基于心智技能培養(yǎng)的機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)教學(xué)研究

梁海澄

摘要：筆者在《機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)》教學(xué)過程中，發(fā)現(xiàn)學(xué)生存在理論知識不成體系、知識運(yùn)用能力差等問題，這些問題是缺乏心智技能的表現(xiàn)，因此，提高心智技能成為提高學(xué)生機(jī)械設(shè)計能力的關(guān)鍵。本文將心智技能培養(yǎng)理論應(yīng)用于《機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)》教學(xué)，提出一種立足于培養(yǎng)學(xué)生機(jī)械設(shè)計心智技能的教學(xué)思路，并設(shè)計了教學(xué)內(nèi)容及教學(xué)模式。

關(guān)鍵詞：心智技能；機(jī)械設(shè)計；機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)；教學(xué)研究

中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2015）01-0196-02

一、概述

高職教育的側(cè)重點(diǎn)在于學(xué)生技能的培養(yǎng)，《機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)》又是一門從理論到實(shí)踐過渡的課程，因此，其教學(xué)評價應(yīng)該以學(xué)生的機(jī)械設(shè)計技能掌握程度為標(biāo)準(zhǔn)。目前，相關(guān)研究表明，高職院校的《機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)》教學(xué)普遍存在著學(xué)生理論知識弱、動手能力差、知識運(yùn)用能力差等問題，教學(xué)沒有能夠很好地提高學(xué)生的技能水平。機(jī)械設(shè)計技能屬于創(chuàng)造性技能。根據(jù)教育心理學(xué)的相關(guān)理論，創(chuàng)造性技能的獲得依賴于心智技能的提高，因此必須在教學(xué)中重點(diǎn)進(jìn)行心智技能的培養(yǎng)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性思維，提高學(xué)生的創(chuàng)造能力以及解決實(shí)際問題的能力。

二、心智技能的基本理論

技能分為操作技能和心智技能。操作技能是一種動作技能，由特定的動作方式構(gòu)成，比如在機(jī)械設(shè)計的活動中測量齒輪的各種參數(shù)、拆裝機(jī)械裝置等。而心智技能是一種思維的技能，是調(diào)節(jié)和控制心智活動的經(jīng)驗(yàn)，主要由觀察、分析、判斷和決策的能力構(gòu)成，比如在機(jī)械設(shè)計的活動中計算機(jī)械參數(shù)、設(shè)計機(jī)械結(jié)構(gòu)等。心智技能能夠指導(dǎo)操作技能的應(yīng)用。因此，對于《機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)》教學(xué)而言，不僅要培養(yǎng)學(xué)生的操作技能，還更應(yīng)該注重心智技能的培養(yǎng)。提高心智技能，可以幫助學(xué)生學(xué)會分析問題與解決問題的方法，在實(shí)際工作中有更高的效率。

三、《機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)》教學(xué)中存在的問題分析

目前，《機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)》教學(xué)大部分仍以講授法為主，在教學(xué)的過程中，以各種機(jī)構(gòu)設(shè)計的理論知識為主要內(nèi)容進(jìn)行講解。由于學(xué)生普遍缺乏實(shí)際機(jī)械結(jié)構(gòu)的工程經(jīng)驗(yàn)，單純的講授方式往往使學(xué)生感到茫然不知所措，學(xué)生對各種設(shè)計理論的適用場景和條件不甚了解，不能真正做到學(xué)以致用，在獨(dú)立進(jìn)行機(jī)構(gòu)設(shè)計任務(wù)時會有無從下手的感覺。筆者經(jīng)過課堂觀察、與學(xué)生交談及實(shí)訓(xùn)指導(dǎo)等方式進(jìn)行調(diào)查之后發(fā)現(xiàn)，學(xué)生在獨(dú)立進(jìn)行機(jī)構(gòu)設(shè)計時存在一些共性問題，主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

1.理論知識沒有形成系統(tǒng)。主要有兩個方面：一是先修課程的理論知識沒有跟《機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)》聯(lián)系起來?！稒C(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)》的課程學(xué)習(xí)，要綜合運(yùn)用到《工程材料》、《工程制圖》、《工程力學(xué)》、《互換性與技術(shù)測量》及《機(jī)械原理》等課程的知識，由于這些課程學(xué)習(xí)時是分開單獨(dú)學(xué)習(xí)的，學(xué)生在獨(dú)立進(jìn)行設(shè)計計算時，往往無法運(yùn)用這些知識，比如不能運(yùn)用力學(xué)知識去校核齒輪、軸及軸承等零件的強(qiáng)度；不能運(yùn)用互換性原理中的公差知識去設(shè)計軸孔配合公差；不能運(yùn)用工程材料的知識選擇零件材料等。二是本課程內(nèi)各章節(jié)知識沒有形成有機(jī)整體。由于各章節(jié)基本上是以機(jī)器中不同類型的機(jī)構(gòu)來進(jìn)行劃分的，學(xué)生在碰到多機(jī)構(gòu)組合的裝置時，往往不知道如何進(jìn)行設(shè)計，比如不知道軸承設(shè)計的輸入?yún)?shù)應(yīng)該從軸的設(shè)計結(jié)果中獲取。

