基于信息技術(shù)的機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程改革研究

尹來容，黃 娟，吳 浩，毛 聰，雷兆虹

（1.長(zhǎng)沙理工大學(xué)汽車與機(jī)械工程學(xué)院，湖南長(zhǎng)沙410114；2.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)東方科技學(xué)院，湖南長(zhǎng)沙410128；3.中科恒源科技股份有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410005）

【信息技術(shù)】

基于信息技術(shù)的機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程改革研究

尹來容1，黃 娟2，吳 浩3，毛 聰1，雷兆虹1

（1.長(zhǎng)沙理工大學(xué)汽車與機(jī)械工程學(xué)院，湖南長(zhǎng)沙410114；2.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)東方科技學(xué)院，湖南長(zhǎng)沙410128；3.中科恒源科技股份有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410005）

本文基于信息技術(shù)，探討機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程的教學(xué)改革，主要包括教學(xué)形式的啟發(fā)性、教學(xué)資源的多樣化、教學(xué)內(nèi)容的國際化、課程設(shè)計(jì)的信息化等四個(gè)方面。作者先從教學(xué)內(nèi)容入手，結(jié)合國外經(jīng)典教材與國內(nèi)傳統(tǒng)教材，開展編寫新的教學(xué)大綱、制定切實(shí)可行的教學(xué)方案、建設(shè)網(wǎng)絡(luò)課程資源、以及課程設(shè)計(jì)軟件開發(fā)等方面的工作，可以有效提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率，拓展學(xué)生的知識(shí)面，提高學(xué)習(xí)興趣。

機(jī)械設(shè)計(jì)；信息技術(shù)；課程改革

一、引言

隨著現(xiàn)代信息技術(shù)在教學(xué)中的運(yùn)用，現(xiàn)代教學(xué)將從內(nèi)容、方法、及組織形式等方面發(fā)生根本性的變革。以多媒體、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫、智能化為主要特征的現(xiàn)代化信息技術(shù)在課堂教學(xué)中的運(yùn)用，既可激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，又利于學(xué)生對(duì)教學(xué)內(nèi)容的理解和掌握，將有效地培養(yǎng)學(xué)生的自主探索能力，對(duì)課程改革和優(yōu)化課堂教學(xué)有著巨大的推進(jìn)作用。

《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》及其課程設(shè)計(jì)，包括機(jī)械原理與機(jī)械零部件設(shè)計(jì)兩部分內(nèi)容，屬于高等學(xué)校工科非機(jī)類本科生必修的“機(jī)械設(shè)計(jì)系列課程”之一，是一門主干技術(shù)基礎(chǔ)課程，在培養(yǎng)學(xué)生的機(jī)械設(shè)計(jì)綜合能力方面占有重要的地位。傳統(tǒng)教學(xué)方法安排學(xué)時(shí)少，但是，需要傳授的信息量卻很大，已經(jīng)不能很好地滿足教學(xué)要求。運(yùn)用現(xiàn)代信息技術(shù)來優(yōu)化教學(xué)過程，不僅能有效地化枯燥為有趣，化抽象為具體，化靜態(tài)為動(dòng)態(tài)，突出重點(diǎn)，化難為易；還能為學(xué)生創(chuàng)造一個(gè)寬松的學(xué)習(xí)環(huán)境，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的積極性。

二、研究現(xiàn)狀

隨著現(xiàn)代信息技術(shù)的普及與應(yīng)用，社會(huì)各學(xué)科領(lǐng)域教學(xué)實(shí)踐活動(dòng)呈現(xiàn)出了新的模式。信息技術(shù)為教學(xué)帶來的絕非是手段的變化，而是教學(xué)理念、授課模式、學(xué)習(xí)方法的變化。目前，國內(nèi)外對(duì)信息技術(shù)在教學(xué)活動(dòng)中的應(yīng)用，正從CAI多媒體課件逐漸過渡到網(wǎng)絡(luò)課程教學(xué)，已有大量高校進(jìn)行了網(wǎng)絡(luò)課堂建設(shè)?！稒C(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》這門課程的教學(xué)改革，國內(nèi)學(xué)者進(jìn)行了相關(guān)的探討，取得了很多的改革成果，但主要還停留在課程內(nèi)容體系的編排與授課方式的調(diào)整上。教學(xué)內(nèi)容方面，對(duì)課程內(nèi)容體系的國際化方面的探討不夠深入，注重于基礎(chǔ)知識(shí)的講解，對(duì)學(xué)生的啟發(fā)性思維培養(yǎng)存在不足，對(duì)最新的機(jī)械設(shè)計(jì)知識(shí)的介紹也不夠完善，如連桿機(jī)構(gòu)的分類、徑節(jié)制齒輪設(shè)計(jì)、凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方法等。教學(xué)資源方面，雖在一定程度上呈現(xiàn)出多樣化的特征，如加入了教學(xué)視頻演示、多媒體課件等，但利用網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫對(duì)素材實(shí)時(shí)更新較慢，網(wǎng)絡(luò)課程的習(xí)題庫、模擬試題、與學(xué)生的互動(dòng)討論等亟待建設(shè)完善。啟發(fā)式授課方面，取得了一定的進(jìn)展，部分高校增加了教學(xué)討論環(huán)節(jié)的比重，但沒有實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)課堂與教學(xué)課堂的聯(lián)動(dòng)。機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)，大多采用經(jīng)驗(yàn)判斷法，沒有對(duì)煩瑣的數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)算。因此，課題組先從教學(xué)內(nèi)容入手，結(jié)合國外經(jīng)典教材與國內(nèi)傳統(tǒng)教材，開展編寫新的教學(xué)大綱、制定切實(shí)可行的教學(xué)方案、建設(shè)網(wǎng)絡(luò)課程資源、以及課程設(shè)計(jì)軟件開發(fā)等方面的工作。

