機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)多理念融合教學(xué)模式探討

韓校粉 李志尊 程兆剛 孫立明

[摘 要]機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)是一門專業(yè)基礎(chǔ)課程，系統(tǒng)性和理論性都較強，結(jié)合新時期對創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)需求及教育精準(zhǔn)化的要求，文章探索了案例教學(xué)、差異教學(xué)、實踐教學(xué)等多種理念相融合的教學(xué)模式，在整合課程內(nèi)容，建設(shè)案例庫，實施差異性教學(xué)，拓展實踐平臺等方面進(jìn)行了研究，目的是貼近實戰(zhàn)教學(xué)，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識，以達(dá)到在教學(xué)過程中不斷提升學(xué)生綜合素質(zhì)和創(chuàng)新實踐能力的目的。

[關(guān)鍵詞]機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ);案例式;差異式;實踐式;多理念融合

[中圖分類號] G642 [文獻(xiàn)標(biāo)識碼] A [文章編號] 2095-3437（2021）03-0077-03

機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)課程是國內(nèi)所有理工科院校都開設(shè)的一門基礎(chǔ)課程，既有系統(tǒng)理論又有較強的實踐性。本課程涉及面廣、知識點多且雜，筆者結(jié)合學(xué)校實際，吸取已有的研究成果，研究了多理念融合的教學(xué)模式，目的是提高學(xué)生的工程意識和工程素養(yǎng)，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識，提高學(xué)生的實戰(zhàn)能力及綜合素質(zhì)，發(fā)揮課程應(yīng)有的作用。

一、機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)課程存在的問題及完善方向

根據(jù)新時期對高素質(zhì)創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)需求，結(jié)合近幾年教學(xué)情況及指導(dǎo)學(xué)生參加科技創(chuàng)新競賽的經(jīng)驗，筆者認(rèn)為課程在以下幾個方面可以進(jìn)一步完善。

（一）應(yīng)提高教學(xué)內(nèi)容的針對性和實效性

傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)課程，著重工程技能和工程素質(zhì)的培養(yǎng)，而目前教育要求要提高教學(xué)的精準(zhǔn)化，培養(yǎng)學(xué)生的綜合素質(zhì)，學(xué)生不僅要精通技術(shù)，還必須具有一定的管理、指揮素質(zhì)，可見，教學(xué)內(nèi)容與目標(biāo)已不夠協(xié)調(diào)，應(yīng)進(jìn)一步優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，加強課程的前伸后延以及與專業(yè)、學(xué)科前沿應(yīng)用的結(jié)合，突出教學(xué)內(nèi)容的針對性和實效性。此外，學(xué)生在上機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)課程時，大部分缺乏實踐經(jīng)驗，也沒有接觸過專業(yè)裝備，應(yīng)根據(jù)學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律來優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容。從小的知識點來說，凡涉及機(jī)械結(jié)構(gòu)的內(nèi)容，最好先看與學(xué)生專業(yè)相關(guān)的實體動畫，讓學(xué)生產(chǎn)生感性認(rèn)識，在此基礎(chǔ)上再講解其工作原理和特點，這樣會取得更好的課堂效果。

（二）應(yīng)加強教學(xué)案例的系統(tǒng)建設(shè)與應(yīng)用

機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)課程的內(nèi)容比較枯燥，但實用性很強，案例式教學(xué)是一種很好的方法[1]。目前，課程中的案例主要存在以下兩個問題：一是形式單一，大多數(shù)都是傳統(tǒng)的工程實際案例，隨著行業(yè)的發(fā)展，有些在實際中已經(jīng)被淘汰了，貼近機(jī)械學(xué)科前沿的工程案例數(shù)量不多;另外，與學(xué)生專業(yè)相結(jié)合的典型機(jī)構(gòu)案例偏少，這會影響基礎(chǔ)教學(xué)與專業(yè)教學(xué)的關(guān)聯(lián)度，使學(xué)生感覺所學(xué)的知識與自己的專業(yè)沒有什么關(guān)系，從而降低學(xué)習(xí)的積極性。二是大多數(shù)案例都是為了增加學(xué)生的感性認(rèn)識，用來說明問題，在培養(yǎng)學(xué)生的能力方面沒有起到應(yīng)有的作用。要善于收集和優(yōu)選案例，系統(tǒng)建設(shè)案例庫，探討每一個案例的具體應(yīng)用及要達(dá)到的效果;注重介紹利用工程基礎(chǔ)理論解決工程實際問題的思維和方法，加強學(xué)生的工程素質(zhì)。

