数字化背景下机械类专业课教学教革

倪春芳

摘 要：在数字化背景下，出现了三维数字化技术，在机械类专业课教学中应用其技术，能够有效推动机械类专业课教学改革，使得学生真正理解和掌握机械知识，并将所学知识灵活运用到实际工作中。本文阐述了机械类专业课教学中应用数字化技术的价值，分析发现机械类专业课教学存在教学方法单一，学生学习兴趣比较低、教材内容落后，缺乏实践教学、学生课程设计的主观能动性比较低等问题，进而影响着机械类专业课教学质量和改革。针对现状提出了在数字化背景下机械类专业课教学改革的优化策略，为教学教革提供借鉴。

关键词：数字化 机械类 专业课 教学教革

1 引言

在机械类专业课教学改革中离不开知识、方法、思维等方面的创新，工程教育专业认证实工程教育的发展趋势，在机械类专业工程教育专业认证标准中工程实践类课程是非常重要的一部分，在教育中应该将成果导向作为教育理念，引发学生的学习兴趣，锻炼学生实践动手能力，培养学生综合素质，提高学生理论和解决实际问题的能力。传统机械类专业课教学主要是理论知识结合二维平面图为学生讲解，随着时代的不断发展，传统模式已经不能满足企业对机械设计人员的发展需求。而在教学中广泛应用三维数字化技术创新机械产品设计观念、形式、方法有效改善企业对机械人才的需求问题。通过立体模型开展模拟装配、干涉检查、机构分析，并及时进行动态化的修改和调整，有效避免大方向的设计更改，有效提升机械产品设计质量，缩短机械产品的研发实践，为企业节省产品设计成本，提升企业的经济效益。机械类专业课主要包含机械制图、机械设计、机械制造技术、材料力学、液压与气压传动等内容，在实际教学中应该引导学生认识和了解机械产品的原理和结构，合理配置和优化教学资源，创新教学方法，有效促进机械类专业课教学改革。

2 机械类专业课教学中应用数字化技术的价值

数字化主要是通过仪器、软件对模型进行创建、修改、分析、完善等，使得设计产品满足客户使用需求，由于机械类专业课的知识比较深奥，单一学习课本知识，不能达到预期的教学效果，还有可能会降低学生的学习兴趣。而在数字化背景下，借助数字化技术可以将复杂、深奥的专业知识以更加直观、更加形象的方式展示给学生，使得学生能够更加全面了解和学习机械类专业知识，并能够学以致用。在实际教学中教师应该清楚意识到数学化技术在机械类专业课中的价值，积极转变自身教育理念，树立以生为本的观念，并真正落实在教学改革当中，有效提高机械类专业课教学改革效果。能够有效转变学生被动学习的局面，打破学生形式化学习的现象，让学生真正融入到教学课堂中，成为教学中的主体，基于数字化背景下，加深学生对机械类专业课知识的理解，提升学生对数学化技术的运用能力和机械设计制造能力，有效促进机械类专业课教学质量的提升。另外，应用数字化技术可以创新机械类专业课的教学方法，丰富教学内容，引导学生积极主动学习现代化的机械专业知识，满足现代企业对機械人才的需求，让学生在机械设计与制造工作中能够灵活运用所学的数学化技术，实现机械设计与制造的创新性，促进我国机械行业的可持续化发展。

3 机械类专业课教学存在的问题

3.1 教学方法单一，学生学习兴趣比较低

在机械类专业课教学中教师一般是采用讲解示范、照本宣科的方法为学生讲解知识，教学方法比较单一，使得教学发展受到一定的局限性。在时代不断变化下，学生的生活方式和学习习惯有着很大的变化，通过各大网络平台获取大量和机械相关的知识，使得学生对于段子设备的依赖性比较高，主要是获取的知识比教材内容更加生动、有趣，更加愿意学习知识，而在教学中教师没有充分发挥数学化技术，使得课堂教学氛围比较枯燥、乏味，学生的学习兴趣比较低，参与课堂活动性不高，进而影响着教学效果。

