基于中國文明的機械設(shè)計基礎(chǔ)PBL教學(xué)改革探討

王丹 王凌云

摘 要：針對機械設(shè)計基礎(chǔ)課程內(nèi)容繁雜、理論性強的內(nèi)容特點及教師教授為主、學(xué)生聽講為輔的教學(xué)方法的弊端，以中國傳統(tǒng)機械技術(shù)知識為教學(xué)內(nèi)容改革素材，將《機械設(shè)計基礎(chǔ)》課程內(nèi)容與傳統(tǒng)技術(shù)、傳統(tǒng)文化、中國工匠等中華文明的小故事聯(lián)系起來，同時基于PBL問題教學(xué)法進行教學(xué)方法改革，讓學(xué)生參與到與典型機構(gòu)和零件相關(guān)的歷史故事檢索、收集和融會講解中，使學(xué)生由被動接收知識變?yōu)橹鲃訉W(xué)習(xí)的過程。

關(guān)鍵詞：機械設(shè)計基礎(chǔ) 教學(xué)內(nèi)容改革 PBL問題教學(xué)法

中圖分類號：G642.4 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）06（b）-0134-02

“機械設(shè)計基礎(chǔ)”是高等職業(yè)技術(shù)教育和高等專科教育數(shù)控技術(shù)、機電一體化等機械制造類和機電工程類專業(yè)的主干課程。但該門課程內(nèi)容繁雜、理論性強，學(xué)生對所學(xué)的典型機構(gòu)和零件是出自何處、用于何處了解不多，對課程感到枯燥和茫然，且學(xué)生在課堂教學(xué)中地參與度很低。

為改變“機械設(shè)計基礎(chǔ)”課堂教學(xué)現(xiàn)狀，以PBL問題教學(xué)法結(jié)合中國傳統(tǒng)技術(shù)知識，同時對課程內(nèi)容進行改革，讓學(xué)生主動去了解所學(xué)知識的歷史故事，寓教于意，學(xué)習(xí)專業(yè)知識的同時學(xué)習(xí)中國的傳統(tǒng)，加強了專業(yè)課堂上的愛國主義教育。

1 《機械設(shè)計基礎(chǔ)》課程教學(xué)現(xiàn)狀

1.1 《機械設(shè)計基礎(chǔ)》課程教學(xué)內(nèi)容及特點

《機械設(shè)計基礎(chǔ)》課程涉及數(shù)控機械領(lǐng)域如數(shù)控多軸機床、普通機加工機床等的多種典型的機構(gòu)及大量的機械零件，內(nèi)容繁多、課時多，借助國外相關(guān)先進技術(shù)實際應(yīng)用引出課程，教學(xué)效果不好的同時導(dǎo)致學(xué)生們形成了“歐美國家的制造業(yè)遠超中國制造業(yè)，在中國做技術(shù)、做制造無前途，不愿為中國制造、智造出一份力”的想法，專業(yè)課教師們絞盡腦汁的解決這一現(xiàn)狀。

1.2 《機械設(shè)計基礎(chǔ)》課程教學(xué)方法及存在的問題

課程教學(xué)多集中在課堂講授，多媒體教學(xué)是該課程主要的教學(xué)手段，教學(xué)過程主要以教師主導(dǎo)，學(xué)生的參與度很低；課堂之后，學(xué)生只有較少的理論作業(yè)需要完成，不利于調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，也不利于學(xué)生的資料查詢整合等綜合發(fā)展和創(chuàng)造性思維的培養(yǎng)。

2 《機械設(shè)計基礎(chǔ)》課程教改目標(biāo)

把中國傳統(tǒng)的機械設(shè)計應(yīng)用實例融入到機械設(shè)計基礎(chǔ)課程的教育教學(xué)過程中[1]，使學(xué)生學(xué)習(xí)到課程中所涉及的典型機構(gòu)和常用零件從古到今的發(fā)展進程，同時，基于PBL問題教學(xué)法[2]，給學(xué)生分配任務(wù)收集中國傳統(tǒng)機械應(yīng)用的實例并分配一定的教學(xué)課時給學(xué)生，讓學(xué)生主導(dǎo)分析講解相關(guān)機械機構(gòu)的應(yīng)用原理，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的興趣。

