機(jī)械設(shè)計(jì)課程實(shí)施研究型教學(xué)模式的探討

[摘要]以研究型教學(xué)模式為出發(fā)點(diǎn)，結(jié)合機(jī)械設(shè)計(jì)課程的教學(xué)特點(diǎn)，介紹了機(jī)械設(shè)計(jì)教學(xué)引入研究型教學(xué)模式的必要性。文章從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)手段幾個(gè)方面對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)課程的研究型教學(xué)模式進(jìn)行了剖析和探討，為高校中本門(mén)課程的教學(xué)改革以及培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維能力和科學(xué)研究能力提供參考。

[關(guān)鍵詞]機(jī)械設(shè)計(jì)，研究型教學(xué)，創(chuàng)新能力。

[中圖分類(lèi)號(hào)]TH12 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A[文章編號(hào)]1005-4634(2008)05-0440-03

機(jī)械設(shè)計(jì)課程是工科院校一門(mén)重要的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課，該課程的綜合性和實(shí)踐性都很強(qiáng)，它要求學(xué)生要具備將所學(xué)知識(shí)應(yīng)用到工程實(shí)踐中去的能力。但由于機(jī)械設(shè)計(jì)課程內(nèi)容的廣泛性與學(xué)時(shí)的局限性之間的矛盾，影響了學(xué)生掌握更多的有關(guān)機(jī)械設(shè)計(jì)知識(shí)，限制了學(xué)生分析、構(gòu)思和設(shè)計(jì)能力的培養(yǎng)。同時(shí)傳統(tǒng)的教學(xué)模式相對(duì)單一、學(xué)生理解費(fèi)力會(huì)使得學(xué)生對(duì)該門(mén)課程的學(xué)習(xí)失去信心，最終影響到學(xué)生的學(xué)習(xí)效果及工程素質(zhì)的培養(yǎng)。因此，針對(duì)傳統(tǒng)教學(xué)的不足，在機(jī)械設(shè)計(jì)教學(xué)中找出一種全新的教學(xué)理念是十分必要的。而研究型教學(xué)作為一種教學(xué)理念，是對(duì)應(yīng)于一般的以傳承知識(shí)為中心的傳授式教學(xué)而提出的，以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力為目的，融學(xué)習(xí)與研究為一體的教學(xué)體系，通過(guò)教學(xué)與研究、實(shí)踐的結(jié)合，引導(dǎo)學(xué)生創(chuàng)造性地運(yùn)用知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，自主地發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、研究問(wèn)題和解決問(wèn)題，在研討中積累知識(shí)、培養(yǎng)能力和鍛煉思維，同時(shí)養(yǎng)成科學(xué)研究的精神和科學(xué)態(tài)度[1]。本文基于研究型教學(xué)模式對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)課堂教學(xué)進(jìn)行以下幾個(gè)方面的探討，旨在培養(yǎng)和提高學(xué)生的創(chuàng)新能力。

1教學(xué)內(nèi)容強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)性與研究性

機(jī)械設(shè)計(jì)課程內(nèi)容多而雜，各部分相對(duì)比較獨(dú)立、零散，相互之間聯(lián)系差、重點(diǎn)不明顯，各種概念、名詞、公式、圖線、表格、數(shù)據(jù)眾多，一般性公式的推導(dǎo)過(guò)于冗長(zhǎng)，孤立的介紹各種機(jī)械零件的知識(shí)和設(shè)計(jì)方法，缺乏系統(tǒng)性和共性介紹，缺乏工程應(yīng)用實(shí)例和背景介紹。因此，不少學(xué)生在學(xué)習(xí)中有畏難情緒。為解決這一問(wèn)題，需要在吃透全部課程內(nèi)容基礎(chǔ)上進(jìn)行內(nèi)容的優(yōu)化整合，教師在組織教學(xué)活動(dòng)中，對(duì)不同的機(jī)械零部件進(jìn)行歸納與總結(jié)，找出課程的系統(tǒng)性和規(guī)律性，從而使學(xué)生掌握其基本內(nèi)容，同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生綜合分析的能力。

