機械設計課程研究性教學模式的實踐和探討

湯迎紅 明興祖

（湖南工業大學機械工程學院 湖南 株洲 412008）

1 研究性教學的內涵

研究型教學起源于美國著名心理學家杜威創立的“問題教學法”,成熟于克伯屈的“設計教學法”，經施瓦布總結，逐漸形成了研究型教學模式，也稱研討式教學模式[1]。研究型教學是一種以“學生為中心”的教學模式，教師以課程內容和學生的學識積累為基礎，引導學生創造性地運用知識和能力，自主地發現問題、研究問題和解決問題，在研討中積累知識、培養能力和鍛煉思維的新型教學模式。本文將從教學內容組織、教學模式改革、考核機制優化等方面闡述《機械設計》課程研究型教學模式。

2 教學內容的組織

2.1 教學內容的系統性

機械設計的內容非常繁雜，概念多、公式多，各章內容相對獨立，工程背景很強，學習起來比較費勁。這就需要教師在明確教學要求、吃透教學內容的基礎上優化整合教學內容，找出課程的系統性和規律性。機械設計課程的教學中,以通用零件作為研究對象,講授的基本思路是:零件的工作情況分析→失效形式分析→確定設計準則→設計計算(參數的選擇)→結構設計。在課堂教學中，重點講授的內容是機械設計的共性問題和典型零件設計的基本理論和方法。例如，對于“帶傳動”、“鏈傳動”、“齒輪傳動”、“蝸桿傳動”和“軸承”等典型通用零件，重點講授它們的基本設計理論和計算方法[2]。在講課的過程中要求同學們多對比，找共性，例如“帶傳動”、“鏈傳動”和“齒輪傳動”相互之間的工作環境及優缺點對比？齒輪傳動中“直齒輪”、“斜齒輪”是否可以歸為一類？斜齒輪傳動為什么比直齒輪傳動有優勢？有了直齒輪和斜齒輪傳動，為什么還需要蝸桿傳動、錐齒輪傳動？通過這些問題的提出，幫助學生更好、更深的掌握傳動基本知識。

2.2 教學內容的先進性

研究性教學，本身就是一個知識創新的過程。因此，要求學生應該是在系統介紹本學科經典理論的基礎上，將最新的、最前沿的研究陳果引入課堂，引發學生的討論和質疑，建立新思維、形成新觀念、新理論，培養學生的問題意識和批判精神。在教學的過程中結合具體內容，將多種現代設計方法引入到教學的過程中。例如在教學中通過展示減速箱的三維裝配及仿真模擬以及軸或齒輪FEA應力云圖，引入三維軟件應用及有限元分析的基礎知識；通過展示運用電子表格軟件Excel進行帶傳動的輔助計算設計，幫助同學們加快設計速度，減少設計誤差，更方便的調整設計參數。此外，通過介紹一些已經實現的計算機輔助設計實例，鼓勵學生課外利用VB、Matlab等語言自主開發通用零件的輔助設計軟件和機械優化方法計算軟件。先進設計方法和手段的介紹，旨在提高學生的設計創新能力和工程素質。

3 教學模式的改革

3.1 主體式教學

主體式教學讓學生盡可能真正作為主體參與教學活動的各個環節,以興趣、問題為導向，啟發、激勵學生的主動實踐意識，注重學生質疑力、觀察力等素質的培養，增加使學生獲得創新成果的機會[3]。在這一過程中，教師布置相關學生首先運用網絡、書刊、調查研究等手段收集和分析信息資料，并利用信息資料歸納出解決問題的思路或觀點；然后將自己的觀點在小組內進行交流，逐步豐富；最后，學生要把自己的收獲進行歸納、整理、總結，形成書面材料，并以口頭報告的形式，就有關內容向全班發表自己的看法和觀點。每個學生都有機會走上講臺，實現由“學習者”到“研究者”角色的轉換。例如筆者在滾動軸承的教學中，首先對同學們分組，要求他們查資料了解高速軸承在風力發電機、高速鐵路中等方面的應用以及跟蹤新型的軸承技術，學生很快就了解到軸承不僅僅有實心滾動體，也有空心圓柱滾子軸承以及最新提出的彈性復合圓柱滾子軸承，從而對軸承滾動體結構以及對應的設計計算準則有了較清晰的認識，極大地激發了他們主動探索軸承技術的興趣。另外在有些章節的教學中，我建議學生自學，例如“鍵聯接”、“銷聯接”，在自學的基礎上安排一兩次課進行答疑和提問。通過這樣的方式盡量將課堂時間還給學生，使他們成為課堂的真正主人，在培養探究能力的同時，也給他們提供了一個展示自我的平臺，學生的主體意識和個性發展便會得到促進，學生的創新意識和創新能力也就會在潛移默化中得以扎實提高。

