《機械設(shè)計基礎(chǔ)》課程教學(xué)方法的研究與實踐

陳愛華 黃健萌 鄭榮業(yè)

（福州大學(xué)機械工程及自動化學(xué)院 福建·福州 350108）

課堂教學(xué)質(zhì)量是大學(xué)教育水平的主要體現(xiàn)，成為高校高等教育改革的首要目標。教育部專門印發(fā)了《關(guān)于狠抓新時代全國高等學(xué)校本科教育工作會議精神落實的通知》（教高函〔2018〕8號），提出“各高校要全面梳理各門課程的教學(xué)內(nèi)容，淘汰‘水課’、打造‘金課’，合理提升學(xué)業(yè)挑戰(zhàn)度、增加課程難度、拓展課程深度，切實提高課程教學(xué)質(zhì)量”。教學(xué)方法改革是提高教學(xué)質(zhì)量的重要途徑，而教學(xué)方法改革主要在于教與學(xué)之間主體地位的轉(zhuǎn)變。以教為中心的傳統(tǒng)教學(xué)模式不適合當(dāng)前教學(xué)，已逐漸被以學(xué)為中心、以教為輔的教學(xué)模式所代替。以學(xué)為中心的教學(xué)模式，強調(diào)學(xué)生在教學(xué)過程中的主體地位，學(xué)生是主動學(xué)習(xí)者和自主建構(gòu)者，不再是知識的被動接受者。這種教學(xué)模式可以更好地發(fā)揮學(xué)生在教學(xué)過程中的主觀能動性，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維能力，促進學(xué)生對課程知識體系的構(gòu)建，有效提高課程教學(xué)質(zhì)量。本文針對《機械設(shè)計基礎(chǔ)》課程教學(xué)中的實際情況，研究以學(xué)為中心的教學(xué)方法，以利于提高該課程的教學(xué)效果。

1 課程教學(xué)過程中存在問題

《機械設(shè)計基礎(chǔ)》是近機械類專業(yè)中研究機械共性問題的一門學(xué)科專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課，主要研究機構(gòu)結(jié)構(gòu)、機構(gòu)運動學(xué)、機器動力學(xué)和機械零部件設(shè)計等基本理論知識和工程應(yīng)用問題。該課程既能直接應(yīng)用于解決工程設(shè)計的實際問題，也是學(xué)習(xí)后續(xù)如課程設(shè)計和專業(yè)課等課程的必備基礎(chǔ)，具有從基礎(chǔ)課程過渡到專業(yè)課程的承前啟后的橋梁作用，在工科類人才培養(yǎng)體系中具有重要作用。

但經(jīng)過多年的教學(xué)實踐，該課程已出現(xiàn)一些教學(xué)問題：（1）為了突出創(chuàng)新型和應(yīng)用型的辦學(xué)特色，各院校基礎(chǔ)課程的學(xué)時不斷壓縮。《機械設(shè)計基礎(chǔ)》的課時從改革前的72學(xué)時壓縮至現(xiàn)在的56學(xué)時，但其知識結(jié)構(gòu)體系、理論知識要求基本沒有發(fā)生變化，甚至有些內(nèi)容還得到了擴展，以確保對后續(xù)課程良好的支撐作用。在教學(xué)過程中，教師只能圍繞著機械原理和機械設(shè)計兩部分的理論內(nèi)容展開教學(xué)，使得課程講授中出現(xiàn)了理論性知識偏多、工程應(yīng)用偏少的問題。而對于缺少工程概念的學(xué)生來說，很多學(xué)生就會覺得課程內(nèi)容枯燥、難學(xué)、難懂。這在很大程度上降低學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，影響了后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)，進而在以考查機械設(shè)計基礎(chǔ)為主的部分高校研究生入學(xué)考試中專業(yè)課成績不理想。（2）《機械設(shè)計基礎(chǔ)》課程學(xué)習(xí)內(nèi)容跟其他課程不一樣，它的課程內(nèi)容體系具有很強的獨立性，即每一個章節(jié)的學(xué)習(xí)內(nèi)容都是獨立的，基本上沒有關(guān)聯(lián)性。很多學(xué)生如果不做預(yù)習(xí)準備，就會出現(xiàn)這種情況，即剛剛接觸到這方面的內(nèi)容，章節(jié)的學(xué)習(xí)內(nèi)容就已經(jīng)結(jié)束，這給他們的學(xué)習(xí)增加很大難度。（3）在教學(xué)過程中，教師雖然采用了多媒體等現(xiàn)代手段來講授內(nèi)容，但因為課程課時少、內(nèi)容多，使得整堂課的教學(xué)都是以教師講授為主。而學(xué)生只是忙于理解和記憶教師講授的教學(xué)內(nèi)容，沒有做好相應(yīng)的課堂學(xué)習(xí)筆記，課后需要花大量時間整理課堂內(nèi)容，根本沒時間主動學(xué)習(xí)和討論跟課程內(nèi)容相關(guān)的資料。這種傳統(tǒng)的滿堂灌式教學(xué)方法已不能滿足課程的教學(xué)需要。

