近機械類專業(yè)機械設(shè)計基礎(chǔ)課教學(xué)方法研究與實踐

摘 要：近機械類專業(yè)機械設(shè)計基礎(chǔ)課具有很強的理論性、綜合性和實踐性，要求學(xué)生不僅要牢固掌握基礎(chǔ)理論知識，而且要結(jié)合生產(chǎn)實踐中積累的技術(shù)經(jīng)驗，具備將所學(xué)知識運用到工程實踐中的能力，從而解決在開發(fā)、設(shè)計、制造、安裝、運用和修理各種機械時遇到的理論和實際問題。因此，在課堂教學(xué)中，教師必須采用合適的教學(xué)方法，使該課程成為一門能切實提高學(xué)生理論知識水平和實際應(yīng)用能力的課程。

關(guān)鍵詞：近機械類專業(yè)；機械設(shè)計基礎(chǔ)；教學(xué)研究；教學(xué)方法

機械設(shè)計基礎(chǔ)課是工程力學(xué)、機電一體化、化工過程機械等近機械類專業(yè)的一門重要的理論基礎(chǔ)課，在學(xué)生專業(yè)課程學(xué)習(xí)中起著承上啟下的關(guān)鍵作用，既是理論力學(xué)、固體力學(xué)、材料力學(xué)、機械制圖、金工實習(xí)等先修課程的綜合運用，又為學(xué)生學(xué)習(xí)各專業(yè)課程提供了必要的機械理論基礎(chǔ)。該課程具有很強的理論性、綜合性和實踐性，要求學(xué)生不僅要牢固掌握基礎(chǔ)理論知識，而且要結(jié)合生產(chǎn)實踐中積累的技術(shù)經(jīng)驗，具備將所學(xué)知識運用到實際工程實踐中的能力，從而研究和解決在開發(fā)、設(shè)計、制造、安裝、運用和修理各種機械時遇到的理論和實際問題。因此，在課堂教學(xué)中，教師必須采用合適的教學(xué)方法，使該課程成為一門能切實提高學(xué)生理論知識水平和實際應(yīng)用能力的課程。這是一項重要而具有一定難度的工作，也是該課程教師多年來一直探討的熱點問題。

一、機械設(shè)計基礎(chǔ)課的教學(xué)內(nèi)容和要求

機械設(shè)計基礎(chǔ)課主要研究機械中的常用機構(gòu)和通用零件的工作原理、結(jié)構(gòu)特點、計算方法和基本設(shè)計理論等。課程教材內(nèi)容分為兩部分，前半部分主要講述各類機構(gòu)共有的特點（機構(gòu)自由度計算、運動分析、速度波動調(diào)節(jié)和回轉(zhuǎn)件平衡）和各種常用機構(gòu)（平面連桿機構(gòu)、凸輪機構(gòu)和齒輪機構(gòu)）的基本原理和設(shè)計應(yīng)用；后半部分主要講述常用連接（螺紋連接、鍵連接、銷連接）、機械傳動（齒輪傳動、帶傳動、鏈傳動）、軸系零部件（軸承）等。

針對近機械類專業(yè)，教師在授課過程中應(yīng)強調(diào)“夯實理論基礎(chǔ)”和“加強知識運用”，突出基本素質(zhì)和應(yīng)用能力并重的培養(yǎng)理念，而不應(yīng)過于強調(diào)理論知識的深度。因此，教師在教學(xué)中應(yīng)強調(diào)學(xué)生對基本知識、基本原理的牢固掌握，并注重解決實際問題能力的培養(yǎng)，在整個教學(xué)過程中圍繞這一教學(xué)要求與學(xué)生一起開展教學(xué)活動，并注重激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和積極性。

二、機械設(shè)計基礎(chǔ)課傳統(tǒng)的教學(xué)形式

現(xiàn)今，課堂授課仍然是大學(xué)教師的主要教學(xué)方式，教學(xué)過程依然是一種“填鴨式”教學(xué)。在這種教學(xué)中，學(xué)生是被動地接受知識。例如：直動滾子從動件盤形凸輪輪廓曲線的設(shè)計，是機械設(shè)計基礎(chǔ)課程中的一個重要教學(xué)內(nèi)容，由于受到從動件運動規(guī)律、基圓半徑、滾子尺寸、包絡(luò)線畫法等多種因素的影響，僅靠教師口頭講述，對近機械類專業(yè)學(xué)生來說，掌握起來比較困難。

