《機械設計基礎》課程教學改革研究與實踐

高虹霓　王和明　劉海平　徐曉東

摘要：本文以《機械設計基礎》課程建設為研究課題，針對《機械設計基礎》課程教學和課程設計中存在的問題進行了思考，對如何改革教學內容、教學方法、考核方式以及如何加強學員創新設計訓練進行了研究與實踐，對提高教學效果，培養學員創新能力具有一定的參考價值。

關鍵詞：機械設計基礎；改革；研究；實踐

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）11-0157-03

《機械設計基礎》課程是機械工程等專業的一門重要專業基礎課，對學員學習專業課程起著承上啟下的橋梁作用。該課程的綜合性和實踐性都很強，要求學生不僅要掌握扎實的基礎知識，更重要的是理解從工程實踐中得來的知識經驗，還要具備在工程實踐中應用所學知識設計機械傳動裝置的能力和創新能力。

一、現行教學中存在的突出問題

（一）傳統的課堂教學形式仍占據主要地位[1]

《機械設計基礎》廣泛的課程內容與有限的學時數及傳統課堂教學法之間存在矛盾，影響學員掌握更多的機械知識，限制了他們分析、構思和設計能力及創新能力的培養。

（二）缺乏實踐手段，教學目標難以實現

《機械設計基礎》是一門實踐性較強的課程，應該邊學習邊實踐才能實現提高設計能力、培養創新能力的目標。但實際上，由于學時有限，加之缺乏合適的實踐環節，教學很難達到這些要求。而且，由于學員缺乏對實際機械系統的感性認識，教學效果不甚理想，相當多學員只是把這門課作為一門課程去學習，在實際中難以自覺運用其中的知識去指導設計。

（三）課程設計中缺乏創新訓練

許多新技術沖擊著傳統的機械設計方法及設計思想，像航空航天技術、超微技術、特種機器人技術等一系列高技術領域的快速發展，為機械設計提出了更高的要求，而現行的機械設計課程教學模式中，忽視了學員獨立創新設計能力的培養，不能最大限度地提高學生的實際設計能力和創造性設計能力。

針對上述存在的問題，做了以下改革。

二、教學內容改革

（一）適當修改教材內容，完善設計所必需的基本知識和基礎理論[2]

刪減了不實用的、過時的內容；舍去了概念化的，對提高設計水平意義不大的部分；加強了可操作性強，對提高設計水平有益的部分。以機械傳動、機械零件的設計為重點，完善基本理論。教學時對基本設計計算原理和設計方法進行系統介紹，增加學生解決實際問題的思路和方法。對設計方法和步驟注意分析、總結和歸納，以利于學生整體設計思想方法的形成。

（二）充實基本設計方法和實踐性內容

《機械設計基礎》教學內容改革，一方面要為學員學習專業課程和終身學習奠定堅實的基礎；另一方面要突出機械設計主題。課程內容體系應以設計為線索，以解決工程實際設計問題為目標，構建設計基本知識和基本理論比較完備，設計方法實用多樣的基本內容體系。

（三）補充現代科學技術的內容，體現先進性

現代科學技術發展迅速，CAD、優化設計、有限元設計、綠色設計、反求設計等新的設計理論和方法層出不窮，窄型V帶、硬齒面齒輪傳動、同步齒形帶傳動、自攻絲、膨脹螺栓聯結等這些過去因某些技術原因得不到應用的機械傳動、聯結，如今已經得到了廣泛的應用。《機械設計基礎》要適應現代科學技術發展的需要，把握本課程的發展脈搏，及時補充新型結構、傳動、零件，介紹新的設計理論、方法、技術、計算機輔助設計等內容，拓寬視野，培養創新設計思路和方法，培養創新型人才。

三、教學方法改革

如何提高教學質量，培養學生的設計能力、創新能力？我們知道，創新總是在應對不同的困境或問題時產生的，創新離不開問題解決[3]，所以在教學中應注重設置“問題—發現”教學情境，讓學員通過一系列問題的解決來學習，將靜態的知識轉化為動態的問題探究，在對問題的探究中動腦、動口、動手，使其得到發展。經過教學實踐，我們提出了“問題—發現”教學法。

