn)管理、機(jī)械產(chǎn)品售后服務(wù)以及銷售的應(yīng)用型技術(shù)人才,因此人才的培養(yǎng)要符合市場(chǎng)的需求[4]。為了實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)的人才能滿足市場(chǎng)這一需求,有必要對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化理論課程體系進(jìn)行相應(yīng)的改革,通過(guò)改革使學(xué)生實(shí)現(xiàn)不同的就業(yè)方向。在此,將理論課程分成公共基礎(chǔ)課,專業(yè)基礎(chǔ)課、專業(yè)選修課和公共選修課四大類,其中教學(xué)過(guò)程中學(xué)生所學(xué)的公共基礎(chǔ)課、專業(yè)基礎(chǔ)課和公共選修課一致,而不同的專業(yè)選修課確定不同的就業(yè)方向。公共基礎(chǔ)課包括、英語(yǔ)、體育等課程,主要培養(yǎng)學(xué)生的德、智、體、美綜合能力。專業(yè)基礎(chǔ)課包括數(shù)學(xué),理論力學(xué)、材料力學(xué)、機(jī)械制圖、機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計(jì)和機(jī)械制造等課程,主要培養(yǎng)學(xué)生專業(yè)理論知識(shí)。公共選修課則可根據(jù)個(gè)人興趣愛(ài)好進(jìn)行。專業(yè)選修課可分為三個(gè)方向。機(jī)電方向,主要開(kāi)設(shè)的專業(yè)選修課程有:機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)、機(jī)電傳動(dòng)控制和可編程控制原理及應(yīng)用;現(xiàn)代制造技術(shù)方向,主要開(kāi)設(shè)的專業(yè)選修課有:先進(jìn)制造技術(shù)、現(xiàn)代制造工藝學(xué)和計(jì)算機(jī)輔助分析與制造。車輛方向,主要開(kāi)設(shè)的專業(yè)選修課有:車輛電傳動(dòng)與控制技術(shù)、內(nèi)燃機(jī)構(gòu)造原理和車輛結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及計(jì)算。
(五)充分運(yùn)用現(xiàn)代教育手段
當(dāng)前的教育特點(diǎn)決定了課堂教學(xué)只不過(guò)是整個(gè)教學(xué)整體的一小部分,這就對(duì)教師有了新的要求,在最少的時(shí)間內(nèi)教給學(xué)生更多的知識(shí),并且可以被學(xué)生吸收。機(jī)械類專業(yè)的課程都是實(shí)踐性非常強(qiáng)的,枯燥的語(yǔ)言教學(xué)并不能很好地使學(xué)生接受和理解,因此,以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ),制作與開(kāi)發(fā)一些多媒體教材和CAI課件,并將這些對(duì)媒體、視頻和CAI課件等一些先進(jìn)的教育手段引入到課程中,使學(xué)生能夠享受到優(yōu)質(zhì)的教學(xué)資源,提高教學(xué)效率[5]。如在教授機(jī)械設(shè)計(jì)課程時(shí),講解課程中連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)時(shí),學(xué)生只能通過(guò)想象不易理解,通過(guò)flas來(lái)演示機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)后,老師講課輕松,學(xué)生容易理解,提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣與效率。
四、結(jié)語(yǔ)
教育改革的道路是光明的,但也是曲折的,在社會(huì)不斷發(fā)展的今天,我們?cè)诶^承一些好的傳統(tǒng)教學(xué)模式的時(shí)候,也要摒棄那些不好的教學(xué)方式,以此來(lái)適應(yīng)當(dāng)前教育的改革之路。在機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)的理論教學(xué)改革中,應(yīng)適應(yīng)21世紀(jì)人才培養(yǎng)的要求,通過(guò)課程教學(xué)體系、教學(xué)方式和教學(xué)內(nèi)容的不斷改革來(lái)不斷提高教師的教學(xué)水平,探索出一條適合培養(yǎng)具有實(shí)踐能力與創(chuàng)新能力的應(yīng)用型高級(jí)人才的新途徑。
