基于中國文明的機械設計基礎PBL教學改革探討

王丹 王凌云

摘 要：針對機械設計基礎課程內容繁雜、理論性強的內容特點及教師教授為主、學生聽講為輔的教學方法的弊端，以中國傳統機械技術知識為教學內容改革素材，將《機械設計基礎》課程內容與傳統技術、傳統文化、中國工匠等中華文明的小故事聯系起來，同時基于PBL問題教學法進行教學方法改革，讓學生參與到與典型機構和零件相關的歷史故事檢索、收集和融會講解中，使學生由被動接收知識變為主動學習的過程。

關鍵詞：機械設計基礎 教學內容改革 PBL問題教學法

中圖分類號：G642.4 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）06（b）-0134-02

“機械設計基礎”是高等職業技術教育和高等專科教育數控技術、機電一體化等機械制造類和機電工程類專業的主干課程。但該門課程內容繁雜、理論性強，學生對所學的典型機構和零件是出自何處、用于何處了解不多，對課程感到枯燥和茫然，且學生在課堂教學中地參與度很低。

為改變“機械設計基礎”課堂教學現狀，以PBL問題教學法結合中國傳統技術知識，同時對課程內容進行改革，讓學生主動去了解所學知識的歷史故事，寓教于意，學習專業知識的同時學習中國的傳統，加強了專業課堂上的愛國主義教育。

1 《機械設計基礎》課程教學現狀

1.1 《機械設計基礎》課程教學內容及特點

《機械設計基礎》課程涉及數控機械領域如數控多軸機床、普通機加工機床等的多種典型的機構及大量的機械零件，內容繁多、課時多，借助國外相關先進技術實際應用引出課程，教學效果不好的同時導致學生們形成了“歐美國家的制造業遠超中國制造業，在中國做技術、做制造無前途，不愿為中國制造、智造出一份力”的想法，專業課教師們絞盡腦汁的解決這一現狀。

1.2 《機械設計基礎》課程教學方法及存在的問題

課程教學多集中在課堂講授，多媒體教學是該課程主要的教學手段，教學過程主要以教師主導，學生的參與度很低；課堂之后，學生只有較少的理論作業需要完成，不利于調動學生的學習積極性，也不利于學生的資料查詢整合等綜合發展和創造性思維的培養。

2 《機械設計基礎》課程教改目標

把中國傳統的機械設計應用實例融入到機械設計基礎課程的教育教學過程中[1]，使學生學習到課程中所涉及的典型機構和常用零件從古到今的發展進程，同時，基于PBL問題教學法[2]，給學生分配任務收集中國傳統機械應用的實例并分配一定的教學課時給學生，讓學生主導分析講解相關機械機構的應用原理，培養學生自主學習的興趣。

3 教改過程

充分挖掘本課程蘊含的傳統機械機構和零件元素，同時將中國古代在冶鑄業、紡織業、制瓷業、造紙業、造船業等機械制造方面的優秀創造發明及其所蘊含的“工匠精神”融入到典型機構和常用零件的教學中，結合PBL問題教學法，將課堂的主題變成學生，實現找故事、講故事，學機構，述原理，懂歷史、會愛國的積極主動的課堂教學氛圍[3]。

3.1 教學內容改革

引導學生查詢典型教學案例。

（1）引入傳統文化案例。

傳統文化案例一——中國傳統玩具九連環，利用了機械設計中轉動副和移動副的概念。

傳統文化案例二——魯班鎖，利用三維榫卯結構實現木質結構的連接[4]。

傳統文化案例三——水碓，一種借水力舂米的工具。利用水力、杠桿和凸輪的原理去加工糧食。水碓是腳踏碓機械化的成果，使用立式水輪結構。連機碓是一個大水輪驅動數個水碓，即一個原動機帶動數個工作機的形式。回轉運動帶動上下擺動輸出運動。

傳統文化案例四——龍骨水車，龍骨水車可用手搖、腳踏、牛轉、水轉或風轉驅動。龍骨葉板用作鏈條，臥于矩形長槽中，車身斜置河邊或池塘邊。下鏈輪和車身一部分沒入水中。驅動鏈輪，葉板就沿槽刮水上升，到長槽上端將水送出。如此連續循環，把水輸送到需要之處，可連續取水，功效大大提高，操作搬運方便，還可及時轉移取水點，即可灌溉，亦可排澇。中國古代鏈傳動的最早應用就是在龍骨水車上，是農業灌溉機械的一項重大改進。

傳統文化案例五——指南車，指南車是中國古代用來指示方向的一種裝置，始于黃帝時代，它是利用機械設計中的齒輪傳動系統和離合裝置來指明方向的一種機械裝置。其原理是，靠人力來帶動車輛行走，由車輪的轉動來帶動齒輪的轉動，再由齒輪的轉動來帶動車上的木人指示方向。不論車子轉向何方，木人的手始終指向南方，“車雖回運而手常指南”。體現了古代工匠的技術精妙[5]。