機械設(shè)計基礎(chǔ)課程是一門涵蓋面廣、內(nèi)容龐雜、理論性和實用性很強的學(xué)科，而學(xué)時有限，僅有56學(xué)時，若只靠教師課堂講授，一定會影響學(xué)生對更多機械方面知識的掌握，限制對學(xué)生分析、設(shè)計和解決問題能力的培養(yǎng)。而且，該課程要求學(xué)生必須具備扎實的數(shù)學(xué)、力學(xué)理論知識，特別是理論力學(xué)、流體力學(xué)、積分變換等知識。筆者在教學(xué)中發(fā)現(xiàn)，學(xué)生除了能運用一些高等數(shù)學(xué)中的知識，其他相關(guān)知識已經(jīng)忘得差不多了。這樣會影響學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。此外，傳統(tǒng)的教學(xué)形式相對單一，教師在課程教學(xué)中對于一些復(fù)雜抽象的內(nèi)容，口頭表述困難，學(xué)生理解起來也很吃力，教學(xué)效果不理想。

三、機械設(shè)計基礎(chǔ)課教學(xué)方法探索與實踐

針對機械設(shè)計基礎(chǔ)課，授課教師不但需要有扎實的機械理論知識和豐富的工程實踐經(jīng)驗，而且需要具備良好的“傳道、授業(yè)、解惑”的能力，即注重采用先進、靈活、多樣的教學(xué)方法，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，啟發(fā)學(xué)生主動思考，活躍課堂氣氛，提高課堂教學(xué)信息量，擴展學(xué)生的知識面，培養(yǎng)學(xué)生的實際應(yīng)用能力。

1.教學(xué)方法的選擇與設(shè)計

機械設(shè)計基礎(chǔ)課涉及知識面廣、知識點多，而近機械類專業(yè)和機械類專業(yè)要求不同，課程的內(nèi)容設(shè)置也應(yīng)有所不同。因此，在內(nèi)容設(shè)置上應(yīng)以一本教材為主，其他教材為輔，借助多媒體教學(xué)手段并結(jié)合現(xiàn)代化的網(wǎng)絡(luò)工具，滿足教學(xué)基本要求，精選內(nèi)容，突出特色，反映學(xué)科新成就，充分注意教學(xué)內(nèi)容的適用性和應(yīng)用性，將不同來源渠道（教材、教輔書籍、網(wǎng)絡(luò)、實物）的相關(guān)知識整合成適合學(xué)生學(xué)習(xí)的教學(xué)內(nèi)容。同時，教師也應(yīng)鼓勵學(xué)生利用課余時間到圖書館或在網(wǎng)絡(luò)上搜索相關(guān)知識，以課堂討論的形式幫助學(xué)生鞏固課堂所學(xué)和擴寬知識面。教師還應(yīng)在這些過程中不斷充實新內(nèi)容，以做到不斷更新、與時俱進。

2.教學(xué)方法的確定與實施

一是激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和積極性。教師只有激發(fā)學(xué)生對新知識的好奇心和興趣，學(xué)生才會更加積極主動地學(xué)習(xí)。在教材前半部分的教學(xué)中，教師要讓學(xué)生在掌握機構(gòu)的自由度計算和運動分析的基礎(chǔ)上，認(rèn)識各種常用機構(gòu)，通過平面連桿機構(gòu)、凸輪機構(gòu)、齒輪機構(gòu)3種典型的機構(gòu)系統(tǒng)了解機構(gòu)的組成形式、工作原理和運轉(zhuǎn)特性，用系統(tǒng)的觀點將各類機構(gòu)聯(lián)系起來。教師應(yīng)向?qū)W生說明不要孤立地去認(rèn)識單個的機構(gòu)以及機構(gòu)設(shè)計，而應(yīng)前后聯(lián)系起來，掌握機構(gòu)分析、設(shè)計的基本理論和方法，確定機構(gòu)設(shè)計的要求。例如：教師在講授第一章“機構(gòu)的自由度計算”時，明確機構(gòu)自由度在實際工作中的重要意義，講授計算自由度的方法，并列舉工程實際中的相關(guān)例子進行練習(xí)。

