工程案例教學在機械設計教學中的應用

摘要：通過分析高校機械設計課程的特點、任務和作用，并結合工程案例的特點，制定出機械設計課程工程案例教學的步驟，并結合教學實踐以升降機為例講解工程案例教學在機械設計教學中的實施過程。通過教學實踐表明工程案例教學效果很好并可提高學生三個方面的能力，即有利于提高學生理論聯系實踐的能力，有利于提高學生分析、解決問題的能力，有利于提高學生機械創新設計能力。

關鍵詞：工程案例教學；機械設計；應用

作者簡介：于克強（1978-），男，黑龍江海林人，黑龍江科技大學機械工程學院，講師；陳國輝（1979-），男，山東煙臺人，黑龍江科技大學機械工程學院，講師。（黑龍江 哈爾濱 150022）

基金項目：本文系黑龍江科技大學教學研究項目（項目編號：JY13-66）的研究成果。

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2013）19-0080-02

機械設計課程是高等工科學校機械類本科專業的一門主干技術基礎課，是學習專業課程和從事機械產品設計的必備基礎。它對后續相關專業課程的學習起到了承上啟下的作用。本課程以機械系統設計為主線，打破傳統機械原理課程和機械設計課程的界限，從認知規律出發進行教學內容和實踐環節的整合與提高，使基本機械設計知識完備，突出創新設計和現代機械系統總體方案設計的訓練。機械設計課程的培養目標是通過課程的學習使學生具有較強的機械創新設計能力、工程實踐能力。機械設計課程和其他先修課程最顯著的區別是實踐性非常強，絕大多數內容與生產、生活實際密切相關。因此很多內容只有結合工程實際的案例講解才能達到好的教學效果。

一、工程案例教學的特點

工程案例教學的最顯著特點是利用工程實際、日常生活實際中典型機械或典型機械的零部件作為講解相關機械設計內容的一種案例，然后通過案例提出問題，引導學生分析、討論，最后由教師總結，達到使學生牢固掌握相關內容的目的。在引導學生學習知識的同時給了學生充分的自由，促進了學生的主動性，學生成了教學活動中的主體，改變了教師講、學生聽的傳統的以教定學的教學模式，創造了學生主動參與、自主合作、探索創新的新型的學習模式。工程案例教學的特點總結起來有三個特點，即：直觀性、典型性、系統性。[1]

二、工程案例教學在機械設計教學中的應用

1.機械設計課程工程案例教學的步驟

（1）工程案例教學前期準備階段。前期準備階段包括教師的準備工作和學生的準備工作兩個方面。教師的準備工作是精選工程案例，認真了解學生的背景與學習狀況，教師在學生學習過程中營造適于討論的教學氣氛，制定工程案例教學進行的計劃，并且對于工程案例教學法進行的模式、應該注意的事項以及學生可能會有的反應應事先做好充足的準備與規劃。另外，教師應提前給學生列出一些思考題，讓學生有針對性地開展準備工作。學生的準備工作是學習前熟悉案例相關的知識點、閱讀案例材料，查閱指定的資料和讀物，搜集必要的信息。學習中要參與案例的討論，積極思索，初步形成關于案例中的問題的原因分析和解決方案，學習后要能與同學分享學習的心得。

（2）工程案例教學討論階段。討論階段包括班級小組討論和班級集中討論兩個過程。班級小組討論是將學生劃分為幾個小組，小組成員要多樣化，這樣他們在準備和討論時表達不同意見的機會就多些，學員對案例的理解也就更深刻。通過小組討論明確小組成員各自的任務，小組成員以自己有效的方式組織活動，教師不進行干涉。班級集中討論是工程案例教學的中心環節。一般按擺事實、找問題、查原因和做決策這幾步進行。[2]班級所分的幾個小組各派出1個代表陳述本組對案例的分析和結論，發言時間控制在10分鐘，每個小組發言后都應該解答其他小組提出的問題。在課堂討論結束前，教師要結合課程教學的內容說明該案例所涉及的課本理論，還應就教學目的進行講解說明，并就有關要點歸納總結。

（3）撰寫總結報告階段。總結報告是學生根據討論的結果和教師最后總結的內容寫一份總結報告。總結報告內容一般由設計思路、基本步驟、得出的結論等構成。

2.機械設計課程工程案例教學的應用

案例是實施案例教學的前提條件之一。案例選擇要圍繞課程教學目標和專業培養方向，并考慮學生的現狀和特點。[3]下面就以機械設計課程中的錐齒輪部分教學實例說明工程案例教學在機械課程中的應用與實踐。

