“機(jī)械設(shè)計”課堂教學(xué)法的研究

朱可恒 丁曉紅

摘要：機(jī)械設(shè)計是機(jī)械類本科生一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課。在機(jī)械設(shè)計課程的課堂上，根據(jù)學(xué)生注意力的變化規(guī)律，有針對性地選擇教學(xué)方法和技術(shù)，理論聯(lián)系實(shí)際，進(jìn)行知識的拓展和融合，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，從而使學(xué)生更好地掌握基礎(chǔ)理論，切實(shí)提高機(jī)械設(shè)計課程的教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：教學(xué)方法；學(xué)生注意力；理論聯(lián)系實(shí)際；知識融合

中圖分類號：G642.41 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）19-0131-02

機(jī)械設(shè)計是機(jī)械類各專業(yè)的一門主干技術(shù)基礎(chǔ)課程，是機(jī)械制圖、機(jī)械制造、理論力學(xué)和材料力學(xué)等課程理論成果的薈萃，是把數(shù)學(xué)力學(xué)等基礎(chǔ)學(xué)科的基本知識與實(shí)際結(jié)合得到的結(jié)晶。要想學(xué)好這門課程，必須熟悉上述基礎(chǔ)學(xué)科的基本理論，這對一部分學(xué)生來說，還是有一定難度的。因此，如何在課堂上根據(jù)學(xué)生特征和學(xué)習(xí)規(guī)律等因素，有針對性地選擇教學(xué)方法和技術(shù)，從而使學(xué)生更好地掌握基礎(chǔ)理論，為更好地運(yùn)用于實(shí)際設(shè)計打下堅實(shí)的基礎(chǔ)，切實(shí)提高機(jī)械設(shè)計課的教學(xué)效果，還是必要的和有意義的。

教學(xué)方法指“師生為完成一定教學(xué)任務(wù)在共同活動中所采用的教學(xué)方式、途徑和手段”[1]。前哈佛大學(xué)校長博克認(rèn)為，與教學(xué)內(nèi)容相比，教學(xué)方法對于大學(xué)生的影響更加深遠(yuǎn)?！安还芙裉斓氖谡n內(nèi)容有多么重要，教師也不能假設(shè)學(xué)生只要來到了課堂，就一定會記住大部分的教學(xué)內(nèi)容。學(xué)習(xí)結(jié)束后學(xué)生能記住多少知識、能形成怎樣的思維習(xí)慣，并不取決于他們選修了哪些課程，而取決于這些課程是如何講授的、講授的質(zhì)量如何。”[2]教學(xué)方法多種多樣，可以是講授、辯論、案例教學(xué)、動作演練、播放錄像、游戲、小組討論、情景模擬、角色扮演和實(shí)驗(yàn)等。傳統(tǒng)的高校教學(xué)方法講授所占的比例較大，幾乎只有講授法[3]，針對這一情況，本文以機(jī)械設(shè)計課程為基礎(chǔ)，并以該課程中涉及的一些知識點(diǎn)為例，就如何調(diào)動學(xué)生情緒、提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣談一談?wù)n堂上教學(xué)方法運(yùn)用的一點(diǎn)思考和嘗試。

一、關(guān)注學(xué)生注意力的變化規(guī)律

專家發(fā)現(xiàn)，隨著老師講課時間的變化，學(xué)生的注意力也隨之變化。實(shí)際上，人的注意力在學(xué)習(xí)最開始的十分鐘，是最集中的，也是學(xué)習(xí)效率最高的，過了十分鐘之后，人的精神會出現(xiàn)怠倦，學(xué)習(xí)效率下降。

了解學(xué)生注意力隨課堂教學(xué)時間變化的規(guī)律之后，我們可以在不同的時間節(jié)點(diǎn)合理地安排授課的內(nèi)容，做到善用寶貴的開始注意力高度集中時間，盡力調(diào)節(jié)中間注意力下降時段，抓住快下課時注意力上升的最后時段。以機(jī)械設(shè)計課程中帶傳動一節(jié)的內(nèi)容為例：帶傳動的受力分析是其中的重點(diǎn)內(nèi)容之一，應(yīng)盡量安排在課堂的開始階段也就是學(xué)生注意力最集中的階段講解；隨著時間的推移，學(xué)生的注意力逐漸下降，再加上帶傳動的受力分析涉及到一定的公式推導(dǎo)，容易讓一部分學(xué)生倦怠，因此，這個時候要注意調(diào)節(jié)學(xué)生的情緒，使學(xué)生的注意力再度集中起來；到了快下課的時間，抓住學(xué)生注意力上升的黃金時段，快速統(tǒng)領(lǐng)這節(jié)課的要旨，使學(xué)生再次加深帶傳動內(nèi)容的整體印象。

