基于心智技能培養的機械設計基礎教學研究

梁海澄

摘要：筆者在《機械設計基礎》教學過程中，發現學生存在理論知識不成體系、知識運用能力差等問題，這些問題是缺乏心智技能的表現，因此，提高心智技能成為提高學生機械設計能力的關鍵。本文將心智技能培養理論應用于《機械設計基礎》教學，提出一種立足于培養學生機械設計心智技能的教學思路，并設計了教學內容及教學模式。

關鍵詞：心智技能；機械設計；機械設計基礎；教學研究

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2015）01-0196-02

一、概述

高職教育的側重點在于學生技能的培養，《機械設計基礎》又是一門從理論到實踐過渡的課程，因此，其教學評價應該以學生的機械設計技能掌握程度為標準。目前，相關研究表明，高職院校的《機械設計基礎》教學普遍存在著學生理論知識弱、動手能力差、知識運用能力差等問題，教學沒有能夠很好地提高學生的技能水平。機械設計技能屬于創造性技能。根據教育心理學的相關理論，創造性技能的獲得依賴于心智技能的提高，因此必須在教學中重點進行心智技能的培養，培養學生的創造性思維，提高學生的創造能力以及解決實際問題的能力。

二、心智技能的基本理論

技能分為操作技能和心智技能。操作技能是一種動作技能，由特定的動作方式構成，比如在機械設計的活動中測量齒輪的各種參數、拆裝機械裝置等。而心智技能是一種思維的技能，是調節和控制心智活動的經驗，主要由觀察、分析、判斷和決策的能力構成，比如在機械設計的活動中計算機械參數、設計機械結構等。心智技能能夠指導操作技能的應用。因此，對于《機械設計基礎》教學而言，不僅要培養學生的操作技能，還更應該注重心智技能的培養。提高心智技能，可以幫助學生學會分析問題與解決問題的方法，在實際工作中有更高的效率。

三、《機械設計基礎》教學中存在的問題分析

目前，《機械設計基礎》教學大部分仍以講授法為主，在教學的過程中，以各種機構設計的理論知識為主要內容進行講解。由于學生普遍缺乏實際機械結構的工程經驗，單純的講授方式往往使學生感到茫然不知所措，學生對各種設計理論的適用場景和條件不甚了解，不能真正做到學以致用，在獨立進行機構設計任務時會有無從下手的感覺。筆者經過課堂觀察、與學生交談及實訓指導等方式進行調查之后發現，學生在獨立進行機構設計時存在一些共性問題，主要體現在以下幾個方面：

1.理論知識沒有形成系統。主要有兩個方面：一是先修課程的理論知識沒有跟《機械設計基礎》聯系起來?！稒C械設計基礎》的課程學習，要綜合運用到《工程材料》、《工程制圖》、《工程力學》、《互換性與技術測量》及《機械原理》等課程的知識，由于這些課程學習時是分開單獨學習的，學生在獨立進行設計計算時，往往無法運用這些知識，比如不能運用力學知識去校核齒輪、軸及軸承等零件的強度；不能運用互換性原理中的公差知識去設計軸孔配合公差；不能運用工程材料的知識選擇零件材料等。二是本課程內各章節知識沒有形成有機整體。由于各章節基本上是以機器中不同類型的機構來進行劃分的，學生在碰到多機構組合的裝置時，往往不知道如何進行設計，比如不知道軸承設計的輸入參數應該從軸的設計結果中獲取。

2.缺乏查閱資料解決問題的能力。查閱資料解決問題是進行機械設計必備的技能之一。在實際教學過程中，由于教材一般不會強調這方面的知識，學生在這方面的能力相對匱乏。比如在查閱機械設計資料時，遇到圖表不能根據橫縱坐標查到所需的參數，或者遇到表格不知道表頭所指代的參數，遇到新的問題不知道從目錄中找到參考資料的位置等。

3.缺乏思考、生搬硬套。學生在進行設計計算時，生搬硬套比較多，機械地套用公式，或者完全按照例題參數進行設計，不考慮自己的設計任務與現有方案的差異，缺乏獨立的思考。比如在進行帶傳動設計時，未直接給出轉速（需要用其他參數計算得出），有的學生直接將例題中的轉速帶入計算。甚至有些學生直接照抄別人的設計結果，數據計算和結構設計都相同。