1.1課程內(nèi)容的系統(tǒng)性

從課程整體內(nèi)容來(lái)看，每一章基本上是研究一種機(jī)械傳動(dòng)或一種通用機(jī)械零部件。從單章內(nèi)容的組成上來(lái)看，可分為基本知識(shí)、基本理論和基本技能三個(gè)方面。從每章研究問(wèn)題的方法和步驟來(lái)看，大致可由二條線貫串起來(lái)：一條線是基本知識(shí)線，包括功能、特點(diǎn)、類(lèi)型、應(yīng)用與維護(hù)；另一條線是分析設(shè)計(jì)線，包括工作原理、失效形式、設(shè)計(jì)準(zhǔn)則、材料及熱處理選擇、受力分析、強(qiáng)度計(jì)算、設(shè)計(jì)步驟、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。由于各章研究的具體對(duì)象不同，其解決問(wèn)題的方法和步驟也不盡相同，但總的來(lái)講不會(huì)脫離這兩條線。在課程安排上，機(jī)械傳動(dòng)和機(jī)械零部件的講解按照這二條線組織教學(xué)，可使表面互不相關(guān)的、不同的機(jī)械傳動(dòng)和不同的機(jī)械零部件在設(shè)計(jì)思路上得到統(tǒng)一，從而加強(qiáng)課程的整體性、系統(tǒng)性，增強(qiáng)知識(shí)的邏輯性、條理性，消除零亂感，便于學(xué)生理解和掌握，使學(xué)生能將各部分內(nèi)容有機(jī)地串聯(lián)起來(lái)，成為一個(gè)整體。值得注意的是教師應(yīng)把授課重點(diǎn)放在分析設(shè)計(jì)線上，分析各個(gè)內(nèi)容之間的因果關(guān)系和相互影響，同時(shí)還要注意強(qiáng)調(diào)橫向進(jìn)行比較，即對(duì)不同的機(jī)械傳動(dòng)、不同的機(jī)械零部件之間的差別進(jìn)行強(qiáng)調(diào)，有利于培養(yǎng)學(xué)生綜合分析問(wèn)題的能力。

1.2課程內(nèi)容的研究性

學(xué)以致用是研究型教學(xué)追求的目標(biāo)。這就要求教師在設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容時(shí)，還應(yīng)以科研為先導(dǎo)，把科研引入教學(xué)，在教學(xué)內(nèi)容中反應(yīng)機(jī)械設(shè)計(jì)學(xué)科發(fā)展的前沿動(dòng)態(tài)和研究趨勢(shì)，充分體現(xiàn)機(jī)械設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容的研究性特點(diǎn)；另一方面需要指導(dǎo)和組織學(xué)生進(jìn)行研究性課題研究，研究性課題的設(shè)計(jì)更強(qiáng)調(diào)其可探索性、實(shí)踐運(yùn)用性和創(chuàng)新性。如組織學(xué)生閱讀與教學(xué)內(nèi)容相關(guān)的科研和教學(xué)論文，再結(jié)合教學(xué)內(nèi)容引導(dǎo)學(xué)生撰寫(xiě)科技小論文；組織學(xué)生到工廠參觀、調(diào)查，寫(xiě)出專(zhuān)題調(diào)查報(bào)告，提出改進(jìn)舊設(shè)備的方案和措施；在課程設(shè)計(jì)中鼓勵(lì)學(xué)生做有科研背景的題目，要求學(xué)生運(yùn)用三維軟件的零件設(shè)計(jì)和智能裝配功能，對(duì)機(jī)械進(jìn)行原理分析、動(dòng)態(tài)干涉檢查、運(yùn)動(dòng)過(guò)程模擬，并且要鼓勵(lì)學(xué)生拓展思維，大膽創(chuàng)新。

2教學(xué)方法強(qiáng)調(diào)互動(dòng)式與研討式

研究型教學(xué)需要活躍的課堂學(xué)術(shù)氛圍，為此課堂教學(xué)需要采用互動(dòng)式、研討式的教學(xué)方法，特別是要善于激發(fā)學(xué)生聽(tīng)課的熱情和積極性，使他們不僅帶著耳朵和眼睛上課，而且是帶著大腦上課[2]。

2.1如何實(shí)現(xiàn)互動(dòng)式教學(xué)

互動(dòng)式的教學(xué)方法，就是學(xué)生對(duì)老師提出的問(wèn)題要有響應(yīng)，學(xué)生和老師之間要有對(duì)話(huà)和交流，通過(guò)互動(dòng)式教學(xué)可以及時(shí)地了解學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解與掌握程度，隨時(shí)調(diào)整教學(xué)方式和節(jié)奏，確保學(xué)生能接受每一個(gè)新的知識(shí)點(diǎn)。互動(dòng)式教學(xué)方法與灌輸式教學(xué)方法最大的差別就是師生關(guān)系由單向傳授的關(guān)系轉(zhuǎn)變?yōu)殡p向互動(dòng)的關(guān)系，學(xué)生在課堂上思想不能開(kāi)小差，不知道教師在什么時(shí)候提問(wèn)，也不知道會(huì)問(wèn)些什么問(wèn)題，使學(xué)生在課堂上積極思考、主動(dòng)回答問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了教與學(xué)的互動(dòng)。