三、具體改革內(nèi)容、實(shí)施方案與特色

1.改革內(nèi)容。①授課講義與教學(xué)內(nèi)容體系改革。該課程現(xiàn)有的教材內(nèi)容偏本土化，與國際相關(guān)教材內(nèi)容出入較大。本項(xiàng)目將借鑒國外同類課程的內(nèi)容體系，選擇性地介紹國外教材的最新成果，如連桿機(jī)構(gòu)的八種分類、齒輪設(shè)計(jì)的徑節(jié)制、函數(shù)生成機(jī)構(gòu)綜合等；然后，逐步實(shí)施該課程的教學(xué)內(nèi)容與教材體系改革，分階段完成新講義編寫與習(xí)題庫的建設(shè)。②教學(xué)方法改革，引入啟發(fā)式、任務(wù)驅(qū)動(dòng)式、分組合作式等教學(xué)法。本項(xiàng)目將從網(wǎng)絡(luò)和教學(xué)課堂兩方面進(jìn)行新教學(xué)法改革。網(wǎng)絡(luò)課堂方面，在網(wǎng)絡(luò)課程討論區(qū)里面，根據(jù)各章節(jié)重點(diǎn)和難點(diǎn)，有針對(duì)性地提出啟發(fā)性的問題及布置任務(wù)，引導(dǎo)學(xué)生利用網(wǎng)絡(luò)自主學(xué)習(xí)。教學(xué)課堂方面，對(duì)網(wǎng)絡(luò)課程的討論熱點(diǎn)問題以及事先布置的任務(wù)，開展課堂分組討論，互相檢驗(yàn)自學(xué)成果。③授課模式改革。本項(xiàng)目將以多媒體為主要載體，結(jié)合情景教學(xué)法、知識(shí)遷移法、個(gè)性教學(xué)法等教學(xué)手段，進(jìn)行教學(xué)；將通過自編軟件、同行資源共享、網(wǎng)絡(luò)資源，拓展集聲音、視頻、機(jī)械設(shè)計(jì)軟件于一體的教學(xué)資源形式，再根據(jù)各章節(jié)不同知識(shí)點(diǎn)的要求，選擇合適的教學(xué)方法。

2.實(shí)施方案。為實(shí)現(xiàn)以上研究目標(biāo)，我們初步擬定以下實(shí)施方案和實(shí)施方法。第I階段：通過高校調(diào)研和社會(huì)調(diào)查，調(diào)整與確定《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》課程教學(xué)內(nèi)容，編寫《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》課程教學(xué)大綱，深入學(xué)生收集反饋意見及分析討論，改革《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》課程教學(xué)方案，編寫新講義的機(jī)械原理部分；

第II階段：通過多渠道收集并整理與課程內(nèi)容密切相關(guān)的圖片、動(dòng)畫、視頻、音頻等多媒體元素，采用集聲、光、電于一體的多媒體技術(shù)實(shí)現(xiàn)理論教學(xué)過程，有效地調(diào)動(dòng)課堂學(xué)習(xí)的積極性；

第III階段：整合網(wǎng)絡(luò)電子版習(xí)題資源與傳統(tǒng)紙質(zhì)習(xí)題資源，建立網(wǎng)絡(luò)課堂的習(xí)題庫、討論區(qū)的問題庫、模擬考試用試卷庫，開辟教學(xué)互動(dòng)討論區(qū)，及時(shí)有效地與學(xué)生就學(xué)習(xí)中遇到的重點(diǎn)難點(diǎn)問題溝通；

第IV階段：根據(jù)V帶傳動(dòng)課程設(shè)計(jì)題目，利用VC++軟件，編制課程設(shè)計(jì)教師用檢驗(yàn)軟件系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)的參數(shù)化，檢驗(yàn)課程設(shè)計(jì)中計(jì)算數(shù)據(jù)的可靠性。