參考文獻(xiàn):
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關(guān)鍵詞:數(shù)控技術(shù);教學(xué)改革;課程體系
一、專業(yè)教學(xué)改革的必要性
在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)期內(nèi),我國(guó)經(jīng)濟(jì)還要靠制造業(yè)牽引。而我國(guó)制造業(yè)要打造“中國(guó)制造”的品牌,要真正成為“世界加工制造中心”,必須要有先進(jìn)的制造技術(shù)與一大批掌握先進(jìn)制造技術(shù)的人才作為支撐。數(shù)控技術(shù)的創(chuàng)立給機(jī)械制造業(yè)帶來(lái)了革命性的變化,現(xiàn)在它已成為制造業(yè)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、柔性化、集成化生產(chǎn)的基礎(chǔ);數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用是提高制造業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量和勞動(dòng)生產(chǎn)率必不可少的重要手段,數(shù)控技術(shù)是國(guó)防現(xiàn)代化的重要戰(zhàn)略裝備,是關(guān)系到國(guó)家戰(zhàn)略地位和體現(xiàn)綜合國(guó)力的重要標(biāo)志。
當(dāng)前,高職教育存在的突出問(wèn)題之一是教學(xué)體系及課程內(nèi)容的改革。長(zhǎng)期以來(lái),我國(guó)高職教育由于受普通教育的慣性作用,職業(yè)教育課程結(jié)構(gòu)和教學(xué)體系仍未跳出普通教育的教學(xué)體系,不論哪門(mén)課程都刻意維護(hù)和追求它的系統(tǒng)性和完整性,這種以學(xué)科為本位的教育模式,重理論輕實(shí)踐,重知識(shí)輕技能,培養(yǎng)出來(lái)的學(xué)生缺乏職業(yè)教育特色,不能適應(yīng)職業(yè)崗位群的需要。所以必須改革和發(fā)展現(xiàn)行的課程體系、教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方式,高起點(diǎn)地培養(yǎng)從事數(shù)控加工制造、CAD/CAM技術(shù)的機(jī)電復(fù)合型人才,以滿足制造業(yè)發(fā)展對(duì)人才的需求。
二、專業(yè)教學(xué)改革的基本思路
通過(guò)深入到社會(huì)、企業(yè)的調(diào)查研究及認(rèn)真的討論,我院確定了專業(yè)教學(xué)改革的基本思路:以機(jī)械制造業(yè)對(duì)高職技術(shù)應(yīng)用型人才的要求為依據(jù),以能力為中心,以職業(yè)技能培養(yǎng)為重點(diǎn),構(gòu)建理論和實(shí)踐教學(xué)體系,突出高職教育的特色,提高學(xué)生的綜合素質(zhì)。改變傳統(tǒng)的教學(xué)模式,以數(shù)控技術(shù)應(yīng)用為核心,以CAD/CAM為主線,以職業(yè)資格證書(shū)為紐帶,強(qiáng)化崗位技能訓(xùn)練,走產(chǎn)學(xué)結(jié)合的道路,加強(qiáng)校內(nèi)外實(shí)訓(xùn)基地建設(shè)和師資隊(duì)伍建設(shè),為社會(huì)培養(yǎng)合格的高技能人才。
三、課程體系的改革
1、培養(yǎng)目標(biāo)。數(shù)控專業(yè)是機(jī)械制造技術(shù)、電子技術(shù)與計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)相結(jié)合的復(fù)合型專業(yè)。該專業(yè)培養(yǎng)適應(yīng)現(xiàn)代制造業(yè)需要的德、智、體、美全面發(fā)展,具有較扎實(shí)的基礎(chǔ)理論知識(shí)及良好的職業(yè)道德,掌握數(shù)控設(shè)備操作、調(diào)試、安裝、維護(hù)、維修技術(shù)的基本理論和操作技能,在生產(chǎn)一線從事數(shù)控設(shè)備的操作、編程、維護(hù)以及生產(chǎn)組織和管理等方面工作的高技能人才。要求學(xué)生畢業(yè)時(shí),具有中級(jí)水平的數(shù)控機(jī)床的操作能力;具有編制中等復(fù)雜程度零件數(shù)控加工程序的能力;具有機(jī)床安裝與調(diào)試,數(shù)控系統(tǒng)故障診斷與維修的能力;具有一定的組織管理能力及協(xié)作、適應(yīng)能力,從而具備該崗位群需要的職業(yè)能力。