2.缺乏查閱資料解決問題的能力。查閱資料解決問題是進(jìn)行機(jī)械設(shè)計必備的技能之一。在實(shí)際教學(xué)過程中，由于教材一般不會強(qiáng)調(diào)這方面的知識，學(xué)生在這方面的能力相對匱乏。比如在查閱機(jī)械設(shè)計資料時，遇到圖表不能根據(jù)橫縱坐標(biāo)查到所需的參數(shù)，或者遇到表格不知道表頭所指代的參數(shù)，遇到新的問題不知道從目錄中找到參考資料的位置等。

3.缺乏思考、生搬硬套。學(xué)生在進(jìn)行設(shè)計計算時，生搬硬套比較多，機(jī)械地套用公式，或者完全按照例題參數(shù)進(jìn)行設(shè)計，不考慮自己的設(shè)計任務(wù)與現(xiàn)有方案的差異，缺乏獨(dú)立的思考。比如在進(jìn)行帶傳動設(shè)計時，未直接給出轉(zhuǎn)速（需要用其他參數(shù)計算得出），有的學(xué)生直接將例題中的轉(zhuǎn)速帶入計算。甚至有些學(xué)生直接照抄別人的設(shè)計結(jié)果，數(shù)據(jù)計算和結(jié)構(gòu)設(shè)計都相同。

4.對設(shè)計參數(shù)缺乏宏觀把握。對設(shè)計參數(shù)缺乏宏觀把握主要表現(xiàn)在課程設(shè)計的過程中。由于學(xué)生缺乏工程經(jīng)驗(yàn)，對所設(shè)計的機(jī)構(gòu)沒有在大腦中形成一個宏觀的概念，對其尺寸和參數(shù)也沒有感性的認(rèn)識，因此在設(shè)計出現(xiàn)明顯不合理，甚至錯誤時，不能及時發(fā)現(xiàn)，直到設(shè)計后期，甚至繪圖時才發(fā)現(xiàn)問題，已經(jīng)沒有足夠的時間修改，影響設(shè)計成績。比如在設(shè)計減速器時傳動比分配不合理，導(dǎo)致制圖時發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)比例不協(xié)調(diào)等。

5.制圖能力弱。制圖能力弱同樣是主要表現(xiàn)在課程設(shè)計的過程中，課程設(shè)計的最后都要求學(xué)生把自己設(shè)計的裝置按照國家標(biāo)準(zhǔn)要求的工程制圖樣式表達(dá)出來，在這一過程中出現(xiàn)了很多問題。主要是因?yàn)閷W(xué)生對工程制圖的標(biāo)準(zhǔn)掌握不夠，比如標(biāo)題欄格式、零件簡化畫法、螺紋的繪制、殼體相貫線的繪制等經(jīng)常出現(xiàn)錯誤。

綜合上述問題分析可以看出，學(xué)生在創(chuàng)造能力及設(shè)計思維上相對較弱，實(shí)際上通過平時作業(yè)和操作實(shí)踐，學(xué)生基本都能完全掌握單一零件的設(shè)計，比如設(shè)計帶傳動、設(shè)計齒輪機(jī)構(gòu)、軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計等，但卻在需要整合運(yùn)用這些知識技能時出現(xiàn)了問題。這實(shí)際上就是因?yàn)樾闹羌寄艿膮T乏，因此，培養(yǎng)心智技能是提高學(xué)生機(jī)械設(shè)計能力的關(guān)鍵。

四、心智技能培養(yǎng)在《機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)》教學(xué)中的應(yīng)用

1.機(jī)械設(shè)計心智技能形成分析。根據(jù)馮忠良教授的研究，心智技能的形成是階段性的，其過程分為原型定向、原型操作和原型內(nèi)化三個階段。原型定向階段以理論知識傳授為主，讓主體掌握技能操作的原理；原型操作階段通過實(shí)踐讓主體熟練掌握操作技能，為原型內(nèi)化奠定基礎(chǔ)；原型內(nèi)化階段在主體大腦中形成內(nèi)化的思維模式，使主體能夠靈活運(yùn)用操作技能解決實(shí)際問題。

