非機(jī)械專業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程的教學(xué)研究

摘要：機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程是非機(jī)械專業(yè)的技術(shù)基礎(chǔ)課，為進(jìn)一步學(xué)習(xí)各專業(yè)課程中有關(guān)機(jī)械的內(nèi)容或有關(guān)專業(yè)機(jī)械設(shè)備的課程奠定理論基礎(chǔ)。本文在分析了非機(jī)械專業(yè)中本門課程的教學(xué)特點(diǎn)和教學(xué)現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，提出了適當(dāng)調(diào)整教學(xué)內(nèi)容；以工程需求為導(dǎo)向，加強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣；與知識(shí)背景相結(jié)合，提高學(xué)生學(xué)習(xí)熱情；多媒體與傳統(tǒng)教學(xué)手段相結(jié)合，增強(qiáng)直觀性教學(xué)；加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)，注重學(xué)以致用等教學(xué)方法和手段，獲得了良好的教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：非機(jī)械專業(yè)；機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)；教學(xué)研究

TH122-4

機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)是一門技術(shù)基礎(chǔ)課。隨著機(jī)械化生產(chǎn)規(guī)模的日益擴(kuò)大，除機(jī)械制造部門外，在能源動(dòng)力、石油化工、冶金、采礦、輕紡、食品等諸多生產(chǎn)部門工作的工程技術(shù)人員，都會(huì)經(jīng)常接觸各種類型的通用機(jī)械和專用機(jī)械。這要求他們必須對(duì)機(jī)械的基礎(chǔ)知識(shí)，如機(jī)構(gòu)的基本組成和工作原理、零件的受力和失效形式、設(shè)備的選購(gòu)、正確使用和維護(hù)及故障分析等具有一定的了解。

機(jī)械化生產(chǎn)對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)進(jìn)步和社主主義現(xiàn)代化建設(shè)的發(fā)展具有重要意義，機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)這門課程發(fā)揮的作用也愈來(lái)愈大[1]。對(duì)原有的機(jī)械設(shè)備進(jìn)行全面的改造和技術(shù)升級(jí)，能夠充分發(fā)揮企業(yè)的潛力，為企業(yè)帶來(lái)更多利潤(rùn)；設(shè)計(jì)各種高質(zhì)量、先進(jìn)的成套設(shè)備來(lái)裝備新興的生產(chǎn)部門，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)的多元化；研究、設(shè)計(jì)高度智能化的機(jī)械設(shè)備，實(shí)現(xiàn)空間探索、海底開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化。同時(shí)，在經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會(huì)進(jìn)步過(guò)程中，機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)這門課程自身也將得到更大的發(fā)展。

一、非機(jī)械專業(yè)本課程的教學(xué)特點(diǎn)及現(xiàn)狀分析

機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)這門課程是機(jī)械類的專業(yè)必修課，同時(shí)也是工程學(xué)科非機(jī)械專業(yè)的一門重要的技術(shù)基礎(chǔ)課程，國(guó)內(nèi)許多高校中具有工程性質(zhì)的非機(jī)械專業(yè)都開(kāi)設(shè)有本門課程，比如南京航空航天大學(xué)的材料科學(xué)與工程、能源動(dòng)力與工程、自動(dòng)化工程、航空宇航工程等。本門課程最顯著的特點(diǎn)是基礎(chǔ)理論與工程實(shí)際的結(jié)合，學(xué)習(xí)本門課程要用到物理、數(shù)學(xué)、力學(xué)、機(jī)械制圖和工程材料以及機(jī)械制造基礎(chǔ)等先修課程的知識(shí)，尤其是理論力學(xué)課程的知識(shí)。但并不是這些課程的簡(jiǎn)單重復(fù)，而是要引導(dǎo)學(xué)生如何運(yùn)用所學(xué)的知識(shí)解決工程實(shí)際中所遇到的問(wèn)題。