（三）應(yīng)根據(jù)學(xué)生的“差異性”因材施教

任何一門課程的實施，都必須建立在對學(xué)生學(xué)情充分掌握的基礎(chǔ)上。同一個班的學(xué)生，雖然年齡相近，認(rèn)知結(jié)構(gòu)相似，但是其不同的生活習(xí)慣、不同的思維方式、不同的學(xué)習(xí)風(fēng)格都會導(dǎo)致學(xué)習(xí)本課程時的起點學(xué)習(xí)能力不同。在具體的授課過程中，存在同一個知識點，教師講解后，有的學(xué)生能夠很快理解并接受，有的學(xué)生卻存在疑惑的現(xiàn)象，如果兼顧到每一名學(xué)生，接受能力強的學(xué)生就感覺到課堂傳授的知識點較少。針對以上情況，在教學(xué)過程中，為了讓每一名學(xué)生都達(dá)到較好的學(xué)習(xí)效果，教師應(yīng)改革教學(xué)工作，因材施教，進(jìn)行差異性教學(xué)[2]，讓每一名學(xué)生都能得到應(yīng)有的訓(xùn)練和提升。

（四）應(yīng)用知識的實踐環(huán)節(jié)比例應(yīng)進(jìn)一步加強

機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)課程有很強的實踐性，“學(xué)中用、用中學(xué)”是一種很好的教學(xué)方式。在實際的教學(xué)中，雖然有實踐環(huán)節(jié)，如課程實驗、課程設(shè)計等，但是在這些環(huán)節(jié)中，學(xué)生都是模仿著解決問題，創(chuàng)造力沒有得到充分發(fā)揮。學(xué)生參加課外科技活動是綜合應(yīng)用所學(xué)知識解決實際問題，提升綜合素質(zhì)的一個重要過程，受實踐場地的限制，只有少數(shù)的學(xué)生可以參加課外科技競賽，大部分學(xué)生應(yīng)用所學(xué)知識解決問題的能力較低，整體上還是停留在應(yīng)試教育的階段。課題組成員要加強相關(guān)資源的建設(shè)，拓展應(yīng)用知識的環(huán)節(jié)，提高學(xué)生探討分析和解決實際問題的能力。

二、機(jī)械基礎(chǔ)類課程國內(nèi)外現(xiàn)狀

（一）國內(nèi)研究現(xiàn)狀

在國內(nèi)，各個院校都在積極對機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)課程進(jìn)行教學(xué)改革，大致可歸納為以下幾點：在教學(xué)內(nèi)容上，改掉教材上陳舊的內(nèi)容，增加一些工程實例、創(chuàng)新作品等，以提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性;在教學(xué)方法上，改革“灌輸式”的課堂教學(xué)，采用啟發(fā)式、導(dǎo)學(xué)式、參與式、案例式等多種行之有效的教學(xué)方法，同時加強實踐性教學(xué)環(huán)節(jié)，鼓勵學(xué)生參加創(chuàng)新設(shè)計和科技制作活動，這在一定程度上激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高了教學(xué)質(zhì)量;在教學(xué)手段上，改變了傳統(tǒng)的板書和掛圖教學(xué)，綜合應(yīng)用板書、動畫、視頻、圖片、模型、實物、計算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)等多種教學(xué)手段，為學(xué)生提供一種形象、易懂易學(xué)的學(xué)習(xí)方式。