精心創設課堂情境的“問題—發現”教學法，就是精心創設問題，將靜態的知識轉化為動態的問題探究，和學員一起探索，共同思維，調動學員的學習熱情，引導學員發現問題的答案。在教學中，這些問題不是隨意提出的，而是以能最大限度地調動學員思維的積極性為原則，在備課時創設好的。

精心備課是創設課堂問題情境的前提。要設計好課堂教學，除應有較深的知識功底外，還應當抓住學員的心理特征，啟發學員積極思維，培養他們探究問題、解決問題的能力，從而提高學員的思維能力和創新能力[3]。因此，在備課過程中，不僅要備教材，還要備學員，備教法，備教學語言。教學語言的準確性、生動性、形象性、啟發性、感染性會激發學員濃厚的學習興趣，使他們積極主動地學習。通過創設“問題—發現”的教學情境，讓學員通過一系列問題的解決來學習知識。重點思考以下幾個方面的問題。

1.這一章節與其他章節有何聯系和區別，為什么要引入這一節，如何引入才能更吸引學員。

2.根據這一節內容，如何優化教學內容，如何設置問題。

3本節重點是什么，難點是什么，學員學習時有可能犯哪些錯誤。

4.習題的選擇是否難度適中，是否一題多解，學員在社會實踐、科學研究等課外創新實踐活動中還可做哪些探索。

如何讓學員各抒己見，積極參與思考和研討？首先需要集中學員注意力，教員應該把抽象難懂的概念用通俗易懂的方式表達給學員，注意安排課堂內容的多樣化，綜合應用講解、討論、提問、自學等方式，結合模型、錄像和多媒體課件等教學手段，力求教學內容生動、活潑。還應使學員腦力活動和實際操作相結合，操作可以起到組織和控制注意的作用，讓學員演示模型、安排實驗等都可以集中學員注意力，幫助他們克服分心的問題。教員在講到問題轉折時，應從分析現象或工程實際問題入手，或者說明這個問題與其將來的需要、任務有關，激發學員探究問題的興趣，使其注意力很快轉移和集中。

為充分調動各個層次學員在探究問題時的積極性，應力求在引入課題時就讓盡可能多的、處在不同學習程度的學員走進來，進而在教員精心創設的具有挑戰性的問題情境中，互相影響、討論、激勵，活躍課堂氣氛，抓住學員的注意力，使學員的思維過程層層深入，充分發揮學員思維的積極性，贊賞學員獨特和富有創意的理解和表達，在廣泛研討的基礎上，集思廣益，總結得出所探討問題的結論，不僅掌握了知識，更重要的是培養了學員的思維和創新思維能力。

“問題—發現”教學法與傳統的“知識—接受”教學法的區別在于以下三個方面：（1）“知識—接受”教學法是由教員詳細地講解，學員被動地接受；“問題—發現”教學法是由教員引導學員的學習方向，讓學員自己去探索未知的世界，探索就是發現。（2）“知識—接受”教學法著重學習的結果，“問題—發現”教學法著重學習的過程。（3）—接受”教學法強調獲得知識本身，“問題—發現”教學法強調獲得知識的方法。

“問題—發現”教學法的核心就是，教員引導學員共同參與知識發現的過程，培養學員自己尋找知識的能力，這樣，不僅激發了他們的學習興趣和熱情，培養他們善于提問、思索和分析的習慣，提高自學能力，而且透過科學技術發展的內在聯系，使他們破除對科學發現、技術突破的神秘感，從而積極主動地投身到具有創造性的研究工作中。而“知識—接受”教學法則把知識當成現成的結論，使學員變成一種被動的接受工具，這樣，不僅使他們失去了對任何知識的新鮮感，甚至可能扼殺他們開發新知識的創新意識和能力。下面對兩種教學方法進行比較。

