試論《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》課程的學(xué)科指導(dǎo)思想

摘要：筆者在長期教學(xué)實(shí)踐的過程中，總結(jié)出一套行之有效的《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》課程教學(xué)的學(xué)科指導(dǎo)思想及理論，即在教學(xué)過程中圍繞一個(gè)中心，夯實(shí)兩個(gè)基礎(chǔ)，把握一個(gè)綜合訓(xùn)練環(huán)節(jié)，實(shí)施“五位一體”的教學(xué)模式。文章圍繞其學(xué)科指導(dǎo)思想，詳盡地展開論述，旨在提高學(xué)科教學(xué)水平，促進(jìn)課程建設(shè)。

關(guān)鍵詞：《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》課程；教學(xué)過程；學(xué)科指導(dǎo)思想

《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》課程是工科類院校相關(guān)專業(yè)的一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，課程闡述了常用機(jī)構(gòu)和通用零件的設(shè)計(jì)理論。通過長期的教學(xué)實(shí)踐，我們總結(jié)出一套進(jìn)行該課程教學(xué)的學(xué)科指導(dǎo)思想，具體內(nèi)容是：在實(shí)施《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》課程的教學(xué)過程中，要始終圍繞培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計(jì)能力這一中心，夯實(shí)學(xué)生設(shè)計(jì)計(jì)算和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)兩個(gè)基礎(chǔ)，搞好課程設(shè)計(jì)這一綜合訓(xùn)練環(huán)節(jié)，做好理論授課、現(xiàn)場教學(xué)、動(dòng)畫演示、實(shí)驗(yàn)教學(xué)與制作“五位一體”的教學(xué)模式。課程組的教師在教學(xué)過程中，認(rèn)真貫徹其學(xué)科指導(dǎo)思想，收到了滿意的結(jié)果。現(xiàn)將本課程的學(xué)科指導(dǎo)思想闡述如下。

圍繞一個(gè)中心：培養(yǎng)學(xué)生的設(shè)計(jì)能力

在開設(shè)本課之前，學(xué)生只學(xué)過制圖、公差、金屬材料及熱處理、工程力學(xué)等課程。本課程的目的就是向?qū)W生講授如何進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)，教師要指導(dǎo)學(xué)生如何將前述課程的知識(shí)用于機(jī)械設(shè)計(jì)中，為后續(xù)專業(yè)課的學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。設(shè)計(jì)過程是一個(gè)創(chuàng)新的過程，即設(shè)計(jì)是為了達(dá)到預(yù)期目的改進(jìn)舊機(jī)械，創(chuàng)造新機(jī)械的過程。機(jī)械工程上涉及的零件、構(gòu)件錯(cuò)綜復(fù)雜。所以《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》包含門類繁多的構(gòu)件、機(jī)構(gòu)、零件。如果沒有一條清晰的主線，極容易使學(xué)生聽得無頭緒，造成理解上的混亂。所以在講授該課程時(shí)，要緊緊圍繞培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計(jì)能力這條主線。不管是什么類型的零件，都遵循著相同的基本設(shè)計(jì)程序，即按工況選擇零件類型，對零件進(jìn)行受力分析，選擇材料，確定是否熱處理，分析失效形式，計(jì)算關(guān)鍵尺寸，直到進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。如果教師按這條主線講授，學(xué)生按著這條