2、課程體系的改革。課程體系改革是專業(yè)教學(xué)改革的核心。在課程體系改革中,根據(jù)培養(yǎng)目標(biāo)認(rèn)真進(jìn)行了課程改革方案的討論和研究,通過(guò)對(duì)數(shù)控技術(shù)專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)和社會(huì)對(duì)人才需求的進(jìn)一步分析,將職業(yè)崗位群需求的綜合能力分解為若干單項(xiàng)職業(yè)能力,再找出這些單項(xiàng)職業(yè)能力是由哪些職業(yè)崗位知識(shí)結(jié)構(gòu)和技能結(jié)構(gòu)組成,需要哪些技能訓(xùn)練,知識(shí)點(diǎn)由哪些課程體現(xiàn),確立了以能力為本位的教學(xué)體系。
(1)理論教學(xué)體系改革
對(duì)傳統(tǒng)的課程體系進(jìn)行優(yōu)化組合,在課程整合中,理論教學(xué)內(nèi)容以應(yīng)用為目的,實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容以技能為標(biāo)準(zhǔn),使理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)比例接近1:0.7。如:
機(jī)械制圖:在教學(xué)中刪除了畫(huà)法幾何等內(nèi)容,增加計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)及上機(jī)實(shí)踐內(nèi)容。教學(xué)中通過(guò)課件教學(xué)、多媒體教學(xué)、教具和實(shí)物教學(xué)等方法,提高學(xué)生的空間想象能力,在計(jì)算機(jī)房上機(jī)提高學(xué)生繪圖、讀圖的能力。
機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ);在理論力學(xué)中只講靜力學(xué)部分,材料力學(xué)部分只講機(jī)械設(shè)計(jì)中有關(guān)強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性問(wèn)題的力學(xué)基礎(chǔ)理論和必備的設(shè)計(jì)、計(jì)算知識(shí);在機(jī)械原理和機(jī)械零件部分,在保證必要的基礎(chǔ)理論基礎(chǔ)上,省略不必要的公式推導(dǎo),突出設(shè)計(jì)技能訓(xùn)練;增加數(shù)控機(jī)床上廣泛采用的滾珠絲杠副、滾動(dòng)導(dǎo)軌、直線導(dǎo)軌、齒形傳動(dòng)帶的原理、結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)等內(nèi)容。
機(jī)床數(shù)控技術(shù):是數(shù)控技術(shù)專業(yè)教育的核心課程,涵蓋了數(shù)控原理與數(shù)控系統(tǒng)、數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)、數(shù)控編程等內(nèi)容,教學(xué)中將這些有機(jī)地融合在一起,使學(xué)生對(duì)數(shù)控機(jī)床具有完整的認(rèn)識(shí)。
(2)實(shí)踐教學(xué)體系改革
數(shù)控技術(shù)是一門(mén)實(shí)踐性很強(qiáng),包含多種技術(shù)的綜合性應(yīng)用技術(shù)。必須把理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)緊密結(jié)合,切實(shí)提高教學(xué)效率,保證教學(xué)質(zhì)量。實(shí)踐教學(xué)是數(shù)控技術(shù)教學(xué)體系改革中的重點(diǎn)。為此,在原有實(shí)驗(yàn)室的基礎(chǔ)上擴(kuò)建CAD/CAM實(shí)驗(yàn)室,建設(shè)具有一定規(guī)模和綜合功能的先進(jìn)數(shù)控技術(shù)應(yīng)用中心,完善金工實(shí)訓(xùn)中心,更新機(jī)床設(shè)備,增加機(jī)床數(shù)量,同時(shí)增加數(shù)控原理及系統(tǒng)接口、伺服系統(tǒng)等實(shí)驗(yàn)室。在實(shí)踐教學(xué)過(guò)程中,加大實(shí)踐環(huán)節(jié)的教學(xué)時(shí)間,在每個(gè)實(shí)踐環(huán)節(jié)中貫穿數(shù)控技術(shù)應(yīng)用的主線,通過(guò)各個(gè)實(shí)踐訓(xùn)練環(huán)節(jié)培養(yǎng)學(xué)生數(shù)控技術(shù)應(yīng)用能力。
