“機械設計基礎”教學改革的探索與研究

摘要：針對“機械設計基礎”課堂教學、實驗教學、課程設計、考核方式四個環(huán)節(jié)中存在的問題，提出了傳統(tǒng)教學與多媒體教學相結合的教學形式、學生自行設計實驗、課程設計與生產實踐相結合、注重考核學生實際設計能力等教改措施，并進行了實踐探索，提高了學生學習興趣以及分析解決問題的能力，取得了良好效果。

關鍵詞：機械設計基礎；教學；改革；探索

作者簡介：張利娟（1970-），女，河南偃師人，河南科技大學車輛與動力工程學院，講師；耿令新（1972-），男，山東茌平人，河南科技大學農業(yè)工程學院，講師。（河南#8194;洛陽#8194;471003）

基金項目：本文系河南科技大學博士基金項目（項目編號：09001432）的研究成果。

中圖分類號：G642.0#8195;#8195;#8195;#8195;#8195;文獻標識碼：A#8195;#8195;#8195;#8195;#8195;文章編號：1007-0079（2014）14-0118-02

“機械設計基礎”是高等工科院校機械類各專業(yè)的一門設計性主干專業(yè)基礎課程，它的任務是使學生掌握機械設計的基本理論、基本知識和基本技能，具備初步擬定機械運動方案、分析和設計機械及零部件的能力。[1]本課程是一門理論和實踐結合非常緊密的課程，是連接學生理論知識和專業(yè)知識的橋梁和紐帶。然而，學生在學習這門課程之前，接觸工程實際很少，缺乏與機械相關的實踐知識，不了解學習這門課程的目的，也不知道如何運用所學知識解決什么樣的具體問題，從而大大挫傷了學生學習這門課程的積極性。本文介紹了筆者在課堂教學、實驗教學、課程設計、考核方式四個方面進行的探索和取得的效果，為其他機械設計類課程的教學提供參考。

一、課堂教學改革

1.教學手段改革

“機械設計基礎”課堂教學是學生系統(tǒng)學習理論知識的主要環(huán)節(jié)。隨著國內外機械設計技術的飛速發(fā)展，教材的內容具有一定的滯后性，不能滿足教學要求，如果過度依賴教材的內容，忽略教學內容的及時更新，勢必導致教學內容陳舊，難以激發(fā)學生的學習興趣。針對課堂教學中存在的問題，課程組成員重新修訂了課程的教學目的與要求，使教學內容適應現(xiàn)代機械工業(yè)的先進水平和發(fā)展趨勢。在課堂教學中，注重學生個性和自學能力的培養(yǎng)，教會學生從“學會”知識向“會學”知識轉變，使學生從被動學習向主動學習轉變，培養(yǎng)學生獨立解決問題及創(chuàng)新的能力。為此，在教學過程中力求向學生灌輸新的教學理念，如在授課中，采用啟發(fā)式、互動式、討論式等教學方法，[2，3]將知識點與實踐密切結合，教學生在學習中發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題，即掌握學習的方法。同時，打破傳統(tǒng)的板書、掛圖等單一教學方式，把教學內容涉及到的各種實際機構帶到課堂上。比如，在講平面連桿機構時，將“鶴式起重機”模型和“貨車車廂自動翻轉卸料”模型帶到課堂上，向同學們詳細講解哪個構件是機架，哪個構件是連桿，哪個構件是連架桿，兩連架桿均做擺動，因此是雙搖桿機構。同時，通過利用“曲柄搖桿”模型對機構的組成、原理與實現(xiàn)方式等進行詳細的講解和演示，通過嘗試改變模型機構中各構件的相對位置，使模型機構做出預定的動作，從而有效激發(fā)了學生學習的積極性，課堂氣氛十分活躍。