由于非機(jī)械專業(yè)學(xué)生的基礎(chǔ)知識(shí)與機(jī)械類專業(yè)有所不同，因此本門課程對(duì)非機(jī)械專業(yè)的教學(xué)具有一定的獨(dú)特性。首先是教學(xué)目的，本課程不是研究某種具體的機(jī)械，而是著重研究一般機(jī)械的共性問(wèn)題，即機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析和綜合的基本理論和基本方法，這些基本理論和方法是緊密為工程服務(wù)的，為進(jìn)一步學(xué)習(xí)專業(yè)機(jī)械的課程打下理論基礎(chǔ)，為從事工藝、運(yùn)行和管理工作的技術(shù)人員提供一定的基礎(chǔ)知識(shí)。其次是教學(xué)內(nèi)容，非機(jī)械專業(yè)與機(jī)械類專業(yè)學(xué)生對(duì)本門課程內(nèi)容的要求不同，非機(jī)械專業(yè)注重對(duì)內(nèi)容的一般了解，因此削減了大量的公式推導(dǎo)與證明等內(nèi)容，添加了部分工程實(shí)際的案例。但是具體的教學(xué)知識(shí)點(diǎn)并無(wú)明顯差別，都包含機(jī)械設(shè)計(jì)的基本理論，如結(jié)構(gòu)學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)等；常用機(jī)構(gòu)及其傳動(dòng)設(shè)計(jì)，如連桿機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)和齒輪機(jī)構(gòu)等；通用零部件設(shè)計(jì)，如機(jī)械連接、機(jī)械傳動(dòng)和軸系零件等。最后是教學(xué)過(guò)程，由于知識(shí)背景不同，對(duì)非機(jī)械專業(yè)的教學(xué)過(guò)程中需要簡(jiǎn)單引入機(jī)械類的專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)，如在講授機(jī)械設(shè)計(jì)的工藝性要求時(shí)需要簡(jiǎn)單介紹機(jī)械加工的基本知識(shí)，以便于學(xué)生理解工藝性的含義。然而，由于許多任課教師沒(méi)有注意到非機(jī)械專業(yè)和機(jī)械類專業(yè)的教學(xué)特點(diǎn)的異同，在教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法上不區(qū)別對(duì)待，導(dǎo)致教學(xué)中出現(xiàn)了一些問(wèn)題，學(xué)生在理解教學(xué)內(nèi)容上有一定的困難，感覺(jué)枯燥、抽象，進(jìn)而厭學(xué)甚至棄學(xué)，教學(xué)效果不夠理想。

二、非機(jī)械專業(yè)本課程的教學(xué)方法與手段

1.適當(dāng)調(diào)整教學(xué)內(nèi)容

機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)這門課程是以多門先修課程為基礎(chǔ)的[2]，而由于種種原因，非機(jī)械專業(yè)學(xué)生并沒(méi)有學(xué)習(xí)過(guò)某一門或某幾門先修課程，這給本門課的教學(xué)帶來(lái)一定的困難。為達(dá)到良好的教學(xué)效果，教師必須根據(jù)教學(xué)要求和目的，對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。非機(jī)械專業(yè)注重對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識(shí)的一般了解，是為了學(xué)習(xí)專門機(jī)械奠定基礎(chǔ)，而并不注重設(shè)計(jì)機(jī)器，因此教學(xué)內(nèi)容應(yīng)刪減難度較大的公式推導(dǎo)和定理證明等，而是直接給出實(shí)用性的公式或定理，重點(diǎn)講授它們的工程應(yīng)用及使用方法。如在校核機(jī)械零件的接觸強(qiáng)度時(shí)用到赫茲公式，它屬于彈性力學(xué)的知識(shí)，在講授時(shí)直接給出赫茲公式的具體形式，講明其中各個(gè)參數(shù)的含義，重點(diǎn)講述該公式在校核計(jì)算零件的接觸強(qiáng)度，如齒輪傳動(dòng)的齒面接觸強(qiáng)度計(jì)算中的應(yīng)用和注意事項(xiàng)，而不必要介紹該公式的推導(dǎo)過(guò)程。如果強(qiáng)制講授，則學(xué)生會(huì)覺(jué)得枯燥、難以理解，且占用寶貴的課時(shí)，教學(xué)效果差。