3.特色與創(chuàng)新。本項(xiàng)目基于現(xiàn)代信息技術(shù)，以多媒體、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫、軟件編程為載體，結(jié)合傳統(tǒng)教學(xué)方法，進(jìn)行《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》及其課程設(shè)計(jì)的教學(xué)改革，主要具有以下四個(gè)特色與創(chuàng)新之處。①教學(xué)內(nèi)容體系的國際性。該課程現(xiàn)有的教材內(nèi)容偏本土化，與國際相關(guān)教材內(nèi)容出入較大。本項(xiàng)目將除了完成教學(xué)大綱規(guī)定的教學(xué)內(nèi)容之外，借鑒國外同類課程的內(nèi)容體系，選擇性地介紹國外教材的最新成果，并逐步實(shí)施該課程的教學(xué)內(nèi)容與教材體系改革。②教學(xué)資源形式的多樣性。傳統(tǒng)的教學(xué)方法與現(xiàn)有的PPT有待完善，本項(xiàng)目將通過自制與同行資源共享，將課件中融入各種視頻、音頻文件，演示常用的機(jī)械設(shè)計(jì)軟件；同時(shí)，利用網(wǎng)絡(luò)期刊與公開課資源，進(jìn)一步拓展資源形式。③教學(xué)研討互動(dòng)的啟發(fā)性。啟發(fā)式、任務(wù)驅(qū)動(dòng)式、分組合作式的教學(xué)方法是今后教學(xué)改革的一個(gè)發(fā)展方向，本項(xiàng)目將從網(wǎng)絡(luò)和教學(xué)課堂兩方面進(jìn)行教學(xué)手段的改革。網(wǎng)絡(luò)課堂方面，在網(wǎng)絡(luò)課程討論區(qū)里面，有針對(duì)性地提出啟發(fā)性的問題，引導(dǎo)學(xué)生利用網(wǎng)絡(luò)自主學(xué)習(xí)。教學(xué)課堂方面，對(duì)網(wǎng)絡(luò)課程的討論熱點(diǎn)問題，開展課堂分組討論。④課程設(shè)計(jì)檢驗(yàn)的信息化?！稒C(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》課程設(shè)計(jì)常以帶輪設(shè)計(jì)為題目，設(shè)計(jì)過程中數(shù)據(jù)煩瑣，指導(dǎo)教師無法一一驗(yàn)證。本項(xiàng)目利用VC++，編寫《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》課程設(shè)計(jì)檢驗(yàn)軟件，對(duì)設(shè)計(jì)過程關(guān)鍵參數(shù)與計(jì)算結(jié)果進(jìn)行實(shí)時(shí)檢驗(yàn)。

四、結(jié)論與展望

本項(xiàng)目的實(shí)施，不僅可以對(duì)選修《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》相關(guān)課程學(xué)生的學(xué)習(xí)有重要助益，而且對(duì)該課程的任課教師的教學(xué)實(shí)施效果有較大促進(jìn)。隨著教學(xué)形式與資源的多樣化，學(xué)生的學(xué)習(xí)效率將得到提高；而教學(xué)內(nèi)容的更新，將拓展學(xué)生的知識(shí)面，提高學(xué)習(xí)興趣。課程設(shè)計(jì)軟件的開發(fā)，將提高任課教師的工作效率，尤其是在檢驗(yàn)課程設(shè)計(jì)關(guān)鍵參數(shù)與計(jì)算結(jié)果的正確性方面。

[1]吳茵，龍春光.機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)的改革探索[J].長(zhǎng)沙大學(xué)學(xué)報(bào)，2006，（2）：98-99.

[2]毛聰，王向紅，尹來容.地方高校機(jī)械類專業(yè)實(shí)踐教學(xué)體系構(gòu)建研究[J].教育教學(xué)論壇，2014，1（3）：236-237.

[3]郭克希.機(jī)械類專業(yè)大學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)研究與實(shí)踐[C]//全國 機(jī) 械 類 課 程 報(bào) 告 論 壇 論 文 集（2010）ⅠSBN 978-7-04-013979-2，2010/12.

G642.0

A

1674-9324（2014）28-0229-02

本論文獲長(zhǎng)沙理工大學(xué)教研教改項(xiàng)目支持（項(xiàng)目編號(hào)：JG1237，JG1134）。

尹來容（1984-），男，湖南邵陽人，長(zhǎng)沙理工大學(xué)汽車與機(jī)械工程學(xué)院講師，博士，主要從事機(jī)械設(shè)計(jì)理論、機(jī)構(gòu)綜合與CAD、結(jié)構(gòu)優(yōu)化等方面的教學(xué)和研究工作，發(fā)表論文10余篇。