淺談機械設(shè)計課程的教與學(xué)

鄭銀環(huán)+江連會+燕松山+胡敏

摘 要 從教學(xué)體系、教學(xué)方法、教學(xué)手段等方面對機械設(shè)計課程提出了一些具體建議，并從創(chuàng)新能力教育的角度，闡述了教學(xué)過程中，針對性地訓(xùn)練學(xué)生的計算機輔助設(shè)計（CAD）能力是機械類專業(yè)機械基礎(chǔ)課程教學(xué)改革的趨勢。

關(guān)鍵詞 機械設(shè)計 教學(xué)體系 教學(xué)手段 教學(xué)方法 創(chuàng)新能力

中圖分類號：G424 文獻標識碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdkz.2017.07.052

本科工程教育中，人才培養(yǎng)改革越來越受到重視。機械設(shè)計課程是本科院校機械類、近機類專業(yè)的一門重要的技術(shù)基礎(chǔ)課，它不同于學(xué)生前期先修課程中所學(xué)的理論力學(xué)、材料力學(xué)等理論基礎(chǔ)課，也不同于機床設(shè)計、 夾具設(shè)計、汽車設(shè)計等后續(xù)專業(yè)技術(shù)課，它處于理論基礎(chǔ)課與專業(yè)技術(shù)課之間，將基礎(chǔ)理論與專業(yè)技術(shù)聯(lián)系起來。機械設(shè)計課程的教學(xué)過程同其他任何課程一樣，也包括教師與學(xué)生兩個主體，存在著教與學(xué)兩個方面。機械設(shè)計課程有“內(nèi)容多、零件類型多、參數(shù)、公式、圖表多，設(shè)計方法難以統(tǒng)一”等特點，學(xué)生普遍感覺難以掌握、難以記憶，教師認為不好教， 學(xué)生認為不好學(xué)。其實仔細分析各章內(nèi)容，還是可以發(fā)現(xiàn)其中的一些規(guī)律的。

1 教學(xué)體系優(yōu)化

老師必須明確教學(xué)要求，吃透教學(xué)內(nèi)容，做到收放自如。機械設(shè)計課程主要研究通用機械零部件的設(shè)計，理論基礎(chǔ)知識綜合應(yīng)用性強。學(xué)生在這一時期剛剛開始知識綜合應(yīng)用訓(xùn)練，一時難以入門。為使學(xué)生首先建立設(shè)計概念，在教學(xué)中設(shè)計“使用場合—失效形式—受力分析—強度計算—結(jié)構(gòu)設(shè)計”的課程主線，以疲勞強度設(shè)計和齒輪傳動等主要零部件的強度計算、軸的設(shè)計、滾動軸承的選擇及組合設(shè)計、螺紋連接的強度計算及螺栓組連接的受力分析等內(nèi)容為內(nèi)容重點講授。把機械零件常用材料和選擇原則、過盈連接、摩擦輪傳動等比較易于理解的某些章節(jié)列為一般性內(nèi)容設(shè)為自學(xué)。對于因課時調(diào)整而引起的教學(xué)時間緊張問題，要找準主要問題，精讀細講，搭建知識構(gòu)架。對于次要問題，科學(xué)地組織教學(xué)，設(shè)置情景模式，鼓勵學(xué)生自主學(xué)習(xí)。這樣有針對性地教學(xué)，邏輯清楚、主次分明， 可使內(nèi)容重點突出，知識深入淺出。

2 教學(xué)方法改進

師生都是課堂主體，在教學(xué)活動中扮演不同角色，課堂是師生共有，融洽的師生關(guān)系，良好的教學(xué)氛圍，有利于師生互動交流。作為一名教師，首先必須具有符合身份的道德情操，良好的精神面貌和儀容儀表，擯棄不良語言習(xí)慣。講課語調(diào)和笑容應(yīng)使學(xué)生感到舒暢，對待學(xué)生態(tài)度寬容，尤其是在思考問題的層次和深度上，即使是學(xué)生提出很膚淺的問題，教師也絕不能流露出任何不耐的表情，要有不厭其煩的耐心，使學(xué)生敢于提問，真正做到德高為范。良好的教學(xué)環(huán)境和氛圍，融洽的師生關(guān)系，有助于學(xué)生接受知識，加深記憶，理解的潛力也會得到極大的發(fā)揮。

