基于网络的制造技术基础课程教学改革

呼 咏,邹 青,许蓬子,陶永兰

(吉林大学机械科学与工程学院,吉林长春 130022)

随着社会、经济和科技事业的迅猛发展,创新型国家建设对机械类专业人才的工程能力和创新能力培养提出了更高的要求。近年来,吉林大学机械科学与工程学院“制造技术基础”课程组立足于课程的教学改革,以培养机械类本科生工程实践能力作为核心目标,充分利用计算机技术和网络技术,创新搭建了高效开放的课程网络互动教学平台,积极开展了多环节的网络教学资源建设,提出并实施了多环节的网络互动教学方案,取得了很好的效果。

1 建立制造技术基础课程网络互动教学平台

“制造技术基础”课程是为机械类专业本科生开设的一门必修的技术基础课。课程教学具有实践性强和应用性强等特点。该课程不仅有理论教学,还包括课程实验、实习及课程设计等多个实践性教学环节。课程的目标是力求使学生既掌握机械制造技术的基本理论,熟悉和了解先进的制造技术,开拓视野,又能运用理论解决生产实际问题,培养和提高学生的工程素质和创新能力。通过课程的实践教学环节培养学生分析解决工程实际问题的能力和工程设计能力,为学生进一步学习相关专业课程和从事机械设计、制造工作打下基础[1]。吉林大学“制造技术基础”课程是国家级机械基础实验示范教学中心重点建设课程之一。实验中心通过一台Cisco 3550交换机的千兆光纤模块与校园网相连。互动教学网站选用先进的磁盘阵列数据存贮设备,增大存储容量并提高读取速度,保证了系统的高速运行,并加入容错及校验功能,提高了数据存储的安全性,满足了校园网上的多用户访问及多媒体信息传送的要求,构建了面向校园网用户的跨校区的课程互动教学网站和由五间教室100余台计算机组成的具有企业工程师工作环境的网络互动教学基地,为培养学生创新意识和训练工程实际能力提供了开放、先进的并且便于自学、交流与设计的创新教学硬件环境,实现了网络环境以及教学资源的共享。制造技术基础课程依托实验中心互动教学网站,建立了适应创新能力与工程实践能力培养的教学环境。利用一台高性能的服务器建立了课程网络互动教学平台,开发了网络互动教学平台Web页面,包含课程网络教学系统、教师与学生互动互助及学生自主学习平台、网络考试系统、实验教学辅助教学系统、课程设计辅助教学系统、作业提交/网络存储服务系统、课程论坛等。为师生的教与学创建了先进、开放的理论教学和实践教学的多层次网络教学环境。

2 建设制造技术基础课程网络教学资源

根据国家高等教育改革的精神,本着夯实基础、注重实践、强化素质的原则,锻造厚基础、宽口径、强能力的创新型人才培养模式,率先进行改革,将原来的《机械制造工艺学》、《金属切削原理》和《金属切削机床概论》三门课的内容进行整合,形成了一门主干技术基础课——《制造技术基础》。该课程为全校机械类和近机类各专业开设,授课对象面向全校五个学院十余个专业的本科生 (1000～1300人/年)。课程教学具有实践性强和应用性强等特点。

课题组以制造技术基础课程教学改革为出发点,提出了立足课程教学改革、强化培养工程实践能力的教学理念,将理论性教学、实践性教学和设计性教学的教学内容优化,探索各教学环节的更新结合点和延伸区,使其互为联系与补充。在强化基本技能训练的同时,增强教学内容的先进性与实用性。优化整合教学内容之间纵横交错的有机联系,符合学生从感性到理性的认知规律,以达到最佳的教学效果。实验教学是理论教学的补充和拓展,是培养学生动手能力、综合应用能力的重要环节,它把实践性、应用性强的重要教学内容安排在实践环节中进一步学习训练,注重培养学生的工程意识和创新设计能力。

课程组在教学内容改革的基础上,积极开展“制造技术基础”课程各个教学环节的网络教学资源建设,提出并实施了多环节的网络互动教学方案。建设内涵丰富的课程网络教学系统和课程双语教学网络教学系统,系统包括课程教学大纲、教学日历、教学指导、授课教案、课程CAI、参考试卷、课后习题、教学录像;实验教学大纲、实验项目设置、实验安排、实验原理、实验指导、实验课件、实验思考题;课程实习教学大纲、实习安排、实习内容、实习指导、实习典型零件工艺及部件装配工艺、实习思考题;课程设计教学大纲、课程设计安排、课程设计内容要求、课程设计指导、课程设计资料库、课程设计典型实例库等。学生根据个人情况可以利用校园网络,得到多样化的教学信息,可以自主预习和复习与本课程相关的学习内容,自主调节学习内容和学习进度。提高了学生应用先进技术和工具解决工程问题的能力。为培养学生独立解决问题的能力和创新能力提供了一个开放的学习环境,使得学生的学习效率和学习效果大为提高。

