“機(jī)械原理”課堂的有效教學(xué)探索

摘要：針對(duì)如何提高“機(jī)械原理”課堂的教學(xué)有效性進(jìn)行了一些探索，提出了一些措施，包括改進(jìn)課件、改革教學(xué)方式、改革課程設(shè)計(jì)、作業(yè)的設(shè)計(jì)、基于問(wèn)題的教學(xué)設(shè)計(jì)等。理論和實(shí)踐均證明這些措施是有效的。

關(guān)鍵詞：機(jī)械原理；課件；課程設(shè)計(jì)；教學(xué)方式

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-0079（2014）23-0058-02

“機(jī)械原理”課程是高等學(xué)校工科機(jī)械工程類高年級(jí)本科生的一門(mén)必修課，也是主干技術(shù)基礎(chǔ)課程之一，主要培養(yǎng)學(xué)生的機(jī)械設(shè)計(jì)綜合能力。其研究對(duì)象是機(jī)械，研究?jī)?nèi)容是有關(guān)機(jī)械的基本理論問(wèn)題，主要包括：[1]機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析、運(yùn)動(dòng)分析和力分析、機(jī)械的效率、自鎖、平衡和速度波動(dòng)的調(diào)節(jié)、平面連桿機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)、齒輪機(jī)構(gòu)的基本知識(shí)和設(shè)計(jì)方法、其他常用機(jī)構(gòu)的基本知識(shí)、機(jī)械系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)。本課程的主要任務(wù)是使學(xué)生掌握各種基本機(jī)構(gòu)及由它們組成的機(jī)械系統(tǒng)的基礎(chǔ)理論、基本知識(shí)、分析和設(shè)計(jì)方法，并具備進(jìn)行簡(jiǎn)單機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì)的初步能力，它在培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造性思維以及機(jī)械工程實(shí)踐能力訓(xùn)練等方面均具有極其重要的作用。[2]

可見(jiàn)，該課程的理論性、實(shí)踐性都很強(qiáng)。由于教材中使用了大量的公式論述和圖片展示，使得傳統(tǒng)教學(xué)中的教師雖然工作非常辛苦，但依然很難把課程講得生動(dòng)形象。本文就如何提高“機(jī)械原理”課堂的教學(xué)有效性進(jìn)行了一些探索和實(shí)踐。

一、提高“機(jī)械原理”課堂教學(xué)質(zhì)量的一些探索和實(shí)踐

1.改進(jìn)課件

教師向?qū)W生傳授知識(shí)除了依靠語(yǔ)言講授讓學(xué)生聽(tīng)之外，還要通過(guò)上課用的課件讓學(xué)生看。課件是教師和學(xué)生之間溝通并進(jìn)行知識(shí)傳遞的一個(gè)很重要的橋梁。制作“機(jī)械原理”課件時(shí)，要選擇不同的多媒體手段來(lái)展示不同的知識(shí)點(diǎn)和教學(xué)內(nèi)容。采用信息量大、節(jié)奏較快的視頻，來(lái)展示課程開(kāi)篇、部分章節(jié)的技術(shù)應(yīng)用實(shí)例和展望等相關(guān)內(nèi)容，以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，擴(kuò)大學(xué)生的視野。根據(jù)學(xué)生的興趣和專業(yè)特點(diǎn)有所區(qū)分地收集展示信息、選擇應(yīng)用實(shí)例。除通用的實(shí)例外，物流機(jī)械設(shè)備專業(yè)學(xué)生可優(yōu)先選擇如分揀機(jī)、包裝機(jī)等方面的實(shí)際案例。由于含有大量公式和理論性較強(qiáng)的教學(xué)內(nèi)容，所以不太適合使用視頻。因此使用幻燈片來(lái)展示“機(jī)械原理”課程理論部分。在原理分析、理論推導(dǎo)、例題講解時(shí)，采用節(jié)奏較慢、可以逐頁(yè)顯示的PPT方式（Powerpoint演示），模仿板書(shū)教學(xué)的情景，把推理的每一步逐行顯示出來(lái)，[3]公式每一步用不同的顏色予以區(qū)別。為使得學(xué)生在課堂上能清楚聽(tīng)到教師講課的聲音，也為了讓學(xué)生能安靜思考，盡量不要用太多的背景音樂(lè)和動(dòng)畫(huà)效果。

課堂演示中，還可用三維繪圖軟件把教材中提到的某些重要機(jī)構(gòu)的三維模型顯示出來(lái)，并自由地將其旋轉(zhuǎn)、縮放、拆分，讓學(xué)生從多個(gè)角度觀察。對(duì)各種機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真演示，并可以自由控制仿真的速度、顯示的比例和視圖的方向。用鎖定命令，分別把鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中不同位置的連桿固定進(jìn)行仿真，即可清楚地展示曲柄搖桿機(jī)構(gòu)、雙曲柄機(jī)構(gòu)、雙搖桿機(jī)構(gòu)間的轉(zhuǎn)化，說(shuō)明倒置機(jī)構(gòu)的概念。通過(guò)軟件的后處理，精確繪制搖桿的位移、速度、加速度曲線，可更為有效地講述曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的急回特性。