充分備課，有的放矢。作為教學(xué)活動中處于主導(dǎo)地位的主體——老師，如何最有成效地進行教學(xué)，關(guān)鍵是要備好課，包括除教學(xué)內(nèi)容的準備、教學(xué)方法設(shè)計以及教學(xué)課時分配。設(shè)計教學(xué)方法主要考慮如何提出要講的問題，怎樣進行分析，最后得到什么結(jié)論。在教學(xué)過程中，可設(shè)計何處舉例，何處提問，何處總結(jié)等等。比如“帶傳動設(shè)計”中的彈性滑動，這是一個非常抽象的概念，是該章的一個難點。彈性滑動是帶傳動的典型特性，是肉眼觀察不到的一種現(xiàn)象，僅按照教材平鋪直敘地講授，學(xué)生往往迷惑不解?？梢該Q一種方式，備課時準備簡單的小實驗，用實驗的方法來解釋彈性滑動。課堂上可以用一根橡皮筋和一個玩具車的輪子來演示、模擬實驗，課后再讓學(xué)生去實驗室做實驗。這樣學(xué)生容易理解和掌握“彈性滑動”的概念，也能理解彈性滑動中的滑動弧、滑動角、靜弧、靜角等概念。備課的關(guān)鍵在于如何提出啟發(fā)性的問題，以啟發(fā)學(xué)生的思維和求知欲，把學(xué)生的注意力引導(dǎo)到所提的問題上來。課堂總結(jié)要簡明扼要，條理清楚，便于學(xué)生記憶。

課堂教學(xué)應(yīng)充滿自信，講課語言簡練、語調(diào)抑揚頓挫，用準確的專業(yè)術(shù)語來表達所講授的概念和內(nèi)容，才能使學(xué)生對這門課程不感到枯燥乏味。肢體語言和常見的生活事物往往能使深奧的技術(shù)問題簡單化，自制一些簡單教具，如自制四連桿機構(gòu)、曲柄機構(gòu)等。講授斜齒輪螺旋角方向的判定方法時，在黑板上畫出兩個不同旋向的斜齒輪，面對齒輪，沿著齒輪的軸線方向看，可見側(cè)輪齒向左傾斜的齒輪是左旋齒輪，向右傾斜的齒輪就是右旋齒輪，并可由此引伸出螺紋、蝸桿等零件的旋向判定。又例如對于潤滑油粘度與溫度的關(guān)系問題，用生活必需品食用油來說明等等。這樣的課堂，學(xué)生能參與其中，感覺形象、生動，課堂氣氛活躍，學(xué)習(xí)主動性高，可達到好的教學(xué)效果。

3 教學(xué)手段多樣

機械設(shè)計課程內(nèi)容不僅具有前述的“內(nèi)容多、難掌握”的特點，而且實踐性要求也很高。面對沒有實際經(jīng)驗的本科學(xué)生，教師應(yīng)采用多種教學(xué)手段組織教學(xué)內(nèi)容，培養(yǎng)學(xué)習(xí)興趣，提高教學(xué)效果。充分利用動畫技術(shù)、微課等現(xiàn)代技術(shù)和授課形式。例如講授軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計時，可利用CAI動畫演示軸的設(shè)計過程， 層次分明、一目了然，學(xué)生理解容易，記憶深刻。但是在講到蝸桿傳動的主平面及蝸桿傳動的自鎖現(xiàn)象時，僅平面圖形是講不清楚的，可采用實物模型來演示。對于齒輪傳動的受力分析，判定各分力的方向時，可以結(jié)合板書，在黑板上邊畫邊分析，往往會有事半功倍的效果。因此，在享受現(xiàn)代教學(xué)手段便捷的同時，也不能否定傳統(tǒng)的教學(xué)手段。包括微課在內(nèi)的任何現(xiàn)代手段都只是一種輔助的教學(xué)手段，不能替代教師的作用。

