建構(gòu)主義理論在機(jī)械設(shè)計(jì)課程教學(xué)改革中的探索與實(shí)踐

徐 靜 董 雁

紹興文理學(xué)院 浙江紹興 312000

建構(gòu)主義理論在機(jī)械設(shè)計(jì)課程教學(xué)改革中的探索與實(shí)踐

徐 靜 董 雁

紹興文理學(xué)院 浙江紹興 312000

以建構(gòu)主義理論為指導(dǎo)，分析了機(jī)械設(shè)計(jì)課程教學(xué)中存在的問(wèn)題。結(jié)合機(jī)械設(shè)計(jì)課程的教學(xué)特點(diǎn)，提出了基于建構(gòu)主義理論的機(jī)械設(shè)計(jì)課程教改思路，在教學(xué)設(shè)計(jì)、教學(xué)方法和評(píng)價(jià)方式上進(jìn)行了探索與實(shí)踐，并取得了一定的成效。

建構(gòu)主義理論；機(jī)械設(shè)計(jì)；教學(xué)改革

機(jī)械設(shè)計(jì)課程是一門介紹通用機(jī)械零部件基礎(chǔ)知識(shí)和設(shè)計(jì)方法的專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課，在機(jī)械類各專業(yè)理論基礎(chǔ)課與專業(yè)技術(shù)課之間起著承上啟下的作用，其涉及知識(shí)面廣、實(shí)踐性強(qiáng)，教學(xué)難度大。由于教學(xué)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，該課程的學(xué)時(shí)數(shù)不斷減少，而講授的內(nèi)容并未減少，因此更增加了教學(xué)的難度。為了提高課程的教學(xué)效果、激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，減輕學(xué)生的學(xué)習(xí)負(fù)擔(dān)，有必要對(duì)本課程的教學(xué)模式進(jìn)行改革，以有利于培養(yǎng)學(xué)生的綜合應(yīng)用能力和創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力，更好地發(fā)揮本課程在提高工科學(xué)生綜合素質(zhì)方面的作用。本文針對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)課程的教學(xué)特點(diǎn)，用建構(gòu)主義理論為指導(dǎo)，在教學(xué)改革實(shí)踐中作了一些探索與實(shí)踐，取得了良好的教學(xué)效果。

一、基于建構(gòu)主義理論的教學(xué)改革的基本思路

建構(gòu)主義理論認(rèn)為，學(xué)習(xí)者的知識(shí)，不是通過(guò)教師傳授而得到的，而是在一定的情境下，借助其他人（包括教師和學(xué)習(xí)伙伴）的幫助，利用必要的學(xué)習(xí)資源，通過(guò)一定的學(xué)習(xí)手段，在意義建構(gòu)的方式下獲得的。學(xué)習(xí)者不是知識(shí)的被動(dòng)接受者，而是知識(shí)的主動(dòng)構(gòu)建者；教師不是知識(shí)的傳播者，而是學(xué)習(xí)活動(dòng)的組織者。為此，建構(gòu)主義理論所強(qiáng)調(diào)的情景創(chuàng)設(shè)，不僅僅局限于黑板和課椅；所提供的學(xué)習(xí)資料，不是只有一本教材；所關(guān)注的問(wèn)題導(dǎo)向，不是要求簡(jiǎn)單的死記硬背；所采取的參與方式，不完全是教師的單向灌輸；關(guān)于學(xué)習(xí)對(duì)象的意義建構(gòu)，不是以復(fù)述教師傳授的知識(shí)為最終目的。根據(jù)建構(gòu)主義理論，我們對(duì)傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)課程教學(xué)模式進(jìn)行了改革。

