機械設計課堂教學的改革和實踐

◆張莉

機械設計是機械類各專業的主干課程之一，是學生今后從事各項技術工作的重要基礎，也是培養學生機械創新能力的核心課程。通過本課程的學習，學生應該具備運用本課程的基本理論與基本設計方法，獨立完成簡單傳動裝置和簡單機械的設計能力。因此，為了增強這門課的教學效果，改變以往的課堂教學模式，對本門課程內容進行分析和重構，提出一些課堂教學改革的做法。

1 教學過程設計

機械設計課程主要研究常用、通用機械零部件的設計，但每類零部件都是相對獨立的，前后章節聯系不大，比如第5章是螺紋連接，第6章是鍵、花鍵、無鍵連接和銷連接，第7章是鉚接、焊接等，知識內容各不相同且不銜接，學生開始學習此門課時會感到零碎，而難以入門。

通過研究本門課每章節的內容特點，發現基本上每個零部件的學習過程都會研究該零件的主要失效形式，并對零件進行受力分析和強度計算，以及確定出零件的關鍵尺寸或選擇出零件尺寸。 因此，為了讓學生有效地掌握所學的內容和理論知識，在教學設計時，筆者以“失效形式——受力分析——強度計算——結構設計”作為貫穿整個教學過程的主線，突出重點，使學生對所學內容心中有數。無論學習哪種零部件的設計，若以此主線為綱，就便于入門、便于掌握。

2 多樣化教學方法的應用

機械設計內容比較繁雜，信息分散，計算公式比較多，特別是對一些重要概念、理論，僅用PPT和黑板結合方式進行講解，學生會覺得枯燥，注意力不易集中，導致對理論不理解。而且由于學生不是來自于工業生產第一線，沒有一定的工業技術背景，對零件的結構、材料、強度要求等方面缺乏感性認識。

因此在講解過程中適當加入演示法，使理論與實際聯系起來。比如：在講解螺栓強度計算時，結合螺栓事故現場的視頻，可吸引學生的注意力，提高學習興趣，使學生意識到螺栓強度計算的重要性；在講疲勞破壞時，引入1998年德國列車事故的視頻，直觀地加深學生對循環應力作用下零件會出現疲勞斷裂這種失效形式的理解，由感性認識上升為理論知識，對該知識點的印象深刻；在講解帶傳動的打滑時，通過Flash演示打滑的特性，增加學生的感性認識。通過這些教學手段，使深奧的理論知識得到簡化、直觀，使學生獲得最真切的感性和理性認識，能夠比較牢固地掌握一些基本理論和概念。

3 課內任務學習

教師在課堂上以講授為主，長時間滿堂灌時，學生的注意力下降，思想不易集中，理解能力也隨之降低。導致學生在學習新理論時，思維速度滯后于教師傳遞信息的速度，來不及仔細、深入思索，處于聽不太懂、記不太清的被動狀態。

因此，可以在課內以適當的時間，由教師主講變為與學生互動的方式，使學生對接受的信息進行一次由淺入深的再加工，對錯過的信息進行重新認識，這樣更有利于優化教學效果。比如在講授完相關知識點后，可利用適當的課堂時間與學生進行互動，如通過“螺紋聯接的類型和應用”任務，使學生具備常用螺紋連接的選用能力；通過“軸的應用與結構設計”任務，使學生具備軸結構設計和軸與軸上零件裝配的能力；通過“齒輪的參數與尺寸計算”任務，使學生具備認識齒輪各部分和進行齒輪結構尺寸計算的能力；等等。通過這些課內小任務，可將每次課的教學內容重點和難點突顯出來，使學生更容易把握所學知識的核心內容，目標明確，達到可以看得見的學習效果。

4 小組項目教學法

該教學方法的學習模式是由教師確立項目內容，全班分為多個學習小組，共同完成此任務。比如，本門課大部分內容講解完后，教師可布置多個設計項目，如進行X-Y送料裝置結構設計等小型的設計任務，學生自行分成4～5人的小組，每小組根據任務要求，對項目進行分析并確定出設計方案。然后，對設計進行介紹和原理說明，并由其他小組對設計進行討論和分析，確定其設計的可靠性和可行性。因此，小組項目教學法具有實用性和綜合性，可將以前學習的內容，即各類零部件的應用場所、設計、使用要求等進行融合，對本門課的離散性、零碎性的特點進行彌補，使學生能充分體會機械設計的樂趣，了解機械設計過程。

在小組項目教學過程中采取啟發式教學，學生是主體，教師以指導為輔，起到把握項目大方向和啟發學生的創新性思維的作用，在教師的指導下，學生具體完成機械結構方案的設計、零件類型選擇、結構設計等。通過項目設計的完成，可充分調動學生的自主性和合作性，為后期的機械設計課程設計及畢業設計打下基礎。

5 結論

采用上述的教學方法和教學形式，針對本門課對兩屆本科生進行了課堂教學模式改革，得到以下收獲。

1）本課程內容比較繁雜，知識點分散，在學生開始學這門課時，先梳理好學習本門課程的主線。在講解不同章節時，學生根據此主線學習不同的知識內容，覺得比較容易入門，對本課程的學習內容更加明確，而且也不易被本門課信息分散的特點所干擾。

2）在課程講解時，適當地加入一些演示方法，不僅活躍了課堂氣氛，使教學由教師滿堂講授的過程改變為生動趣味穿插的課堂教學過程，同時提升了學生的感性認識，并調動了他們的學習積極性。

3）在教師傳遞大量信息量后，學生來不及接收或理解教師傳遞來的信息，處于聽不太懂、記不太清的狀態。采用課內任務學習和完成一些小項目設計，可加深學生對本門課的基礎知識、基本原理的理解，提高學生分析問題和解決問題的能力。同時，促進學生綜合運用知識的能力，拓展學生創新的意識和能力。