教學(xué)活動是一個復(fù)雜的互動交流過程，教師在教學(xué)充分主導(dǎo)教學(xué)進程，也要調(diào)動學(xué)生的主動學(xué)習(xí)熱情。除通過使用各種教學(xué)手段進行外，教師的語言、動作、態(tài)度都會對學(xué)生產(chǎn)生影響。通過學(xué)生的表情、反應(yīng)、回答問題情況等信息反饋，教師隨時調(diào)整教學(xué)內(nèi)容、方式和進度，只有內(nèi)容與手段的最佳匹配，才能收到最佳效果。

學(xué)習(xí)機械設(shè)計課程目的使學(xué)生掌握設(shè)計理論，并具備應(yīng)用理論進行機械設(shè)計的能力。因此，學(xué)生除了要掌握設(shè)計理論外，還必須要使理論與實踐相結(jié)合。機械設(shè)計課程的實踐性教學(xué)內(nèi)容主要有參觀實習(xí)、實驗、習(xí)題課和課程設(shè)計。機械設(shè)計課程設(shè)計是機械設(shè)計課程必要的實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，學(xué)生綜合運用本課程和其他先修課程的知識，設(shè)計機械傳動裝置和一般機械。通過具體裝置、具體零件的設(shè)計實踐，學(xué)生可掌握具體的設(shè)計方法，初步具備一般通用機械零部件設(shè)計計算的能力。根據(jù)教學(xué)要求和學(xué)時數(shù)選擇設(shè)計題目，題目類型多有助于培養(yǎng)學(xué)生的獨立工作能力。教師試作時，要注意分析和比較各種結(jié)構(gòu)方案，并將設(shè)計中的重點和難點，關(guān)鍵點，錯誤高發(fā)點寫入教案。設(shè)計過程中集中講課與分別指導(dǎo)相結(jié)合。用2課時講授設(shè)計任務(wù)、要求和設(shè)計步驟，并對設(shè)計題目進行分析。在做裝配草圖的繪制、畫零件圖及寫設(shè)計說明書等任務(wù)時，要布置講課，抓住重點，講清關(guān)鍵，使學(xué)生做到心中有數(shù)。對于課程設(shè)計的最終成績評定，應(yīng)結(jié)合平時表現(xiàn)、使用設(shè)計資料的能力、設(shè)計質(zhì)量和答辯情況，可以進行量化評分，該量化評分表印在課程設(shè)計任務(wù)書上。教學(xué)實踐證明，適當(dāng)?shù)目己宿k法能激勵學(xué)生的主觀能動性，對提高課程設(shè)計的教學(xué)質(zhì)量有明顯的效果。endprint

4 創(chuàng)新能力教育

“要大力培養(yǎng)學(xué)生工程實踐能力及創(chuàng)新設(shè)計能力”是面向21世紀教學(xué)改革的要求。機械設(shè)計手段一直停留在計算器和繪圖板時代，與目前計算機CAD應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展不相適應(yīng)。為了改進目前機械設(shè)計課程設(shè)計中存在的問題，應(yīng)在機械設(shè)計課程中引入創(chuàng)新教育方法，在教學(xué)過程中充分發(fā)揮教師和學(xué)生的主體作用，教師創(chuàng)造性地教，學(xué)生創(chuàng)造性地學(xué)，將學(xué)生培養(yǎng)成為自我開發(fā)創(chuàng)造力的主體。