至于在課堂學(xué)生注意力下降的中間時段如何調(diào)動學(xué)生的情緒，從而提高注意力，可以有很多種方式，比如前面提到的播放錄像、游戲和小組討論等。到底采用哪一種方式，筆者覺得應(yīng)該根據(jù)講授的內(nèi)容設(shè)計，與講授內(nèi)容相關(guān)。具體到帶傳動這一節(jié)的內(nèi)容，我們可以用推導(dǎo)出歐拉公式的數(shù)學(xué)家歐拉的有關(guān)科學(xué)史話解決這一問題，講歐拉的人生遭遇以及是如何在雙目失明的情況下為科學(xué)獻(xiàn)身。這樣做不僅有助于調(diào)節(jié)學(xué)生的注意力，還能把思想教育融于教學(xué)之中，幫助其樹立正確的世界觀并陶冶情操。

二、理論聯(lián)系實(shí)際

美國著名教育家杜威說過：最好的一種教學(xué)就是牢牢記住教材和實(shí)際經(jīng)驗(yàn)二者相互聯(lián)系的必要性，使學(xué)生養(yǎng)成一種態(tài)度，習(xí)慣于尋找這兩方面的接觸點(diǎn)和相互的聯(lián)系。理論和實(shí)際的聯(lián)系是理論教學(xué)中必須遵循的一個基本規(guī)律、基本原則，同時也是具體的教學(xué)實(shí)施中一種基本、常用的手段，教學(xué)中的一個重要問題就是要能夠科學(xué)地把握并有效地實(shí)施這一原則和手段[4]。

機(jī)械設(shè)計是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，而課本上主要側(cè)重于理論的介紹。因此，盡量與實(shí)際應(yīng)用聯(lián)系起來顯得特別必要。一方面，可以利用實(shí)物圖片、動畫模擬的零件或機(jī)構(gòu)的運(yùn)動過程向?qū)W生們進(jìn)行展示，通過圖片、聲音、動態(tài)視頻和錄像等形式使學(xué)生們有個身臨其境的感覺和了解。例如在講齒輪輪齒加工方法的時候，我們把成形法和范成法加工齒輪的現(xiàn)場加工錄像放給同學(xué)們看。另一方面，在教學(xué)過程中講授基本的理論和觀點(diǎn)時，重點(diǎn)講授清楚理論如何于現(xiàn)實(shí)的基礎(chǔ)上產(chǎn)生，下工夫講清理論的來龍去脈，把所講的理論本身“伸展”開來，在從發(fā)生的角度聯(lián)接現(xiàn)實(shí)的同時，還從目的的角度聯(lián)接實(shí)踐，真正做到理論與實(shí)際的統(tǒng)一。仍然以帶傳動受力分析中的歐拉公式為例，講完公式的推導(dǎo)過程之后，不僅讓學(xué)生們知道歐拉公式奠定了撓性件摩擦的理論基礎(chǔ)，還可以聯(lián)系歐拉公式在現(xiàn)實(shí)中除了帶傳動之外的其他應(yīng)用，例如在卷揚(yáng)機(jī)、制動器、運(yùn)輸機(jī)和鋼絲繩摩擦傳動等中的應(yīng)用，同時配一些相關(guān)的圖片以及應(yīng)用場合的現(xiàn)場視頻。進(jìn)一步地，

