“機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”課程教學(xué)改革研究

黃小龍　楊洋　劉相權(quán)

摘要：為了調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，通過分析傳統(tǒng)教學(xué)模式下“機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”課程教學(xué)過程中當(dāng)前存在的問題，結(jié)合該課程的特點(diǎn)從教學(xué)方法、教學(xué)手段、教學(xué)內(nèi)容、教材建設(shè)、實(shí)踐教學(xué)等方面對課程教學(xué)的改革進(jìn)行了研究。經(jīng)過幾年的研究與實(shí)踐，課程教學(xué)效果得到了改善，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣得到了激發(fā)，實(shí)踐能力獲得了鍛煉。

關(guān)鍵詞：機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)；教學(xué)研究；教學(xué)方法；近機(jī)類專業(yè)

中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）04-0112-03

“機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”課程是北京信息科技大學(xué)近機(jī)類專業(yè)工業(yè)工程、工業(yè)設(shè)計(jì)的一門重要專業(yè)基礎(chǔ)課程，其任務(wù)是培養(yǎng)學(xué)生對機(jī)械機(jī)構(gòu)的分析與設(shè)計(jì)能力，使學(xué)生初步掌握基本的設(shè)計(jì)理論和設(shè)計(jì)方法。課程在基礎(chǔ)課與專業(yè)課之間起承上啟下的作用，與后續(xù)課程銜接緊密，為今后學(xué)習(xí)專業(yè)課程以及工作打下必要的基礎(chǔ)，可增加學(xué)生的專業(yè)適應(yīng)能力，使其能滿足市場經(jīng)濟(jì)對人才的需求，有利于學(xué)生就業(yè)選擇。

“機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”課程因其具有分散性、綜合性及實(shí)踐性和公式多、概念多及圖表多等特點(diǎn)，給教學(xué)工作帶來不小的困難，因此怎樣充分地利用現(xiàn)有教學(xué)資源調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，變被動學(xué)習(xí)為主動學(xué)習(xí)，實(shí)現(xiàn)北京信息科技大學(xué)高素質(zhì)應(yīng)用型人才的培養(yǎng)目標(biāo)，在本課程教學(xué)中研究與探索新的教學(xué)方法就顯得更加迫切和必要了。

一、教學(xué)現(xiàn)狀分析

1.工業(yè)工程、工業(yè)設(shè)計(jì)專業(yè)的學(xué)生在開始學(xué)習(xí)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程的時候，大多數(shù)學(xué)生以前極少關(guān)注機(jī)械的結(jié)構(gòu)，對機(jī)械缺乏一定的感性認(rèn)識，或?qū)C(jī)械的整體認(rèn)識是模糊的。

2.課程涉及的基礎(chǔ)理論內(nèi)容較廣且相對獨(dú)立，其特點(diǎn)是概念多、原理多、公式多、圖表多，內(nèi)容比較枯燥和單調(diào)，所學(xué)知識在學(xué)生以前的學(xué)習(xí)中很少接觸，初學(xué)時往往會感到吃力[1]。在傳統(tǒng)教學(xué)中，以教師講授知識為主，學(xué)生只是被動地聽講；教學(xué)方法單一，無法吸引學(xué)生的注意力。

3.部分教學(xué)內(nèi)容陳舊。教師過于注重單個機(jī)械零部件的講解，而對實(shí)際工程的機(jī)械設(shè)計(jì)方法介紹不多，忽略了學(xué)生的能力與素質(zhì)培養(yǎng)，使學(xué)生容易出現(xiàn)厭學(xué)、懼學(xué)、棄學(xué)的情緒，或?yàn)槿〉煤贸煽兌八烙浻脖场?，出現(xiàn)“高分低能”的現(xiàn)象。

二、豐富教學(xué)方法，完善教學(xué)手段

1.教學(xué)方法多樣化。采用圖示教學(xué)法與任務(wù)驅(qū)動教學(xué)法相結(jié)合進(jìn)行教學(xué)。

（1）圖示教學(xué)法。圖示教學(xué)法是烏克蘭教育家沙塔洛夫經(jīng)過30多年的潛心試驗(yàn)與研究，提出的一種新的教學(xué)方法。該教學(xué)方法的核心是“綱要網(wǎng)絡(luò)”圖表，此圖表是一種由文字、圖形、公式、方框、流程線和表格等組成的教學(xué)輔助工具[2]。在講解各章內(nèi)容時，利用圖表將各個概念、知識點(diǎn)、公式有機(jī)串聯(lián)起來，使其相互關(guān)系形象直觀地表達(dá)出來，有利于學(xué)生對所學(xué)知識的理解和記憶。

