“機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”教學(xué)改革的探索與研究

摘要：針對(duì)“機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”課堂教學(xué)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)、課程設(shè)計(jì)、考核方式四個(gè)環(huán)節(jié)中存在的問題，提出了傳統(tǒng)教學(xué)與多媒體教學(xué)相結(jié)合的教學(xué)形式、學(xué)生自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、課程設(shè)計(jì)與生產(chǎn)實(shí)踐相結(jié)合、注重考核學(xué)生實(shí)際設(shè)計(jì)能力等教改措施，并進(jìn)行了實(shí)踐探索，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)興趣以及分析解決問題的能力，取得了良好效果。

關(guān)鍵詞：機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)；教學(xué)；改革；探索

作者簡(jiǎn)介：張利娟（1970-），女，河南偃師人，河南科技大學(xué)車輛與動(dòng)力工程學(xué)院，講師；耿令新（1972-），男，山東茌平人，河南科技大學(xué)農(nóng)業(yè)工程學(xué)院，講師。（河南#8194;洛陽#8194;471003）

基金項(xiàng)目：本文系河南科技大學(xué)博士基金項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：09001432）的研究成果。

中圖分類號(hào)：G642.0#8195;#8195;#8195;#8195;#8195;文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A#8195;#8195;#8195;#8195;#8195;文章編號(hào)：1007-0079（2014）14-0118-02

“機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”是高等工科院校機(jī)械類各專業(yè)的一門設(shè)計(jì)性主干專業(yè)基礎(chǔ)課程，它的任務(wù)是使學(xué)生掌握機(jī)械設(shè)計(jì)的基本理論、基本知識(shí)和基本技能，具備初步擬定機(jī)械運(yùn)動(dòng)方案、分析和設(shè)計(jì)機(jī)械及零部件的能力。[1]本課程是一門理論和實(shí)踐結(jié)合非常緊密的課程，是連接學(xué)生理論知識(shí)和專業(yè)知識(shí)的橋梁和紐帶。然而，學(xué)生在學(xué)習(xí)這門課程之前，接觸工程實(shí)際很少，缺乏與機(jī)械相關(guān)的實(shí)踐知識(shí)，不了解學(xué)習(xí)這門課程的目的，也不知道如何運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決什么樣的具體問題，從而大大挫傷了學(xué)生學(xué)習(xí)這門課程的積極性。本文介紹了筆者在課堂教學(xué)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)、課程設(shè)計(jì)、考核方式四個(gè)方面進(jìn)行的探索和取得的效果，為其他機(jī)械設(shè)計(jì)類課程的教學(xué)提供參考。

一、課堂教學(xué)改革

1.教學(xué)手段改革

“機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”課堂教學(xué)是學(xué)生系統(tǒng)學(xué)習(xí)理論知識(shí)的主要環(huán)節(jié)。隨著國(guó)內(nèi)外機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)的飛速發(fā)展，教材的內(nèi)容具有一定的滯后性，不能滿足教學(xué)要求，如果過度依賴教材的內(nèi)容，忽略教學(xué)內(nèi)容的及時(shí)更新，勢(shì)必導(dǎo)致教學(xué)內(nèi)容陳舊，難以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。針對(duì)課堂教學(xué)中存在的問題，課程組成員重新修訂了課程的教學(xué)目的與要求，使教學(xué)內(nèi)容適應(yīng)現(xiàn)代機(jī)械工業(yè)的先進(jìn)水平和發(fā)展趨勢(shì)。在課堂教學(xué)中，注重學(xué)生個(gè)性和自學(xué)能力的培養(yǎng)，教會(huì)學(xué)生從“學(xué)會(huì)”知識(shí)向“會(huì)學(xué)”知識(shí)轉(zhuǎn)變，使學(xué)生從被動(dòng)學(xué)習(xí)向主動(dòng)學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立解決問題及創(chuàng)新的能力。為此，在教學(xué)過程中力求向?qū)W生灌輸新的教學(xué)理念，如在授課中，采用啟發(fā)式、互動(dòng)式、討論式等教學(xué)方法，[2，3]將知識(shí)點(diǎn)與實(shí)踐密切結(jié)合，教學(xué)生在學(xué)習(xí)中發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題，即掌握學(xué)習(xí)的方法。同時(shí)，打破傳統(tǒng)的板書、掛圖等單一教學(xué)方式，把教學(xué)內(nèi)容涉及到的各種實(shí)際機(jī)構(gòu)帶到課堂上。比如，在講平面連桿機(jī)構(gòu)時(shí)，將“鶴式起重機(jī)”模型和“貨車車廂自動(dòng)翻轉(zhuǎn)卸料”模型帶到課堂上，向同學(xué)們?cè)敿?xì)講解哪個(gè)構(gòu)件是機(jī)架，哪個(gè)構(gòu)件是連桿，哪個(gè)構(gòu)件是連架桿，兩連架桿均做擺動(dòng)，因此是雙搖桿機(jī)構(gòu)。同時(shí)，通過利用“曲柄搖桿”模型對(duì)機(jī)構(gòu)的組成、原理與實(shí)現(xiàn)方式等進(jìn)行詳細(xì)的講解和演示，通過嘗試改變模型機(jī)構(gòu)中各構(gòu)件的相對(duì)位置，使模型機(jī)構(gòu)做出預(yù)定的動(dòng)作，從而有效激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，課堂氣氛十分活躍。