1.明確目標(biāo)，創(chuàng)設(shè)情境

建構(gòu)主義理論認(rèn)為，教學(xué)設(shè)計(jì)不僅要分析教學(xué)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)問(wèn)題，還要考慮有利于學(xué)生建構(gòu)意義的情境的創(chuàng)設(shè)問(wèn)題。情境的創(chuàng)設(shè)是教學(xué)設(shè)計(jì)的最重要內(nèi)容之一，學(xué)習(xí)環(huán)境中的情境必須有利于學(xué)生對(duì)所學(xué)內(nèi)容的意義建構(gòu)，有利于教師對(duì)學(xué)生知識(shí)構(gòu)建的引導(dǎo)和幫助，使之起到事半功倍的作用。

例如，軸的設(shè)計(jì)是機(jī)械設(shè)計(jì)課程中的一個(gè)教學(xué)重點(diǎn)，主要內(nèi)容包括軸的分類、軸的材料選用、軸的設(shè)計(jì)與計(jì)算等，其中階梯軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、強(qiáng)度和剛度計(jì)算是該章的重點(diǎn)與難點(diǎn)。過(guò)去在講解軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)這一章節(jié)時(shí)，盡管教師精心準(zhǔn)備了教案，安排了較多的課時(shí)進(jìn)行講解，但采用紙質(zhì)的掛圖和普通的板書，學(xué)生對(duì)軸的徑向和軸向尺寸的確定、軸上零件的定位方式及裝配順序等內(nèi)容很難理解和掌握，致使在軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)改錯(cuò)、減速器課程設(shè)計(jì)中對(duì)軸的設(shè)計(jì)感到束手無(wú)策、無(wú)從下手?，F(xiàn)在我們?cè)谥v授這一章節(jié)時(shí)，除了在多媒體課件中設(shè)計(jì)軸的軸向及周向定位方式、軸的裝配過(guò)程等演示動(dòng)畫外，還配以軸系裝配的實(shí)物模型。在動(dòng)畫的演示和模型的實(shí)際操作基礎(chǔ)上，對(duì)各軸段的徑向和軸向尺寸逐段進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，再通過(guò)對(duì)軸上各零部件定位方式的比較選用和推敲設(shè)計(jì)，不僅使學(xué)生較好地掌握了軸的設(shè)計(jì)過(guò)程，而且對(duì)軸的設(shè)計(jì)計(jì)算和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、軸上零部件的裝配定位有了更深刻的理解。

我們發(fā)現(xiàn)，利用課件中的機(jī)械產(chǎn)品實(shí)例照片、機(jī)器或機(jī)構(gòu)的演示動(dòng)畫以及典型的實(shí)物模型去組織機(jī)械設(shè)計(jì)的課堂教學(xué)，使學(xué)生能從實(shí)踐中抽象出機(jī)構(gòu)分析和零部件結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)等問(wèn)題，認(rèn)識(shí)、了解進(jìn)而理解這些機(jī)械產(chǎn)品的工作原理、組成與特征等，這對(duì)于機(jī)械設(shè)計(jì)課程實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)學(xué)生工程素質(zhì)和實(shí)踐能力的目標(biāo)起到了積極的推動(dòng)作用。因此，教師不僅要熟悉教學(xué)內(nèi)容，更要了解學(xué)生，掌握學(xué)生的認(rèn)識(shí)規(guī)律，掌握現(xiàn)代化的教育技能和教育理念，充分利用各類學(xué)習(xí)資源，設(shè)計(jì)開發(fā)有效的教學(xué)資源，對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)給予宏觀的引導(dǎo)和幫助。

2.問(wèn)題導(dǎo)向，自主學(xué)習(xí)

不同于傳統(tǒng)的行為主義教學(xué)方式，建構(gòu)主義理論提出了基于任務(wù)設(shè)計(jì)和問(wèn)題導(dǎo)向的教學(xué)思想。它以“問(wèn)題”為出發(fā)點(diǎn)，將“提出問(wèn)題、分析問(wèn)題、解決問(wèn)題”作為教學(xué)的全過(guò)程，引導(dǎo)學(xué)生自覺地完成從知識(shí)積累到能力提高的轉(zhuǎn)化，并形成新的知識(shí)結(jié)構(gòu)。在問(wèn)題解答的同時(shí)，學(xué)生不僅理解了基本概念、掌握了設(shè)計(jì)方法，而且也形成了適合自己的學(xué)習(xí)策略和思維方式，從而大大提高了學(xué)習(xí)效率和解決問(wèn)題的能力。