為實(shí)現(xiàn)互動(dòng)式教學(xué)，首先需要尊重學(xué)生在教學(xué)活動(dòng)中的主體地位，灌輸式教學(xué)方法強(qiáng)調(diào)教師在教學(xué)活動(dòng)中的主導(dǎo)作用，互動(dòng)式教學(xué)方法強(qiáng)調(diào)學(xué)生在教學(xué)活動(dòng)中的主體地位；其次需要精心設(shè)計(jì)能夠啟發(fā)學(xué)生思維的問(wèn)題，在不同的階段提不同的問(wèn)題，還要考慮在什么地方設(shè)疑，教師要善于引導(dǎo)[3]。例如當(dāng)講到齒輪傳動(dòng)可以把轉(zhuǎn)動(dòng)變成直線移動(dòng)時(shí)，可以提問(wèn)還有沒(méi)有其它傳動(dòng)形式也能達(dá)到相同目的呢？這樣就會(huì)把帶傳動(dòng)、鏈傳動(dòng)、螺旋傳動(dòng)等和齒輪齒條傳動(dòng)聯(lián)系在一起了。通過(guò)不同傳動(dòng)方式的想象和重新組合搭配，就可以得到兩個(gè)或更多可能的答案、設(shè)想或解決方式，為機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)提供多種可能。所以教師在課堂上不只是傳授知識(shí)，更重要的是引導(dǎo)學(xué)生去探索未知領(lǐng)域，在學(xué)習(xí)中學(xué)會(huì)發(fā)現(xiàn)和創(chuàng)新。

2.2如何實(shí)現(xiàn)研討式教學(xué)

問(wèn)題提出后，接下來(lái)就是分析問(wèn)題和解決問(wèn)題。研究型教學(xué)模式的特點(diǎn)之一就是重視對(duì)問(wèn)題的探究，通過(guò)對(duì)重大實(shí)際問(wèn)題和理論問(wèn)題的研討、探究，使學(xué)生獲得相關(guān)知識(shí)，實(shí)現(xiàn)理論與實(shí)踐相結(jié)合；提倡和鼓勵(lì)爭(zhēng)論，允許懷疑，倡導(dǎo)標(biāo)新立異，不求答案的唯一性。解決問(wèn)題的過(guò)程中，先有定性分析，在定性分析的基礎(chǔ)上再作定量分析，再就是要有結(jié)論和討論，討論可以是有結(jié)論的，也可以是沒(méi)有結(jié)論的，沒(méi)有結(jié)論的就要學(xué)生自己去思考。通過(guò)討論使學(xué)生明白有些結(jié)論的局限性，逐步培養(yǎng)學(xué)生敢于提出問(wèn)題，敢于表達(dá)自己的觀點(diǎn)。例如當(dāng)課程講到提高螺栓聯(lián)接疲勞強(qiáng)度的措施一節(jié)時(shí)，可以讓學(xué)生討論對(duì)于受軸向變載荷作用的氣缸蓋螺栓組聯(lián)接，在靜強(qiáng)度滿(mǎn)足的情況下，螺栓是粗容易斷裂還是細(xì)容易斷裂？討論開(kāi)始一部分同學(xué)認(rèn)為螺栓越粗越容易斷裂，另一部分同學(xué)卻認(rèn)為螺栓越細(xì)越容易斷裂，為什么？后一部分同學(xué)通過(guò)理論公式證明減小螺栓剛度可以提高螺栓聯(lián)接的疲勞強(qiáng)度，從而出現(xiàn)了腰狀桿螺栓和空心螺栓的設(shè)計(jì)[4]。像這樣結(jié)合工程實(shí)際問(wèn)題的研究討論，一方面會(huì)引起學(xué)生的好奇心和探索欲；另一方面，也給學(xué)生留下了足夠多的時(shí)間去探究原因，這對(duì)愛(ài)動(dòng)腦筋?lèi)?ài)鉆研的學(xué)生來(lái)講是一次很好的鍛煉機(jī)會(huì)，進(jìn)而增加學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，激發(fā)他們的想象力與創(chuàng)造力。

