應用技術類型院校機械原理課程設計教學方法研究

閆航瑞 祁 鋒 劉麗明

武漢工程科技學院 湖北武漢 430200

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應用技術類型院校機械原理課程設計教學方法研究

閆航瑞 祁 鋒 劉麗明

武漢工程科技學院 湖北武漢 430200

摘 要：為了適應應用技術類型院校機械原理課程設計的教學要求，進行了實踐教學方法的探討與研究。針對現有教學方法存在的問題，實踐教學從理論入手，涉及課程設計的任務分配、溝通合作、結果撰寫、答辯考核等方面，進行了改革。對比實踐教學方法使用前后設計評分結果和學生反饋情況，驗證了本方法在一定程度上培養了學生的創新能力，是實踐教學的一次成功嘗試，對實踐教學方法的改革有一定的指導意義。

關鍵詞：機械原理；課程設計；教學方法；應用

目前，獨立院校和民辦普通本科院校處于轉型中，致力于學術型兼具技術應用型人才的培養。在快速教育改革和應對社會需求方面，院校教育強調教學方法與手段的改革，尤其是機械工程類教育，實習實踐教學方法的研究是十分重要的。

機械原理是機械專業技術基礎性課程，旨在使學生掌握機構結構與運動分析的基本理論知識，實現學生對常用機構進行系統化分析與設計，培養學生發現、分析、解決工程問題的能力。學生初步進行實踐的課程是機械原理課程設計，它是機械類課程中最適合培養學生技術應用和創新能力的一門課程，是必不可少的實踐性教學環節。針對課程設計中的選型、組合、變異及系統方案設計等，如何改革實踐教學方法，使學生正確運用機械原理基礎知識是非常重要的。

1 現有教學方法存在的問題

本課程具有極強的理論性，不僅有大量抽象、枯燥的概念和原理，而且還存在步驟較多、公式煩瑣的分析和計算。依據當前理論教學與實踐教學分開進行的方式，往往造成了學生在理論授課時不能很好地理解概念和原理，不能準確記憶和應用計算公式，相應地，在課程設計中，我們的學生不能自主討論形成創新設計方案，不能規范地運用理論知識完成設計課題，不能遵從國家標準繪制圖紙，在標準零件選用中不參考機械設計手冊。

通過對往屆學生進行機械原理及其課程設計的教學效果調查報告，發現機械原理課程設計教學方法存在以下問題。

1.1 理論講解復雜 公式推導煩瑣

在進行課程設計內容中圖解法占據了主要部分，偏重理論與知識的積累，而采用“填鴨式”教學進行概念和原理學習，缺乏抽象概念的形象化，缺乏原理的視頻演示和模型運動觀摩，導致學生在使用中出現“張冠李戴”的現象。

依靠多媒體教學，缺少“黑板加粉筆”的傳統教學方式的輔助，造成了公式推演過程過快，使學生與教師的思維不能同步，導致學生們對于計算過程畏懼，不能保持計算的一絲不茍，甚至出現計算不符或者忽略計算過程的現象。

1.2 不能掌握學生情況 學生學習主動性差

在現場教學中缺乏互動，討論活動過少，不能及時捕捉學生學習動態，缺乏以案例引導的啟發式教學，學生不能積極主動的進行思考，導致學生依賴老師給予課程設計總體方案的現象或者直接抄襲現有案例。在設計過程中，沒有體察學生對于任務的接受能力和完成能力，造成了任務安排過重或者過輕，影響教學效果。

多功能便攜式電子產品，如手機、iPad等，使學生不能在課堂上專注精神進行課堂學習，在自我學習中不具備主動性，在小組設計中缺乏合作，不能完成自己的任務量，缺乏責任感。

1.3 實踐時間節點設置脫節

課程設計教學與理論教學先后進行的教學安排，造成了學生在后期的課程設計實踐應用中不能聯系理論知識，在前期的理論學習中沒有通過實踐學習將理論掌握，造成了理論與實踐的脫節。在課程設計的整個過程中，缺乏設計安排，設計內容進度與時間不匹配，造成了設計沒有因果和邏輯關系。

