機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)教學(xué)模式與創(chuàng)新能力培養(yǎng)方法的探索

李娟 孫見君 馬晨波

摘 要：培養(yǎng)人才最有效的途徑是發(fā)展高等教育，然而隨著高等教育的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)的教學(xué)模式逐漸顯現(xiàn)出各種問題與不足。本文根據(jù)現(xiàn)代高等教育的發(fā)展趨勢，結(jié)合機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程的教學(xué)實(shí)踐，從課程體系結(jié)構(gòu)、課程設(shè)計(jì)實(shí)踐、實(shí)驗(yàn)教學(xué)創(chuàng)新與課程考核方式四個(gè)方面，探索機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程教學(xué)模式改革方向，討論培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的有效方法與途徑。

關(guān)鍵詞：機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 教學(xué)模式 教學(xué)實(shí)踐 創(chuàng)新

中圖分類號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2015）08（b）-0000-00

基金項(xiàng)目：南京林業(yè)大學(xué)科研啟動(dòng)項(xiàng)目；江蘇省高校自然科學(xué)基金（15KJB470007）。

作者簡介：李娟（1987-），女，湖北洪湖人，博士，講師，主要從事機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)方面的教學(xué)工作。

0 引言

高等教育的根本任務(wù)是輸送人才，以滿足社會(huì)和人民群眾的多元化需求。為了保證教學(xué)質(zhì)量，取得良好的教學(xué)成果，課程教學(xué)模式應(yīng)當(dāng)與國家的發(fā)展方向相契合。如何提高課程教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，是當(dāng)前我國高等教育改革轉(zhuǎn)型中的重要課題[1]。機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)是各高等院校機(jī)械類專業(yè)本科生必修的一門綜合性、實(shí)踐性很強(qiáng)的技術(shù)基礎(chǔ)課程，包括機(jī)械設(shè)計(jì)與機(jī)械原理兩部分的內(nèi)容，是培養(yǎng)學(xué)生綜合設(shè)計(jì)能力、創(chuàng)新能力的重要環(huán)節(jié)，并在整個(gè)專業(yè)中起著承上啟下的作用[2]。

現(xiàn)有的關(guān)于機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)的教學(xué)模式主要著眼于培養(yǎng)學(xué)生掌握課程的理論知識(shí)，采取各種教學(xué)手段，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣[3]。然而這種教學(xué)理念只能從表面上讓學(xué)生不排斥理論知識(shí)的汲取，卻忽視了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，造成了學(xué)生“不逃課但也不思考”、“眼睛盯著講臺(tái)，腦子一片空白”的現(xiàn)象，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力難上加難。筆者根據(jù)教學(xué)過程中的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，在傳統(tǒng)教學(xué)模式呈現(xiàn)的不足與問題的基礎(chǔ)上，從課程體系結(jié)構(gòu)、課程設(shè)計(jì)實(shí)踐、實(shí)驗(yàn)教學(xué)創(chuàng)新與課程考核方式四個(gè)方面改進(jìn)現(xiàn)有的教學(xué)模式，探索培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的方法。

1 課程體系結(jié)構(gòu)

機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)是機(jī)械原理與機(jī)械設(shè)計(jì)兩門課程的整合，要求學(xué)生了解和掌握常用機(jī)構(gòu)與通用零部件的工作原理、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)等，教學(xué)內(nèi)容繁雜、零散、抽象、枯燥。筆者在教學(xué)過程中發(fā)現(xiàn)，由于課程連貫性不強(qiáng)，學(xué)生容易產(chǎn)生被動(dòng)、厭煩的情緒，學(xué)習(xí)效率非常低。通過與學(xué)生溝通交流后，采用互動(dòng)啟發(fā)式教學(xué)模式，效果顯著。

以常用機(jī)構(gòu)為例，這部分內(nèi)容主要包括平面機(jī)構(gòu)自由度分析、平面連桿機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)、輪系和間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)。課程中基礎(chǔ)知識(shí)點(diǎn)的引入十分重要，它決定了學(xué)生接受與其相關(guān)的其他知識(shí)點(diǎn)的難易程度。首先，教師通過圖片、動(dòng)畫、視頻等教學(xué)手段列舉一些平常所常見的平面機(jī)構(gòu)器械如健身器材、家用電器、鐘表、自行車等，引入平面機(jī)構(gòu)的類型，與學(xué)生一起討論平面機(jī)構(gòu)的組成部分、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)，同時(shí)分析平面機(jī)構(gòu)的自由度。

其次，引導(dǎo)學(xué)生思考，以小組形式討論他們對平面機(jī)構(gòu)類型的判斷，形成師生之間的互動(dòng)，產(chǎn)生共鳴。在此基礎(chǔ)上，發(fā)揮學(xué)生的想象力，對平面機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行演變、設(shè)計(jì)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)。對待創(chuàng)新能力有限的學(xué)生，可以通過講解為主，啟發(fā)為輔，使學(xué)生敢于肯定自己的想法，參與到討論中，提高分析問題和創(chuàng)新的能力。最后，在平面機(jī)構(gòu)的知識(shí)框架上進(jìn)行擴(kuò)展，導(dǎo)入凸輪機(jī)構(gòu)、輪系和間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，同時(shí)分析比較各機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、運(yùn)動(dòng)特性，進(jìn)行歸納總結(jié)。