四、師資隊(duì)伍建設(shè)
關(guān)鍵詞 電測(cè)法 材料力學(xué)實(shí)驗(yàn) 彈性模量 泊松比
中圖分類號(hào):G424 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A DOI:10.16400/ki.kjdks.2016.02.055
2011年教育部下達(dá)了實(shí)施“關(guān)于實(shí)施卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃的若干意見(jiàn)”的通知,主要目的是針對(duì)當(dāng)前我國(guó)工程教育培養(yǎng)過(guò)程中,理論教學(xué)環(huán)節(jié)薄弱、學(xué)生動(dòng)手能力差的現(xiàn)狀;要求改變現(xiàn)有的灌輸式教學(xué),形成創(chuàng)新教育的氛圍,進(jìn)一步推動(dòng)工程教育教學(xué)改革,提高工程教育的教學(xué)質(zhì)量。①
材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)是土木、材料和機(jī)械等工科類專業(yè)的必修基礎(chǔ)課,是進(jìn)一步加深學(xué)生對(duì)材料力學(xué)的認(rèn)知、鞏固材料力學(xué)的基本概念、樹(shù)立嚴(yán)謹(jǐn)科學(xué)態(tài)度、培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神、增強(qiáng)工程實(shí)踐能力、提高學(xué)生綜合素質(zhì)的重要環(huán)節(jié)。②近幾年隨著高校學(xué)生人數(shù)的不斷增加,相應(yīng)配套的實(shí)驗(yàn)教學(xué)儀器設(shè)備不足、新的儀器設(shè)備購(gòu)置時(shí)間漫長(zhǎng)等一系列問(wèn)題的出現(xiàn),導(dǎo)致高校實(shí)驗(yàn)教師往往要投入大量時(shí)間來(lái)應(yīng)付,因此嚴(yán)重影響了實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程,從而很難實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)高效的實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果,更談不上通過(guò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)提升學(xué)生的綜合能力。
目前,大多數(shù)高校的材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)遵循這樣的步驟:首先由教師講解本次實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容、儀器操作流程以及注意事項(xiàng),隨后向?qū)W生演示實(shí)驗(yàn)過(guò)程;然后學(xué)生按照演示的步驟完成實(shí)驗(yàn)過(guò)程;最后記錄并整理數(shù)據(jù),提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告。在整個(gè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中,學(xué)生只是按照教師或教材的指導(dǎo)機(jī)械地完成操作儀器,對(duì)于實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)現(xiàn)象所反映的問(wèn)題缺乏深入的思考,實(shí)驗(yàn)做完后很多學(xué)生只知其然不知其所以然。尤其是在材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)中對(duì)金屬材料彈性模量和泊松比測(cè)定需要用到電測(cè)法,然而初學(xué)者對(duì)力學(xué)實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的電學(xué)原理和方法一下子很難接受,并且很難跟其所掌握的理論知識(shí)相結(jié)合。整個(gè)材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)完成以后,由于學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)原理的理解不夠透徹,無(wú)法提高和加深對(duì)理論知識(shí)的掌握與運(yùn)用。