例如，機(jī)械設(shè)計(jì)第三篇“機(jī)械傳動(dòng)”中關(guān)于“齒輪傳動(dòng)”這一章節(jié)，主要介紹了齒輪傳動(dòng)的失效形式、受力分析，以及直齒、斜齒、錐齒傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等內(nèi)容。由于涉及的齒輪類型比較多、受力分析比較復(fù)雜、強(qiáng)度計(jì)算公式又很繁瑣，如果以傳統(tǒng)的方式講授容易使學(xué)生感到內(nèi)容繁雜、思路不清、不得要領(lǐng)。所以，在講授這部分內(nèi)容時(shí)，我們以“漸開線齒廓嚙合的力學(xué)分析”作為這一部分的核心問(wèn)題，圍繞“不同漸開面的受力分析”“齒面接觸疲勞應(yīng)力分析”“齒根彎曲疲勞應(yīng)力分析”等力學(xué)問(wèn)題展開教學(xué)過(guò)程。同時(shí)，以這些問(wèn)題為導(dǎo)向，促使學(xué)生重溫機(jī)械原理課程里“齒輪機(jī)構(gòu)”章節(jié)中有關(guān)漸開線齒廓的嚙合特性、漸開線齒輪的嚙合傳動(dòng)等知識(shí)點(diǎn)。隨著這些問(wèn)題的一一解決，學(xué)生們體會(huì)到掌握了不同類型齒輪的漸開面嚙合線上的受力分析，結(jié)合彈性力學(xué)中線接觸的赫茲應(yīng)力公式和材料力學(xué)中懸臂梁的彎曲應(yīng)力公式，再根據(jù)實(shí)際需要設(shè)定必要的系數(shù)，齒輪的齒面接觸疲勞強(qiáng)度和齒根彎曲疲勞強(qiáng)度的設(shè)計(jì)校核公式自己也能推導(dǎo)出來(lái)。

這種以教材內(nèi)容為載體，以“問(wèn)題解決”為主導(dǎo)的教學(xué)形式，克服了以往授課方式中照本宣科、單向灌輸?shù)缺撞。欣谂囵B(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和獨(dú)立思考能力，使新知識(shí)在解決問(wèn)題的過(guò)程中被學(xué)生同化和轉(zhuǎn)化。當(dāng)然，教師要善于總結(jié)提煉，化繁為簡(jiǎn)，化難為易，將授課章節(jié)的難點(diǎn)和重點(diǎn)轉(zhuǎn)化成幾個(gè)專題，再根據(jù)課程的需要分解成若干個(gè)學(xué)生熟悉且感興趣的問(wèn)題。如“自行車前、后輪是如何轉(zhuǎn)動(dòng)的”“自行車為什么會(huì)脫鏈”等等，由于這些問(wèn)題大家都很熟悉，又很好奇，就會(huì)積極去思考，對(duì)學(xué)生理解軸的分類、鏈傳動(dòng)的正多邊形效應(yīng)等起到了促進(jìn)作用。所以，以問(wèn)題為導(dǎo)向，可以激發(fā)學(xué)生的求知欲，引導(dǎo)和啟發(fā)學(xué)生運(yùn)用已學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)解決問(wèn)題，從而提高學(xué)生分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。

3.互相交流，合作學(xué)習(xí)