1.4 實踐鍛煉不足 不能遵循設計標準

機械新標準沒有在教學過程中貫穿始終，沒有從多門課程、理論與實踐中多角度引入；對于典型運動機構的運動分析與計算，以及運動簡圖的繪制沒有加強鍛煉。

2 實踐教學方法的研究

針對現有教學方法存在的問題，為了提高我專業機械原理課程設計的教學效果，設計了《機械原理課程設計教學質量調查問卷》，問卷主要涉及課堂教學環節、教學效果、學習情況等問題。調查對象是我校已經學習了機械原理及機械原理課程設計課程的學生，調查采取不記名的形式進行，以自愿為原則，共計108學生參與填寫調查問卷。針對本次調查認真做了統計分析，撰寫了教學方法的調查與分析報告，專業教師間對機械原理課程設計的教學方法進行了探討。

當前大學生在學習上存在很強的依賴心理，缺乏追求自我學習能力、創新能力，自行分析和解決問題的能力不足。因此，在機械原理課程設計實踐教學中，根據專業培養目標的要求，我們從理論教學入手，從選題設置、任務分配、組員搭配、課程設計內容涵蓋范圍、運動方案設計、機構運動學涉及范圍、CAD繪圖等方面進行本課程實踐教學方法的研究。

2.1 采用直觀、靈活的啟發性教學

針對現有理論教學方法中存在的問題，機械原理課程中的大量原理和運動設計方法，在推演中采用動畫、模型或實物演示等方法，啟發學生對原理和公式的來源、過程和結果有一個清晰明了、直觀的理解，并設計關聯記憶，使步驟較多、公式煩瑣的計算和設計變得簡單明了，調動學生的興趣。對于課程設計中必不可少的機械機構的方案分析中，應當對連桿機構、凸輪機構、齒輪機構等機構的機構特點、運動分析、應用情況等理解掌握，才能正確進行功能分解、機構選型和組合，對于方案的分析與綜合、運動的協調設計與評價是非常重要的。

2.2 選題多樣 設計任務分配自主

為了適應學生情況，解決現有教學方法，在課程設計選題中，應當選用可激發學生潛能又鍛煉設計理論的新型設計題目，并鼓勵和引導學生結合生活、生產需要和課程所學自選題目。在課程設計中盡可能給予學生創新設計的空間，不設置條框，引導學生自主地進行查閱、討論，在方案設計、運動分析和仿真、方案綜合分析與評述等中對學生進行綜合能力的培養。

在課程設計選題組員配置中，應當以自主搭配為主，教師干預為輔。因為考慮到組員數量會影響課程設計的合作和協調，培養學生的團隊合作與學習交流能力，根據調查結果，將會把組員人數限定為3～5人為宜，可根據設計運動的復雜程度適當增減，既能避免工作量過度又能使學生可以接受一定的挑戰。關于組員的搭配，以學生學習能力水平平均搭配為主，自由組合為輔。因為讓學習能力稍強的、學習主動性高的學生，帶動學習能力不夠的、積極性不高的同學，這樣相互搭配，提可高班級同學整體的學習積極性，這樣有助于提高課程實踐教學的效果。

在確定選題后的組員內部人員任務分配中，應以組員意愿為主，小組長支配為輔，有爭議的以教師指導分配。任務下達后，組員以完成自己的任務為主，但是一定要參與其他部分的設計和討論，對于自己任務的難點和興趣點要分享，接受組內討論建議。這種方式可以提高學生在設計中的綜合思維能力，并且承擔責任，增強自信。