齒輪傳動部分內容是機械設計課程中非常重要的部分，在以往內容的講解過程中直齒輪和斜齒輪部分學生理解起來相對容易一些，但是錐齒輪部分由于應用相對較少，而且結構相對復雜，所以學生對錐齒輪的內容掌握有些困難。

（1）前期準備階段。案例選用以往完成的項目中升降機部分為例。該裝置是搖動手柄通過錐齒輪將水平運動變為豎直運動，然后通過梯形螺旋機構來使上端轉臺上升或下降。升降機部分平面圖見圖1。

授課班級為機電1班，班級共35人。班級大部分學生學習很認真，中等生占70%左右。根據班級學生學習情況將班級分為5組，每組7人，讓學生主要針對機構中錐齒輪的工作情況討論錐齒輪的結構、特點、定位、安裝注意事項以及軸交角的作用等內容。在討論前給學生提出兩個思考題：若由安裝或制造誤差導致兩軸心線不垂直即兩錐齒輪軸交角∑≠90゜怎么處理？水平軸為什么設計成錐齒輪軸的形式而不是設計成用鍵聯接的形式？另外，讓學生預先了解該裝置的工作原理和結構特點以及錐齒輪在裝置中的作用，并準備好工具進行拆卸升降機。

（2）討論階段。首先進行小組討論階段，每個小組選出一個組長負責管理，小組里每個成員都要發表意見，針對不同意見進行討論，然后由組長再進行整理總結拿出最后意見和結論。班級集中討論階段主要是將班級的這五個小組集中在一起，讓他們每組的組長闡述本組的意見和結論，找出其中的相同點和不同點。對于不同點再進行討論得出最后的結論，并記錄討論過程。討論后教師針對討論情況作出歸納總結，并在此基礎上詳細講解有關錐齒輪傳動的理論知識。

（3）撰寫總結報告階段。學生根據討論的過程記錄、討論的結果和教師最后總結的內容寫一份包含設計思路、基本步驟、得出的結論等內容的總結報告。

3.工程案例教學方法應用注意事項

（1）好案例是提高工程案例教學效果的基礎和前提。在選擇案例時一定注意案例的內容和機構要與授課內容緊密相關，且原理和結構簡單，學生容易理解，最好是能使學生感興趣的案例，這樣能激發學生的學習興趣。

（2）工程案例討論要注重過程。學生由于學習成績的好壞或對相關知識的掌握程度不同，所以對案例的分析程度和結論會有很多不同點，教師應做好啟發、引導學生，營造輕松、和諧的課堂氛圍，消除緊張心理，使學生大膽參與案例分析、討論。特別要注意的是在學生對案例進行分析、討論過程中，即使學生的分析、回答是錯誤的，教師也不應急于糾正，而是盡量讓學生自己通過討論、分析得出正確的結論。

（3）要針對討論過程進行評價。案例分析過程的評價要主要針對討論過程進行評價，而不能只從最后的結果得出評價結論。主要是針對學生討論過程中發言次數、認真思考程度、對知識的掌握程度和最后總結報告等內容進行分項打分，最后得出總成績。

三、工程案例教學在機械設計教學中的意義

工程案例教學引入很多科研項目和工程上的一些應用實例。這些都是和所講內容密切相關的案例。通過案例分析不僅可以提高學生對所學知識的理解能力，而且可以提高學生分析問題解決問題的能力，幫助學生活學活用所學的知識。

工程案例教學提供了一個輕松、和諧的課堂氛圍，而且為學生提供了一個陳述和表達自我思想和觀點的機會。學生們在所有案例討論中了解到所學知識的一些工程應用，無疑對他們將來的職業生涯會有很大幫助。

工程案例教學改變了以往教師一言堂的形式，激發了學生的學習興趣，提高了教學效果。

四、結束語

教學實踐表明，工程案例教學縮短了理論教學與生活實際的差距，把抽象的理論具體化，并可實現三方面能力的提高，有利于提高學生理論聯系實踐能力，有利于提高學生分析、解決問題的能力，有利于提高學生機械創新設計的能力。通過在黑龍江科技大學機械設計課程的教學實踐，表明工程案例教學的融入大大提高了學生的學習興趣、學習成績和實踐動手能力，在學校舉辦的慧魚大賽中學生也取得了驕人的成績。

參考文獻：

[1]金曉怡.機械設計課程案例教學的研究與實踐[J].機械制造與研究，2011.6（3）：73-76.

[2]陳建.案例教學法在三維機械設計軟件教學中的應用[J].考試，2007，2（7）：119-120.

[3]辛紹杰.案例教學在機械原理課程教學中的應用研究[J].中國校外教育，2010，8（8）：216-217.

（責任編輯：劉輝）