傳統文化案例六——耬車，最早于戰國時期，是現代播種機的始祖， 由一腳耬、二腳耬改進到三腳耬。三腳耬，下有三個開溝器，播種時，用一頭牛拉著耬車，耬腳在平整好的土地上開溝播種，同時進行覆蓋和鎮壓，一舉數得，省時省力，故其效率可以達到“日種一頃”，提高了農業生產的效率。體現我國古代機械較之西方的先進性。

傳統文化案例七——秦弩機，古代智慧的結晶，它的設計非常巧妙，靈活運用了杠桿原理，實際使用的時候，可以承擔很大的來自弓弦的拉力，但扣動扳機時所需要的力道卻非常小，有利于維持射擊的穩定性，有效提高了射擊精度。關鍵機構采用了標準化生產，具有一定的互換性，兵器在損壞中可以快速修復，體現我國古代加工技術的先進性。

（2）引入工匠精神的代表工匠。

工匠精神案例一——C919大飛機高級鉗工技師胡雙錢，手工打磨大飛機精密零件，實現超高精度，身體力行了“大國工匠”努力將99%提高到99.99%極致的“工匠精神”。

工匠精神案例二——火箭總裝廠的一名焊工高鳳林，專注修煉技能，為避免失誤練習十分鐘不眨眼，積聚匠心，用專注和堅守創造不可能，35年焊接130多枚火箭發動機，以實際行動向年輕的我們展現“工匠精神”。

3.2 教學方法改革

基于PBL教學方法進行課程教學，在教學過程中，以中國傳統的機械機構案例為先導，以問題為基礎，以學生為主體，以教師為導向的啟發式教育，以培養學生的分析問題和解決問題能力為教學目標。在實施過程中，以小組為單位，對傳統機械機構的機械原理和應用等進行闡釋，即以小組作為授課團隊對課程章節進行講解[6]。

（1）創設問題情境。以教學內容改革中涉及到的中國古代在冶鑄業、紡織業、制瓷業、造紙業、造船業等機械制造方面的優秀創造發明及其所蘊含的“工匠精神”為素材：一是各機械機構的工作原理為主要問題；二是以機械機構創造發明中的工匠精神為職業素養培養素材，進行案例分析。

（2）分組。對全班同學進行分組，每小組4到5人組成。以小組為單位，對指定的中國傳統機械機構進行工作原理、典型應用及歷史意義等進行闡釋，相當于作為授課團隊對章節進行討論式講解。

（3）小組課前準備。根據指定的任務要求，小組成員進行分工合作，通過檢索、收集、歸納及整理相結合，在小組內進行討論，整理出小組的可行性方案，并確定小組匯報內容和表達形式。

（4）小組授課及班級討論。在授課教師組織下，小組代表根據小組內討論和整理出的匯報內容進行發言，時間40min，鼓勵小組的每位同學都積極參與到匯報表達中，根據每小組代表提出的問題進行課堂討論，從而對課程獲得更深的認識和感悟。

（5）討論結束后，授課教師及時給予積極反饋和補充。小組發言或在討論結束后，授課教師對小組各方面的表現給予積極的反饋，如果有遺漏的或學生不太明白的相關知識點，教師給予補漏。

4 教改成效

通過此次教學內容和教學方法改革，同學們在學習《機械設計基礎》專業課時，了解和學習了更多與本課程教學內容相關的中國古代文明和中國古代著名工匠的“工匠精神”，拓寬了同學們學習本課程時的知識寬度和職業素養，基于PBL教學模式也體現了教學活動中學生的主體性，教師的角色由知識的擁有者、傳輸者轉變成為學生學習的輔助者、組織者和合作者，激發了學習的熱情，培養了學生發現問題、鉆研問題及解決問題的能力，鍛煉了學生在搜集資料及合作討論能力，對今后的學習及職業發展起到一定的促進意義。

參考文獻

[1] 蔣勇.淺析機械設計的發展[J].魅力中國，2014（9）：110.

[2] 徐向陽，董紹江，曹源文.基于PBL科技創新實踐的機械原理教學模式研究[J].科技創新導報，2015（34）：231.

[3] 匡江紅，張云， 顧瑩.理工類專業課程開展課程思政教育的探索與實踐[J].管理觀察，2018（1）：119-122.

[4] 張斐然.榫卯結構在中國古代設計中的應用[J].文藝生活·文藝理論，2014（2）：143-144.

[5] 陳威，孫建建，文懷興.中國古代指南車的原理分析與定向機構仿制[J].機械傳動，2016（10）：170-172.

[6] 李衛國，曾道江，余琳.PBL教學法在職業化人才培養課程中的具體應用研究[J].職教論壇，2014（20）：66-69.