3 教改過程

充分挖掘本課程蘊含的傳統(tǒng)機械機構(gòu)和零件元素，同時將中國古代在冶鑄業(yè)、紡織業(yè)、制瓷業(yè)、造紙業(yè)、造船業(yè)等機械制造方面的優(yōu)秀創(chuàng)造發(fā)明及其所蘊含的“工匠精神”融入到典型機構(gòu)和常用零件的教學(xué)中，結(jié)合PBL問題教學(xué)法，將課堂的主題變成學(xué)生，實現(xiàn)找故事、講故事，學(xué)機構(gòu)，述原理，懂歷史、會愛國的積極主動的課堂教學(xué)氛圍[3]。

3.1 教學(xué)內(nèi)容改革

引導(dǎo)學(xué)生查詢典型教學(xué)案例。

（1）引入傳統(tǒng)文化案例。

傳統(tǒng)文化案例一——中國傳統(tǒng)玩具九連環(huán)，利用了機械設(shè)計中轉(zhuǎn)動副和移動副的概念。

傳統(tǒng)文化案例二——魯班鎖，利用三維榫卯結(jié)構(gòu)實現(xiàn)木質(zhì)結(jié)構(gòu)的連接[4]。

傳統(tǒng)文化案例三——水碓，一種借水力舂米的工具。利用水力、杠桿和凸輪的原理去加工糧食。水碓是腳踏碓機械化的成果，使用立式水輪結(jié)構(gòu)。連機碓是一個大水輪驅(qū)動數(shù)個水碓，即一個原動機帶動數(shù)個工作機的形式?；剞D(zhuǎn)運動帶動上下擺動輸出運動。

傳統(tǒng)文化案例四——龍骨水車，龍骨水車可用手搖、腳踏、牛轉(zhuǎn)、水轉(zhuǎn)或風(fēng)轉(zhuǎn)驅(qū)動。龍骨葉板用作鏈條，臥于矩形長槽中，車身斜置河邊或池塘邊。下鏈輪和車身一部分沒入水中。驅(qū)動鏈輪，葉板就沿槽刮水上升，到長槽上端將水送出。如此連續(xù)循環(huán)，把水輸送到需要之處，可連續(xù)取水，功效大大提高，操作搬運方便，還可及時轉(zhuǎn)移取水點，即可灌溉，亦可排澇。中國古代鏈傳動的最早應(yīng)用就是在龍骨水車上，是農(nóng)業(yè)灌溉機械的一項重大改進。

傳統(tǒng)文化案例五——指南車，指南車是中國古代用來指示方向的一種裝置，始于黃帝時代，它是利用機械設(shè)計中的齒輪傳動系統(tǒng)和離合裝置來指明方向的一種機械裝置。其原理是，靠人力來帶動車輛行走，由車輪的轉(zhuǎn)動來帶動齒輪的轉(zhuǎn)動，再由齒輪的轉(zhuǎn)動來帶動車上的木人指示方向。不論車子轉(zhuǎn)向何方，木人的手始終指向南方，“車雖回運而手常指南”。體現(xiàn)了古代工匠的技術(shù)精妙[5]。

傳統(tǒng)文化案例六——耬車，最早于戰(zhàn)國時期，是現(xiàn)代播種機的始祖， 由一腳耬、二腳耬改進到三腳耬。三腳耬，下有三個開溝器，播種時，用一頭牛拉著耬車，耬腳在平整好的土地上開溝播種，同時進行覆蓋和鎮(zhèn)壓，一舉數(shù)得，省時省力，故其效率可以達到“日種一頃”，提高了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的效率。體現(xiàn)我國古代機械較之西方的先進性。

傳統(tǒng)文化案例七——秦弩機，古代智慧的結(jié)晶，它的設(shè)計非常巧妙，靈活運用了杠桿原理，實際使用的時候，可以承擔(dān)很大的來自弓弦的拉力，但扣動扳機時所需要的力道卻非常小，有利于維持射擊的穩(wěn)定性，有效提高了射擊精度。關(guān)鍵機構(gòu)采用了標(biāo)準化生產(chǎn)，具有一定的互換性，兵器在損壞中可以快速修復(fù)，體現(xiàn)我國古代加工技術(shù)的先進性。

（2）引入工匠精神的代表工匠。

工匠精神案例一——C919大飛機高級鉗工技師胡雙錢，手工打磨大飛機精密零件，實現(xiàn)超高精度，身體力行了“大國工匠”努力將99%提高到99.99%極致的“工匠精神”。

