《機械設計基礎》課程教學方法的研究與實踐

陳愛華 黃健萌 鄭榮業

（福州大學機械工程及自動化學院 福建·福州 350108）

課堂教學質量是大學教育水平的主要體現，成為高校高等教育改革的首要目標。教育部專門印發了《關于狠抓新時代全國高等學校本科教育工作會議精神落實的通知》（教高函〔2018〕8號），提出“各高校要全面梳理各門課程的教學內容，淘汰‘水課’、打造‘金課’，合理提升學業挑戰度、增加課程難度、拓展課程深度，切實提高課程教學質量”。教學方法改革是提高教學質量的重要途徑，而教學方法改革主要在于教與學之間主體地位的轉變。以教為中心的傳統教學模式不適合當前教學，已逐漸被以學為中心、以教為輔的教學模式所代替。以學為中心的教學模式，強調學生在教學過程中的主體地位，學生是主動學習者和自主建構者，不再是知識的被動接受者。這種教學模式可以更好地發揮學生在教學過程中的主觀能動性，培養學生的創新思維能力，促進學生對課程知識體系的構建，有效提高課程教學質量。本文針對《機械設計基礎》課程教學中的實際情況，研究以學為中心的教學方法，以利于提高該課程的教學效果。

1 課程教學過程中存在問題

《機械設計基礎》是近機械類專業中研究機械共性問題的一門學科專業技術基礎課，主要研究機構結構、機構運動學、機器動力學和機械零部件設計等基本理論知識和工程應用問題。該課程既能直接應用于解決工程設計的實際問題，也是學習后續如課程設計和專業課等課程的必備基礎，具有從基礎課程過渡到專業課程的承前啟后的橋梁作用，在工科類人才培養體系中具有重要作用。

但經過多年的教學實踐，該課程已出現一些教學問題：（1）為了突出創新型和應用型的辦學特色，各院?；A課程的學時不斷壓縮?！稒C械設計基礎》的課時從改革前的72學時壓縮至現在的56學時，但其知識結構體系、理論知識要求基本沒有發生變化，甚至有些內容還得到了擴展，以確保對后續課程良好的支撐作用。在教學過程中，教師只能圍繞著機械原理和機械設計兩部分的理論內容展開教學，使得課程講授中出現了理論性知識偏多、工程應用偏少的問題。而對于缺少工程概念的學生來說，很多學生就會覺得課程內容枯燥、難學、難懂。這在很大程度上降低學生的學習積極性，影響了后續專業課程的學習，進而在以考查機械設計基礎為主的部分高校研究生入學考試中專業課成績不理想。（2）《機械設計基礎》課程學習內容跟其他課程不一樣，它的課程內容體系具有很強的獨立性，即每一個章節的學習內容都是獨立的，基本上沒有關聯性。很多學生如果不做預習準備，就會出現這種情況，即剛剛接觸到這方面的內容，章節的學習內容就已經結束，這給他們的學習增加很大難度。（3）在教學過程中，教師雖然采用了多媒體等現代手段來講授內容，但因為課程課時少、內容多，使得整堂課的教學都是以教師講授為主。而學生只是忙于理解和記憶教師講授的教學內容，沒有做好相應的課堂學習筆記，課后需要花大量時間整理課堂內容，根本沒時間主動學習和討論跟課程內容相關的資料。這種傳統的滿堂灌式教學方法已不能滿足課程的教學需要。

突出學生中心、突出產出導向是我國工程教育專業認證的兩大核心理念，高等教育的一切教育活動都是圍繞以學生的所得為中心的。因此，在《機械設計基礎》的教學過程中，教師的教學方法要以學生為中心，讓學生處于主體地位，充分考慮學生的參與度，真正調動其學習的積極性，以提高學生的學習效果。

2 教學過程中的教學方法

教學方法形成于教學過程，是變化的。教學方法的改革不是隨意的，而是根據課程的特點和學生學習情況等因素綜合考慮，以達到課程的教學目標。根據本課程的教學特點和問題，探討了以下幾種教學方法。

2.1 啟發式教學

教師在教學過程中根據教學任務來設置問題情境，引導學生結合自己所學或所預習的綜合知識去思考問題，邊討論邊思考，逐步地講解了課堂的教學內容，從而調動了學生學習的主動性和積極性。機構倒置法是連桿機構中的重要內容，且概念較為抽象。教師在講解時，給定一個四桿機構實物模型或讓學生課前自行制作實物模型，并設置“任意選定一個桿件作為機架，機構的運動形式是否會發生變化？為什么？”的思考問題。學生根據這個問題在實物模型上做實驗，分析討論各種影響因素。教師引導學生可以從桿件的運動尺寸關系去理解和分析，通過講解周轉副和曲柄的存在條件，讓學生理解機構倒置的內在原理，鼓勵學生利用機構倒置法去設計分析一些工程實際問題。

