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《教育科学杂志》教学科研并重激发学生创新意识

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自洪堡将科学研究引进高等学校以来,科研与教学已成为高等学校的两大基本职能。以教学为中心、不断提高教学质量是高校教学工作的永恒主题。高等学校教学与科研是相互依赖、相互促进、不可分离的一体。教学是提升科研能力的孵化器,而科研是提高教学质量的推进器。高校教师既要从事教学,又要进行科研,以科研促进教学,并且将二者有机结合,才能提高教学质量和科研水平。本文以计算机辅助设计与制造课程为研究载体,着重从理论教学、实践教学和教师素质三方面,针对教学内容、教学方法、教学手段、考核方法、教师素质等进行改革与研究,改变以往教学重理论、轻实践;重知识传授、轻能力培养,重在激发学生自主学习兴趣、培养创新能力,并在机电学院2007、2008级机械工程及自动化和机械电子工程专业学生中进行了实践,效果较好。

一、理论教学改革

(一)调整教学内容计算机辅助设计与制造是机械工程及自动化专业的专业必修课,省级优秀课(2009评)。在教学中发挥着培养学生逻辑思维能力、计算机应用能力、软件开发能力、综合运用相关学科知识进行现代设计及创新设计能力的重要作用。

早在2002年课程组即开始对该课程进行广泛的社会调研,在总结长期教学经验,了解社会需求的基础上,课程组对理论课和实践课教学进行了调整,以培养基础宽、素质高、适应性强、具有创新能力的人才为目标,制定了新教学大纲及教学计划,合理地分配了理论学时和实践学时。

通过与传统教学内容相比较,新的教学内容更注重培养学生的三个方面能力:

第一,现代设计能力的培养。在计算机辅助设计与制造课程教学中,以系统性、先进性、实用性、通用性为原则,以讲述计算机辅助设计(cAD)技术的关键理论与方法为重点,在保留传统基本理论的前提下,课程组及时进行知识更新,确保将CAD的前沿技术与最新研究成果引入课堂教学。例如在讲授“几何造型技术”时,除了教授原有的线框模型、表面模型、实体模型外,还引入了当前流行的参数化造型、特征造型技术,并结合三维软件(CATIA、UG等),以工程实际案例为主,具体讲述它们在实际设计中的应用,锻炼学生的实践能力;对于“工程数据处理”,结合“齿轮减速器计算机辅助设计”实例,将设计任务及设计中涉及到的数表和线图,布置给学生,由学生分组自行设计、学生互评、教师点评、总结,通过具体的案例式教学法,激发学生自主学习兴趣。对于应用软件二次开发,我们结合开发“电动工具CAD/CAM 系统的开发与研制”项目过程,讲述开发软件的原理、步骤、方法等,让学生了解更多的课本外知识,激发学生的创新意识。

在软件应用教学中,教师克服了以往在讲授上只停留在具体命令的使用,即命令的操作步骤上,而无暇顾及命令的内涵和外延,学生只能简单地模仿和死记硬背,独立操作软件的能力不强的弊端,对授课内容上进行调整,有针对性地、由浅人深地将科研成果引入教学中。例如,讲授“CATIA三维零件设计”时,我们除了保留课本上的典型例子外,再结合教育厅项目“数控加工过程拟实技术”中数控机床几何模型的建立过程,将建模过程中遇到的问题、解决的方法、建模的技巧补充进去,使学生更早地接触实际,了解更多的课本外知识;还可将学生的毕业论文与教师的科研结合起来进行,使教师对学生论文能有的放矢地进行指导,通过实实在在的项目、研究内容、研究方法加深对课本理论概念的理解及实际应用。第二,创新能力的培养。课程组依据“科研促教学、教学带科研”的教学改革方案,鼓励教师联系教学实际搞科研,把科研与教学有机地结合起来,把科研成果带人课堂,把最新的知识和信息传递给学生,提高课堂教学质量,培养学生创新意识。例如,我们结合吉林省科技厅项目“汽车离合器盖总成检测试验台研究开发”中机械系统设计部分提出要求:

1.所设计的检测平台要能够模拟多种离合器盖总成实际工况;2.使汽车离合器盖总成在检测平台上定位准确、装卸方便、工作可靠;3.能在一定范围内满足不同规格工件的测量。

并要求学生根据要求采取独立设计或分组合作的方式,大胆提出设计方案,进行初步设计,再由教师进行点评。还可以将已结题的科研项目以案例的形式给出,并指出缺点,由学生进行改进,即充实了教学内容,又使学生通过实实在在的项目、研究内容、研究方法加深对课本理论概念的理解,提高了他们实际应用能力、创新能力和协同作战能力。

第三,实践动手能力的培养。教师可在教学活动中观察学生、了解学生,尽可能地掌握每个学生的学习能力、特点,从每届学生中选取部分接受能力、动手能力强的学生参与教师的科研项目,承担一部分力所能及的科研课题,使学生对课堂所学知识有更多的实践机会,两年来仅机械工程及自动化专业就有16人参与到教师的科研中。