（一）在《機械設計基礎》課程設計教學中兩種方法的比較

1.采用“知識—接受教學法”的做法。（1）設計前，教師把設計過程仔細講一遍，設計中學員按照教員講的設計順序照貓畫虎地做一遍。（2）設計中教員做有問必答的輔導，甚至沒問先答。（3）評定成績時看重圖面質量。

2.采用“問題—發現教學法”的做法。（1）布置設計任務時，教員只講設計要求，不講具體設計過程，讓學員自己去咀嚼。（2）學員做設計時，精力集中在思維過程而不是圖面質量。（3）評定成績時，不注重圖面質量而注重考查學員的思路是否正確以及動腦多少。

3.采用“知識—接受教學法”做課程設計的弊端。（1）由于教員講得細，輔導得勤，學員處于被動地位，容易造成教員在做設計，學員只充當制圖員的角色錯位。（2）學員把精力集中到制圖上，圖描得又黑又亮，制圖訓練得多，思維訓練得少，得不償失。（3）畫圖好的學生得分高，成績失真，不能考查學員的思維能力，助長了高分低能的情況。

4.比較結果。從以上兩種方法的比較中不難看出，“知識—接受教學法”著重結果，對課程設計來說學員接受了教員的詳盡講解、指導，以盡快做出設計為目的，而“問題—發現教學法”著重學員學習的過程，對課程設計來說教員不做詳盡指導，以培養學員思維及創新能力為目的。顯然，后者的科學合理性不言而喻。

（二）在習題課中兩種方法的比較

1.采用“知識—接受教學法”的做法。“知識—接受教學法”的做法是每當上習題課時，教員把本章習題中出現的問題進行總結后指出來，再演算幾個新題，學員只是接受。學習好的學員認為自己已經會了，習題課上精力不集中，學習較差的學員只能把教員演算的題抄下來，課后才去消化。

2.采用“問題—發現教學法”的做法。在習題課中采用“問題—發現教學法”與采用“知識—接受教學法”的做法明顯不同，例如，我們在上《機械原理》課“輪系”一章習題課時，預先布置17個習題以小組為單位準備，全組共同承擔。課下學員們積極思考，相互討論。習題課上，來自四個不同小組的四名學員當場抽簽得到的一個題目，同時在黑板上解題，然后由全班學員來判斷其對錯。如果做對了，由做題者向全班學員講解思路；若有錯誤，由本小組派另一名學員上來改錯。這樣同時進行四個題，直到正確為止，然后再換另外四個題目。兩個小時內能進行四組題，共16個題的討論。而“知識—接受教學法”兩個小時最多講8個題目。

3.比較結果。采用“問題—發現教學法”開展小組討論式習題課，不僅培養了學員分析問題、解決問題的思維能力，而且培養了學員的協作能力、表達能力及板書能力，幾乎每個學員都有機會在黑板上做題。由于從小組派代表做題，每個人都怕影響小組榮譽，所以準備起來特別認真，討論時氣氛也活躍。實踐證明，組織好習題課可以提高學員對本門課程的學習興趣。心理學認為人們對完全不熟或完全熟悉的東西沒有興趣，而采用“問題—發現教學法”開展習題課教學正是處于兩者之間，重在培養學員創新思維和創新能力。

四、課程考核方式改革

考核的目的是檢查教學效果，即檢驗教學目標的實現程度和鑒別學員的差異性，進而督導激勵學員學習，引導教學發展方向，引導學員進行知識積累、能力培養和創新精神塑造。

長期以來，《機械設計基礎》課程多采用閉卷考試，這種考核方式對理論性較強的基礎課程是一種檢驗學習效果的有效形式，而對設計性課程則存在較大弊端。因為設計能力體現在理論分析、資料運用、綜合判斷等設計的多環節中，閉卷考試很難體現對設計能力的檢查，無法檢查學員綜合分析和解決工程實際問題的能力。針對這些問題，應對考核方式進行改革，改變傳統的單一閉卷考試方式為以平時考核+閉卷考試+專業素質考核等多種考核方式，實行全程跟蹤考核，加強考核學員的工程實踐能力。其中，專業素質考核是以學員在社會實踐、科學研究、學科競賽等課外創新實踐活動中取得的成績來評判。本專業開設的競賽活動有：大學生機械創新設計大賽、成圖大賽等。