工匠精神案例二——火箭總裝廠的一名焊工高鳳林，專注修煉技能，為避免失誤練習(xí)十分鐘不眨眼，積聚匠心，用專注和堅守創(chuàng)造不可能，35年焊接130多枚火箭發(fā)動機，以實際行動向年輕的我們展現(xiàn)“工匠精神”。

3.2 教學(xué)方法改革

基于PBL教學(xué)方法進行課程教學(xué)，在教學(xué)過程中，以中國傳統(tǒng)的機械機構(gòu)案例為先導(dǎo)，以問題為基礎(chǔ)，以學(xué)生為主體，以教師為導(dǎo)向的啟發(fā)式教育，以培養(yǎng)學(xué)生的分析問題和解決問題能力為教學(xué)目標(biāo)。在實施過程中，以小組為單位，對傳統(tǒng)機械機構(gòu)的機械原理和應(yīng)用等進行闡釋，即以小組作為授課團隊對課程章節(jié)進行講解[6]。

（1）創(chuàng)設(shè)問題情境。以教學(xué)內(nèi)容改革中涉及到的中國古代在冶鑄業(yè)、紡織業(yè)、制瓷業(yè)、造紙業(yè)、造船業(yè)等機械制造方面的優(yōu)秀創(chuàng)造發(fā)明及其所蘊含的“工匠精神”為素材：一是各機械機構(gòu)的工作原理為主要問題；二是以機械機構(gòu)創(chuàng)造發(fā)明中的工匠精神為職業(yè)素養(yǎng)培養(yǎng)素材，進行案例分析。

（2）分組。對全班同學(xué)進行分組，每小組4到5人組成。以小組為單位，對指定的中國傳統(tǒng)機械機構(gòu)進行工作原理、典型應(yīng)用及歷史意義等進行闡釋，相當(dāng)于作為授課團隊對章節(jié)進行討論式講解。

（3）小組課前準備。根據(jù)指定的任務(wù)要求，小組成員進行分工合作，通過檢索、收集、歸納及整理相結(jié)合，在小組內(nèi)進行討論，整理出小組的可行性方案，并確定小組匯報內(nèi)容和表達形式。

（4）小組授課及班級討論。在授課教師組織下，小組代表根據(jù)小組內(nèi)討論和整理出的匯報內(nèi)容進行發(fā)言，時間40min，鼓勵小組的每位同學(xué)都積極參與到匯報表達中，根據(jù)每小組代表提出的問題進行課堂討論，從而對課程獲得更深的認識和感悟。

（5）討論結(jié)束后，授課教師及時給予積極反饋和補充。小組發(fā)言或在討論結(jié)束后，授課教師對小組各方面的表現(xiàn)給予積極的反饋，如果有遺漏的或?qū)W生不太明白的相關(guān)知識點，教師給予補漏。

4 教改成效

通過此次教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法改革，同學(xué)們在學(xué)習(xí)《機械設(shè)計基礎(chǔ)》專業(yè)課時，了解和學(xué)習(xí)了更多與本課程教學(xué)內(nèi)容相關(guān)的中國古代文明和中國古代著名工匠的“工匠精神”，拓寬了同學(xué)們學(xué)習(xí)本課程時的知識寬度和職業(yè)素養(yǎng)，基于PBL教學(xué)模式也體現(xiàn)了教學(xué)活動中學(xué)生的主體性，教師的角色由知識的擁有者、傳輸者轉(zhuǎn)變成為學(xué)生學(xué)習(xí)的輔助者、組織者和合作者，激發(fā)了學(xué)習(xí)的熱情，培養(yǎng)了學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、鉆研問題及解決問題的能力，鍛煉了學(xué)生在搜集資料及合作討論能力，對今后的學(xué)習(xí)及職業(yè)發(fā)展起到一定的促進意義。

參考文獻

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[5] 陳威，孫建建，文懷興.中國古代指南車的原理分析與定向機構(gòu)仿制[J].機械傳動，2016（10）：170-172.

[6] 李衛(wèi)國，曾道江，余琳.PBL教學(xué)法在職業(yè)化人才培養(yǎng)課程中的具體應(yīng)用研究[J].職教論壇，2014（20）：66-69.