（二）國外研究現(xiàn)狀

在機(jī)械類課程中，國外特別注重對學(xué)生實踐能力的培養(yǎng)，提高學(xué)生獨立解決問題的技巧和能力。如CDIO工程教育模式是近年來國際工程教育改革的最新成果，以產(chǎn)品研發(fā)到產(chǎn)品運行的生命周期為載體，讓學(xué)生以主動的、實踐的、課程之間有機(jī)聯(lián)系的方式學(xué)習(xí)工程，培養(yǎng)四大能力（工程基礎(chǔ)知識、個人能力、人際團(tuán)隊能力和工程系統(tǒng)能力）。美國部分高校的Senior Mechanical Engineering Design Project、日本東京工業(yè)大學(xué)的“獨創(chuàng)”機(jī)械設(shè)計課程等，都要求學(xué)生在現(xiàn)實生活中尋找一個實際問題，針對這一問題，學(xué)生要能夠創(chuàng)造性地提出自己的解決方案。這些教學(xué)模式的目標(biāo)不僅僅使學(xué)生具備高超的專業(yè)技能，而且使他們能夠發(fā)現(xiàn)實際問題，通過自主及合作等方式設(shè)計出與眾不同的創(chuàng)新性方案去解決問題。此外，國外教育學(xué)家維果茨基的“最近發(fā)展區(qū)理論”、加德納的“多元智能理論”、布盧姆的“掌握學(xué)習(xí)理論”、羅杰斯“非指導(dǎo)性教學(xué)”、巴班斯基的“教學(xué)過程最優(yōu)化”等理論為教師在大學(xué)課堂實施差異性教學(xué)奠定了堅實的理論基礎(chǔ)。

三、“多理念融合教學(xué)模式”的研究內(nèi)容

在充分研究目前課程教學(xué)存在的問題及完善方向、了解國內(nèi)外研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，多理念融合教學(xué)模式主要是研究案例教學(xué)、差異性教學(xué)、實踐教學(xué)等多種教學(xué)理念在課程中的具體表現(xiàn)形式及應(yīng)用形式，具體研究內(nèi)容可分為以下四個部分。

（一）把握實用、夠用原則，科學(xué)組織課程內(nèi)容

機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)課程作為一門重要的技術(shù)基礎(chǔ)課，其目的是使學(xué)生掌握工程機(jī)械和專業(yè)裝備中用到的常用機(jī)構(gòu)和通用零件的分析與設(shè)計的理論、方法。針對教學(xué)對象的具體情況，需要對教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行優(yōu)化組合。按模塊化方式對課程內(nèi)容進(jìn)行歸類，縱向上將其分為常用機(jī)構(gòu)和通用零件兩個模塊，以四大機(jī)構(gòu)和軸系零部件、連接為重點;橫向上分為工作原理、運動和結(jié)構(gòu)分析、設(shè)計、選用、校核，以運動和結(jié)構(gòu)分析設(shè)計為重點[3]。各部分內(nèi)容有共性問題，也有各自的特點，注意揭示各部分之間的內(nèi)在聯(lián)系。以典型工程機(jī)械、專業(yè)裝備以及學(xué)生創(chuàng)新設(shè)計作品為案例，將其設(shè)計理念、設(shè)計思想、設(shè)計方案以及設(shè)計過程中所應(yīng)用的新知識，不斷融入教學(xué)實踐當(dāng)中，使教學(xué)內(nèi)容更具時代特點，更適合培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。

（二）深化教學(xué)方法改革，全面推行案例式教學(xué)

機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)課程具有很強的工程性、實踐性和設(shè)計性，其要求學(xué)生既要學(xué)好理論知識，又要具有獨立分析問題、解決問題的能力。在教學(xué)實踐中，要嘗試案例教學(xué)、任務(wù)驅(qū)動式等新的教學(xué)方法。改革原先陳舊的案例，重點應(yīng)用三類案例：通用工程案例、學(xué)生創(chuàng)新作品案例、專業(yè)裝備案例，可培養(yǎng)學(xué)生的工程意識、專業(yè)意識及創(chuàng)新意識。

通用工程案例主要來自于生活、工程實踐，課題組成員通過關(guān)注學(xué)科知識、上網(wǎng)搜集資料、閱讀機(jī)械創(chuàng)新書籍、了解機(jī)構(gòu)的創(chuàng)新應(yīng)用等方式，搜集整理了一些工程生活案例，找到它們與機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)知識點的“契合點”，以此作為課程的素材。另外，還可以從工程實例著手，探討有效引導(dǎo)學(xué)生思考的理論和方法，培養(yǎng)其工程意識。