可以借用科幻小說家儒勒·凡爾納在小說《馬蒂斯·桑多爾夫》中的描述給同學(xué)們設(shè)置這樣一個場景：已經(jīng)移去了在兩旁撐住船身的支持物，船準(zhǔn)備下水了，正在這時一艘快艇出現(xiàn)在人們眼前，原來這艘快艇要進(jìn)港口，必須經(jīng)過這艘準(zhǔn)備下水的船塢前面。如果這兩艘船一條橫著，另一條用極高的速度沖過去，快艇一定會被撞沉的。兩艘船眼看就要相撞了，似乎已經(jīng)沒有時間，沒有方法阻止這場慘劇發(fā)生了。突然出現(xiàn)了一個人，他拉住掛在船前部的繩索，飛速地把繩子繞在釘在地里的鐵樁上，冒著被摔死的危險，用超人的力氣，手拉住繩索大約40秒鐘，這40秒的時間，足以讓快艇安全地駛過大船，快艇已經(jīng)脫險了。然后設(shè)置一個幾分鐘的討論：討論如何用歐拉公式計算手拉繩索所需要的力，真的需要超人的力氣才行嗎？這樣既可以利用情景活躍同學(xué)們的情緒，又能在對船舶帶纜這樣具體應(yīng)用的討論中加深對歐拉公式的理解。

三、進(jìn)行知識的拓展和融合

機(jī)械設(shè)計是數(shù)學(xué)力學(xué)等基礎(chǔ)學(xué)科的基本知識與實(shí)際結(jié)合得到的結(jié)晶，是各個學(xué)科的知識相互融合的結(jié)果。因此，在機(jī)械設(shè)計的教學(xué)中我們可以適當(dāng)?shù)倪M(jìn)行知識的拓展和融合，這樣有助于學(xué)生在面對現(xiàn)實(shí)問題的時候，進(jìn)行全面分析、多角度思考以及綜合判斷，有助于知識的融會貫通。

例如在講授齒輪傳動這一章的內(nèi)容時，有一個作業(yè)題是求外嚙合正常齒標(biāo)準(zhǔn)斜齒輪圓柱齒輪的螺旋角的，螺旋角β與法面模數(shù)mn和端面模數(shù)mt之間的關(guān)系為

mn=mtcosβ

題中mn=2，本來通過計算mt該等于2.041，最后可以求出正確的螺旋角。結(jié)果有不少同學(xué)把mt約等于2，這樣一來螺旋角就等于零或π了，顯然不對。根據(jù)作業(yè)出現(xiàn)的情況，我們可以利用高等數(shù)學(xué)里面的導(dǎo)數(shù)和斜率的概念來引導(dǎo)學(xué)生理解為什么這么小的數(shù)字不能舍掉，畫出如圖1所示反余弦函數(shù)以及反余弦函數(shù)導(dǎo)數(shù)絕對值在區(qū)間[0，1]上的圖形，指出在x=1附近反余弦函數(shù)的導(dǎo)數(shù)絕對值大、斜率大、變化快，因而輸入微小的變化就能引起較大的輸出變化。

進(jìn)一步地，可以利用蝴蝶效應(yīng)“亞馬遜流域的一只蝴蝶扇動翅膀，會掀起密西西比河流域的一場風(fēng)暴”引導(dǎo)同學(xué)們思考非線性現(xiàn)象。最后可以嘗試讓同學(xué)們用馬克思主義哲學(xué)精髓之一的具體問題具體分析來看待2.041是否能能夠約等于2：很多時候，太拘小節(jié)會給工作生活帶來麻煩，且顯得不夠大氣，但是有些時候，不注意這些小節(jié)又可能給個人甚至社會帶來很大的損失，到底如何對待，這要求我們時刻用具體問題具體分析的方法指導(dǎo)工作和學(xué)習(xí)。

四、結(jié)語

教學(xué)有法，教無定法。在機(jī)械設(shè)計這門課程的課堂上，只有根據(jù)學(xué)生特征和學(xué)習(xí)規(guī)律等因素，調(diào)節(jié)學(xué)生的情緒，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，有針對性地選擇教學(xué)方法和技術(shù)，才能加深學(xué)生對理論知識的理解，從而牢固、正確地掌握理論知識，提高運(yùn)用理論知識分析問題和解決問題的能力，為更好地運(yùn)用于生產(chǎn)實(shí)際打下堅實(shí)基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

[1]顧明遠(yuǎn).教育大辭典[M].上海教育出版社，1998：713.

[2]德雷克·博克.回歸大學(xué)之道——對美國大學(xué)本科教育的反思與展望[M].上海：華東師范大學(xué)出版社，2008：29.

[3]姚利民，段文彧.高校教學(xué)方法改革探討[J].中國大學(xué)教學(xué)，2013，（8）：60-64.

[4]孫進(jìn).教學(xué)中理論聯(lián)系實(shí)際問題的研究[J].遼寧工學(xué)院學(xué)報（社會科學(xué)版），2003，5（5）：71-72.