按內(nèi)容和應(yīng)用可將圖表分為“講授型”和“概括總結(jié)型”。例如，在講授“帶傳動和鏈傳動”的知識時，當(dāng)講解到離心拉力Fc，可列舉如圖1所示的“講授型”圖表，并加以解釋，如“當(dāng)帶作圓周運(yùn)動時，帶本身的質(zhì)量將在圓周方向產(chǎn)生離心力Fc，而Fc將作用在帶的全長上，因此在帶各處的橫截面上均產(chǎn)生離心拉應(yīng)力σc；σc過大，將帶來不良后果：①降低帶的壽命；②帶與帶輪表面的正壓力下降，導(dǎo)致最大摩擦力下降，從而降低帶的傳動能力。因此應(yīng)限制帶的速度?！?/p>

在對帶傳動進(jìn)行小結(jié)時，可采用如圖2所示的“概括總結(jié)型”圖表，由圖表可知帶是處于變應(yīng)力狀態(tài)下工作的，帶中產(chǎn)生的瞬時最大應(yīng)力發(fā)生在帶的緊邊開始繞向小帶輪處。

通過圖表可將相關(guān)內(nèi)容有機(jī)串聯(lián)起來，讓學(xué)生從煩瑣的筆記中解脫出來，減輕了學(xué)生的學(xué)習(xí)壓力，加深了學(xué)生對知識的理解和記憶。

（2）任務(wù)驅(qū)動教學(xué)法。任務(wù)驅(qū)動教學(xué)法是一種建立在建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論基礎(chǔ)上的教學(xué)法，其特點(diǎn)是“學(xué)中用，用中學(xué)，以用促學(xué)”[3]，改變了以往“教師講，學(xué)生聽”的被動教學(xué)模式，創(chuàng)造了以學(xué)定教、學(xué)生主動參與、自主協(xié)作、探索創(chuàng)新的新型學(xué)習(xí)模式。任務(wù)驅(qū)動教學(xué)法的核心工作是根據(jù)教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)任務(wù)[3]。如在講授“平面連桿機(jī)構(gòu)”一章時，教師先提出一些與平面連桿機(jī)構(gòu)相關(guān)的問題，然后為學(xué)生設(shè)計(jì)了一項(xiàng)任務(wù)為“休閑娛樂機(jī)械和家庭用機(jī)械的設(shè)計(jì)”，設(shè)計(jì)的機(jī)械必須包含平面連桿機(jī)構(gòu)，并對設(shè)計(jì)任務(wù)進(jìn)行了一定的解釋與提示，如休閑娛樂機(jī)械可以是小區(qū)活動場所的健身器材；家庭用機(jī)械可以是與生活密切相關(guān)的家庭用機(jī)電產(chǎn)品，包括窗戶的開啟機(jī)構(gòu)、折疊桌椅、家用折疊梯子、雨傘等。此外，還要求工業(yè)設(shè)計(jì)專業(yè)的學(xué)生應(yīng)用本專業(yè)知識對產(chǎn)品進(jìn)行造型設(shè)計(jì)，工業(yè)工程專業(yè)的學(xué)生應(yīng)用本專業(yè)知識進(jìn)行產(chǎn)品進(jìn)行成本核算，等等。

在實(shí)施過程中，采用企業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)模式進(jìn)行，由學(xué)生根據(jù)自身專長和興趣愛好組隊(duì)，每組3～5名學(xué)生，選出1名組長，領(lǐng)導(dǎo)本小組成員進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)。鼓勵小組成員進(jìn)行實(shí)地調(diào)研，且每位成員均須提出自己的設(shè)計(jì)方案，由組長組織小組展開討論，選擇最佳設(shè)計(jì)方案。例如，有小組學(xué)生通過調(diào)研設(shè)計(jì)了一款新型家用折疊人字梯，如圖3所示，應(yīng)用了平行四邊形機(jī)構(gòu)使踏板同時展開或收起。伴隨著一個接著一個的成就感，可培養(yǎng)學(xué)生對機(jī)械的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)及與他人協(xié)作的能力，為將來工作崗位上的團(tuán)隊(duì)合作奠定基礎(chǔ)。