教師在按順序講授平面連桿機構(gòu)、凸輪機構(gòu)、齒輪機構(gòu)這三大常用機構(gòu)時，通常會面臨學(xué)生初學(xué)時難以建立各類機構(gòu)間聯(lián)系的問題。這時，教師可以內(nèi)燃機為例，向?qū)W生展示一些圖片和視頻（如香港科技館中展出的八缸和六缸往復(fù)式四沖程內(nèi)燃機運動視頻），讓學(xué)生對內(nèi)燃機有一些感性認(rèn)識；然后介紹往復(fù)式四沖程內(nèi)燃機工作過程的四個沖程運動，明確了三大機構(gòu)在這一過程中的作用及相互連接關(guān)系，能就將這三大機構(gòu)非常自然地聯(lián)系起來。學(xué)生看到先進機器的視頻，可以激發(fā)其濃厚的學(xué)習(xí)興趣，更容易理解內(nèi)燃機工作原理及組成，加深對三大機構(gòu)的認(rèn)識和理解，從而使教學(xué)收到良好的效果，并且，教師通過畫出內(nèi)燃機機構(gòu)運動簡圖、計算自由度、考慮速度波動及轉(zhuǎn)子平衡、螺紋連接、軸系設(shè)計等問題，很自然地將教材要求講述的所有重要內(nèi)容都聯(lián)系在一起。所以，教師應(yīng)該在講授第一章內(nèi)容時，詳細(xì)介紹內(nèi)燃機的工作原理，并在后面各章節(jié)的教學(xué)中注意聯(lián)系。

二是采用多種手段豐富教學(xué)方法。在課程教學(xué)中，連桿機構(gòu)、凸輪機構(gòu)和齒輪機構(gòu)設(shè)計計算部分，以及螺紋連接、帶傳動、軸系計算等部分都涉及較為復(fù)雜的數(shù)學(xué)計算，教師口頭講述費時費力，學(xué)生也感到枯燥無味，不能更好地從宏觀的、工程的角度理解設(shè)計過程，無法進行創(chuàng)造性思維。為解決這個問題，筆者所在教研室做了很多工作。2006年基于VB開發(fā)了一套機械原理、機械設(shè)計基礎(chǔ)課程機構(gòu)教學(xué)輔助應(yīng)用軟件，以典型機構(gòu)為分析對象，通過編程實現(xiàn)數(shù)據(jù)的輸出、圖形的輸出以及程序設(shè)計輔導(dǎo)，其核心功能模塊為設(shè)計計算演示模塊。該軟件包括平面連桿機構(gòu)、凸輪機構(gòu)、齒輪機構(gòu)三個獨立的計算演示子模塊。例如：凸輪機構(gòu)模塊可完成五種基本廓形的設(shè)計和分析，可實現(xiàn)五種不同的從動件運動規(guī)律，輸入原始參數(shù)后可點擊按鈕輸出凸輪理論廓線和實際廓線的縱、橫坐標(biāo)，以及從動件的位移、速度和加速度等參數(shù)，也可輸出推程或回程的最大壓力角等；還可以輸出凸輪機構(gòu)圖形結(jié)果，包括動態(tài)演示、位移、速度、加速度運動規(guī)律曲線。該軟件應(yīng)用于課堂教學(xué)后，由于使用方便，設(shè)計結(jié)果顯示直觀，能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，并顯著提高學(xué)生計算機輔助機構(gòu)設(shè)計與分析的能力，受到了學(xué)生普遍好評。因此，我們不斷對該軟件進行改進和完善，現(xiàn)已擴展不少功能，多年來一直是教學(xué)中不可缺少的輔助工具。

在教學(xué)中，筆者還利用大型通用軟件進行相關(guān)內(nèi)容的輔助教學(xué)，既可以避免大量的復(fù)雜計算，又可以將分析結(jié)果生成圖形、動畫等，使教學(xué)更加生動形象，從而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性，訓(xùn)練學(xué)生的創(chuàng)造性思維。

針對近機械類專業(yè)的教學(xué)要求，筆者通過對傳統(tǒng)教學(xué)模式的分析，在教學(xué)過程中進行教學(xué)方法的改進和實踐，使學(xué)生較好地掌握了該課程的基本理論，并主動地將理論應(yīng)用到實際中，積極以計算機為輔助工具進行工程分析與計算，為其將未來更好地從事相關(guān)專業(yè)工作打下了堅實的基礎(chǔ)。

參考文獻：

[1]劉竹麗，陳江義，王迎佳. 基于VB的《機械原理》機構(gòu)教學(xué)輔助工具開發(fā)[J]. 中原工學(xué)院學(xué)報，2006，（17）.

[2]楊可楨，程光蘊，李仲生. 機械設(shè)計基礎(chǔ)（第五版）[M] .北京：高等教育出版社，2006.

責(zé)編：思 源