建構(gòu)主義理論提出的另一個(gè)重要教學(xué)思想是合作學(xué)習(xí)。與學(xué)生個(gè)別分散學(xué)習(xí)相比，合作學(xué)習(xí)具有學(xué)習(xí)效果明顯、團(tuán)隊(duì)意識(shí)濃厚、督促作用加強(qiáng)、相互交流密切等許多突出的優(yōu)勢(shì)。共同的學(xué)習(xí)任務(wù)促使學(xué)生之間形成融洽的人際關(guān)系，保持良好的合作態(tài)度，產(chǎn)生高度的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)。在合作學(xué)習(xí)過(guò)程中，學(xué)生對(duì)同一問(wèn)題進(jìn)行觀察、分析和綜合，形成不同的見解，并通過(guò)說(shuō)服別人認(rèn)同自己的觀點(diǎn)，或根據(jù)別人正確的觀點(diǎn)來(lái)檢驗(yàn)和修正自己觀點(diǎn)的方式，最終鞏固和形成自己的知識(shí)，這種認(rèn)知的重建促進(jìn)了高層次思維的培養(yǎng)。

機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)是培養(yǎng)學(xué)生機(jī)械設(shè)計(jì)綜合實(shí)踐能力的一個(gè)不可缺少的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)。然而，課程設(shè)計(jì)的教學(xué)往往安排在理論教學(xué)結(jié)束后2～3周內(nèi)進(jìn)行。由于時(shí)間緊、任務(wù)重，又面臨期末考試，幾乎每一屆的學(xué)生都加班加點(diǎn)，機(jī)械模仿，很多問(wèn)題都來(lái)不及思考就在匆忙中完成課程設(shè)計(jì)。面對(duì)這些問(wèn)題，我們采用先分散再集中的教學(xué)模式，將課程設(shè)計(jì)貫穿于理論教學(xué)的整個(gè)過(guò)程。同時(shí)，充分發(fā)揮合作學(xué)習(xí)的優(yōu)勢(shì)，為學(xué)生的相互交流、相互促進(jìn)創(chuàng)造條件。具體做法是，在講授第三篇“機(jī)械傳動(dòng)”的同時(shí)，將機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)的題目布置給學(xué)生，并將課程設(shè)計(jì)的總體輔導(dǎo)課提前，使學(xué)生了解課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容和要求、設(shè)計(jì)步驟及設(shè)計(jì)方法。在指導(dǎo)學(xué)生完成減速器各級(jí)傳動(dòng)軸的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)的設(shè)計(jì)計(jì)算后，要求學(xué)生根據(jù)后續(xù)的授課進(jìn)程同步完成課程設(shè)計(jì)中的帶傳動(dòng)、鏈傳動(dòng)、齒輪或蝸桿傳動(dòng)、軸等相關(guān)設(shè)計(jì)內(nèi)容。由于課程設(shè)計(jì)與理論教學(xué)同步進(jìn)行，學(xué)生不僅可以有充分的時(shí)間相互交流、相互學(xué)習(xí)，而且能理論聯(lián)系實(shí)踐，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并改正不合理的設(shè)計(jì)。

采用這種先分散后集中的教學(xué)模式，最大的收獲是課程設(shè)計(jì)的壓力緩解了，學(xué)生的設(shè)計(jì)興趣提高了。由于設(shè)計(jì)題目是2人1組，促使2個(gè)學(xué)生必須分工協(xié)作、配合默契、相互探討。當(dāng)然，設(shè)計(jì)過(guò)程中會(huì)有矛盾和分歧，但正是同學(xué)間的相互影響和相互切磋，使大家的協(xié)作能力和團(tuán)隊(duì)精神得到提升，理論知識(shí)和設(shè)計(jì)能力得到鞏固和提高。從這個(gè)意義上看，合作學(xué)習(xí)的教學(xué)模式在很大程度上激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性和創(chuàng)造性，促進(jìn)了學(xué)生的高級(jí)認(rèn)知能力的發(fā)展。

4.全面考核，科學(xué)評(píng)價(jià)