2.教學(xué)形式改革

傳統(tǒng)的教學(xué)形式是教師采用黑板板書的形式給學(xué)生們上課，該教學(xué)形式傳承千年，具有一定的優(yōu)點(diǎn)；但也有抽象知識(shí)不便理解和知識(shí)容量小等缺點(diǎn)，因此該教學(xué)形式隨著多媒體計(jì)算機(jī)的普及和應(yīng)用逐漸被多媒體的教學(xué)形式所取代。多媒體教學(xué)形式具有形象、直觀、課堂知識(shí)容量大等優(yōu)點(diǎn)，但也存在一定的不足。比如對(duì)于理論性較強(qiáng)的課程，由于公式的推導(dǎo)過程直接出現(xiàn)在大屏幕上，沒有體現(xiàn)出具體的推導(dǎo)過程，而且也沒有留出必要的時(shí)間讓學(xué)生思考，學(xué)生在課堂上像走馬觀花似的把公式瀏覽了一遍，學(xué)生們?nèi)鄙俦匾乃伎迹@樣的教學(xué)效果是不盡如人意的。因此筆者認(rèn)為在現(xiàn)今的課堂上，應(yīng)該根據(jù)課程的性質(zhì)采用傳統(tǒng)教學(xué)形式和多媒體教學(xué)形式相結(jié)合的教學(xué)形式，對(duì)于抽象的知識(shí)和不便于學(xué)生理解的圖形可以采用多媒體形式將其展現(xiàn)出來，便于學(xué)生理解和掌握；對(duì)于較易理解的文字性的內(nèi)容，也可以通過大屏幕的形式將其直接展現(xiàn)出來，這樣在不影響學(xué)生掌握知識(shí)的基礎(chǔ)上可以增加課堂容量。但對(duì)于較難理解的、較復(fù)雜的公式和定理等應(yīng)采用傳統(tǒng)的教學(xué)形式，將推導(dǎo)過程用板書的形式寫在黑板上，邊推導(dǎo)邊講解，相比老師采用多媒體教學(xué)形式的口述而言，學(xué)生在老師板書的過程中就會(huì)有一定的時(shí)間來思考，這樣就便于學(xué)生掌握這些較難的公式和定理。筆者最深刻的體會(huì)就是在學(xué)習(xí)“數(shù)值分析”這門課程的時(shí)候，數(shù)學(xué)公式較多，在課下預(yù)習(xí)時(shí)已將公式中不懂的步驟畫出，而且也希望在課堂上將這些不懂的步驟搞明白，但由于老師采用的是多媒體教學(xué)，公式在屏幕上“一閃”而過，老師的講解也顯稍快，最終不懂的地方還是不懂。如果老師在推導(dǎo)公式的過程中能采用板書的形式，公式中的每一步都是邊講解邊推導(dǎo)，學(xué)生就會(huì)有一定的時(shí)間來思考，就能理解并且掌握這些難點(diǎn)，從而收到好的教學(xué)效果。筆者現(xiàn)在在教學(xué)過程中就采用了這兩種教學(xué)形式相結(jié)合的教學(xué)形式，比如在講授“齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)”這一章內(nèi)容時(shí)，齒輪的傳動(dòng)過程和傳動(dòng)受力分析就采用了多媒體的教學(xué)形式，將主、從動(dòng)輪所受到的圓周力、徑向力和軸向力直觀地在傳動(dòng)齒輪上表達(dá)出來；齒輪的失效形式也通過大屏幕將實(shí)際生產(chǎn)過程的真實(shí)圖片展現(xiàn)出來，加深學(xué)生對(duì)齒輪失效形式的理解；但在講解齒輪強(qiáng)度計(jì)算時(shí)，接觸疲勞強(qiáng)度公式和彎曲疲勞強(qiáng)度公式的講解就采用了板書的形式，將公式中的每一步都詳細(xì)地推導(dǎo)出來，這樣就便于學(xué)生們理解掌握和靈活運(yùn)用。