课程组与~ 些企业及科研院所(如长春中联汽车检测设备有限公司、五五所等)均保持良好的合作关系,定期组织学生参观或专家讲座的形式,使学生领略最新的设计思想、方法及手段,在拓宽学生的专业视野的同时为后续的理论教学和毕业设计环节积累素材和经验。

(二)改革教学方法运用启发式、研究式、讨论式等多种教学方法,勤于与学生沟通,注意倾听学生的思想,了解学生的情绪与情感的变化,采取有针对性的教学方式,激发学生内在的学习动力。

第一,小班授课与因势利导。计算机辅助设计与制造课是全院的必修课,少则7个班,多则l1个班,课程组每学期至少保证5名教师同时上课,每名教师不超过2个班。应用软件教学部分更是因其内容的特殊性,全部课程均安排在机房,单班上课,不但可以保证教学质量,还可以做到及时答疑解惑,而且通过小班授课、变功能型教学为目的型教学、共性与个性并重,调动了学生自主学习的积极性,活跃课堂气氛,开拓视野。

第二,理论教学与工程实际设计相结合。时刻把握将理论内容与工程实际紧密结合,不断对学生进行创新意识和工程理念的培养,将实际产品设计案例恰当地引人课堂中,配合理论教学,既丰富了课程内容,又加深了学生对设计理论和设计方法的理解,同时也激发了学生学习本课程的兴趣。

具体做法为:优选机械设计中典型零件作为软件学习的基础,如轴、轴承、螺栓等标准件设计,齿轮设计等一系列在课程设计、毕业设计实训中可以用到的零件,讲解模型创建方法,在专业课程设计和毕业设计中选取典型机床(如车床、铣床和钻床等),以在机械制造装备设计中的机床设计为主线,设计机床转速图,进行机床的主轴箱三维实体造型设计。意在使学生熟练掌握CAD/CAM 软件的同时,通过这门课程教学内容的巧妙设置,将理论课教学和毕业设计实践教学环节有机结合起来,提高学生软件应用技能,为就业打下良好的基础。

第三,教师讲授与学生自学相结合。基本概念和基本理论主要是通过教师进行课堂授课进行的,如“图形变换原理”、“常规三视图生成方法”、“工程手册的数据处理等”;对部分易于自学的内容安排学生自学结合课堂讨论的方式进行,如“数据库应用”;涉及学科前沿的、可扩展的知识,学生通过查阅资料,开展师生之间、学生之间互动讨论,既可激发学生探究理论的兴趣,又可增强其参与意识。

(三)更新教学手段课程组一直在探索新的教学手段的应用。伴随着我校教学条件的改善,我们从最原始的一本书、一支粉笔、一块黑板和一本教案的传统教学手段,发展到今天广泛应用多媒体、网络化教学资源。

第一,多媒体课件开发。根据计算机辅助设计技术与制造课程教学内容与计算机的相关性,在教学中,我们采用了多媒体教学、计算机辅助教学等多种教学手段,将理论教学、程序设计、软件演示与操作融为一体。例如在图形变换、三维几何造型等章节,课程组基于相关辅助软件,开发计算机辅助设计与制造教学课件,除实现相关文字、图形、图像、动画等内容的展示外,还实现了与外部科研成果“数控加工仿真软件系统”的动态链接。

第二,有效利用网络教学资源。随着互联网的广泛使用,互联网已成为教学的好帮手。为此,课程组建立了课程网站。除此之外,大量的CAD~CAM 网站也提供了海量的CAD/cAM 资源,在CAD/CAM 教学中要充分利用这一资源科学指导学生下载网络资料、练习网上习题、交流CAD/CAM 作品、交换创作经验引导学生利用网上文章和资料学习CAD/CAM,养成自学和独力解决问题的习惯。

第三,录制教学视频文件。针对软件教学“课上学的快,课后忘的快”的问题,将教学中的重点、难点,如“标准件的参数化设计”、“标准件库的建立”等内容制成教学视频文件,便于学生加深理解、课后复习。

第四,以多样化的考试方式作为督促手段。对于计算机辅助设计技术基础课程理论考试可采取“笔试+口试+实验+平时”的方式;对于机械CAD/CAM 应用软件教学可采取“上机+ 口试+平时”的方式,重点考核学生解决问题的方法和思路是否灵活和有创新,目的是反映学生的真实水平。

二、实践教学改革相对于理论教学,实践性教学是培养学生动手能力的一种重要方式。实践教学在学生创造性发展中的重要支撑和基础作用是毋庸置疑的,实践教学包括实验、实习、课程设计、毕业设计等环节,相对于课堂教学更具有直观性、综合性、创新性的特点,有理论教学不可替代的作用。

(一)调整实践教学内容调整实践教学内容,增加综合性、设计性实习/实验题目;通过综合性、设计性实验教学设计,开展基于问题和基本科研技能训练的研究性教学,将科研的基本方法、技能和思维方法融人到实验内容和教学中,增加了综合性和设计性实验的探索性和研究性,促进了学生知识、科研技能的内化,提高了学生自主学习、自主创新能力。如:在计算机辅助设计与制造课程的应用软件教学中,为学生设计了“齿轮减速器的参数化设计及仿真”等综合性、设计性实验。