2.以工程需求為導(dǎo)向，加強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣

興趣是最好的導(dǎo)師。機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)這門課程的基本理論和方法是緊密為工程服務(wù)的，以工程需求為導(dǎo)向的教學(xué)方法必然激起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，加快加深對(duì)知識(shí)的理解，達(dá)到良好的教學(xué)效果。這種方法改變了傳統(tǒng)的教師按部就班地講、學(xué)生被動(dòng)聽(tīng)的教學(xué)模式，有利于學(xué)生主動(dòng)思考，激起學(xué)生強(qiáng)烈的求知欲。以工程需求引出教學(xué)內(nèi)容，如以汽車后橋差速器為例講授差動(dòng)輪系的分解運(yùn)動(dòng)，由于汽車是日常生活中常見(jiàn)的機(jī)器，而大部分學(xué)生對(duì)汽車轉(zhuǎn)彎過(guò)程中機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)原理并不了解，這就激發(fā)了他們學(xué)習(xí)的樂(lè)趣。在課堂之外，當(dāng)他們看到汽車時(shí)，仍能主動(dòng)回憶起所學(xué)內(nèi)容，加深了對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解。教學(xué)過(guò)程多引入工程案例或日常案例，能幫助學(xué)生理解所學(xué)內(nèi)容。如在講授平面四桿機(jī)構(gòu)的死點(diǎn)位置時(shí)，以家庭常用的縫紉機(jī)的踏板機(jī)構(gòu)為例進(jìn)行講解。

3.與知識(shí)背景相結(jié)合，提高學(xué)生學(xué)習(xí)熱情

機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程中的許多名詞和符號(hào)是機(jī)械類專業(yè)中學(xué)習(xí)過(guò)的，對(duì)于非機(jī)械類專業(yè)的學(xué)生來(lái)說(shuō)比較陌生，導(dǎo)致他們對(duì)學(xué)習(xí)本門課程的目的不清楚，覺(jué)得學(xué)習(xí)本門課的意義不大，因而厭學(xué)甚至棄學(xué)。若能將該課程與他們的專業(yè)知識(shí)背景相結(jié)合，必將提高學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。針對(duì)航空航天類學(xué)校的學(xué)生，將機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識(shí)與航空航天應(yīng)用相結(jié)合，教學(xué)過(guò)程中引入航空航天應(yīng)用案例，如在講授齒輪的失效形式和設(shè)計(jì)計(jì)算準(zhǔn)則時(shí)，以航空發(fā)動(dòng)機(jī)用齒輪為例進(jìn)行講解，由于航空發(fā)動(dòng)機(jī)用齒輪的特殊工作環(huán)境及應(yīng)力狀態(tài)，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)選取合適的材料、加工精度，并注意校核強(qiáng)度等參數(shù)。

4.多媒體與傳統(tǒng)教學(xué)手段相結(jié)合，增強(qiáng)直觀性教學(xué)