在專業(yè)裝備案例方面，課題組成員通過向相關(guān)教研室人員請教、從網(wǎng)上查閱資料以及閱讀相關(guān)書籍等，搜集整理一些專業(yè)裝備機(jī)構(gòu)案例，作為課程的素材，做到專業(yè)知識與基礎(chǔ)知識的融合，為后續(xù)專業(yè)課的學(xué)習(xí)及學(xué)生的任職需要打下良好的基礎(chǔ)。

在學(xué)生創(chuàng)新作品案例方面，學(xué)生參與的科技競賽主要有三種平臺：全國大學(xué)生機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計大賽、“挑戰(zhàn)杯”大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競賽和學(xué)生“卓越杯”科技競賽。課題組成員從這些競賽作品中凝練內(nèi)容，提取案例，以此作為知識應(yīng)用的示范，在課程中加以講解，這樣可以讓學(xué)生產(chǎn)生一種強烈的臨近感，激發(fā)學(xué)生參與創(chuàng)新實踐的熱情。

在引用案例時，注重介紹利用工程基礎(chǔ)理論解決實際問題的思維和方法，此外，利用案例探討知識的綜合應(yīng)用，引導(dǎo)學(xué)生在解決問題的過程中構(gòu)建知識體系，培養(yǎng)學(xué)生良好的科學(xué)態(tài)度和創(chuàng)新精神[4]。

（三）充分尊重學(xué)生差異，普遍實施差異性教學(xué)

實施多理念融合的教學(xué)模式，必須考慮學(xué)生的差異，讓全部學(xué)生都得到應(yīng)有的訓(xùn)練和提高。差異性教學(xué)不是讓學(xué)生學(xué)習(xí)不同的東西，而是要通過提供大量的學(xué)習(xí)選擇去調(diào)節(jié)學(xué)生的學(xué)習(xí)差異，讓他們用不同的方式學(xué)習(xí)相同的知識。要通過調(diào)查問卷、座談、走訪等各種方式了解學(xué)生各方面的具體情況，確定學(xué)生的學(xué)習(xí)等級，根據(jù)學(xué)員的學(xué)習(xí)等級對教學(xué)進(jìn)行分層，其中主要包括教學(xué)目標(biāo)分層、教學(xué)內(nèi)容和方法分層、作業(yè)、輔導(dǎo)分層及評價分層四方面，規(guī)劃每節(jié)課的組織方式，如全班學(xué)習(xí)、結(jié)對子、個體學(xué)習(xí)等組織形式。對于學(xué)有余力的學(xué)生，鼓勵其參加課外科技競賽以進(jìn)一步提升自己的能力。

（四）注重知識綜合應(yīng)用，搭建創(chuàng)新實踐平臺

主要是建立教學(xué)內(nèi)容工程化體系。深入研究國外先進(jìn)的教學(xué)理念，關(guān)注機(jī)械學(xué)科發(fā)展前沿，優(yōu)化重組授課內(nèi)容，整編綜合設(shè)計相關(guān)資料，設(shè)計綜合應(yīng)用課程，以開闊學(xué)生思路，指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行綜合設(shè)計;學(xué)校依托機(jī)械設(shè)計實驗室完善了學(xué)生科技創(chuàng)新基地，增設(shè)了快速成型、慧魚創(chuàng)意組合模型等設(shè)備;依托基地，為學(xué)生搭建各種實踐平臺，主要包括國家的挑戰(zhàn)杯、機(jī)械設(shè)計創(chuàng)新大賽及大學(xué)的卓越杯等，結(jié)合競賽題目，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行獨立思考，提出創(chuàng)新的解決方案，以達(dá)到培養(yǎng)和提高學(xué)生創(chuàng)新能力的目標(biāo)。

