非機(jī)類專業(yè)《機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)》教學(xué)方法改革與思考

張會端

(河南理工大學(xué)　機(jī)械與動力工程學(xué)院，河南　焦作　454000)

?

非機(jī)類專業(yè)《機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)》教學(xué)方法改革與思考

張會端

(河南理工大學(xué)機(jī)械與動力工程學(xué)院，河南焦作454000)

《機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)》是諸多非機(jī)械類工科學(xué)生的必修課程，內(nèi)容寬泛，應(yīng)用面廣。但因為不是學(xué)生的專業(yè)課，往往引不起足夠的重視。打破以往的教學(xué)常規(guī)，由教師的以“教”為主改變?yōu)閷W(xué)生的以“學(xué)”為主，以引導(dǎo)的方式提高學(xué)生興趣，使學(xué)生形成自主學(xué)習(xí)的方式，以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性，達(dá)到更好的教學(xué)效果。

機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)；教學(xué)方法；引導(dǎo)

一、引言

《機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)》是非機(jī)械類工科學(xué)生的必修課程，其目的是培養(yǎng)學(xué)生具有一定的機(jī)械基礎(chǔ)知識和初步的機(jī)械設(shè)計能力, 為今后的機(jī)械技術(shù)工作打下基礎(chǔ)。它既是基礎(chǔ)又有較強(qiáng)的實踐性[1], 在整個教學(xué)計劃中占有非常重要的地位。如何讓學(xué)生很好地獲得機(jī)械設(shè)計的基本技能，是教師們一直在思考的問題[2-4]。

現(xiàn)代大學(xué)生思維活躍，性格張揚，接受新鮮事物比較快，他們不拘泥常規(guī)，不會按部就班任由老師在講臺上“說教”。尤其是《機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)》的教學(xué)，學(xué)生常常認(rèn)為這門課不是自己的專業(yè)課，學(xué)不學(xué)聽不聽更加無所謂。如果按照以往多年來以“教”為主的教學(xué)模式來授課，往往不會達(dá)到很好的效果。為了適應(yīng)人才培養(yǎng)的要求,我們一直在積極探索合適的教學(xué)模式以適應(yīng)當(dāng)前的教育現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢。打破以往的教學(xué)常規(guī)，以引導(dǎo)學(xué)生提高興趣、引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的方式，從教師的“教”改變?yōu)閷W(xué)生的“學(xué)”，以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性，達(dá)到更好的教學(xué)效果。

二、趣味式引導(dǎo)

一門課程能不能讓學(xué)生喜歡，關(guān)鍵在于能否激發(fā)學(xué)生的興趣。機(jī)械與機(jī)構(gòu)，單從字面理解，枯燥而無味；若運用動畫展現(xiàn)運動，則顯得生動而有趣。世間萬千機(jī)械，但基本原理相同，宗旨不變，“簡單的原理，華美的機(jī)械”，是筆者常對學(xué)生說的一句話。運用非常簡單的原理，就能設(shè)計出滿足各種需要的機(jī)器，這不能不說是機(jī)械的奧妙。

圖1　契貝謝夫步行機(jī)器人

圖2　連桿曲線

例如平面四桿機(jī)構(gòu)，這是最簡單和最基礎(chǔ)的機(jī)構(gòu)，其他機(jī)構(gòu)都是由四桿機(jī)構(gòu)演化而成。而簡單的幾根桿，就可以做出各種各樣的機(jī)構(gòu)，比如著名的契貝謝夫步行機(jī)器人(如圖1)，連桿的不同位置會有不同的輸出曲線(如圖2)，從而做成具有不同功能的機(jī)械。每當(dāng)學(xué)生看到這兩個FLASH，筆者都能聽到唏噓不已的聲音。這兩個FLASH對學(xué)生形成一種強(qiáng)烈的視覺沖擊，勾起學(xué)生的無限好奇，從而激發(fā)他們的學(xué)習(xí)興趣。