二、實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革

科學(xué)發(fā)展的歷史表明，很多偉大的發(fā)明和突破性理論的提出都來自科學(xué)實(shí)驗(yàn)?！皺C(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”課程是高校培養(yǎng)學(xué)生機(jī)械設(shè)計(jì)與創(chuàng)新能力最基礎(chǔ)的教學(xué)環(huán)節(jié)，也是培養(yǎng)學(xué)生機(jī)械設(shè)計(jì)創(chuàng)新意識(shí)的重要階段。實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)是學(xué)生鞏固課堂教學(xué)知識(shí)、培養(yǎng)科學(xué)研究能力的重要手段。[4]該課程傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目以演示性和驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為主，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和過程都是按照實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書的要求進(jìn)行，學(xué)生可以通過實(shí)驗(yàn)對(duì)課堂上學(xué)到的知識(shí)進(jìn)行鞏固和理解，但這類實(shí)驗(yàn)主要是幫助學(xué)生理解課本知識(shí)，不能很好地激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力。針對(duì)這一問題，筆者針對(duì)教材中不同的章節(jié)和內(nèi)容，開設(shè)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，鼓勵(lì)學(xué)生利用實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)器材，自己設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)方案，預(yù)測(cè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。啟發(fā)學(xué)生多思考，多動(dòng)手，不怕出錯(cuò)，提高學(xué)生的創(chuàng)新能力、實(shí)踐能力、分析和解決問題的能力。實(shí)驗(yàn)中心開設(shè)了專門的開放實(shí)驗(yàn)室，學(xué)生可以隨時(shí)針對(duì)自己設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

此外，針對(duì)學(xué)生參加實(shí)踐機(jī)會(huì)少，對(duì)機(jī)械設(shè)備缺乏認(rèn)識(shí)的問題，筆者專門到工廠、企業(yè)錄制了各種機(jī)構(gòu)、機(jī)械工作的現(xiàn)場(chǎng)視頻，組織學(xué)生到實(shí)驗(yàn)室觀看并進(jìn)行詳細(xì)解說，增加學(xué)生的實(shí)踐知識(shí)。

三、課程設(shè)計(jì)改革

“機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程”在教學(xué)方法上采取了課堂教學(xué)、實(shí)驗(yàn)和課程設(shè)計(jì)相結(jié)合的教學(xué)模式，目的是使理論、實(shí)驗(yàn)與工程實(shí)際相結(jié)合，使學(xué)生通過三個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)的學(xué)習(xí)，牢固掌握機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計(jì)方面的知識(shí)。課程設(shè)計(jì)教學(xué)是培養(yǎng)學(xué)生工程設(shè)計(jì)能力的重要環(huán)節(jié)。[5]由于我國(guó)教育體制原因，學(xué)生學(xué)習(xí)基本局限在教室和實(shí)驗(yàn)室里進(jìn)行，對(duì)工程中的實(shí)際知識(shí)比較陌生，對(duì)布置的課程設(shè)計(jì)題目所涉及的知識(shí)缺乏了解，不知道該怎么做，更缺乏創(chuàng)新思路，也嚴(yán)重影響了學(xué)生進(jìn)行課程設(shè)計(jì)的積極性。