2.完善教學(xué)手段。

（1）利用多媒體與實(shí)物模型相結(jié)合的教學(xué)手段。多媒體課件具有信息量大、圖文并茂、聲光色結(jié)合的立體效果，能擴(kuò)寬學(xué)生的眼界，便于理解，實(shí)物模型的示教能起到直觀形象的作用。同時，在講解重點(diǎn)內(nèi)容時輔以傳統(tǒng)的板書，使重點(diǎn)突出、要領(lǐng)清楚，達(dá)到教與學(xué)的互動效果。通過多種教學(xué)手段的應(yīng)用，對提高學(xué)生的學(xué)習(xí)能力收到了較好的效果。例如，將雷達(dá)天線、縫紉機(jī)踏板、汽車前窗刮雨器、攪拌機(jī)、飛機(jī)起落架、牛頭刨床等機(jī)構(gòu)以動畫形式顯示，使死氣沉沉的課堂變得生動活潑，增加了學(xué)生的感性認(rèn)識[4]。讓一些難以想象的機(jī)構(gòu)生動地呈現(xiàn)在學(xué)生面前，便于學(xué)生理解。

（2）引入計(jì)算機(jī)輔助工程技術(shù)。學(xué)生學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)軟件的積極性普遍比較高，尤其是工業(yè)設(shè)計(jì)專業(yè)的學(xué)生。因此，在“機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”課程中將計(jì)算機(jī)輔助工程技術(shù)引入課堂教學(xué)，收到了良好的教學(xué)效果。例如，在講解凸輪機(jī)構(gòu)時，可演示如何應(yīng)用ADAMS軟件解決問題；在講解軸系零部件時，可采用Pro/Engineer建立虛擬的減速器裝配體，并將其演示給學(xué)生，使學(xué)生產(chǎn)生好奇心，萌發(fā)急于尋求答案的求知欲望，增強(qiáng)學(xué)習(xí)的自覺性。為了便于學(xué)生學(xué)習(xí)，開設(shè)了多項(xiàng)關(guān)于相關(guān)軟件應(yīng)用的開放性實(shí)驗(yàn)。

3.豐富考核方式。為了增強(qiáng)學(xué)生對機(jī)械的總體認(rèn)識，在開學(xué)之初便將機(jī)械發(fā)展史作為一項(xiàng)大作業(yè)布置給學(xué)生，并計(jì)入總評成績。讓學(xué)生自行學(xué)習(xí)查找相關(guān)資料，寫出相關(guān)機(jī)械的發(fā)展歷史，如中國機(jī)械發(fā)展史、世界機(jī)械發(fā)展史、汽車發(fā)展史、飛機(jī)發(fā)展史、機(jī)器人發(fā)展史等，讓學(xué)生在查找資料的過程中，對機(jī)械及其發(fā)展有一個總體的認(rèn)識[5]。同時，在應(yīng)用任務(wù)驅(qū)動教學(xué)法教學(xué)過程中安排了設(shè)計(jì)任務(wù)，將根據(jù)學(xué)生完成的作品質(zhì)量計(jì)算平時成績并計(jì)入總評。

三、精練教學(xué)內(nèi)容，進(jìn)行教材建設(shè)

1.精練教學(xué)內(nèi)容，挖掘教學(xué)素材。從生活中挖掘教學(xué)素材，可以拉近學(xué)生與機(jī)械之間的距離。機(jī)械與生活緊密相連，挖掘生活中的“機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”課程教學(xué)素材，可以使枯燥的機(jī)械生動化，單一的教學(xué)內(nèi)容變得豐富多彩。列舉生活經(jīng)歷或新聞報(bào)道中引人入勝、趣味性強(qiáng)的案例，并編擬貼近實(shí)際且內(nèi)容新鮮的應(yīng)用問題，讓學(xué)生感到所學(xué)內(nèi)容有用、有趣[6]。例如，應(yīng)用折疊雨傘、折疊桌椅、窗戶開啟機(jī)構(gòu)講解平面連桿機(jī)構(gòu)；應(yīng)用機(jī)械鎖、開關(guān)等講解凸輪機(jī)構(gòu)；應(yīng)用機(jī)械鐘表、玩具等講解齒輪機(jī)構(gòu)。

2.建設(shè)課程教材。因材施教，積極進(jìn)行教材建設(shè)。課程組在老教師的帶領(lǐng)和指導(dǎo)下，虛心向兄弟院校取經(jīng)學(xué)習(xí)，以極大的熱情教書育人和潛心進(jìn)行教學(xué)研究，應(yīng)用圖示教學(xué)法進(jìn)行了教學(xué)實(shí)踐，將積累的經(jīng)驗(yàn)和教學(xué)成果固化進(jìn)教材，正式出版了《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》教材，并編寫了《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書》。

四、加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)