1 電測(cè)法的基本原理
電阻應(yīng)變測(cè)量簡(jiǎn)稱電測(cè)法,其原理是在被測(cè)物體表面的力學(xué)量、物理量等非電量變化通過(guò)傳感元件轉(zhuǎn)換成電量變化的一種實(shí)驗(yàn)方法(如圖1所示)。電測(cè)法作為應(yīng)變測(cè)試方法中的一種在材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中經(jīng)常用到,根據(jù)電學(xué)原理金屬絲在受到拉伸或壓縮時(shí),其截面面積會(huì)發(fā)生微小變形從而使電阻發(fā)生變化,通過(guò)信號(hào)采集器將電量轉(zhuǎn)變?yōu)樽冃瘟?。進(jìn)行實(shí)驗(yàn)前,首先將電阻應(yīng)變片,用特殊的膠合劑粘貼在被測(cè)物體上,當(dāng)試件受到載荷作用發(fā)生變形時(shí),電阻應(yīng)變片中的電阻絲隨之一起變形,導(dǎo)致電阻絲長(zhǎng)度及截面積的改變,從而引起其電阻值的變化。可見(jiàn),電阻的變化與應(yīng)變有一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系。通過(guò)電阻應(yīng)變儀,就可測(cè)得相應(yīng)的變化。利用胡克定律就可求得應(yīng)力值。③
2 金屬材料彈性模量和泊松比測(cè)定實(shí)驗(yàn)中運(yùn)用電測(cè)法出現(xiàn)的問(wèn)題
彈性模量和泊松比是反映材料性能的重要參數(shù),是材料本身固有的兩個(gè)常數(shù),是衡量材料產(chǎn)生彈性變形難易程度的兩個(gè)重要物理量,也是設(shè)計(jì)各種工程結(jié)構(gòu)時(shí)選用材料的主要依據(jù)之一,因此對(duì)材料的彈性模量和泊松比這兩個(gè)參數(shù)的準(zhǔn)確測(cè)量顯得非常重要。④一般構(gòu)件受載,表面上的點(diǎn)處于平面應(yīng)力或平面應(yīng)變狀態(tài)。通常采用拉伸實(shí)驗(yàn)來(lái)測(cè)定材料的彈性模量,在材料的彈性范圍內(nèi),應(yīng)力與應(yīng)變成正比關(guān)系,即 = ,從而可以得到彈性模量 = /。大多數(shù)的材料在受到拉力作用時(shí),不但沿著材料的長(zhǎng)度方向發(fā)生變形,同時(shí)橫向發(fā)生短縮的橫向變形。由材料力學(xué)可知,在彈性變形范圍內(nèi),橫向變形 和縱向變形 成正比關(guān)系,這一比值稱為材料的泊松比,一般以表示,即 = | / |。⑤
筆者一直以來(lái)承擔(dān)著全校14個(gè)工科專業(yè)的材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué),絕大部分學(xué)生通過(guò)材料力學(xué)實(shí)驗(yàn),以及材料力學(xué)、工程力學(xué)等專業(yè)理論課的學(xué)習(xí),學(xué)生對(duì)彈性模量和泊松比的概念有一個(gè)初步的理解,但是在實(shí)驗(yàn)測(cè)量過(guò)程中為何要用到電測(cè)法,以及如何實(shí)現(xiàn)力學(xué)實(shí)驗(yàn)與電測(cè)法相結(jié)合,并不能完全理解,對(duì)如何把力學(xué)的量(應(yīng)力、應(yīng)變)用電學(xué)的方法表達(dá)這個(gè)原理還一知半解,無(wú)法很快接受并做到融會(huì)貫通。為了讓學(xué)生盡快地理解并掌握電測(cè)法原理,并與材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)充分地相結(jié)合,筆者在教學(xué)過(guò)程中經(jīng)過(guò)不斷嘗試,取得了一些教學(xué)體會(huì)。
3 運(yùn)用電測(cè)法在材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的體會(huì)
3.1 從理論到實(shí)驗(yàn)的切入