在授課中，注重將設(shè)計的思想貫穿于整個過程中，引導(dǎo)學(xué)生從實際中查找問題，利用所學(xué)知識進(jìn)行分析解決。如果查找的問題具有實際應(yīng)用價值，鼓勵學(xué)生利用學(xué)員科技創(chuàng)新基地來實現(xiàn)自己的設(shè)計，參與課外科技競賽。這種做法實現(xiàn)了“課內(nèi)與課外、理論與現(xiàn)實、課程與競賽”相結(jié)合，可潛移默化地提升學(xué)生的能力素質(zhì)。競賽可鍛煉學(xué)生的動手能力、查閱文獻(xiàn)的能力、表達(dá)能力、團(tuán)隊協(xié)作能力、知識的綜合應(yīng)用能力等，同時課程中的基礎(chǔ)理論知識為學(xué)生書寫技術(shù)資料、申報專利奠定了基礎(chǔ)。

此外，引入“慧魚創(chuàng)意組合模型”，實現(xiàn)理論與實踐并行。慧魚創(chuàng)意組合模型是一種工程積木，可以展示方案的科學(xué)原理和技術(shù)過程，學(xué)生可利用機(jī)械機(jī)構(gòu)創(chuàng)意組件，自己動手構(gòu)建運動模型，這能鍛煉學(xué)生的動手能力。目前，教研室的慧魚創(chuàng)意組合模型，主要用于課程實驗和學(xué)生的創(chuàng)新實踐活動，也可將慧魚創(chuàng)意組合模型應(yīng)用于課堂。如將學(xué)生分組，課前提前發(fā)放慧魚模型，針對課程特點，在講解原理部分時，讓學(xué)生利用慧魚創(chuàng)意模型自己動手搭建相應(yīng)的機(jī)構(gòu)模型，這不僅可以增添趣味性，改善傳統(tǒng)課堂相對單調(diào)、乏味的現(xiàn)狀，還有助于學(xué)生對課堂教學(xué)內(nèi)容的快速理解，提升課堂效率，并且能從一定程度上激發(fā)學(xué)生的想象力、創(chuàng)造力，培養(yǎng)學(xué)生的機(jī)械設(shè)計與分析能力。

四、結(jié)束語

機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)多理念融合的教學(xué)模式，抓住了機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)課程“實用性”的特點，以學(xué)生實踐創(chuàng)新能力培養(yǎng)和綜合素質(zhì)提升為中心，優(yōu)化重組了教學(xué)內(nèi)容，增加了綜合應(yīng)用知識的環(huán)節(jié)，構(gòu)建了一種貼近專業(yè)、融入工程、加入案例、與競賽結(jié)合、差異式等多種理念相互融合、相互滲透的教學(xué)方式，努力創(chuàng)造應(yīng)用知識的情景和氛圍，讓學(xué)生自己成為發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的主力，引導(dǎo)學(xué)生在應(yīng)用中學(xué)習(xí)，在舉一反三的研討與實踐中夯實理論與工程應(yīng)用基礎(chǔ)，實現(xiàn)學(xué)生綜合素質(zhì)的提高。這種教學(xué)模式適應(yīng)了時代的需求，但是由于學(xué)生、案例、競賽作品等具有與時俱進(jìn)的特點，所以這種教學(xué)模式的研究始終處在一個動態(tài)的過程中[5]，需要在“探索—實踐—改進(jìn)—再探索—再實踐—再改進(jìn)”這樣一個不斷循環(huán)的過程中進(jìn)行，時間越久，積累的素材越多，提升教學(xué)效果越明顯。

[ 參 考 文 獻(xiàn) ]

[1] 高飛，王軍.項目教學(xué)在常用機(jī)構(gòu)與零件設(shè)計課程中的實踐與探索[J].常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報，2011（6）：55-57.

[2]Janice Skowron.有效教學(xué)設(shè)計[M].北京：中國輕工業(yè)出版社，2009.

[3] 楊可楨，程光蘊，李仲生，等. 機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)[M].第六版.北京：高等教育出版社，2013.

[4] 李喜橋.訓(xùn)練思維與工程訓(xùn)練[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2005.

[5] 周先軍.機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計改革思考[J].吉林省教育學(xué)院學(xué)報（學(xué)科版），2010（10）：140-141.

[責(zé)任編輯：陳 明]