3.2 教材内容落后，缺乏实践教学

随着时代的不断发展，机械行业出现了很大的变革，使得现在机械类专业课教学中的部分内容不能满足行业发展需求，在实际教学中以传统教材为主，导致学生的就业能力比较低，不符合未来工作岗位需求，面对工作中的问题不能运用所学知识去解决，学校没有清楚认识到更新教材内容对于学生的重要性，在教学中教师只是根据教学内容为学生讲解，没有让学生深入理解和掌握所讲知识，导致教学质量比较低。由于机械类专业课具有很强的实践性，由于多种因素没有为学生提供良好的实训平台，没有将理论和实践相结合，在教学中不过于注重讲解理论知识，忽视了实践教学，导致学生看着教师进行讲解示范，缺乏实践机会，使得学生理论学习效果不高，实践能力不足，进而影响学生的发展。

3.3 学生课程设计的主观能动性比较低

大多数学生在进行机械课程设计时主要是以模仿为主，没有充分发挥自身的主观能动性，只是根据教师布置的任务被动的进行设计，没有积极展开思考，忽视了创新性思维，存在很严重的抄袭问题，虽然针对抄袭问题，教师要求学生图纸使用手绘说明书，但是手写所需要花费大量时间，学生的设计效率比较低，并且修改设计也比较困难，导致学生的机械学习兴趣越来越低，学生的学习效果非常不理想。并且手绘课程设计和社会、企业的实际发展存在脱节现象，其培养出来的机械人才不能满足社会、企业的需求，没有结合实际机械岗位培养人才，没有借助计算机开展课程设计，使得创新性人才的培养受到一定的局限性。

4 数字化背景下机械类专业课教学教革的策略

4.1 创新教学方法，以信息技术开展课程设计

传统机械类专业课教学方法不能满足现代企业对机械人才的需求，在数学化背景下，教师应该充分发挥数学化技术的作用，积极创新教学方法，以信息技术开展课程设计，结合学生的学习兴趣和实际需求制定合理的教学方法，不仅让学生全面掌握机械专业知识，还增加教学课堂中的趣味性，激发学生的学习兴趣，培养学生自主学习意识。机械类专业课教学中主干教学课程有机械原理、机械设计、机械流体转动等，教师不仅要传授学生理论课程，还要通过课程设计加强学生的设计能力。在实际教学中教师应该融入典型零部件、典型结构的运动仿真动画和虚拟加工过程动画，先讲解设计中包含的典型传动机构，并展示实体图，为学生介绍零部件的设计思路和内容，使得学生能够进一步认识机械零部件。在教师的帮助下，学生掌握机械设计方法，并根据工程需求设计合理、高效的机械，使得学生能够灵活运用所学的知识，提升学生的实践运用能力。教师利用信息技术为学生展示虚拟加工与设计动画视频，激发学生的学习积极性和主动性，深化学生对机械专业知识的认识和理解，提高教学质量，促进机械类专业课教学改革的进展。另外，教师还应该积极开展创新设计竞赛，鼓励学生利用数学化技术进行动态虚拟实验，让学生针对一些典型传动机构设计为主的机械进行创新，如：蜗轮蜗杆、齿轮等，将学生划分为小组进行讨论和分析，并提出设计方案，针对设计内容、方案比较新颖的课题教师可以帮助学生进行申报，锻炼学生的三维能力和创新能力，深化学生对数字化技术的应用，并通过数字化技术设计和制造出优质的模型，有效提升学生机械学习的动力。

4.2 注重制图类教学改革，培养学生三维思维能力

在机械类专业课程中工程图学是非常重要的一部分，是学生学好机械专业的基础，在新工科的不断发展下，更加注重学生的创新、实践、空间想象等方面的能力，在工程图学课程中主要从徒手绘构型设计图、三维建模基础、徒手绘零件草图、单位数字建模扩展、计算机绘制二维图等方面培养學生的创新设计能力和图形表达能力，使得学生更加符合新工科的人才需求。在工程图学课程中穿插二维图形、和三维结构的转化，读图、画图过程中都会运用到三维实体，在实际课堂中融入三维数字化技术和虚拟现实技术，能够有效降低学生学习专业知识的难度，通过三维建模软件和虚拟仿真平台为学生提供更加形象、直观的专业知识，调动学生的学习积极性和主动性，在讲解《组合体的组成》知识时，教师可以直接利用三维软件构建组合体，通过爆炸功能，直接将组合体分解成各个零部件，使得学生更加快速理解组合体的组成，锻炼学生的三维思维能力。针对教材中的插图和例题可以充分发挥VR技术的作用，设计虚拟三维立体模型图，学生通过手机扫描模型图可以直接观看到整个机械图示。应用VR技术能够丰富教学内容，培养学生三维思维能力，让学生在立体、组合体的基础上进行创意机械结构设计，提升学生的机械绘图能力和实践运用能力，促进机械类专业课程教学改革效果。