計算機CAD技術(shù)的發(fā)展，使得機械設(shè)計中分析計算量大、復(fù)雜、動態(tài)的工程問題得以實現(xiàn)，以現(xiàn)代力學(xué)作為機械設(shè)計理論基礎(chǔ)進行設(shè)計分析成為可能。具有各種開發(fā)語言的CAD應(yīng)用軟件已經(jīng)成熟，可以在這些CAD平臺上進行二次開發(fā)，在機械設(shè)計課程設(shè)計階段訓(xùn)練學(xué)生的CAD技能是大勢所趨。因此，機械設(shè)計課程教學(xué)的新目標之一就是機械設(shè)計課程設(shè)計與計算機CAD應(yīng)用技術(shù)相結(jié)合，充分發(fā)揮學(xué)生的創(chuàng)新能力。比如，機械設(shè)計與CAD技術(shù)相結(jié)合，一方面可為學(xué)生提供計算機應(yīng)用的實踐機會，避免學(xué)生因?qū)W習(xí)計算機知識而忽視專業(yè)知識學(xué)習(xí)。另一方面，CAD三維造型技術(shù)的機械零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計和機構(gòu)運動仿真，為發(fā)揮學(xué)生的創(chuàng)新潛力提供了廣闊的活動空間。在實際教學(xué)過程中，課程設(shè)計可以通過不同的方式與計算機應(yīng)用技術(shù)結(jié)合，可以從低級到高級循序漸進。教師可以根據(jù)學(xué)生的實際情況因材施教，鼓勵基礎(chǔ)一般的學(xué)生，完成軸系零件的設(shè)計計算后，繪制零件的二維CAD圖；對于基礎(chǔ)較好的學(xué)生，鼓勵他們利用計算機輔助設(shè)計，在后續(xù)的工程實踐中或在畢業(yè)設(shè)計中繼續(xù)指導(dǎo)他們，開發(fā)機械設(shè)計平面CAD系統(tǒng)、三維CAD系統(tǒng)等。

5 結(jié)束語

教學(xué)工作是重點，教學(xué)質(zhì)量是目標。如何在課程教學(xué)中提高教學(xué)質(zhì)量，是每個教師面臨的重要課題，也是長期任務(wù)。實踐證明，“機械設(shè)計”課程教學(xué)方法的改革、使學(xué)生盡快地適應(yīng)專業(yè)基礎(chǔ)課的學(xué)習(xí)，提高學(xué)習(xí)興趣，解決了課程內(nèi)容多與課時相對較少的矛盾，課堂教學(xué)時間利用率更高了。應(yīng)用創(chuàng)新能力教育方法，可使學(xué)生進一步鞏固所學(xué)知識，提高分析問題、解決問題的能力，提高工程意識和創(chuàng)新設(shè)計能力，從而能夠獲得更好的教學(xué)效果。

參考文獻

[1] 許曉東，卞良.本科工程教育研究性教學(xué)探索與實踐[J].高等工程教育研究，2014（2）：43-49.

[2] 李良軍，龍振宇.創(chuàng)新教育在機械設(shè)計課程設(shè)計教學(xué)中的運用[J].高等建筑教育，2003（3）：102-104.

[3] 田靜云，張國海，賈吉林，和來香，王保民，張東生，何勇.機械設(shè)計課程的教學(xué)改革與建設(shè)[J].中國科技信息，2009（9）：252-253.

[4] 王躍輝，桂興春，李大為，減克江.提高機械設(shè)計課程設(shè)計教學(xué)質(zhì)量研究[J].黑龍江教育（高教研究與評估），2008（12）：62-63.

[5] 龍有亮.談機械設(shè)計課程教學(xué)的方法和藝術(shù)[J].廣西大學(xué)報（哲學(xué)社會科學(xué)版），2008（5）：43-44.

[6] 郝紅秀，邱雪松，王瓊，白文普.機械設(shè)計課程設(shè)計教學(xué)改革初探[J].教學(xué)研究，2011（3）：51-54.

[7] 許愛瑾，陳富強，涂德浴.提高機械設(shè)計課程設(shè)計教學(xué)質(zhì)量的措施[J].安徽工業(yè)大學(xué)學(xué)報（社會科學(xué)版），2010（3）：130-131.

[8] 師素娟.《機械設(shè)計》課程教學(xué)方法改革與探索[J].華北水利水電學(xué)院學(xué)報（社科版），2006（1）：55-57.endprint