三、實物式引導(dǎo)

《機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)》課程理論性和實踐性并重, 而學(xué)生往往在課堂學(xué)習(xí)過程中缺乏感性認(rèn)識, 所以在教學(xué)時可采用圖片、實物模型及現(xiàn)場教學(xué)等多種手段組合, 將結(jié)構(gòu)形狀和構(gòu)件間的相互關(guān)系生動地展現(xiàn)在學(xué)生面前，使內(nèi)容形象、學(xué)生喜聞樂見,加深學(xué)生對所學(xué)內(nèi)容的理解, 從而提高了整體教學(xué)質(zhì)量和水平。

例如加工方法，說起來很簡單，但對于沒走進(jìn)過工廠的學(xué)生來說，并沒有感性認(rèn)識。而如果用FLASH形象地展示，學(xué)生就會一目了然。講普通平鍵的類型，圓頭平鍵和方頭平鍵的鍵槽形狀不相同，學(xué)生只知其然而不知其所以然。如果給學(xué)生展現(xiàn)指狀銑刀和盤形銑刀加工鍵槽的過程，如圖3和圖4所示，無需贅言就能給學(xué)生留下深刻印象。

圖3　圓頭平鍵鍵槽形狀和加工方法

圖4　方頭平鍵鍵槽形狀和加工方法

在《機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)》本科生的教學(xué)體系中，應(yīng)更多地設(shè)置陳列室，如零件失效形式的陳列室，零件加工方式陳列室，機(jī)構(gòu)運動的陳列室，陳列的可以是模型，也可以是企業(yè)廢舊的機(jī)械結(jié)構(gòu)或零部件，給學(xué)生真切的感性認(rèn)識，讓學(xué)生更加深刻地理解《機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)》的應(yīng)用。

四、問題式引導(dǎo)

專業(yè)課程授課的難點，在于授課的平鋪無奇，任老師講得天花亂墜，仍不及一部電影或者文學(xué)故事吸引學(xué)生。而問題便是平靜湖面上的一粒石子，激起思維的層層漣漪。在教學(xué)過程中，應(yīng)有意識地設(shè)定問題，以引起學(xué)生的思考。任何一個細(xì)小的知識點，都可以設(shè)定問題，甚至對某些章節(jié)，可以以問題貫穿整篇知識，讓學(xué)生尋找問題答案的過程便是學(xué)生的學(xué)習(xí)過程。

問題是最好的“老師”，問題不應(yīng)止于老師，而是應(yīng)該給學(xué)生更多的思考空間，甚至讓他們自己去探索。在講述帶傳動力分析時，先講述了帶傳動的最大有效拉力，在推導(dǎo)有效拉力表達(dá)式時沒有考慮到離心力的存在，而在隨后講述的帶的應(yīng)力分析時，有了離心應(yīng)力的分布。前后聯(lián)系，善于思考的學(xué)生就會問：為什么在推導(dǎo)有效拉力時沒考慮到離心力，這個有效拉力的表達(dá)式是惟一精確的嗎？而此時作為老師，恐怕不是短時間內(nèi)能給學(xué)生講清楚的，倒不妨讓學(xué)生自己查查文獻(xiàn)，鼓勵他：他和其他學(xué)者一樣在思考這個問題，如胡明祥[5]、辛禮兵[6]和劉鷹[7]。

五、互動式引導(dǎo)

在平時的整個教學(xué)過程中，應(yīng)著重以學(xué)生為主，以教和學(xué)的互動來引導(dǎo)學(xué)生掌握基本知識。在講述齒輪這一章時，齒輪滿足定傳動比的要求、齒輪的嚙合特點、傳動要求等內(nèi)容，都和漸開線的特性緊密相關(guān)，透徹理解漸開線的形成與特性，對后面的內(nèi)容至關(guān)重要。所以在講述漸開線的內(nèi)容時，打破常規(guī)，不用說教來介紹這些內(nèi)容，而是讓學(xué)生親自動手來體會。