1.引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行大學(xué)生科技創(chuàng)新計(jì)劃項(xiàng)目。以大學(xué)生科技創(chuàng)新計(jì)劃項(xiàng)目為載體，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行主動實(shí)踐、自主學(xué)習(xí)的實(shí)踐教學(xué)模式。為了擴(kuò)大學(xué)生的視野，提高他們實(shí)踐動手能力，鼓勵學(xué)生課余時間走進(jìn)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行學(xué)習(xí)與研究，使得學(xué)有所需的學(xué)生都有機(jī)會參與其中，充分利用實(shí)驗(yàn)室的各種資源，得到有益的鍛煉和提高。

工業(yè)工程、工業(yè)設(shè)計(jì)專業(yè)的學(xué)生先后開展了“基于人因工程學(xué)的超市貨架設(shè)計(jì)”、“節(jié)·閱——公共綠色照明閱讀桌創(chuàng)新設(shè)計(jì)”、“模塊化組合式家具設(shè)計(jì)”等多項(xiàng)大學(xué)生科技創(chuàng)新計(jì)劃項(xiàng)目的研究。有工業(yè)設(shè)計(jì)專業(yè)學(xué)生參與的捷能車隊(duì)更是通過大學(xué)生科技創(chuàng)新計(jì)劃項(xiàng)目的研究收獲了多項(xiàng)成果，該團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)的節(jié)能車多次獲得Honda中國節(jié)能競技大賽最佳技術(shù)獎、最佳設(shè)計(jì)獎、最吸引眼球獎等。

2.積極組織學(xué)生參加競賽。組織學(xué)生參加機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽、三維數(shù)字化創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽，讓學(xué)生真刀實(shí)槍的去干，利用課堂上教授的理論知識，品嘗創(chuàng)新的滋味。工業(yè)設(shè)計(jì)專業(yè)學(xué)生參與設(shè)計(jì)的“家用多功能折疊購物車”、“防反光可調(diào)節(jié)黑板”等作品先后獲得首都高校機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽的獎項(xiàng)。“農(nóng)用翻土機(jī)設(shè)計(jì)”、“自動選種機(jī)”、“按摩椅設(shè)計(jì)”等作品獲得了全國三維數(shù)字化創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽的獎項(xiàng)。

3.設(shè)置開放性實(shí)驗(yàn)。為了使課程實(shí)踐環(huán)節(jié)得到進(jìn)一步充實(shí)，增加實(shí)驗(yàn)學(xué)時，課程組開發(fā)了多項(xiàng)開放性實(shí)驗(yàn)，如“典型機(jī)構(gòu)運(yùn)動仿真分析與驗(yàn)證”、“典型機(jī)械拆裝測繪與結(jié)構(gòu)分析實(shí)驗(yàn)”、“小型機(jī)器人創(chuàng)意設(shè)計(jì)與制作實(shí)驗(yàn)”、“機(jī)械方案創(chuàng)新創(chuàng)意設(shè)計(jì)模擬實(shí)施與分析改進(jìn)”、“常見機(jī)械傳動系統(tǒng)建模與仿真分析實(shí)驗(yàn)”等，完成實(shí)驗(yàn)的學(xué)生可以獲得創(chuàng)新學(xué)分，鼓勵學(xué)生課余時間走進(jìn)實(shí)驗(yàn)室。

五、結(jié)論

經(jīng)過幾年的研究與實(shí)踐，北京信息科技大學(xué)近機(jī)類專業(yè)工業(yè)工程、工業(yè)設(shè)計(jì)的“機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”課程教學(xué)效果得到了改善，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣得到了激發(fā)，學(xué)生的實(shí)踐能力獲得了鍛煉。課程教學(xué)的改革與研究使學(xué)生能學(xué)以致用，增強(qiáng)了學(xué)習(xí)的自覺性，促使學(xué)生從“要我學(xué)”向“我要學(xué)”轉(zhuǎn)變。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉相權(quán).“機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”課程任務(wù)驅(qū)動式教學(xué)改革研究[J].中國電力教育，2014，（11）：120-121.

[2]滕啟.機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)[M].北京：中國電力出版社，2013.

[3]劉相權(quán).基于任務(wù)驅(qū)動教學(xué)法的《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》教學(xué)研究[J].中國科技信息，2012，（24）：177.

[4]李國珍.機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)教學(xué)中的幾點(diǎn)體會[J].遼寧師范大學(xué)學(xué)報(bào)，2009，32（8），增刊：197-198.

[5]宋瑞銀，張美琴.應(yīng)用型院校機(jī)械原理教學(xué)中的創(chuàng)新能力培養(yǎng)[J].遼寧師范大學(xué)學(xué)報(bào)，2009，32（8），增刊：170-172.

[6]解占新，劉剛.談《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》教學(xué)思路的創(chuàng)新[J].遼寧師范大學(xué)學(xué)報(bào)，2009，32（8），增刊：182-184.