3 开展制造技术基础课程网络互动教学

网络互动教学是一种以学生为主体,增强师生间的双向互动、学生间的横向互动和“人—机”交互的学生自主学习的教学模式[2]。吉林大学机械基础实验示范教学中心,针对课程的各环节教学需要,建立了语言、视频、文本及图形批改的网络即时在线互动和网络论坛延时互动的两种教学模式。使得“制造技术基础”课程教学实现了以学生为中心的包括理论教学、实践教学和创新设计的多层次互动教学局面。通过利用网络技术,拓展教学的时间和空间,增强了互动教学的实时性和交互性,实现了基于校园网的资源共享。

“制造技术基础”课程实验实行“开放式”教学。学生以实验小组为单位在校园网上自由预约实验时间并选择实验项目,把实验教学过程转变为学生自我学习和应用的过程。教师在实验过程中进行指导,学生自主完成实验,锻炼了学生的实际动手能力,提高了学生在学习中独立获取知识的能力[3]。课程配套的“数控车削、铣削加工的CAD/CAM综合实验”,充分利用校园网络资源,以CATIA为平台,将虚拟设计、仿真加工与实际切削加工相结合,学生通过网络将设计作品上传给任课教师,教师网上在线以“星级”方式给予设计方案质量评定,并以增加星级为手段激发学生的学习兴趣与竞争意识,促使学生自主完善实验设计;最后,通过网络远程机床通讯设备最终实现数控机床实际切削加工。通过此项实验,使学生切身体验了网络化的制造过程,有效地提高了教学质量和学生的工程实践能力。

课程组研制了生产实习网络考试系统,该试点采用生产实习网络考试系统进行实践能力考核,使考核成绩客观、真实,学生还可以主动通过网上自测了解实习的效果,有助于教师进一步引导实习进度。同时,可以减少教师用于评定学生成绩的工作量,有效提高教学效益。

课程设计网络互动教学将工程设计与计算机网络两者结合,为学生创建了一个自主学习、协同设计、资源共享、相互交流的开放式学习环境。课程组改革制造技术基础课程设计教学内容,建立了基于网络的课程设计教学体系。课程设计以先进的三维设计软件系统CATIA为平台,将现代三维设计理念全面引入专用机床夹具课程设计过程,对二维设计时代陈旧的课程设计环节进行了整体优化,利用校园网络和课程设计网络教学系统,建立了全新的基于三维的设计、装配和工程制图的课程设计体系。通过网络系统的设计导航、设计实例、网络设计资料以及教师在线答疑指导系统等途径支撑课程设计的正常进行,配合教师现场指导和工艺审查制度对学生设计质量进行把关,并通过网络FTP协议提交课程设计,最终经过答辩完成课程设计。经过几年的研制开发和不断扩充完善,使“制造技术基础课程设计网络教学系统”实现了机械三维CAD设计与网络教学的完美整合,使先进的设计和制造技术成为学生进行创造性学习和训练的技术平台。同时,通过工科基地建设创建了先进的课程设计教学环境,实现了6个班在课程设计专用机房同时进行课程设计,为师生提供了一个开放、创新的教学环境。

综上所述,吉林大学机械科学与工程学院“制造技术基础”课程组充分利用计算机技术和网络技术,结合课程教学内容、教学方法和教学环境的改革,积极开展了“制造技术基础”课程各个教学环节的网络教学资源建设,构建了课程的网络教学平台,开展多层次网络互动教学,有效地提高了课程的教学质量,对于培养学生现代化工程意识和工程实践能力及创新能力,起到了十分重要的作用。

[1]于骏一,邹青.机械制造技术基础[M].北京:机械工业出版社,2009.

[2]孙贵贤,陆剑峰.远程实训平台下实训互动功能的实现[C].同济大学CIMS研究中心,2009:368-369.

[3]买买提,玉素甫.网络教学和传统教学的互补性研究[J].计算机教育,2009(13).

[4]高福银.大学课堂教学互动策略探索[J].科技信息,2010(10):133-135.