突出學(xué)生中心、突出產(chǎn)出導(dǎo)向是我國工程教育專業(yè)認證的兩大核心理念，高等教育的一切教育活動都是圍繞以學(xué)生的所得為中心的。因此，在《機械設(shè)計基礎(chǔ)》的教學(xué)過程中，教師的教學(xué)方法要以學(xué)生為中心，讓學(xué)生處于主體地位，充分考慮學(xué)生的參與度，真正調(diào)動其學(xué)習(xí)的積極性，以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。

2 教學(xué)過程中的教學(xué)方法

教學(xué)方法形成于教學(xué)過程，是變化的。教學(xué)方法的改革不是隨意的，而是根據(jù)課程的特點和學(xué)生學(xué)習(xí)情況等因素綜合考慮，以達到課程的教學(xué)目標。根據(jù)本課程的教學(xué)特點和問題，探討了以下幾種教學(xué)方法。

2.1 啟發(fā)式教學(xué)

教師在教學(xué)過程中根據(jù)教學(xué)任務(wù)來設(shè)置問題情境，引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合自己所學(xué)或所預(yù)習(xí)的綜合知識去思考問題，邊討論邊思考，逐步地講解了課堂的教學(xué)內(nèi)容，從而調(diào)動了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性和積極性。機構(gòu)倒置法是連桿機構(gòu)中的重要內(nèi)容，且概念較為抽象。教師在講解時，給定一個四桿機構(gòu)實物模型或讓學(xué)生課前自行制作實物模型，并設(shè)置“任意選定一個桿件作為機架，機構(gòu)的運動形式是否會發(fā)生變化？為什么？”的思考問題。學(xué)生根據(jù)這個問題在實物模型上做實驗，分析討論各種影響因素。教師引導(dǎo)學(xué)生可以從桿件的運動尺寸關(guān)系去理解和分析，通過講解周轉(zhuǎn)副和曲柄的存在條件，讓學(xué)生理解機構(gòu)倒置的內(nèi)在原理，鼓勵學(xué)生利用機構(gòu)倒置法去設(shè)計分析一些工程實際問題。

2.2 案例式教學(xué)

通過實際案例的應(yīng)用，教師分析講解所學(xué)知識點的隱性內(nèi)容和顯性內(nèi)容，在教學(xué)過程中使之相互轉(zhuǎn)化，對學(xué)生理解抽象概念大有益處，有助于提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。內(nèi)燃機的實際應(yīng)用是本課程常常使用的案例。通過多媒體形式如視頻動畫和結(jié)構(gòu)剖面圖）來表達內(nèi)燃機的結(jié)構(gòu)特點和運動原理，學(xué)生可以直觀地理解了機器、機構(gòu)、構(gòu)件、零件等抽象的基本概念以及它們的結(jié)構(gòu)特征和關(guān)系，從而進一步掌握了機器的工程設(shè)計和機構(gòu)運動傳遞原理。這種教學(xué)方法有利于培養(yǎng)和鍛煉學(xué)生自主學(xué)習(xí)和解決實際問題的能力。

2.3 參與式教學(xué)

參與式教學(xué)是以學(xué)生為主體地位，以教師為輔的協(xié)作式教學(xué)方法。教師布置教學(xué)任務(wù)，鼓勵和安排學(xué)生積極參與整個教學(xué)過程，促進教師與學(xué)生之間的信息交流和討論，使得學(xué)生深刻地掌握所學(xué)的知識。課前，教師將課程中某個章節(jié)內(nèi)容分成若干個教學(xué)模塊，分別分配給各個學(xué)生小組，由各個學(xué)生小組自行完成學(xué)習(xí)內(nèi)容的預(yù)習(xí)和備課。在課堂上，每個小組負責(zé)講解所分配的教學(xué)內(nèi)容，表達出自己的理解過程，而教師和其他學(xué)生在聽課，并提出問題進行討論，直至學(xué)生掌握相關(guān)知識為止。這種教學(xué)方法可以讓不同層次的學(xué)生參與，全面調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和創(chuàng)造性。