3.2 啟發式教學

隨著現代教育觀念的普及，啟發式教學思想更加科學化，已經超越了方法層次，而上升為一種建立大現代教育理論基礎上的教學普遍法則。啟發式教學按照“教為學服務”的原則，從學員原有的認知結構出發，精選教學內容，創設問題情境，運用多種方法，喚起學員的學習興趣，誘發學員積極的同步思維，使其處于最佳的思維狀態[3]。例如：在學習機械疲勞強度時，列舉學生身邊熟悉的疲勞破壞的實例，例如提示姚明的腳傷是否為交變應力引發的疲勞破壞？包括同學們英俊帥氣的臉在歲月中老去是否也類似如此？在 “軸”這一章節，解釋有傳動路線經過的軸段才受到轉矩的作用時，用生活中檸毛巾的現象說明：只有受到扭矩的兩手之間毛巾才被擰干。

3.3 研討式教學

機械設計課程設計涉及知識面廣，除了機械設計的基本理論和方法外，還涉及到公差、加工制造、制圖、材料及材料力學的諸多知識，學生普遍感到難度大，所完成的課程設計作業問題較多。為了較好的解決這個問題，首先調整授課順序，結合課程設計順序安排教學，先講帶傳動、齒輪傳動、軸、滾動軸承等章節，并且提前布置的課程設計任務，在每個章節根據課程設計的內容完成對應的設計題目，這樣老師和學生都有充分的時間更好的完成這項學習要求。課程設計分組時一般以學生以寢室為單位，集體設計討論，每完成一個階段的設計計算，就組織一次課堂報告，并由部分學生代表和指導老師組成評委當場提問并進行評分，及時解決設計中存在的問題。為提高圖紙的質量，指導老師組織對部分圖紙進行集中點評，和學生一起來找問題。作為指導老師只進行提示性解答。例如針對轉配圖中的尺寸標注，可以提示“裝配圖中應該標注哪些尺寸？”，具體的答案由學生給出。在指導的過程中，考慮到學生班級人數較多，可以考慮多名老師參與指導，建議每位老師具體指導的學生不超過十人。實踐表明，這種討論形式，激活了學生思維，深化他們對問題理解，同時，在這一環節中，通過交流、研討，同學們逐步學會客觀分析和辯證思考，逐步養成敢于質疑的良好思維品質。

4 評價考核機制的優化

在學生的學習成績評定中，改變期末書面考試一次定終身的做法，將考試貫穿于機械設計課程的全過程，加大平時成績所占比例，平時成績的評定與學生平時參與教學過程、科研實踐活動、各種機械設計大賽掛鉤。在考試方法上打破傳統的閉卷考試方式，變單一的知識點測試為主體的能力測試，充分發揮學生的優勢和潛能。這樣可以加強對學生學習過程和應用能力的檢查與評定，克服傳統考試中題目的限時性、定向性、唯一性、單純性的弊端,突出培養學生的能力,激發學生的學習自主性,鼓勵學生的個性發展以及培養其創新意識和創造能力,避免學生處于被動學習的狀態和陷入考前突擊的誤區[4]。

5 結束語

研究型教學是教師帶領學生以探索未來或未知問題為主,主要培養訓練未來人文社會觀念和全面能力(簡稱PHA教育模式)[5]。實現這一目標的過程中關鍵是教師，教師的教學以研究型為主，在研究型教學的處于主導地位,從傳統傳授知識的角色轉化為傳授學習方法和科學研究方法、傳授科學觀和科學態度的角色，從教育者角色轉變成學習者、創造者的角色。學生的學習以研究型學習為主，在研究型教學的處于主體地位。學生在教師的指導下以類似科學研究的方法進行主動學習，主動的發現問題,設計解決問題的最佳方案,在學習的過程中形成科學態度和創新品格，形成良好的社會責任心和專業事業心。

[1]郭海濤，王曉明，張丙芳加強研究型教學,培養創新型人才張榮懷[J].山西醫科大學學報:基礎醫學教育版，2010,5(12)5)：481-482.

[2]龍有亮，談機械設計課程教學的方法和藝術[J].廣西大學學報，2008(5)：43-44.

[3]張文娜，熊飛麗，研究型教學模式實踐與探討——基于《傳感器與測試技術》[J].當代教育論壇，2011，3：50-52.

[4]黃秀琴，“機械設計”課程教學改革的研究與實踐[J].常州工學院學報，2006，6(19)79-81.

[5]李樂山，高等學校進行研究型教學的方法與意義[J].西安交通大學學報：社會科學版，2008，1(28)92-96.