4.對設計參數缺乏宏觀把握。對設計參數缺乏宏觀把握主要表現在課程設計的過程中。由于學生缺乏工程經驗，對所設計的機構沒有在大腦中形成一個宏觀的概念，對其尺寸和參數也沒有感性的認識，因此在設計出現明顯不合理，甚至錯誤時，不能及時發現，直到設計后期，甚至繪圖時才發現問題，已經沒有足夠的時間修改，影響設計成績。比如在設計減速器時傳動比分配不合理，導致制圖時發現結構比例不協調等。

5.制圖能力弱。制圖能力弱同樣是主要表現在課程設計的過程中，課程設計的最后都要求學生把自己設計的裝置按照國家標準要求的工程制圖樣式表達出來，在這一過程中出現了很多問題。主要是因為學生對工程制圖的標準掌握不夠，比如標題欄格式、零件簡化畫法、螺紋的繪制、殼體相貫線的繪制等經常出現錯誤。

綜合上述問題分析可以看出，學生在創造能力及設計思維上相對較弱，實際上通過平時作業和操作實踐，學生基本都能完全掌握單一零件的設計，比如設計帶傳動、設計齒輪機構、軸的結構設計等，但卻在需要整合運用這些知識技能時出現了問題。這實際上就是因為心智技能的匱乏，因此，培養心智技能是提高學生機械設計能力的關鍵。

四、心智技能培養在《機械設計基礎》教學中的應用

1.機械設計心智技能形成分析。根據馮忠良教授的研究，心智技能的形成是階段性的，其過程分為原型定向、原型操作和原型內化三個階段。原型定向階段以理論知識傳授為主，讓主體掌握技能操作的原理；原型操作階段通過實踐讓主體熟練掌握操作技能，為原型內化奠定基礎；原型內化階段在主體大腦中形成內化的思維模式，使主體能夠靈活運用操作技能解決實際問題。

根據上述理論，結合《機械設計基礎》教學的實際情況，機械設計心智技能的形成階段如圖1所示。

機械設計心智技能的形成分為三個階段：掌握基本理論、熟悉常用設計和綜合設計計算三個階段。在整個學期的教學過程整體上按照三個階段進行劃分，同時每個章節的教學同樣按照三個階段進行，甚至具體到每次課都盡可能遵循心智技能形成的過程進行，如此不斷反復強化，才能提高心智技能。

在整個學期的教學過程中，掌握基本理論、熟悉常用設計和綜合設計計算三個階段的主要教學內容是：（1）講授常用機構和通用零部件的工作原理、設計、應用等知識；（2）講授常用機構和通用零部件的設計步驟，通過課內實訓，大作業等方式加以鞏固；（3）指導學生綜合運用所學知識，獨立進行機構設計，總結設計中出現的問題，形成經驗反饋。

而在具體某個機構或零件設計的教學過程中也應遵循三階段原則，教師首先講授機構或零件的工作原理。然后按照設計步驟讓學生動手練習，在此過程中不斷發現和改正出現的問題，再通過針對性布置大作業及課內實訓進行鞏固。最后提出一些設計案例，組織學生進行分組討論，培養獨立設計的能力。

2.教學內容及教學模式。在前述理論研究的基礎上，《機械設計基礎》的教學內容分為理論教學內容、實訓教學內容和討論教學內容。其中，理論教學內容針對機械制造專業學生必須具有通用零部件和常用機構的初步分析能力和設計能力而設置，對教材中的內容進行簡化，重點講授平面連桿機構、凸輪機構、帶傳動、齒輪傳動、滾動軸承、軸、減速器等內容。實訓教學內容與理論教學的重點相呼應，包括平面運動簡圖的測繪、機構的結構及特性分析、漸開線直齒圓柱齒輪參數的測定、軸系結構設計、機械傳動裝置的拆除和結構分析、機械創新設計。討論教學內容則針對常用機構和零件的設計中存在不確定性的部分，例如平面連桿機構、凸輪機構、帶傳動、齒輪傳動、軸等，這些機構或零件的設計往往需要學生在一定范圍內去選取參數，經常會讓學生不知如何進行，因此進行討論和總結是有必要的。

五、小結

筆者通過教學實踐發現，結合心智技能形成的階段性理論進行《機械設計基礎》課程教學，起到了積極效果，一方面在心智技能培養理論的指導下，教師在教學過程中會注重培養學生的心智技能，另一方面學生的學習興趣更濃，效果也更好。但由于課時限制、教師經驗等因素，教學質量仍有很大的上升空間。在后續教學過程中，仍需要不斷地進行嘗試和總結，探索更高效的心智技能教學方法，培養出更高素質的高技能人才。

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