根據(jù)上述理論，結(jié)合《機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)》教學(xué)的實(shí)際情況，機(jī)械設(shè)計心智技能的形成階段如圖1所示。

機(jī)械設(shè)計心智技能的形成分為三個階段：掌握基本理論、熟悉常用設(shè)計和綜合設(shè)計計算三個階段。在整個學(xué)期的教學(xué)過程整體上按照三個階段進(jìn)行劃分，同時每個章節(jié)的教學(xué)同樣按照三個階段進(jìn)行，甚至具體到每次課都盡可能遵循心智技能形成的過程進(jìn)行，如此不斷反復(fù)強(qiáng)化，才能提高心智技能。

在整個學(xué)期的教學(xué)過程中，掌握基本理論、熟悉常用設(shè)計和綜合設(shè)計計算三個階段的主要教學(xué)內(nèi)容是：（1）講授常用機(jī)構(gòu)和通用零部件的工作原理、設(shè)計、應(yīng)用等知識；（2）講授常用機(jī)構(gòu)和通用零部件的設(shè)計步驟，通過課內(nèi)實(shí)訓(xùn)，大作業(yè)等方式加以鞏固；（3）指導(dǎo)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識，獨(dú)立進(jìn)行機(jī)構(gòu)設(shè)計，總結(jié)設(shè)計中出現(xiàn)的問題，形成經(jīng)驗(yàn)反饋。

而在具體某個機(jī)構(gòu)或零件設(shè)計的教學(xué)過程中也應(yīng)遵循三階段原則，教師首先講授機(jī)構(gòu)或零件的工作原理。然后按照設(shè)計步驟讓學(xué)生動手練習(xí)，在此過程中不斷發(fā)現(xiàn)和改正出現(xiàn)的問題，再通過針對性布置大作業(yè)及課內(nèi)實(shí)訓(xùn)進(jìn)行鞏固。最后提出一些設(shè)計案例，組織學(xué)生進(jìn)行分組討論，培養(yǎng)獨(dú)立設(shè)計的能力。

2.教學(xué)內(nèi)容及教學(xué)模式。在前述理論研究的基礎(chǔ)上，《機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)》的教學(xué)內(nèi)容分為理論教學(xué)內(nèi)容、實(shí)訓(xùn)教學(xué)內(nèi)容和討論教學(xué)內(nèi)容。其中，理論教學(xué)內(nèi)容針對機(jī)械制造專業(yè)學(xué)生必須具有通用零部件和常用機(jī)構(gòu)的初步分析能力和設(shè)計能力而設(shè)置，對教材中的內(nèi)容進(jìn)行簡化，重點(diǎn)講授平面連桿機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)、帶傳動、齒輪傳動、滾動軸承、軸、減速器等內(nèi)容。實(shí)訓(xùn)教學(xué)內(nèi)容與理論教學(xué)的重點(diǎn)相呼應(yīng)，包括平面運(yùn)動簡圖的測繪、機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)及特性分析、漸開線直齒圓柱齒輪參數(shù)的測定、軸系結(jié)構(gòu)設(shè)計、機(jī)械傳動裝置的拆除和結(jié)構(gòu)分析、機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計。討論教學(xué)內(nèi)容則針對常用機(jī)構(gòu)和零件的設(shè)計中存在不確定性的部分，例如平面連桿機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)、帶傳動、齒輪傳動、軸等，這些機(jī)構(gòu)或零件的設(shè)計往往需要學(xué)生在一定范圍內(nèi)去選取參數(shù)，經(jīng)常會讓學(xué)生不知如何進(jìn)行，因此進(jìn)行討論和總結(jié)是有必要的。

五、小結(jié)

筆者通過教學(xué)實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，結(jié)合心智技能形成的階段性理論進(jìn)行《機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)》課程教學(xué)，起到了積極效果，一方面在心智技能培養(yǎng)理論的指導(dǎo)下，教師在教學(xué)過程中會注重培養(yǎng)學(xué)生的心智技能，另一方面學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣更濃，效果也更好。但由于課時限制、教師經(jīng)驗(yàn)等因素，教學(xué)質(zhì)量仍有很大的上升空間。在后續(xù)教學(xué)過程中，仍需要不斷地進(jìn)行嘗試和總結(jié)，探索更高效的心智技能教學(xué)方法，培養(yǎng)出更高素質(zhì)的高技能人才。

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