當(dāng)然，課堂的主題依然是教師講授及師生互動(dòng)，課件只是多媒體教學(xué)的一種載體和輔助工具。對(duì)于課件的使用方法、播放速度，教師應(yīng)根據(jù)課堂的實(shí)際進(jìn)展情況尤其是學(xué)生的反應(yīng)進(jìn)行把握。對(duì)課件的改進(jìn)示例如圖1所示。

2.改革教學(xué)方式

在教學(xué)過(guò)程中，筆者認(rèn)為“機(jī)械原理”課程有六個(gè)核心知識(shí)點(diǎn)：機(jī)構(gòu)自由度計(jì)算、機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析計(jì)算、機(jī)構(gòu)力分析計(jì)算、連桿機(jī)構(gòu)、齒輪機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)，即簡(jiǎn)稱為三大計(jì)算和三大機(jī)構(gòu)。對(duì)“機(jī)械原理”課程的基本知識(shí)如六個(gè)知識(shí)點(diǎn)，宜采用系統(tǒng)講授法，在一個(gè)相對(duì)較短的時(shí)間，大容量、高效率地傳遞豐富的知識(shí)；對(duì)重要章節(jié)如機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)等，可設(shè)置習(xí)題課，使得學(xué)生能綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)并系統(tǒng)掌握；對(duì)某些知識(shí)點(diǎn)如適用于產(chǎn)品設(shè)計(jì)的，要求學(xué)生分析產(chǎn)品特征和運(yùn)動(dòng)特征并練習(xí)設(shè)計(jì)產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)課程知識(shí)點(diǎn)的融會(huì)貫通，以便學(xué)生進(jìn)一步消化吸收所學(xué)知識(shí)。

課堂上要多采用討論法教學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生積極主動(dòng)參與，學(xué)生每四名組成一個(gè)小組并自愿選擇章節(jié)內(nèi)容，到圖書(shū)館或上網(wǎng)搜集相應(yīng)的信息和材料，然后組織和整理，形成課前五分鐘內(nèi)容介紹的PPT文件。學(xué)生演示后，教師再詳細(xì)講解相關(guān)知識(shí)。這樣可以使學(xué)生更深刻、更準(zhǔn)確地掌握知識(shí)。一些重要的理論采用實(shí)驗(yàn)教學(xué)與課堂教學(xué)相結(jié)合的方式，通過(guò)實(shí)驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)踐的能力；聘請(qǐng)專家講授一些相關(guān)的前沿問(wèn)題，激發(fā)學(xué)生的求知欲望和責(zé)任感。充分利用網(wǎng)絡(luò)媒體和多媒體課件的優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行輔助教學(xué)，[4]活躍課堂氣氛，增加教學(xué)信息量，開(kāi)闊學(xué)生的視野，便于學(xué)生理解和掌握課程的重點(diǎn)、難點(diǎn)，提高課堂的教學(xué)質(zhì)量。

3.改革課程設(shè)計(jì)

傳統(tǒng)的“機(jī)械原理”課程設(shè)計(jì)題目主要局限于牛頭刨床機(jī)構(gòu)、蜂窩煤沖壓成型機(jī)及自動(dòng)打印機(jī)等。[5]為了兼顧課程教學(xué)要求又體現(xiàn)專業(yè)特色，有必要對(duì)課程設(shè)計(jì)題目進(jìn)行改革，對(duì)于具有物流特色的機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)，主要采用起重機(jī)、分揀機(jī)、自動(dòng)升降臺(tái)等能體現(xiàn)物流特色的典型機(jī)構(gòu)和設(shè)備進(jìn)行課程設(shè)計(jì)。在四年內(nèi)每年課程設(shè)計(jì)的題目不重復(fù)，每位學(xué)生的設(shè)計(jì)參數(shù)規(guī)定完全不同，盡量避免學(xué)生相互抄襲。

在課程設(shè)計(jì)之前要求學(xué)生必須參加一些實(shí)驗(yàn)課，如“機(jī)械創(chuàng)新實(shí)踐教學(xué)”。實(shí)驗(yàn)課上利用學(xué)校提供的“慧魚(yú)”模型，要求學(xué)生把各種組件適當(dāng)?shù)慕M裝起來(lái)，從而得到不同的機(jī)構(gòu)。比如組裝成將曲柄的勻速轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)化成搖桿的變速擺動(dòng)的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)、組裝成將曲柄的勻速轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)化成滑塊的直線移動(dòng)的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，以及組裝成運(yùn)動(dòng)形式更加多樣和復(fù)雜的五桿機(jī)構(gòu)、六桿機(jī)構(gòu)等。通過(guò)這些鍛煉，明顯增加了學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐的機(jī)會(huì)和學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，因而課程設(shè)計(jì)效果也明顯增強(qiáng)。[5]