安排學(xué)生帶好直尺、圓規(guī)等工具，講課時，只介紹漸開線的形成原理，便要求學(xué)生親自動手來畫一條漸開線。靜靜地等待，看學(xué)生對照著形成原理來想辦法畫圖。自然，會有學(xué)生想到如下辦法：如圖5所示，任畫一個基圓，把基圓n等分，計算出每段弧長；在等分點按順序畫基圓的切線，截取線段長度等于弧長，便找到發(fā)生線滾動到切點位置時漸開線上的點，順次光滑連接，形成漸開線。對同一大小的基圓，漸開線的位置不同時，觀察它們的形狀又有何變化。通過這樣簡單的動手，漸開線的特性不言而喻。和周圍的同學(xué)相比較，漸開線的形狀取決于基圓也就一目了然。通過這樣的互動，學(xué)生不僅加深對所學(xué)知識的理解，同時對該知識在工程實踐中的應(yīng)用有了一定的認(rèn)識。

圖5　學(xué)生手畫的不同基圓的漸開線

六、結(jié)論

《機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)》是工科非機(jī)械類學(xué)生的必修課程，引導(dǎo)學(xué)生重視課程，掌握最基本的機(jī)械技能是我們一直在思考的問題。改變通常的教學(xué)方法，通過趣味式、實物式、問題式和互動式引導(dǎo)，從教師的以“教”為主改變?yōu)閷W(xué)生的以“學(xué)”為主，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，讓學(xué)生有真切的感性認(rèn)識，引導(dǎo)學(xué)生形成自主學(xué)習(xí)，以達(dá)到更好的教學(xué)效果。

(責(zé)任編輯：徐建平)

[1]薛銅龍.機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2011：4.

[2]薛銅龍,王小林,鞏琦.基于卓越工程師培養(yǎng)的“機(jī)械設(shè)計”課程教學(xué)改革[J].中國大學(xué)教學(xué), 2013(3)：57-58.

[3]呂明,楊勝強(qiáng),白薇.機(jī)械類本科生創(chuàng)新人才培養(yǎng)與教學(xué)模式改革研究[J].中國大學(xué)教學(xué), 2009(5)：28-30.

[4]石永軍.機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)課程設(shè)計教學(xué)改革研究[J].中國電力教育，2012(32)：55-56.

[5]胡明祥.簡析離心力在帶傳動中對初拉力的影響[J].鄂州大學(xué)學(xué)報，2007，14(5)：30-32.

[6]辛禮兵.摩擦帶傳動的最大有效拉力分析計算[J].機(jī)械工程師，2009(5)：61-62.

[7]劉鷹. 帶傳動系統(tǒng)臨界滑移狀態(tài)傳動帶力學(xué)特性研究[J].機(jī)械傳動，2015，39(10)：31-34.

Discuss of Guiding Teaching Model about The Basis of Machine Design

ZHANG Hui-duan

(College of Mechanical and Power Engineering, Henan Polytechnic University，Jiaozuo 454000,China)

TheBasisofMachineDesignis most non-mechanical engineering students' compulsory course. It has broad content and gotten wide application. But it's not a student’professional course, so can not gottem enough attention. Breaking the previous teaching methods，guiding teaching method improves the students' interest and autonomous learning ability by changing teachers "teaching" to students’ "learning", in order to stimulate students' learning initiative, and get better teaching effect.

the basis of machine design;teaching methods;guiding

G642.3

A

1671-9719(2016)9-0050-03

張會端(1972-)，女，河北趙縣人，博士，副教授，研究方向為機(jī)械設(shè)計。

2016-05-25

2016-06-13

河南理工大學(xué)教改項目“基于多學(xué)科分層次的‘機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)’課程教學(xué)體系改革”(2015JG001)。