2.4 對比式教學(xué)

在課程教學(xué)內(nèi)容中都會存在一些類似或者聯(lián)系的教學(xué)內(nèi)容，教師在教學(xué)過程中采用對比分析的方法對這些教學(xué)內(nèi)容進行講解，學(xué)生在對比中輕松地學(xué)習(xí)和掌握相關(guān)學(xué)習(xí)內(nèi)容。如：在講授帶傳動和鏈傳動時，對它們的工作原理、傳動結(jié)構(gòu)、參數(shù)設(shè)計等內(nèi)容進行對比；在講解壓力角的概念時，將平面連桿機構(gòu)、凸輪機構(gòu)和齒輪機構(gòu)的壓力角集中在一起對比學(xué)習(xí)。

根據(jù)以上分析，這些教學(xué)方法比較適用于課堂上某些章節(jié)部分內(nèi)容的講解，推廣范圍較小，需要占用大量的教學(xué)課時，但不適合《機械設(shè)計基礎(chǔ)》課程的整個教學(xué)環(huán)節(jié)。因此，本文著重研究了一種綱要框圖的教學(xué)方法，以滿足學(xué)生在各個教學(xué)環(huán)節(jié)的學(xué)習(xí)需要。

3 綱要框圖式教學(xué)法的實踐

綱要框圖法就是采用簡單多樣的文字和符號，以框圖的形式直觀表示出學(xué)生要掌握的課程內(nèi)容。根據(jù)本課程的特點，該教學(xué)法可以利用一張框圖將每個章節(jié)中的概念、工作原理、設(shè)計過程等內(nèi)容有機地聯(lián)系起來，體現(xiàn)各個部分內(nèi)容的邏輯關(guān)系、轉(zhuǎn)化關(guān)系和衍生關(guān)系等，形成一個便于學(xué)生理解和掌握的知識關(guān)系網(wǎng)和知識框架，極大幫助學(xué)生對課程內(nèi)容的學(xué)習(xí)。如圖1所示，這張簡潔的框圖形象地表示了機器、機構(gòu)、構(gòu)件和零件等四個抽象概念之間的區(qū)別和聯(lián)系，有助于加強學(xué)生對這四個概念的理解和掌握。

圖1：四個概念的關(guān)系

在《機械設(shè)計基礎(chǔ)》課程教學(xué)過程中，綱要框圖法始終貫穿于學(xué)生的課前、課中和課后等學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)。在課前預(yù)習(xí)階段，先把要講解的知識綱要框圖發(fā)給學(xué)生，讓學(xué)生對所學(xué)的內(nèi)容有一個總體的知識框架。學(xué)生可以根據(jù)框圖上的知識要點，了解哪些部分內(nèi)容是重點和難點，做好相應(yīng)知識點的預(yù)習(xí)準備。在課堂學(xué)習(xí)階段，教師可以根據(jù)框圖上的知識點進行詳細講解，使得學(xué)生預(yù)習(xí)準備的學(xué)習(xí)思路與教師講解內(nèi)容同步。學(xué)生可以一邊認真聽講，一邊在框圖上補充記錄相應(yīng)的課堂內(nèi)容，做好筆記，避免了學(xué)生忙于做筆記而不能認真聽課的問題，增加了教師與學(xué)生之間的互動交流時間。在課后復(fù)習(xí)階段，學(xué)生可以在記錄的框圖上對知識點進行整理和復(fù)習(xí)，一方面有助于學(xué)生對課堂內(nèi)容和知識點關(guān)聯(lián)性的理解和總結(jié)，另一方面有助于學(xué)生鞏固和擴展相關(guān)知識點。

4 總結(jié)

綱要框圖法具有整體關(guān)聯(lián)性、概括性和形象直觀性等特點，而《機械設(shè)計基礎(chǔ)》課程內(nèi)容具有廣、雜、散且公式多、圖表多、參數(shù)多等問題。因此，該教學(xué)法非常適合《機械設(shè)計基礎(chǔ)》課程內(nèi)容各個教學(xué)環(huán)節(jié)的學(xué)習(xí)需要。通過綱要框圖法在《機械設(shè)計基礎(chǔ)》課程教學(xué)過程中的實踐，學(xué)生的主觀能動性和學(xué)習(xí)效率得到了明顯提高，課程教學(xué)效果突出，課程期末學(xué)習(xí)成績平均分提高了12.5%。