除教学计划规定的内容外,根据需要,课程组增设一些与课程内容有关的实验选修课,为学生提供了一个开放的自主学习平台,允许学生自选项目,教师给予指导,以学生为中心,因材施教,因内容施教,充分激发学生的实践创新积极性,不仅提升了学生的实践能力,而且提高了教学效率和教学质量,提高学生的基本科研技能和创新能力。

(二)加强实践教学基地建设充分利用校内外的教育资源,拓展校内外各类实验、实训、实习基地的建设;加强校企合作、产学结合。除我校工程训练中心(国家级实验教学示范中心建设单位)、机械工程实验教学中心(省级实验教学示范中心)和大学生创新基地外,中国第一汽车集团公司、一汽轿车股份有限公司、一汽解放汽车有限公司卡车厂、长春数控机床有限公司等都是与我们有较好合作关系的校外实习/实训基地。

(三)鼓励学生参与课内外实践活动将校内外创新项目、设计大赛等的优秀作品,及时传递给学生,为学生参与和自主开展课题研究创造条件。通过鼓励和支持学生参与教师科研课题、各类竞赛、各种形式的创新、创业活动、课外科技活动及社会实践活动,提高学生的工程创新和实践能力。

三、教师自身素质和能力的提高百年大计,教育为本;教育大计,教师为本。教师是教育事业的第一资源,教学活动直接发生在师生之间,课改的大潮已经把老师推到了时代的浪尖上,要使高校课程教学改革取得长效,教师必须理解课程教学改革的原因,以及自身在此次改革中的作用并不断自我提高。

(一)转变教学观念教师要改变以往“以教师为中心”、“以教材为中心”、“以课堂为中心”的教学方式,坚持“以学生为中心”的教育理念。教师要逐步适应师生角色的转换,坚持学生是主体,教师是主导,在教学中关心学生、热爱学生,利用自身渊博的知识、优美的语言、独特的教学风格,吸引和感染学生,与学生建立和谐融洽的师生关系,做学生的良师益友。充分了解学生的情绪与情感的变化,对不同年级、不同层次的学生,采用适当的方式激发他们学习的积极性,采取有针对性的教学方式,激发其内在的学习动力。

(二)提高教师素质和能力教师需要由经验型向科研型,甚至向专家学者型转变。

一味地依照教材照本宣科,学生也会厌烦的。要给学生一杯水,我们老师胸中就不仅是一桶水的问题,而应是一条活泼清澈流淌的小溪,才能给课堂注入源头活水。从知识的产生角度讲,科研是“源”,教学是“流”,科研理应成为教学的一部分,并且应当走在教学的前头。课程组的具体做法是:鼓励教师申报各级各类科研课题,通过科学研究,教师能够更深刻地了解社会对培养人才的要求,了解社会人才市场对人才培养创业能力的要求,才能全面把握本学科的国内外学术动态,准确地认识自己所授课程在整个学科中的地位和课程内部的逻辑联系;通过科学研究,了解本学科的科学研究前沿,把科研中获得的新知识及科技新成就及时反映到教学中去,提高教学质量;通过科学研究,培养教师善于研究问题和解决问题的能力,以提高学术研究水平,使广大教师既是教学的能手,又是科研的尖兵。通过研究实践,培养造就一支具有整体研究能力和高水平的师资队伍。课程组于2009年被评为“吉林省优秀教学团队”,其中1名教师获“吉林省中青年骨干教师”称号,1名教师获“长春工业大学优秀主讲教师”称号。课程组成员在近三年内新申报及结题国家及省市级科研项目就达到了8项,其中1项获得了省科技进步二等奖,发表论文2O余篇。

将科研引入教学,教学科研并重,激励学生创新意识的教学改革在我校机电学院机械工程及自动化和机械电子工程专业经过三年的实践,已取得一定的效果。近3年,两个专业学生在“挑战杯”大学生课外学术科技作品竞赛活动中,荣获国家级三等奖1项,省级二等奖1项。慧鱼组机械创新大赛获国家级一等奖2项、二等奖3项、三等奖1项;机械创新设计大赛荣获国家级二等奖2项,省级一等奖4项、二等奖5项、三等奖2项;全国三维数字化创新大赛国家级特等奖1项。机械工程及自动化专业的毕业生三年的就业率分别为97.5%、97.8%、98% ,一度出现供不应求的现象。根据用人单位的反馈信息,认为本专业的毕业生基础理论扎实、技术应用能力强、学生创新意识强,适应性好,具有较强的团队精神,其较高的实践动手能力和个人综合素质,肯于在基层工作的奋斗精神受到企业的高度评价。他们当中的一部分已成为企业的领导和技术负责人或骨干。

本文是节选自《教育科学杂志》的教育论文,感谢你的阅读!


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