在改革實踐過程中，還需系統籌建試題庫，做到教考分離。考核方式的改進，將學員從死記硬背的僵化教學模式中解放出來，將學員的注意力引導到知識的靈活運用上，使學員注重理論與實踐的結合，對加強創新能力和實踐動手能力的培養，有著十分重要的意義。

五、《機械設計基礎》課程設計改革

（一）課程設計教學內容改革[4]

在滿足課程設計選題原則，不增加學員負擔的前提下，為了提高學員對課程設計的興趣和積極性，聯系工程實踐，可結合實習工廠的產品選題。這樣學員接觸到真實的產品，就會自覺到工廠觀察實物，查找資料，進行設計計算和裝配圖紙的繪制。

長期以來，指導教員都是自己編數據、編題目，而現在從生產實際中選題，對提高學員的設計水平和教員的教學水平都非常有益。但在選題中要注意選題的適當和題目的相對穩定，以利于完成課程設計的教學要求。這樣做，雖說加大了教學難度，要求教員有扎實的功底，設計前必須做充分準備，但是能讓學員體會到機械設計中既要考慮原有樣機，又要積極思考，有所創新；既滿足了具體的理論聯系實際的要求，又達到了綜合訓練的目的，較好地掌握了機械設計的基本方法，使學員初步展示了運用所學理論知識解決工程實際問題的能力，對自己以后專業知識的學習充滿信心。

另外，在課程設計教學內容中增加了計算機輔助設計的內容，通過介紹《機械設計手冊（軟件版）》的使用，利用AUTOCAD的二次開發程序進行課程設計參數化繪圖，使學員對計算機輔助設計有了理性和感性的認識，收到了良好的效果。

（二）課程設計教學模式改革

打破傳統的理論與實踐教學的分工與界限，將實踐教學內容納入本課程，實現理論教學和課程設計的一體化教學。提出不停課進行設計訓練，即提前布置任務（課題）+課堂輔導+課外繪圖的課題教學法。具體作法是：課程設計以運輸機當中的傳動件作為設計對象，在講授完帶傳動、齒輪傳動等內容后，即將設計任務布置下去，使學員明確所要設計的對象、方法、任務要求、時間安排等。在接下來講授聯結、軸承、軸的設計等教學過程中，教員也授課也輔導；學員也上課也設計，并利用輔導課和課外時間繪圖。整個設計過程需要6～8周。這種不停課安排課程設計的做法，是一種采用課堂理論教學加課外設計課題相結合的新的教學模式。

課程設計成績的評定依據兩個方面。一是答辯，抽取與設計內容相關的題卡回答問題；二是審查裝配圖、零件圖和說明書。

以上對《機械設計基礎》課程的教學內容、教學方法、考核方式以及《機械設計基礎》課程設計的教學內容和教學模式改革進行了研究和實踐。除此之外，應用網絡教學對學員學習的主動性、自覺性要求較高，對教員的要求也很高，而且要取得好的教學效果，必須有一套能充分體現網絡教學特點，適合網上信息表達與傳輸的圖、文、聲、像并茂的電子教材及與教材緊密配合的豐富的信息資料庫，這將是今后大力發展和重點建設的目標。

參考文獻：

[1]陳戰輝.談課程教學分析在課程教學設計中的地位與作用[J].空軍工程大學學報（綜合版），2011，（06）：19-20.

[2]楊可楨，等.機械設計基礎[M].第六版.北京：高等教育出版社，2013.

[3]李彥彬，等.專業基礎課教學方法改革與實踐[J].山東師范大學學報，2008，（03）：35-38.

[4]陳立德.機械設計基礎課程設計指導書[M].第三版.北京：高等教育出版社，2007.