4.3 创新活动中应用数字化技术

在学生的创新活动中融入三维数字化技术是机械类专业课教学改革的重点内容，如果学生的设计思想和方式没有及时与时俱进，一直停留在传统模式当中则会阻碍学生的创新发展，导致学生不能达到工程认证体系的标准，不能满足现代企业所需的创新型机械类人才，使得学生不能充分发挥自身价值，学校培养人才价值大大降低。在教学改革中教师应该积极开展各类创新活动，并将三维数字化技术应用到创新活动当中，可以通过机械比赛的方式，如：机械创新设计大赛、先进成图技术与产品信息建模创新大赛、化工设计大赛、三维数字化设计大赛、大学生创新创业项目等，加深学生对三维数字技术的运用，利用数字化技术明确方案、虚拟加工零件、装配仿真、运动仿真、有限元件仿真等，有效提升学生的机械创新能力，提高创新设计质量。

4.4 加强毕业设计内容改革，锻炼学生工程意识和创新能力

在机械类专业课教学改革中教师应该通过三维数字化技术引导学生进行毕业设计创新，加强学生毕业设计内容的创新，锻炼学生的工程意识和创新能力，使得学生能够利用三维数字技术设计科研课题，不仅提升学生毕业设计效果，还能够提升机械类专业课教学改革的效果。在学生具备一定创新能力后，鼓励学生对现有的各种机械和机械设计方式进行创新，加强学生的机械技术能力，提升机械类专业课教学质量，使得学生成为国家、社会、行业所需要的创新型、实用性的机械类人才。在改革中，教师应该对学生毕业设计选题进行创新设计，引导学生从多个角度设计机械项目，并形成完整的设计流程，如：产品概念构思、确定方案、设计计算、优化仿真、样机制作、总结成果、发表论文专利，有效提升学生的毕业设计质量和创新能力。积极开展毕业设计创新PK赛，鼓励学生积极参与，指出创新产品设计优秀的地方，综合评价学生设计作品，找出创新性高的设计，激发学生的好胜欲望，让学生投入更多的精力在毕业设计创新当中，避免学生毕业设计内容固化，毕业设计结果单一，严重影响着学生的创新发展。在数学化背景下学生利用三维数字化技术进行机械产品的创新设计和宣传，有利于学生积极表达自身见解，并进行创新性、新颖性的产品设计与制造，通过学生的创新想法和设计，促进机械类专业课的数学化教学发展。

4.5 实行多元化的教学评价方式

传统的机械类专业课教学评价方式已经不能满足现代教育理念，不能真正体现学生的机械水平，由于机械类专业课属于实践性课程，应该注重培养学生实践能力，，通过实践过程可以反映出学生处理工程问题时的能力，在改革中教师应该注重教学评价方式的多元化，不仅实行教师评价，还可以增加学生自评、学生互评，使得学生获得的评价更加客观、全面，能够真正认识到自身学习过程中的优点和不足之处，对于其他学生的评价应该虚心接受，并及时改正，有效提升学生的专业知识和能力，使得学生能够灵活运用三维数字化技术开展机械设计与制造，提高机械项目的创新性、实用性、高效性。根据不同类型的课程设计教学目标，利用在线考核、虚拟教学等形式，结合实践教学内容的完成度，从个人能力提升、团队协作精神、技术指标、非集输指标、解决问题能力和方法等多个方面进行考核，进而根据评价标准给出具体的评价结果，评价内容不仅包含理论知识，还应该包含实践过程、实践结果、创新竞赛、学生课堂表现等多个方面，调动学生的学习积极性和主动性，尊重学生之间的差异性，引导学生在学习中加强三维数字化技术的应用，使得学生进一步理解和掌握各种机械类专业课的知识和技能，并将所学知识和实践相结合，有效提升机械设计的质量。

5 结语

综上所述，基于数字化背景下机械类专业课教学改革应该积极创新教学方法，以信息技术开展课程设计，注重制图类教学改革，培养学生三维思维能力，在各类创新活动中应用数字化技术，加强毕业设计内容改革，锻炼学生工程意识和创新能力，实行多元化的教学评价方式，使得学生的评价更加全面，促进学生的全面发展，为社会培养更多机械类人才，促进机械行业的长远发展。

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