為了激發(fā)學(xué)生進(jìn)行課程設(shè)計(jì)的積極性，在課程設(shè)計(jì)開始前，筆者就創(chuàng)造各種條件，讓學(xué)生對(duì)課程設(shè)計(jì)所涉及的內(nèi)容進(jìn)行了解。比如，在進(jìn)行減速器設(shè)計(jì)時(shí)，筆者先讓學(xué)生到模型教室動(dòng)手拆裝各種減速器，認(rèn)識(shí)減速器內(nèi)外部結(jié)構(gòu)，特別是減速器內(nèi)部軸承的結(jié)構(gòu)、軸的結(jié)構(gòu)和各種齒輪結(jié)構(gòu)，增加同學(xué)們的感性認(rèn)識(shí)，提高他們的設(shè)計(jì)興趣。鼓勵(lì)學(xué)生根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書提出自己的想法，讓他們主動(dòng)運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問題，通過理論知識(shí)與工程實(shí)際的密切結(jié)合，達(dá)到鞏固知識(shí)、培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的目的。

為了提高學(xué)生的設(shè)計(jì)能力，筆者要求學(xué)生在完成裝配圖和零件圖的過程中，除按要求完成手工圖的繪制外，還要學(xué)會(huì)使用三維軟件對(duì)設(shè)計(jì)的零件和裝配體進(jìn)行三維建模和分析，然后生成二維圖來完成設(shè)計(jì)任務(wù)；對(duì)于學(xué)習(xí)程度較好的同學(xué)還鼓勵(lì)他們用MATLAB軟件分析機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)軌跡，這也進(jìn)一步提高了同學(xué)們的學(xué)習(xí)興趣和熱情，引導(dǎo)他們正確使用計(jì)算機(jī)，掌握現(xiàn)代設(shè)計(jì)手段和方法，提高他們適應(yīng)社會(huì)需求的能力。

四、考核方式改革

機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程考核傳統(tǒng)上采用考核基本概念和理論計(jì)算的形式，學(xué)生只能根據(jù)課本上的理論進(jìn)行解答，限制了主觀能動(dòng)性的發(fā)揮，也降低了學(xué)生平時(shí)主動(dòng)思考、敢于提出新觀點(diǎn)的積極性，也難以考查學(xué)生實(shí)際運(yùn)用理論知識(shí)解決問題的能力。[6]筆者在設(shè)計(jì)試卷時(shí)，有意識(shí)地增加主觀題的分量，讓學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問題，評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)注重解決問題的過程而非答案，從而更加客觀地反映學(xué)生機(jī)械設(shè)計(jì)能力的真實(shí)水平，也激發(fā)了他們?cè)谄綍r(shí)學(xué)習(xí)中將理論聯(lián)系實(shí)際的積極性。

通過以上四個(gè)教學(xué)關(guān)鍵環(huán)節(jié)的改革，改變了以往課程教學(xué)以教師為中心的傳統(tǒng)教學(xué)模式，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，讓學(xué)生自行思考、探索、設(shè)計(jì)和總結(jié)，使學(xué)生成為教學(xué)的主體。教師由傳授型轉(zhuǎn)為指導(dǎo)型，學(xué)生由被動(dòng)接受驗(yàn)證型轉(zhuǎn)為主動(dòng)參與探索型，促使學(xué)生變被動(dòng)接受知識(shí)的學(xué)習(xí)為主動(dòng)的探索性學(xué)習(xí)，從而利于培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識(shí)發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的綜合能力、嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的作風(fēng)和勇于探索的科學(xué)精神，體現(xiàn)了以人為本的教育理念。

參考文獻(xiàn)：

[1]張超，任秀華，趙志超，等.機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的現(xiàn)代化改革與創(chuàng)新[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2006，(10):97-100.

[2]張軍，劉笑羽，孫樹廷.面向21世紀(jì)“機(jī)械設(shè)計(jì)\"的改革[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2010，(10):168-169.

[3]莫海軍，吳上生，藍(lán)民華，等.機(jī)械設(shè)計(jì)教材中幾個(gè)問題的探討[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與研究，2009，(6):117-120.

[4]蔣學(xué)華，韓虎.機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)創(chuàng)模式探索新[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2008，(4):89-91.

[5]成思源，張湘?zhèn)?，何漢武.機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心建設(shè)與實(shí)踐[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2010，(6):107-109.

[6]于曉紅，王小群，邱麗芳.機(jī)械原理與機(jī)械設(shè)計(jì)課程體系的優(yōu)化整合[J].中國(guó)大學(xué)教育，2008，(7):34-36.

（責(zé)任編輯：王意琴）