“機械設計”課堂教學法的研究

朱可恒 丁曉紅

摘要：機械設計是機械類本科生一門重要的專業基礎課。在機械設計課程的課堂上，根據學生注意力的變化規律，有針對性地選擇教學方法和技術，理論聯系實際，進行知識的拓展和融合，提高學生的學習興趣，從而使學生更好地掌握基礎理論，切實提高機械設計課程的教學效果。

關鍵詞：教學方法；學生注意力；理論聯系實際；知識融合

中圖分類號：G642.41 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）19-0131-02

機械設計是機械類各專業的一門主干技術基礎課程，是機械制圖、機械制造、理論力學和材料力學等課程理論成果的薈萃，是把數學力學等基礎學科的基本知識與實際結合得到的結晶。要想學好這門課程，必須熟悉上述基礎學科的基本理論，這對一部分學生來說，還是有一定難度的。因此，如何在課堂上根據學生特征和學習規律等因素，有針對性地選擇教學方法和技術，從而使學生更好地掌握基礎理論，為更好地運用于實際設計打下堅實的基礎，切實提高機械設計課的教學效果，還是必要的和有意義的。

教學方法指“師生為完成一定教學任務在共同活動中所采用的教學方式、途徑和手段”[1]。前哈佛大學校長博克認為，與教學內容相比，教學方法對于大學生的影響更加深遠。“不管今天的授課內容有多么重要，教師也不能假設學生只要來到了課堂，就一定會記住大部分的教學內容。學習結束后學生能記住多少知識、能形成怎樣的思維習慣，并不取決于他們選修了哪些課程，而取決于這些課程是如何講授的、講授的質量如何。”[2]教學方法多種多樣，可以是講授、辯論、案例教學、動作演練、播放錄像、游戲、小組討論、情景模擬、角色扮演和實驗等。傳統的高校教學方法講授所占的比例較大，幾乎只有講授法[3]，針對這一情況，本文以機械設計課程為基礎，并以該課程中涉及的一些知識點為例，就如何調動學生情緒、提高學生學習興趣談一談課堂上教學方法運用的一點思考和嘗試。

一、關注學生注意力的變化規律

專家發現，隨著老師講課時間的變化，學生的注意力也隨之變化。實際上，人的注意力在學習最開始的十分鐘，是最集中的，也是學習效率最高的，過了十分鐘之后，人的精神會出現怠倦，學習效率下降。

了解學生注意力隨課堂教學時間變化的規律之后，我們可以在不同的時間節點合理地安排授課的內容，做到善用寶貴的開始注意力高度集中時間，盡力調節中間注意力下降時段，抓住快下課時注意力上升的最后時段。以機械設計課程中帶傳動一節的內容為例：帶傳動的受力分析是其中的重點內容之一，應盡量安排在課堂的開始階段也就是學生注意力最集中的階段講解；隨著時間的推移，學生的注意力逐漸下降，再加上帶傳動的受力分析涉及到一定的公式推導，容易讓一部分學生倦怠，因此，這個時候要注意調節學生的情緒，使學生的注意力再度集中起來；到了快下課的時間，抓住學生注意力上升的黃金時段，快速統領這節課的要旨，使學生再次加深帶傳動內容的整體印象。

至于在課堂學生注意力下降的中間時段如何調動學生的情緒，從而提高注意力，可以有很多種方式，比如前面提到的播放錄像、游戲和小組討論等。到底采用哪一種方式，筆者覺得應該根據講授的內容設計，與講授內容相關。具體到帶傳動這一節的內容，我們可以用推導出歐拉公式的數學家歐拉的有關科學史話解決這一問題，講歐拉的人生遭遇以及是如何在雙目失明的情況下為科學獻身。這樣做不僅有助于調節學生的注意力，還能把思想教育融于教學之中，幫助其樹立正確的世界觀并陶冶情操。

二、理論聯系實際

美國著名教育家杜威說過：最好的一種教學就是牢牢記住教材和實際經驗二者相互聯系的必要性，使學生養成一種態度，習慣于尋找這兩方面的接觸點和相互的聯系。理論和實際的聯系是理論教學中必須遵循的一個基本規律、基本原則，同時也是具體的教學實施中一種基本、常用的手段，教學中的一個重要問題就是要能夠科學地把握并有效地實施這一原則和手段[4]。