主線學(xué)習(xí)，就可以在繁多的理論中理出一條鮮明的脈絡(luò)，使教師講授有章可循，學(xué)生學(xué)習(xí)也帶有明確的條理性。

夯實(shí)兩個(gè)基礎(chǔ)：設(shè)計(jì)計(jì)算與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》課程有兩大基礎(chǔ)知識(shí)需要夯實(shí)：其中一個(gè)基礎(chǔ)知識(shí)是設(shè)計(jì)計(jì)算的基礎(chǔ)知識(shí)，其核心是針對設(shè)計(jì)對象的主要設(shè)計(jì)形式，確定設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，再通過相關(guān)的理論，或?qū)ξ粗脑O(shè)計(jì)對象進(jìn)行設(shè)計(jì)性計(jì)算，或?qū)σ阎脑O(shè)計(jì)對象進(jìn)行校核性計(jì)算。無論是設(shè)計(jì)性計(jì)算還是校核性計(jì)算，都是圍繞著設(shè)計(jì)對象的關(guān)鍵尺寸展開的。比如軸的危險(xiǎn)剖面直徑、帶傳動(dòng)中帶的根數(shù)、鏈傳動(dòng)傳遞的功率、齒輪齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算中的主動(dòng)輪分度圓直徑、齒輪齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算中的模數(shù)等。另一個(gè)基礎(chǔ)知識(shí)是設(shè)計(jì)對象的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，其核心是針對設(shè)計(jì)對象的定位、裝拆、加工、改善工作條件等大量的工藝以及其他諸方面的知識(shí)。在學(xué)習(xí)時(shí)，學(xué)生往往只注意（或過分注意）機(jī)械零件的設(shè)計(jì)計(jì)算，忽略（或輕視）機(jī)械零件結(jié)構(gòu)方面的設(shè)計(jì)，造成的結(jié)果是零件的關(guān)鍵尺寸或參數(shù)計(jì)算能力強(qiáng)，而零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能力弱，錯(cuò)誤頻出。比如普通螺栓聯(lián)接的過孔問題，軸上零件與軸的定位問題，軸承和軸系的定位問題，主從動(dòng)帶（鏈）輪的相互位置問題，軸開卸荷槽以及減少零件的應(yīng)力集中的問題等，在學(xué)生的畢業(yè)設(shè)計(jì)中全暴露了出來。以上問題，雖顯得細(xì)小繁雜，但對機(jī)械設(shè)計(jì)至關(guān)重要。

把握一個(gè)綜合訓(xùn)練環(huán)節(jié)：課程設(shè)計(jì)

《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》課程是由基礎(chǔ)課向?qū)I(yè)課過渡的橋梁課，多門課均交匯于該課程上。故講完本課程后，應(yīng)對學(xué)生進(jìn)行一次綜合性訓(xùn)練，這個(gè)環(huán)節(jié)就是課程設(shè)計(jì)。通過課程設(shè)計(jì)，可以使學(xué)生將機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)和相關(guān)課程的知識(shí)融會(huì)在一起，利用手冊、查閱資料，使用標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范自行設(shè)計(jì)簡單機(jī)械。教師通過講座，將設(shè)計(jì)任務(wù)下達(dá)給學(xué)生，指導(dǎo)學(xué)生按機(jī)械設(shè)計(jì)步驟進(jìn)行計(jì)算，畫草圖、裝配圖、零件圖，編制說明書最后完成答辯。這個(gè)過程還是圍繞培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計(jì)能力這個(gè)中心開展的，也是為將來學(xué)生的畢業(yè)設(shè)計(jì)以及參加工作后的實(shí)際設(shè)計(jì)進(jìn)行的首次演練。通過編寫說明書鍛煉學(xué)生的設(shè)計(jì)計(jì)算能力，通過繪制裝配圖和零件圖鍛煉學(xué)生的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能力，并且要把對學(xué)生這兩種能力的鍛煉有機(jī)地結(jié)合，用以提高學(xué)生的綜合設(shè)計(jì)能力。所以課程設(shè)計(jì)是繼《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》課程之后對學(xué)生設(shè)計(jì)能力的再提高。我們在指導(dǎo)學(xué)生課程設(shè)計(jì)中做到單題單做、手繪和機(jī)繪結(jié)合、教師指導(dǎo)與學(xué)生自行設(shè)計(jì)結(jié)合、參考資料與創(chuàng)新設(shè)計(jì)結(jié)合，取得了較好的效果。

實(shí)施“五位一體”的施教模式：理論講授、

現(xiàn)場教學(xué)、動(dòng)畫演示、實(shí)驗(yàn)教學(xué)及制作

通過長期的探索改革，我們走出了一塊黑板一只粉筆式的單一課堂講課的圈子，歸納出一套“五位一體”的施教模式，提高了教學(xué)質(zhì)量。

理論授課這是《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》課程的基本講授方式。由教師利用合適的教學(xué)方法（如比較法、歸納法、空白藝術(shù)等）在課堂上講授課程的基本概念、重點(diǎn)、難點(diǎn)。

現(xiàn)場教學(xué)剛剛接觸機(jī)械設(shè)計(jì)課的學(xué)生對課程中所涉及的各種機(jī)構(gòu)和零件缺乏感性認(rèn)識(shí)。若在理論授課的同時(shí)，安排必要的現(xiàn)場教學(xué)，則會(huì)起到事半功倍的效果。比如讓學(xué)生現(xiàn)場觀察牛頭刨床的工作過程，同時(shí)介紹曲柄搖桿機(jī)構(gòu)、棘輪機(jī)構(gòu)及螺旋傳動(dòng)機(jī)構(gòu)組成的牛頭刨床工作臺(tái)橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)的工作原理，由擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)組成的牛頭刨床滑枕移動(dòng)機(jī)構(gòu)的工作原理，然后再講授這些機(jī)構(gòu)相應(yīng)的理論知識(shí)。如不能去現(xiàn)場，盡量將實(shí)物擺在學(xué)生面前進(jìn)行講授。這樣的教學(xué)可使學(xué)生接受迅速、理解透徹、掌握牢固。