2.教學形式改革

傳統(tǒng)的教學形式是教師采用黑板板書的形式給學生們上課，該教學形式傳承千年，具有一定的優(yōu)點；但也有抽象知識不便理解和知識容量小等缺點，因此該教學形式隨著多媒體計算機的普及和應用逐漸被多媒體的教學形式所取代。多媒體教學形式具有形象、直觀、課堂知識容量大等優(yōu)點，但也存在一定的不足。比如對于理論性較強的課程，由于公式的推導過程直接出現(xiàn)在大屏幕上，沒有體現(xiàn)出具體的推導過程，而且也沒有留出必要的時間讓學生思考，學生在課堂上像走馬觀花似的把公式瀏覽了一遍，學生們缺少必要的思考，這樣的教學效果是不盡如人意的。因此筆者認為在現(xiàn)今的課堂上，應該根據課程的性質采用傳統(tǒng)教學形式和多媒體教學形式相結合的教學形式，對于抽象的知識和不便于學生理解的圖形可以采用多媒體形式將其展現(xiàn)出來，便于學生理解和掌握；對于較易理解的文字性的內容，也可以通過大屏幕的形式將其直接展現(xiàn)出來，這樣在不影響學生掌握知識的基礎上可以增加課堂容量。但對于較難理解的、較復雜的公式和定理等應采用傳統(tǒng)的教學形式，將推導過程用板書的形式寫在黑板上，邊推導邊講解，相比老師采用多媒體教學形式的口述而言，學生在老師板書的過程中就會有一定的時間來思考，這樣就便于學生掌握這些較難的公式和定理。筆者最深刻的體會就是在學習“數值分析”這門課程的時候，數學公式較多，在課下預習時已將公式中不懂的步驟畫出，而且也希望在課堂上將這些不懂的步驟搞明白，但由于老師采用的是多媒體教學，公式在屏幕上“一閃”而過，老師的講解也顯稍快，最終不懂的地方還是不懂。如果老師在推導公式的過程中能采用板書的形式，公式中的每一步都是邊講解邊推導，學生就會有一定的時間來思考，就能理解并且掌握這些難點，從而收到好的教學效果。筆者現(xiàn)在在教學過程中就采用了這兩種教學形式相結合的教學形式，比如在講授“齒輪傳動設計”這一章內容時，齒輪的傳動過程和傳動受力分析就采用了多媒體的教學形式，將主、從動輪所受到的圓周力、徑向力和軸向力直觀地在傳動齒輪上表達出來；齒輪的失效形式也通過大屏幕將實際生產過程的真實圖片展現(xiàn)出來，加深學生對齒輪失效形式的理解；但在講解齒輪強度計算時，接觸疲勞強度公式和彎曲疲勞強度公式的講解就采用了板書的形式，將公式中的每一步都詳細地推導出來，這樣就便于學生們理解掌握和靈活運用。

二、實驗教學改革

科學發(fā)展的歷史表明，很多偉大的發(fā)明和突破性理論的提出都來自科學實驗?！皺C械設計基礎”課程是高校培養(yǎng)學生機械設計與創(chuàng)新能力最基礎的教學環(huán)節(jié)，也是培養(yǎng)學生機械設計創(chuàng)新意識的重要階段。實驗教學環(huán)節(jié)是學生鞏固課堂教學知識、培養(yǎng)科學研究能力的重要手段。[4]該課程傳統(tǒng)的實驗教學項目以演示性和驗證性實驗為主，實驗內容和過程都是按照實驗指導書的要求進行，學生可以通過實驗對課堂上學到的知識進行鞏固和理解，但這類實驗主要是幫助學生理解課本知識，不能很好地激發(fā)學生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力。針對這一問題，筆者針對教材中不同的章節(jié)和內容，開設設計性實驗，鼓勵學生利用實驗室現(xiàn)有實驗器材，自己設計實驗內容和實驗方案，預測實驗結果，進行實驗驗證。啟發(fā)學生多思考，多動手，不怕出錯，提高學生的創(chuàng)新能力、實踐能力、分析和解決問題的能力。實驗中心開設了專門的開放實驗室，學生可以隨時針對自己設計的實驗內容進行實驗。

此外，針對學生參加實踐機會少，對機械設備缺乏認識的問題，筆者專門到工廠、企業(yè)錄制了各種機構、機械工作的現(xiàn)場視頻，組織學生到實驗室觀看并進行詳細解說，增加學生的實踐知識。