建構(gòu)主義理論認(rèn)為，學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)的目的不應(yīng)是選拔性評(píng)價(jià)，而應(yīng)該是發(fā)展性評(píng)價(jià)；學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)的內(nèi)容不能局限于機(jī)械記憶的認(rèn)知性評(píng)價(jià)，而應(yīng)該擴(kuò)展為能力培養(yǎng)的多元性評(píng)價(jià)；學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)的方式不能完全取決于終結(jié)性的定量評(píng)價(jià)，而應(yīng)該輔助以形成性的定性評(píng)價(jià)。只有通過(guò)科學(xué)評(píng)價(jià)，才能使學(xué)生認(rèn)識(shí)到自身的優(yōu)勢(shì)和不足，激發(fā)其內(nèi)在發(fā)展動(dòng)力，增強(qiáng)學(xué)習(xí)興趣和動(dòng)力，從而有效地促進(jìn)學(xué)生的成才與發(fā)展。

機(jī)械設(shè)計(jì)課程作為機(jī)械類專業(yè)的一門主干技術(shù)基礎(chǔ)課，其理論性、實(shí)踐性、應(yīng)用性都非常強(qiáng)，注重于理論與實(shí)踐的綜合應(yīng)用。而傳統(tǒng)的閉卷考試并不能完全反映學(xué)生的實(shí)際應(yīng)用能力。因此，在建構(gòu)主義理論的指導(dǎo)下，我們對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)課程的考核內(nèi)容和考核方式作了一些新的嘗試。第一，將原來(lái)的全閉卷考試調(diào)整為先“知識(shí)立意”閉卷和后“能力立意”的開卷相結(jié)合的考試方式。閉卷部分著重考基本知識(shí)、基本理論和基本方法，占30%～40%；開卷部分側(cè)重考學(xué)生對(duì)本課程的綜合知識(shí)掌握的程度，占60%～70%。新的考試方式有效地避免了認(rèn)知性評(píng)價(jià)可能造成的死記硬背、高分低能現(xiàn)象。第二，打破選拔性評(píng)價(jià)純粹以考試分?jǐn)?shù)的高低對(duì)學(xué)生進(jìn)行終結(jié)性評(píng)價(jià)，將學(xué)生參與各級(jí)機(jī)械設(shè)計(jì)競(jìng)賽、機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)開放實(shí)驗(yàn)等的成績(jī)納入課程的評(píng)價(jià)內(nèi)容，這種多元化評(píng)價(jià)方式極大地激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)積極性。第三，在機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)考核中，強(qiáng)調(diào)形成性的定性評(píng)價(jià)，重視學(xué)生的個(gè)性差異和學(xué)習(xí)態(tài)度，邊指導(dǎo)、邊提問(wèn)、邊修改，幫助學(xué)生建立自信，促使學(xué)生的知識(shí)和能力在原有基礎(chǔ)上得到提高，從而體會(huì)到學(xué)習(xí)的快樂(lè)。

二、結(jié)束語(yǔ)

建構(gòu)主義理論為機(jī)械設(shè)計(jì)課程的教學(xué)改革提供了堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)，運(yùn)用建構(gòu)主義理論指導(dǎo)教學(xué)，以學(xué)生為本，充分利用學(xué)生的積極性、主動(dòng)性，培養(yǎng)學(xué)生積極的學(xué)習(xí)態(tài)度和協(xié)作精神，極大地提高了課堂教學(xué)效果，充分發(fā)揮了學(xué)生學(xué)習(xí)和創(chuàng)新的潛力。同時(shí)，教師在幫助和指導(dǎo)學(xué)生建構(gòu)知識(shí)的同時(shí)也不斷提升了自身素質(zhì)，更新了自身的科學(xué)觀和教學(xué)觀。

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Exploration and practice of constructivism theory in machine design curriculum teaching reform

Xu Jing, DongYan
Shaoxing university, Shaoxing, 312000, China

Taking constructivism theory as the instruction, this paper analyzes the practical problems in machine design curriculum teaching. Combining the characteristic of machine design curriculum teaching, the teaching reform mentality of machine design curriculum based on constructivism theory is proposed, applies it to exploration and practice of the teaching design, teaching methods and evaluation way, and obtains certain progress

constructivism theory; machine design; teaching reform

2010-06-04

徐靜，本科，副教授。