2.3 設計過程合理安排 引導學生溝通合作

在課程設計過程中，應當就設計過程中的各個設計節點進行時間安排，設置關鍵點，針對不同類型的題目，設置問題，引導組內和組間的合作和交流，集思廣益商討對策。

首先，采用“以教師教學為主導，學生自主學習為核心”的教學方法。在機械系統運動方案的構思中，通過功能需求入手，進行功能分解，在組內進行討論，引導同學們出謀劃策，提出想法，然后讓其他組員給出贊成或者不贊成的意見，針對這些意見進行改進方案的商討，同時引導學生自主分析常用機構的特點，完成系統運動方案的設計。其次，采用想法付諸行動的教學手段。在方案成形后，應當讓同學們正確的將想法呈現為文檔和圖紙，這就需要學生們依據規范逐步完成機械運動簡圖設計，在設計中要以明確機構組合關系為主，以正確表示為輔，并進行組內合作和組間質疑，切實地將想法付諸實踐。再次，采用“知識、能力、素質加創新”的四位一體的教學理念。在機械驅動裝置的選擇和傳動系統設計中，為了避免公式使用“張冠李戴”和設計參數混亂的現象，組內成員要嚴格依據設計條件，根據正確的公式進行設計計算，要多人反復推敲和協助，才能合理設計各個機構的運動參數，使用計算機輔助設計軟件進行運動建模與仿真，實現運動優化。最后，采用“教與學相融合”的教學體系構建，完成圖文設計說明書。在設計圖紙的完成中，可借助CAD繪圖，一要圖文相符，二要圖規范。這就需要組內成員的通力合作，積極查閱資料和設計手冊，同時需要組間成員間的指正，從而進一步縮小組與組之間學生水平的差異，實現共同進步，避免出現1.4節所述問題。

2.4 設計結果撰寫協調

由于課程設計的組內合作關系，必然存在每個組員在不同設計部分上所耗費的精力有所偏重，那么撰寫時就需要同學們注意設計說明文檔的先后銜接。在撰寫文檔時要共同商討，并指定組長進行協調，使整個設計渾然一體。

2.5 答辯考核透明 以指導為主

在課程設計考核上，在同學們遞交的課程設計書、設計圖紙的基礎上，增加了現場答辯的環節。從此環節上可以直接了解每位成員的設計成果和組內合作情況，同時可以界定組間水平差異，為以后分組方式提供參考。更為重要的是在答辯中可以評價設計的優點和不足之處給予指導。一方面可使學生們了解自己的學生成果，增加自信；另一方面可使其了解課程設計中的缺陷，予以改正，避免重復錯誤。在整個答辯過程中，可以增加團隊合作意識，鍛煉學生的表達能力。

3 實踐教學方法的適用性分析

為了進一步驗證實踐教學方法針對我院校當前應用技術類型的定位對機械原理課設設計教學的改善效果是否具有普遍適用性。針對實踐教學方法使用前后學生們完成課程設計報告的情況，隨機抽取50份2012屆（實踐教學方法使用前）、2013屆（實踐教學方法使用后）學生的機械原理課程設計報告說明書，針對學生在文獻查閱及課程設計報告、基本知識、論文質量與研究能力、論文規范、工作態度等方面的統計（見表1）。結果顯示，采用上述實踐教學方法對于“應用技術類型”院校機械原理課程設計教學具有普遍適用性，能進一步提高教學效果。

表1 機械原理課程設計評分情況統計表

4 結束語

對于應用技術類型院校，機械原理課程設計是非常適合培養機械專業學生技術應用和創新能力的一門課程。現針對本課程教學中的難點和關鍵點，我們采用了教與學相融合的實用性教學方法。該方法基于理論教學，從任務分配、過程中溝通合作、設計結果撰寫協調、評價考核等方面闡述了課程設計的具體教學方法，實現了將基礎知識正確運用到不同的設計課題中。根據此方法，通過機構設計的選型、組合、變異及機械系統方案設計等實踐活動，提高了學生的學習積極性，一定程度上培養了學生的團隊合作能力和創新能力，是應用技術型實踐教學的一次成功嘗試。通過實踐教學方法使用前后兩屆學生的課程設計評分情況，驗證了本教學方法針對實踐教學方法的改革有一定的指導意義。

參考文獻

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Teaching Method Research on Curriculum Design of Mechanical Principles in Application Type Colleges

Yan Hangrui， Qi Feng， Liu Liming
Wuhan University of Engineering Science， Wuhan， 430200， China

Abstract:To apply the teaching requirements of mechanical principle course design in"application type" colleges， the discussion and research of the practice teaching method was carried on. In view of the existing problems， practice teaching based on the theory teaching includes design task allocation， communication， cooperation， report writing and defense assessment， etc. According to score results and feedback from students， the innovation ability of students has been cultivated to a certain extent after using the teaching methods. It is a successful attempt to practice teaching， and has certain guiding signifcance on the reform of practical teaching method.

Key words:mechanical theory； curriculum design； teaching method； application

收稿日期：2015-11-05

作者簡介：閆航瑞，碩士，講師。祁鋒，碩士，講師。

基金項目：武漢工程科技學院2013年度教學研究項目“機械設計制造及其自動化專業《機械原理課程設計》實踐教學方法研究”（編號：JY201305）。