三、課程設計改革

“機械設計基礎課程”在教學方法上采取了課堂教學、實驗和課程設計相結合的教學模式，目的是使理論、實驗與工程實際相結合，使學生通過三個教學環(huán)節(jié)的學習，牢固掌握機械原理、機械設計方面的知識。課程設計教學是培養(yǎng)學生工程設計能力的重要環(huán)節(jié)。[5]由于我國教育體制原因，學生學習基本局限在教室和實驗室里進行，對工程中的實際知識比較陌生，對布置的課程設計題目所涉及的知識缺乏了解，不知道該怎么做，更缺乏創(chuàng)新思路，也嚴重影響了學生進行課程設計的積極性。

為了激發(fā)學生進行課程設計的積極性，在課程設計開始前，筆者就創(chuàng)造各種條件，讓學生對課程設計所涉及的內容進行了解。比如，在進行減速器設計時，筆者先讓學生到模型教室動手拆裝各種減速器，認識減速器內外部結構，特別是減速器內部軸承的結構、軸的結構和各種齒輪結構，增加同學們的感性認識，提高他們的設計興趣。鼓勵學生根據設計任務書提出自己的想法，讓他們主動運用所學知識解決實際問題，通過理論知識與工程實際的密切結合，達到鞏固知識、培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力的目的。

為了提高學生的設計能力，筆者要求學生在完成裝配圖和零件圖的過程中，除按要求完成手工圖的繪制外，還要學會使用三維軟件對設計的零件和裝配體進行三維建模和分析，然后生成二維圖來完成設計任務；對于學習程度較好的同學還鼓勵他們用MATLAB軟件分析機構的運動軌跡，這也進一步提高了同學們的學習興趣和熱情，引導他們正確使用計算機，掌握現(xiàn)代設計手段和方法，提高他們適應社會需求的能力。

四、考核方式改革

機械設計基礎課程考核傳統(tǒng)上采用考核基本概念和理論計算的形式，學生只能根據課本上的理論進行解答，限制了主觀能動性的發(fā)揮，也降低了學生平時主動思考、敢于提出新觀點的積極性，也難以考查學生實際運用理論知識解決問題的能力。[6]筆者在設計試卷時，有意識地增加主觀題的分量，讓學生綜合運用所學知識解決實際問題，評價標準注重解決問題的過程而非答案，從而更加客觀地反映學生機械設計能力的真實水平，也激發(fā)了他們在平時學習中將理論聯(lián)系實際的積極性。

通過以上四個教學關鍵環(huán)節(jié)的改革，改變了以往課程教學以教師為中心的傳統(tǒng)教學模式，提高了學生學習的主動性，讓學生自行思考、探索、設計和總結，使學生成為教學的主體。教師由傳授型轉為指導型，學生由被動接受驗證型轉為主動參與探索型，促使學生變被動接受知識的學習為主動的探索性學習，從而利于培養(yǎng)學生運用所學知識發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的綜合能力、嚴謹求實的作風和勇于探索的科學精神，體現(xiàn)了以人為本的教育理念。

參考文獻：

[1]張超，任秀華，趙志超，等.機械設計實驗教學的現(xiàn)代化改革與創(chuàng)新[J].實驗技術與管理，2006，(10):97-100.

[2]張軍，劉笑羽，孫樹廷.面向21世紀“機械設計\"的改革[J].實驗室研究與探索，2010，(10):168-169.

[3]莫海軍，吳上生，藍民華，等.機械設計教材中幾個問題的探討[J].機械設計與研究，2009，(6):117-120.

[4]蔣學華，韓虎.機械設計實驗教學創(chuàng)模式探索新[J].實驗室研究與探索，2008，(4):89-91.

[5]成思源，張湘?zhèn)?，何漢武.機械設計實驗教學示范中心建設與實踐[J].實驗室研究與探索，2010，(6):107-109.

[6]于曉紅，王小群，邱麗芳.機械原理與機械設計課程體系的優(yōu)化整合[J].中國大學教育，2008，(7):34-36.

（責任編輯：王意琴）