機械設計是一門實踐性很強的課程，而課本上主要側重于理論的介紹。因此，盡量與實際應用聯系起來顯得特別必要。一方面，可以利用實物圖片、動畫模擬的零件或機構的運動過程向學生們進行展示，通過圖片、聲音、動態視頻和錄像等形式使學生們有個身臨其境的感覺和了解。例如在講齒輪輪齒加工方法的時候，我們把成形法和范成法加工齒輪的現場加工錄像放給同學們看。另一方面，在教學過程中講授基本的理論和觀點時，重點講授清楚理論如何于現實的基礎上產生，下工夫講清理論的來龍去脈，把所講的理論本身“伸展”開來，在從發生的角度聯接現實的同時，還從目的的角度聯接實踐，真正做到理論與實際的統一。仍然以帶傳動受力分析中的歐拉公式為例，講完公式的推導過程之后，不僅讓學生們知道歐拉公式奠定了撓性件摩擦的理論基礎，還可以聯系歐拉公式在現實中除了帶傳動之外的其他應用，例如在卷揚機、制動器、運輸機和鋼絲繩摩擦傳動等中的應用，同時配一些相關的圖片以及應用場合的現場視頻。進一步地，

可以借用科幻小說家儒勒·凡爾納在小說《馬蒂斯·桑多爾夫》中的描述給同學們設置這樣一個場景：已經移去了在兩旁撐住船身的支持物，船準備下水了，正在這時一艘快艇出現在人們眼前，原來這艘快艇要進港口，必須經過這艘準備下水的船塢前面。如果這兩艘船一條橫著，另一條用極高的速度沖過去，快艇一定會被撞沉的。兩艘船眼看就要相撞了，似乎已經沒有時間，沒有方法阻止這場慘劇發生了。突然出現了一個人，他拉住掛在船前部的繩索，飛速地把繩子繞在釘在地里的鐵樁上，冒著被摔死的危險，用超人的力氣，手拉住繩索大約40秒鐘，這40秒的時間，足以讓快艇安全地駛過大船，快艇已經脫險了。然后設置一個幾分鐘的討論：討論如何用歐拉公式計算手拉繩索所需要的力，真的需要超人的力氣才行嗎？這樣既可以利用情景活躍同學們的情緒，又能在對船舶帶纜這樣具體應用的討論中加深對歐拉公式的理解。

三、進行知識的拓展和融合

機械設計是數學力學等基礎學科的基本知識與實際結合得到的結晶，是各個學科的知識相互融合的結果。因此，在機械設計的教學中我們可以適當的進行知識的拓展和融合，這樣有助于學生在面對現實問題的時候，進行全面分析、多角度思考以及綜合判斷，有助于知識的融會貫通。

例如在講授齒輪傳動這一章的內容時，有一個作業題是求外嚙合正常齒標準斜齒輪圓柱齒輪的螺旋角的，螺旋角β與法面模數mn和端面模數mt之間的關系為

mn=mtcosβ

題中mn=2，本來通過計算mt該等于2.041，最后可以求出正確的螺旋角。結果有不少同學把mt約等于2，這樣一來螺旋角就等于零或π了，顯然不對。根據作業出現的情況，我們可以利用高等數學里面的導數和斜率的概念來引導學生理解為什么這么小的數字不能舍掉，畫出如圖1所示反余弦函數以及反余弦函數導數絕對值在區間[0，1]上的圖形，指出在x=1附近反余弦函數的導數絕對值大、斜率大、變化快，因而輸入微小的變化就能引起較大的輸出變化。

進一步地，可以利用蝴蝶效應“亞馬遜流域的一只蝴蝶扇動翅膀，會掀起密西西比河流域的一場風暴”引導同學們思考非線性現象。最后可以嘗試讓同學們用馬克思主義哲學精髓之一的具體問題具體分析來看待2.041是否能能夠約等于2：很多時候，太拘小節會給工作生活帶來麻煩，且顯得不夠大氣，但是有些時候，不注意這些小節又可能給個人甚至社會帶來很大的損失，到底如何對待，這要求我們時刻用具體問題具體分析的方法指導工作和學習。

四、結語

教學有法，教無定法。在機械設計這門課程的課堂上，只有根據學生特征和學習規律等因素，調節學生的情緒，提高學生的學習興趣，有針對性地選擇教學方法和技術，才能加深學生對理論知識的理解，從而牢固、正確地掌握理論知識，提高運用理論知識分析問題和解決問題的能力，為更好地運用于生產實際打下堅實基礎。

參考文獻：

[1]顧明遠.教育大辭典[M].上海教育出版社，1998：713.

[2]德雷克·博克.回歸大學之道——對美國大學本科教育的反思與展望[M].上海：華東師范大學出版社，2008：29.

[3]姚利民，段文彧.高校教學方法改革探討[J].中國大學教學，2013，（8）：60-64.

[4]孫進.教學中理論聯系實際問題的研究[J].遼寧工學院學報（社會科學版），2003，5（5）：71-72.