為了讓學(xué)生對(duì)電測(cè)法這一原理有更清楚、更直觀的認(rèn)識(shí),筆者在進(jìn)行材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)課教學(xué)時(shí),先從所要測(cè)定的材料兩個(gè)基本物理量入手,先引入彈性模量的概念,再結(jié)合學(xué)生已學(xué)的理論知識(shí) = ,得出 = /。以圖2為例, = /, = / 。若能求得應(yīng)力、應(yīng)變,則彈性模量很容易就得出。荷載是在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中施加的外力,可由壓力傳感器測(cè)得,橫截面面積可以用 = 椎貿(mào)觶渲形約嶠孛嬋磯齲嶠孛婧穸取J約腦た梢圓飭康貿(mào)觶衷詰奈侍饈塹越錐蔚摹∫蛭芐。苣延媚殼暗牟飭渴侄尾飭砍隼矗雜?= / 這個(gè)公式無(wú)法求得。從而引入了電測(cè)法求解。
3.2 電測(cè)法如何與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合
講解電測(cè)法,先從應(yīng)變片的構(gòu)造介紹,當(dāng)粘貼在試件表面的應(yīng)變片跟隨試件一起變形時(shí),應(yīng)變片的電阻絲會(huì)因其變形而發(fā)生電阻的變化 / = ?,而值是應(yīng)變片敏感系數(shù),出廠時(shí)廠家會(huì)標(biāo)定。因此應(yīng)變與電阻的變化率之間存在一個(gè)比例關(guān)系,通過(guò)電阻應(yīng)變儀就可以根據(jù)電阻的變化率和靈敏系數(shù)直接把應(yīng)變值采集出來(lái),由于應(yīng)變片與試件緊密粘貼在一起,此時(shí)應(yīng)變片的應(yīng)變就代表應(yīng)變片粘貼部位試件的應(yīng)變值。這樣,學(xué)生就可以明白為何引入電測(cè)法,以及電測(cè)法的工作原理,等他們自己動(dòng)手實(shí)驗(yàn)的時(shí)候思路就可以非常清晰,對(duì)數(shù)據(jù)的處理也可以比較準(zhǔn)確。
4 結(jié)束語(yǔ)
筆者在近幾年的材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中,不斷探索教學(xué)方法,經(jīng)過(guò)一些嘗試,發(fā)現(xiàn)在材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)中,首先介紹學(xué)生的理論知識(shí),讓學(xué)生有一個(gè)回顧,然后再啟發(fā)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中如何用理論公式求解相應(yīng)的參數(shù),再慢慢引入電測(cè)法,讓學(xué)生一步步理解了實(shí)驗(yàn)的原理,后期學(xué)生自己動(dòng)手實(shí)驗(yàn)時(shí)思路比較清晰,處理數(shù)據(jù)比較準(zhǔn)確,整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中師生互動(dòng)較好,達(dá)到材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的目的,提高了學(xué)生分析問(wèn)題、動(dòng)手解決問(wèn)題的能力。
注釋
① 徐國(guó)強(qiáng),胡玉林.材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式改革的探索和實(shí)踐[J].高校實(shí)驗(yàn)室工作研究,2011(4):36-37.
② 鄭艷,莫時(shí)旭.PBL教學(xué)法在材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用[J].中國(guó)電力教育,2013(11):139-140.
③ 張烈霞.電測(cè)法測(cè)量彈性模量和泊松比的實(shí)驗(yàn)研究[J].機(jī)電工程技術(shù),2012(9):97-99.
級(jí)別:部級(jí)期刊
榮譽(yù):Caj-cd規(guī)范獲獎(jiǎng)期刊
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榮譽(yù):中國(guó)優(yōu)秀期刊遴選數(shù)據(jù)庫(kù)
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