3教學(xué)手段強(qiáng)調(diào)先進(jìn)性

機(jī)械設(shè)計(jì)中一些抽象的概念、一些具體零件的結(jié)構(gòu)組成，單憑教師口頭講解未必能使學(xué)生真正領(lǐng)會(huì)其內(nèi)在實(shí)質(zhì)，若恰當(dāng)采用先進(jìn)的多媒體教學(xué)手段，可以展示各類(lèi)不易觀察的零件內(nèi)部結(jié)構(gòu)與動(dòng)態(tài)特征，機(jī)械設(shè)計(jì)多媒體課件精選了大量機(jī)械產(chǎn)品的應(yīng)用實(shí)例照片和錄像，內(nèi)容涉及機(jī)械制造、工程機(jī)械、建筑機(jī)械、輕工機(jī)械等，使學(xué)生認(rèn)識(shí)、了解進(jìn)而理解這些機(jī)械產(chǎn)品的工作原理、組成與特征等，充分發(fā)揮了視覺(jué)和聽(tīng)覺(jué)有機(jī)結(jié)合的綜合優(yōu)勢(shì)。先進(jìn)的教學(xué)手段可以幫助解決以下幾個(gè)問(wèn)題。

3.1解決傳統(tǒng)教學(xué)中的講授難點(diǎn)

CAI課件可以發(fā)揮多媒體的綜合優(yōu)勢(shì)，重點(diǎn)解決傳統(tǒng)教學(xué)中的講授難點(diǎn)。例如，利用CAI的動(dòng)態(tài)圖形畫(huà)面，再現(xiàn)帶傳動(dòng)在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的應(yīng)力變化及分布情況。將一些黑板教學(xué)不易描述講清，學(xué)生難以理解，實(shí)驗(yàn)中又看不到的現(xiàn)象，直觀而形象地展示出來(lái)。使用課件授課教師講解省力，學(xué)生又感到形象生動(dòng)，使學(xué)習(xí)由難變易。

3.2變枯燥的結(jié)構(gòu)內(nèi)容為形象內(nèi)容

機(jī)械設(shè)計(jì)是一門(mén)綜合能力的培養(yǎng)課，包括培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用強(qiáng)度等理論對(duì)零件進(jìn)行計(jì)算的能力、運(yùn)用手冊(cè)資料的能力及對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的能力。學(xué)生在這三項(xiàng)能力中結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的能力最差。許多學(xué)生想象不出各類(lèi)軸轂聯(lián)接的結(jié)構(gòu)形式，看不懂聯(lián)軸器、離合器的結(jié)構(gòu)圖，更難理解其動(dòng)作過(guò)程。而多媒體技術(shù)以動(dòng)畫(huà)、虛擬現(xiàn)實(shí)等多種方式，突出零部件的結(jié)構(gòu)實(shí)質(zhì)，演示零部件的結(jié)構(gòu)和裝配過(guò)程，凡涉及機(jī)械結(jié)構(gòu)的內(nèi)容，先看實(shí)體動(dòng)畫(huà)，在學(xué)生有了感性認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上，再講解工作原理和特點(diǎn)，使枯燥、乏味的結(jié)構(gòu)內(nèi)容轉(zhuǎn)化為形象、有趣的動(dòng)感內(nèi)容，增強(qiáng)了學(xué)生對(duì)零件結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)。

3.3啟發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新能力

將自編的動(dòng)畫(huà)軟件應(yīng)用于教學(xué)中，能將抽象的知識(shí)轉(zhuǎn)化成看得見(jiàn)、摸得著、容易理解的知識(shí)[5]。如在講到“蝸輪蝸桿傳動(dòng)”這節(jié)內(nèi)容時(shí)，單憑書(shū)上的平面示意圖對(duì)蝸輪蝸桿的結(jié)構(gòu)無(wú)法講解清楚，就更不用說(shuō)講解傳動(dòng)的工作原理了。采用形象逼真的蝸輪蝸桿動(dòng)畫(huà)軟件來(lái)輔助講解，能提高學(xué)生的理解程度，從而也提高了授課效率。在教學(xué)過(guò)程中，將一些動(dòng)畫(huà)模型軟件在課堂上當(dāng)場(chǎng)演示給學(xué)生觀看，大大激發(fā)他們的學(xué)習(xí)、創(chuàng)作熱情，并能引導(dǎo)他們積極地投入到科研中去，使他們不只是為考試而學(xué)習(xí)，有利于挖掘出他們的內(nèi)在潛力。

機(jī)械設(shè)計(jì)課程采用研究型教學(xué)模式是回歸教育理念、促進(jìn)學(xué)生全面發(fā)展的重要舉措；研究型教學(xué)模式體現(xiàn)了寓教于研的核心思想，它以教育理念的創(chuàng)新，推動(dòng)教育內(nèi)容、教育方法以及教育手段的全面創(chuàng)新；它以學(xué)生為主體，實(shí)行邊學(xué)習(xí)、邊研究、邊實(shí)踐的教育過(guò)程，有利于更好地培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力以及創(chuàng)新設(shè)計(jì)和科學(xué)研究的能力，從而取得良好的教學(xué)效果。

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