2.2 案例式教學

通過實際案例的應用，教師分析講解所學知識點的隱性內容和顯性內容，在教學過程中使之相互轉化，對學生理解抽象概念大有益處，有助于提高學生的學習興趣。內燃機的實際應用是本課程常常使用的案例。通過多媒體形式如視頻動畫和結構剖面圖）來表達內燃機的結構特點和運動原理，學生可以直觀地理解了機器、機構、構件、零件等抽象的基本概念以及它們的結構特征和關系，從而進一步掌握了機器的工程設計和機構運動傳遞原理。這種教學方法有利于培養和鍛煉學生自主學習和解決實際問題的能力。

2.3 參與式教學

參與式教學是以學生為主體地位，以教師為輔的協作式教學方法。教師布置教學任務，鼓勵和安排學生積極參與整個教學過程，促進教師與學生之間的信息交流和討論，使得學生深刻地掌握所學的知識。課前，教師將課程中某個章節內容分成若干個教學模塊，分別分配給各個學生小組，由各個學生小組自行完成學習內容的預習和備課。在課堂上，每個小組負責講解所分配的教學內容，表達出自己的理解過程，而教師和其他學生在聽課，并提出問題進行討論，直至學生掌握相關知識為止。這種教學方法可以讓不同層次的學生參與，全面調動學生學習的積極性和創造性。

2.4 對比式教學

在課程教學內容中都會存在一些類似或者聯系的教學內容，教師在教學過程中采用對比分析的方法對這些教學內容進行講解，學生在對比中輕松地學習和掌握相關學習內容。如：在講授帶傳動和鏈傳動時，對它們的工作原理、傳動結構、參數設計等內容進行對比；在講解壓力角的概念時，將平面連桿機構、凸輪機構和齒輪機構的壓力角集中在一起對比學習。

根據以上分析，這些教學方法比較適用于課堂上某些章節部分內容的講解，推廣范圍較小，需要占用大量的教學課時，但不適合《機械設計基礎》課程的整個教學環節。因此，本文著重研究了一種綱要框圖的教學方法，以滿足學生在各個教學環節的學習需要。

3 綱要框圖式教學法的實踐

綱要框圖法就是采用簡單多樣的文字和符號，以框圖的形式直觀表示出學生要掌握的課程內容。根據本課程的特點，該教學法可以利用一張框圖將每個章節中的概念、工作原理、設計過程等內容有機地聯系起來，體現各個部分內容的邏輯關系、轉化關系和衍生關系等，形成一個便于學生理解和掌握的知識關系網和知識框架，極大幫助學生對課程內容的學習。如圖1所示，這張簡潔的框圖形象地表示了機器、機構、構件和零件等四個抽象概念之間的區別和聯系，有助于加強學生對這四個概念的理解和掌握。

圖1：四個概念的關系

在《機械設計基礎》課程教學過程中，綱要框圖法始終貫穿于學生的課前、課中和課后等學習環節。在課前預習階段，先把要講解的知識綱要框圖發給學生，讓學生對所學的內容有一個總體的知識框架。學生可以根據框圖上的知識要點，了解哪些部分內容是重點和難點，做好相應知識點的預習準備。在課堂學習階段，教師可以根據框圖上的知識點進行詳細講解，使得學生預習準備的學習思路與教師講解內容同步。學生可以一邊認真聽講，一邊在框圖上補充記錄相應的課堂內容，做好筆記，避免了學生忙于做筆記而不能認真聽課的問題，增加了教師與學生之間的互動交流時間。在課后復習階段，學生可以在記錄的框圖上對知識點進行整理和復習，一方面有助于學生對課堂內容和知識點關聯性的理解和總結，另一方面有助于學生鞏固和擴展相關知識點。

4 總結

綱要框圖法具有整體關聯性、概括性和形象直觀性等特點，而《機械設計基礎》課程內容具有廣、雜、散且公式多、圖表多、參數多等問題。因此，該教學法非常適合《機械設計基礎》課程內容各個教學環節的學習需要。通過綱要框圖法在《機械設計基礎》課程教學過程中的實踐，學生的主觀能動性和學習效率得到了明顯提高，課程教學效果突出，課程期末學習成績平均分提高了12.5%。