與常用機(jī)構(gòu)相比而言，課程后半部分的的通用零件是為后續(xù)課程提供必需機(jī)械零件的基本知識(shí)，內(nèi)容更為零散。如何將螺栓等常用連接零件，齒輪、帶、鏈等傳動(dòng)機(jī)械，軸、軸承、聯(lián)軸器等軸系零件這些內(nèi)容連貫起來，是學(xué)好這部分內(nèi)容的關(guān)鍵。學(xué)生往往對未知、新奇的事物比較感興趣，因此利用學(xué)生的好奇心，教師可以做一些視頻動(dòng)畫，對大型機(jī)械設(shè)備內(nèi)部進(jìn)行分段、分層剖析，從而展示零件結(jié)構(gòu)與運(yùn)動(dòng)特性，比如汽車中的齒輪變速箱，行李輸送機(jī)上的帶傳動(dòng)，自行車上的鏈傳動(dòng)等等。

在此基礎(chǔ)上，啟發(fā)引導(dǎo)學(xué)生探索機(jī)械零部件的作用與工作原理、失效形式，同時(shí)觀察學(xué)生的反應(yīng)，并與學(xué)生互動(dòng)，適當(dāng)提出一些問題，擴(kuò)展學(xué)生思維。其中，合理選擇并設(shè)計(jì)零件尺寸是課程教學(xué)內(nèi)容的重點(diǎn)與難點(diǎn)之一。通過結(jié)合實(shí)際課題，采取小組共同分析，培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)、手冊進(jìn)行一般參數(shù)的通用零件和簡單機(jī)械裝置設(shè)計(jì)，提高學(xué)生的協(xié)作能力，激發(fā)成就感，加深對知識(shí)的掌握程度。

2 課程設(shè)計(jì)實(shí)踐

課程設(shè)計(jì)是加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)的重要途徑，可以鞏固加深對所學(xué)理論知識(shí)的理解，實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)理論與設(shè)計(jì)實(shí)踐的有機(jī)配合，在工科院校教學(xué)中占有十分重要的地位[4]。通過課程設(shè)計(jì)，使學(xué)生在掌握設(shè)計(jì)方法的基礎(chǔ)上，培養(yǎng)學(xué)生的繪圖能力與計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)能力。由于接觸實(shí)際工程項(xiàng)目少，學(xué)生剛接觸到課程設(shè)計(jì)時(shí)往往會(huì)覺得困難。這需要通過選修課程輔助與外部教學(xué)實(shí)踐兩方面的配合來提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率。

機(jī)械專業(yè)的學(xué)生在大一和大二階段已經(jīng)完成了輔助設(shè)計(jì)課程（機(jī)械制圖，工程制圖與CAD等）的學(xué)習(xí)，為機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程打下了一定的基礎(chǔ)。但是筆者在教學(xué)過程中發(fā)現(xiàn)，由于空間想象能力有限，一些學(xué)生掌握的并不好，因此在本課程的課程設(shè)計(jì)中，表現(xiàn)非常吃力。教師需要指導(dǎo)學(xué)生選修一些輔助設(shè)計(jì)的課程，如CAD程序設(shè)計(jì)，Pro/E等，幫助學(xué)生對先修課程進(jìn)行必要的回顧和復(fù)習(xí)，在此基礎(chǔ)上，結(jié)合課程設(shè)計(jì)對象，鼓勵(lì)學(xué)生進(jìn)行程序編寫，完成設(shè)計(jì)課題，提高學(xué)生機(jī)械設(shè)計(jì)創(chuàng)新能力。外部教學(xué)實(shí)踐是指通過積極組織和指導(dǎo)學(xué)生參加各種課外設(shè)計(jì)競賽活動(dòng)，借助本課程的知識(shí)學(xué)習(xí)，進(jìn)一步培養(yǎng)和提高學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)。同時(shí)，對于有科研條件的教師，可以進(jìn)一步結(jié)合教師自身的科研項(xiàng)目與課題實(shí)踐，比如利用仿真軟件對機(jī)械零件結(jié)構(gòu)進(jìn)行強(qiáng)度分析和優(yōu)化設(shè)計(jì)等，使教學(xué)內(nèi)容緊跟學(xué)科前沿，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新科研能力。