動(dòng)畫演示現(xiàn)代教學(xué)已非常廣泛地融入了多媒體課件技術(shù)。在《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》課程的教學(xué)中，應(yīng)將某些重點(diǎn)、難點(diǎn)制成Flash課件，用動(dòng)畫的形式演示給學(xué)生。比如槽輪機(jī)構(gòu)的工作原理、帶傳動(dòng)的彈性滑動(dòng)、鏈傳動(dòng)的多邊形效應(yīng)、齒輪嚙合過程的相對滑動(dòng)等等。這些內(nèi)容若只靠課堂講授，則顯得空乏費(fèi)解，利用Flash技術(shù)，將其轉(zhuǎn)換成動(dòng)畫演示，由此將空洞的靜態(tài)教學(xué)變?yōu)樾蜗蟮膭?dòng)態(tài)教學(xué)，讓學(xué)生聽得自然貼切，其思路會(huì)立刻融入到教師所講授的知識(shí)中。

實(shí)驗(yàn)教學(xué)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)本身就是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的課程。教師一定不要僅局限于課堂教學(xué)，還應(yīng)該重視課堂外的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)。除前面已陳述的現(xiàn)場教學(xué)外，實(shí)驗(yàn)教學(xué)亦是一種重要的實(shí)踐教學(xué)方式。通過實(shí)驗(yàn)教學(xué)，一方面使學(xué)生印證課堂上所講的理論知識(shí)，比如減速器裝拆及性能實(shí)驗(yàn)、彈簧的示性線測試實(shí)驗(yàn)等。另一方面也是更重要的是教會(huì)學(xué)生掌握一套完整的機(jī)械設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)方法，即掌握一套機(jī)械設(shè)計(jì)領(lǐng)域的基本的科學(xué)研究的手段，比如通過摩擦、磨損性能實(shí)驗(yàn)，由學(xué)生自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)程序，制作試件，調(diào)整實(shí)驗(yàn)設(shè)備，采集相關(guān)參數(shù)的數(shù)據(jù)。像這種綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)將為學(xué)生的今后提供可持續(xù)發(fā)展的動(dòng)力。

創(chuàng)新制作為了鞏固學(xué)生所學(xué)的知識(shí)，提高其設(shè)計(jì)能力，使他們既能動(dòng)腦又能動(dòng)手，而不是紙上談兵，我們把課上的教學(xué)和課外的制作結(jié)合起來，充分利用學(xué)生的課余時(shí)間，成立創(chuàng)新制作小組。小組由教師指導(dǎo)，讓學(xué)生自行設(shè)計(jì)簡單機(jī)械并且制作。課題來源可由教師提供，也可由學(xué)生自擬，題目內(nèi)容圍繞著教學(xué)所講授的知識(shí)和本專業(yè)的方向。我們指導(dǎo)學(xué)生成功制作了機(jī)器人、多功能水果剪刀、自動(dòng)保護(hù)攻絲裝置等，其中所做的機(jī)器人參加2004年CCTV杯全國第三屆大學(xué)生機(jī)器人大賽榮獲第三名，多功能水果剪刀在2005年也獲得天津市大學(xué)生“創(chuàng)新杯”競賽的一等獎(jiǎng)。在課外制作中，學(xué)生的意志品質(zhì)、團(tuán)隊(duì)精神、設(shè)計(jì)能力、技能技巧等都得到了提高。

在《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》教學(xué)中我們始終堅(jiān)持貫徹學(xué)科指導(dǎo)思想，收到較好的教學(xué)效果，學(xué)生的滿意率達(dá)90%以上。我們所教的《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》課程也被天津市教委評(píng)為2005年天津市級(jí)精品課程。在今后的教學(xué)實(shí)踐中，我們將進(jìn)一步完善課程的學(xué)科指導(dǎo)思想，提高教學(xué)質(zhì)量，為培養(yǎng)高素質(zhì)的全面發(fā)展的合格人才開展更深入的教學(xué)改革探索。□