機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)所研究的對(duì)象多為運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)和機(jī)械，而多媒體能夠?qū)⑽淖?、圖像、動(dòng)畫(huà)和聲音等教學(xué)素材進(jìn)行合理編排，使原本枯燥難懂的知識(shí)點(diǎn)形象化、趣味化，因此多媒體技術(shù)在本門課的教學(xué)中非常重要。但是在利用多媒體技術(shù)教學(xué)時(shí)，由于信息量增大，教學(xué)速度加快，易導(dǎo)致學(xué)生的思路難以跟上教師的講解進(jìn)度，學(xué)生沒(méi)有思考時(shí)間，不利于對(duì)知識(shí)點(diǎn)的掌握。將多媒體與傳統(tǒng)教學(xué)手段結(jié)合則可有效解決這一問(wèn)題。由于非機(jī)械專業(yè)學(xué)生的理論基礎(chǔ)薄弱，缺乏實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和空間想象力，因此使用多媒體技術(shù)教學(xué)可以變靜為動(dòng)，幫助學(xué)生理解。如使用動(dòng)畫(huà)演示機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)過(guò)程，可以幫助學(xué)生理解各構(gòu)件間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，培養(yǎng)了學(xué)生的空間想象力；同時(shí)在黑板上對(duì)輸出構(gòu)件進(jìn)行受力分析，使學(xué)生將力與運(yùn)動(dòng)結(jié)合起來(lái)，激發(fā)他們主動(dòng)思考。

5.加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)，注重學(xué)以致用

實(shí)踐教學(xué)是培養(yǎng)學(xué)生工程實(shí)踐能力的重要環(huán)節(jié)，在講授機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)理論內(nèi)容的同時(shí)，要加強(qiáng)對(duì)學(xué)生工程實(shí)際應(yīng)用能力的培養(yǎng)，提高學(xué)生工程實(shí)踐能力，為將來(lái)走上工作崗位打下基礎(chǔ)。實(shí)踐教學(xué)包括多種形式，首先是實(shí)驗(yàn)教學(xué)，這是理論教學(xué)的補(bǔ)充和深化，實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程能夠培養(yǎng)學(xué)生思考問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力[3]，消化課堂上所學(xué)知識(shí)，動(dòng)手解決生產(chǎn)中出現(xiàn)的問(wèn)題。比如齒輪參數(shù)測(cè)定實(shí)驗(yàn)和減速器拆裝實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生產(chǎn)生對(duì)齒輪及輪系、軸類零件等的直觀認(rèn)識(shí)，同時(shí)學(xué)習(xí)和掌握了具體的測(cè)量技術(shù)和方法。其次是參觀實(shí)習(xí)，帶學(xué)生進(jìn)入生產(chǎn)企業(yè)參觀，現(xiàn)場(chǎng)講解所看到的機(jī)構(gòu)、零件等，擴(kuò)展學(xué)生的空間思維，加深對(duì)課堂知識(shí)的印象。最后是創(chuàng)新比賽，如指導(dǎo)學(xué)生參加大學(xué)生機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽，充分發(fā)揮學(xué)生的創(chuàng)新能力，提高他們的動(dòng)手能力，學(xué)以致用。

三、結(jié)束語(yǔ)

本文對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)這門課程對(duì)非機(jī)械專業(yè)的教學(xué)特點(diǎn)和現(xiàn)狀進(jìn)行了分析，對(duì)教學(xué)方法和手段進(jìn)行了研究。由于本課程內(nèi)容多，涉及先修課程多，這就要求教師必須不斷創(chuàng)新教學(xué)方法，與時(shí)俱進(jìn)，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，切實(shí)提高學(xué)生的工程實(shí)踐能力，培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力和創(chuàng)新思維能力。

參考文獻(xiàn)

[1]郭攀成，穆璽清.機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程教學(xué)內(nèi)容的改革與實(shí)踐[J].中國(guó)電力教育，2009，134：129-130.

[2]黃小龍，楊洋，劉相權(quán).“機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”課程教學(xué)改革研究[J].教育教學(xué)論壇，2016，04：112-114.

[3]田君，韓立發(fā).基于卓越工程師培養(yǎng)目標(biāo)下機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程教學(xué)的改革[J].東莞理工學(xué)院學(xué)報(bào)，2013，20：100-104.

作者簡(jiǎn)介：

趙國(guó)龍（1987-），男，工學(xué)博士，山東濟(jì)南人，南京航空航天大學(xué)機(jī)電學(xué)院機(jī)械制造及其自動(dòng)化系，講師，主要研究方向?yàn)槲⒓?xì)加工技術(shù)。