3 實(shí)驗(yàn)教學(xué)創(chuàng)新

機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)是必不可少的。在課堂中沒有完全吃透、完全想明白的知識(shí)點(diǎn)，通過學(xué)生親身動(dòng)手實(shí)踐，能夠化虛為實(shí)，提高教學(xué)效率。然而，由于設(shè)備資源、實(shí)驗(yàn)課時(shí)的限制，實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的開展還停留在以教師講解為主，學(xué)生重復(fù)教師示范的形式上，無法完成實(shí)驗(yàn)教學(xué)的預(yù)期效果[5]。

實(shí)際上，實(shí)驗(yàn)教學(xué)如果能夠走出實(shí)驗(yàn)室，教學(xué)效果事半功倍。我們通過與企業(yè)合作，一方面讓學(xué)生有機(jī)會(huì)參觀機(jī)械零件實(shí)際的加工過程，將所學(xué)的理論知識(shí)和生產(chǎn)實(shí)踐結(jié)合；另一方面讓學(xué)生實(shí)際了解到企業(yè)生產(chǎn)加工機(jī)械零件過程中遇到的技術(shù)難題、局限與實(shí)際需求，啟發(fā)學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，開動(dòng)腦筋思考問題，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)，分析問題，解決問題。同時(shí)，在與企業(yè)技術(shù)工人的交流中，能夠讓學(xué)生們開擴(kuò)視野，觸摸世界的前沿工程技術(shù)，使我們培養(yǎng)的人才能夠跟上時(shí)代的腳步。在此基礎(chǔ)上，學(xué)生帶著問題和想法，走進(jìn)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，很大程度上提高了學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

4 課程考核方式

課程考核檢驗(yàn)學(xué)生對所學(xué)知識(shí)的掌握情況，也是教師對教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效果的檢測。課程考核方式實(shí)行以學(xué)生的綜合素質(zhì)為內(nèi)在基礎(chǔ)的能力考核[6]，包括過程考核與期末考試。在教學(xué)過程中，筆者發(fā)現(xiàn)課后作業(yè)的完成情況非常糟糕，這與當(dāng)今電子科技的飛速發(fā)展有關(guān)。由于互聯(lián)網(wǎng)題庫資源十分豐富，抄襲現(xiàn)象很嚴(yán)重。通過調(diào)整過程考核主次，以隨堂測驗(yàn)為主，課后作業(yè)為輔，效果顯著。課程進(jìn)行到某一階段，安排一堂課進(jìn)行隨堂測驗(yàn)，測驗(yàn)的形式并不局限于理論，形式包括理論知識(shí)重點(diǎn)、難點(diǎn)回顧，零件設(shè)計(jì)，傳動(dòng)方案設(shè)計(jì)等。在答疑環(huán)節(jié)，安排每周固定的時(shí)間段進(jìn)行答疑，并且根據(jù)學(xué)生的隨堂測驗(yàn)及作業(yè)情況，指定同學(xué)答疑，這樣可以更加準(zhǔn)確地掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)，并根據(jù)答疑情況調(diào)整課程內(nèi)容和課程進(jìn)度。課后作業(yè)盡量以開放式的題目為主，結(jié)合現(xiàn)代工程技術(shù)，引導(dǎo)學(xué)生充分利用互聯(lián)網(wǎng)與圖書館資源，進(jìn)行發(fā)散思維，化不利條件為有利條件，提高學(xué)生收集整理資料的能力，鼓勵(lì)個(gè)性發(fā)展。

5 結(jié)語

新時(shí)代的人才不僅需要掌握知識(shí)，更重要的是掌握學(xué)習(xí)知識(shí)的方法，分析問題的能力以及解決問題的思路。通過摸索，筆者在機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)的課程教學(xué)工作中總結(jié)出了較合理的教學(xué)模式，學(xué)生反應(yīng)良好。隨著時(shí)代的發(fā)展，為了培養(yǎng)符合時(shí)代需求的人才，教學(xué)方法的改進(jìn)和教學(xué)效果的提高仍然是無止境的，繼續(xù)探索與時(shí)俱進(jìn)的教學(xué)模式任道重遠(yuǎn)。

參考文獻(xiàn)

[1] 佟林杰，孟衛(wèi)東.我國高等教育內(nèi)涵式發(fā)展“四維一體”模式構(gòu)建[J].現(xiàn)代教育管理，2013（10）：44-47.

[2] 張利萍.高等職業(yè)教育《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》能力培養(yǎng)的教學(xué)方法[J].邢臺(tái)職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2009，26（3）：16-17.

[3] 張鄂.應(yīng)用型本科院?！皺C(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”課程的教學(xué)改革與探索[J].教育教學(xué)論壇，2015（13）：120-122.

[4] 張曉峰.機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)的教學(xué)研究與探索[J].科技教育創(chuàng)新，2010（11）：249-250.

[5] 周志剛，徐芳.機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)教學(xué)質(zhì)量控制及創(chuàng)新能力培養(yǎng)[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2013，32（10）：110-113.

[6] 閆玉蕾，孔凡坤，曹克剛.高職教育機(jī)械創(chuàng)新人才培養(yǎng)[J].高教論壇，2015（4）：26-2