4.作業(yè)的設(shè)計(jì)

培養(yǎng)創(chuàng)新能力要循序漸進(jìn)，需要平時(shí)的勤學(xué)苦練以獲得堅(jiān)實(shí)的基本功，這不是短期內(nèi)就能達(dá)到的。對(duì)于六大知識(shí)點(diǎn)的習(xí)題，尤其如圖解法和解析法等，需要學(xué)生多加練習(xí)。比如“機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析”章節(jié)的內(nèi)容，學(xué)生學(xué)習(xí)起來(lái)往往感到有些困難。教師就可采用課前安排復(fù)習(xí)理論力學(xué)相關(guān)內(nèi)容，課堂講授運(yùn)動(dòng)分析的解題步驟和方法，課后習(xí)題練習(xí)和輔導(dǎo)的方式教學(xué)。對(duì)于解析法可安排一些編程訓(xùn)練，逐步熟悉相關(guān)設(shè)計(jì)。以上方式，有效鍛煉了學(xué)生的綜合能力。除了教材上的作業(yè)外，還應(yīng)適當(dāng)布置來(lái)源于實(shí)際生活的大作業(yè)題，這相當(dāng)于小型的課程設(shè)計(jì)。這種大作業(yè)題目要因人而異，使不同層次的學(xué)生都能進(jìn)行設(shè)計(jì)并有所收獲。[6]

5.課堂教學(xué)中的問(wèn)題設(shè)計(jì)

讓學(xué)生提出問(wèn)題可有效培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，問(wèn)題可激發(fā)靈感。在課堂教學(xué)中，引進(jìn)基于問(wèn)題驅(qū)動(dòng)的教學(xué)方式，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力，使學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)和學(xué)以致用的能力得到鍛煉。教師往往給定問(wèn)題，也可讓學(xué)生自己提出問(wèn)題，引導(dǎo)學(xué)生從不同角度理解所講述的知識(shí)要點(diǎn)。

（1）解釋性問(wèn)題。[7]例如在講解“連桿機(jī)構(gòu)”之前，先告訴學(xué)生公交車(chē)的車(chē)門(mén)就是一個(gè)連桿機(jī)構(gòu)，然后提出問(wèn)題：“這個(gè)開(kāi)關(guān)門(mén)機(jī)構(gòu)是如何由連桿組成的？為什么采用這種機(jī)構(gòu)？能采用別的連桿機(jī)構(gòu)嗎？”然后帶著問(wèn)題進(jìn)行授課。在學(xué)習(xí)相關(guān)內(nèi)容之前給學(xué)生拋出有實(shí)際應(yīng)用的問(wèn)題，能激起學(xué)生強(qiáng)烈的好奇心和興趣；在授課完成之后，再讓學(xué)生回答前面提出的問(wèn)題，這樣學(xué)生可以更加深刻地理解、吸收并消化相應(yīng)知識(shí)。

（2）啟發(fā)性問(wèn)題。采用啟發(fā)式提問(wèn)教學(xué)，學(xué)生先思考，再請(qǐng)教師更正、補(bǔ)充，啟發(fā)學(xué)生思維，循序漸進(jìn)，最后教師小結(jié)，對(duì)各個(gè)回答進(jìn)行比較，這樣可以引導(dǎo)學(xué)生積極主動(dòng)地參與到課堂互動(dòng)教學(xué)中，不斷思考和探索新知識(shí)，從而加強(qiáng)創(chuàng)新思維訓(xùn)練。例如在講解機(jī)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)分析時(shí)，給出一道帶有機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖的題目，要求學(xué)生用剛學(xué)過(guò)的相關(guān)知識(shí)把該機(jī)構(gòu)的各個(gè)加速度求出來(lái)。

二、結(jié)論

對(duì)提高“機(jī)械原理”課堂的教學(xué)有效性和教學(xué)質(zhì)量的問(wèn)題進(jìn)行了探索，包括對(duì)課件的改進(jìn)、教學(xué)方式改革、課程設(shè)計(jì)改革、作業(yè)的設(shè)計(jì)、基于問(wèn)題的教學(xué)設(shè)計(jì)等。理論和實(shí)踐均證明：這些措施可明顯促進(jìn)教師和學(xué)生之間的交流與互動(dòng)，擴(kuò)大學(xué)生視野，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，加強(qiáng)創(chuàng)新思維訓(xùn)練，提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)和學(xué)以致用的能力，從而有效提高“機(jī)械原理”課堂教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)有效性。

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（責(zé)任編輯：孫晴）