工業(yè)設(shè)計(jì)專(zhuān)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程教學(xué)探討

安軍 范勁松

[關(guān)鍵詞]工業(yè)設(shè)計(jì);機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ);案例教學(xué);課程定位;對(duì)分易;雨課堂

工業(yè)設(shè)計(jì)專(zhuān)業(yè)是我國(guó)唯一的一個(gè)授予工學(xué)學(xué)位但又偏重于設(shè)計(jì)教育的工科專(zhuān)業(yè)，其生源是理科學(xué)生，其專(zhuān)業(yè)既可以開(kāi)設(shè)在機(jī)械類(lèi)學(xué)院也可以開(kāi)設(shè)在設(shè)計(jì)類(lèi)學(xué)院。機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)（機(jī)械原理和機(jī)械設(shè)計(jì)）是一門(mén)機(jī)械類(lèi)或近機(jī)類(lèi)專(zhuān)業(yè)的基礎(chǔ)必修課，通過(guò)該課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生應(yīng)能初步掌握機(jī)械設(shè)計(jì)中的基本概念、基本理論和基本方法，為其后續(xù)課程的學(xué)習(xí)和設(shè)計(jì)工作打下基礎(chǔ)，因此該課程在整個(gè)專(zhuān)業(yè)的教學(xué)體系中具有重要作用。

一、機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程教學(xué)現(xiàn)狀

工業(yè)設(shè)計(jì)專(zhuān)業(yè)在佛山科學(xué)技術(shù)學(xué)院由工業(yè)設(shè)計(jì)與陶瓷藝術(shù)學(xué)院的工業(yè)設(shè)計(jì)系負(fù)責(zé)招生和組織教學(xué)，該系有3個(gè)專(zhuān)業(yè)：工業(yè)設(shè)計(jì)專(zhuān)業(yè)（授予工學(xué)學(xué)位，生源是理科生）、產(chǎn)品設(shè)計(jì)專(zhuān)業(yè)（授予藝術(shù)類(lèi)設(shè)計(jì)學(xué)學(xué)位，生源是藝術(shù)生）和數(shù)字媒體專(zhuān)業(yè)。除了少數(shù)幾門(mén)課程以外，這2個(gè)專(zhuān)業(yè)的課程設(shè)置基本相同，教學(xué)方式也主要采用集中授課（每門(mén)課程每周12～16個(gè)課時(shí)，集中在3～6周內(nèi)結(jié)束課程教學(xué)）。某些設(shè)計(jì)類(lèi)課程是教師先集中講授，根據(jù)課程進(jìn)度布置設(shè)計(jì)任務(wù)給學(xué)生，學(xué)生構(gòu)思設(shè)計(jì)方案（作業(yè)），教師進(jìn)行分散輔導(dǎo)與集中講解，其考核形式以完成設(shè)計(jì)類(lèi)大作業(yè)和研究報(bào)告為主。這種教學(xué)方式注重培養(yǎng)學(xué)生的形象思維能力、動(dòng)手能力、創(chuàng)新能力和發(fā)散思維，講授相對(duì)較少而單獨(dú)或分組輔導(dǎo)多，學(xué)生相對(duì)比較自由，課堂氣氛比較活躍。

傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程教學(xué)以課堂講授為主，最后通過(guò)期末考試的方式組織考核，注重培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維能力。因此對(duì)工業(yè)設(shè)計(jì)專(zhuān)業(yè)的學(xué)生來(lái)說(shuō)，該課程的學(xué)習(xí)具有一定的難度，而滿(mǎn)堂灌、課堂氣氛比較沉悶的教學(xué)方式，與其他設(shè)計(jì)類(lèi)課程形成了鮮明的對(duì)比，學(xué)生的畏難情緒和厭學(xué)情緒比較多，傳統(tǒng)的教學(xué)模式面臨許多困難和挑戰(zhàn)，不得不進(jìn)行變革。由于面向的學(xué)生和專(zhuān)業(yè)性質(zhì)不同，該課程的教學(xué)定位及內(nèi)容等方面必然不同于機(jī)械類(lèi)及近機(jī)類(lèi)專(zhuān)業(yè)相同和類(lèi)似課程，如何結(jié)合工業(yè)設(shè)計(jì)專(zhuān)業(yè)特點(diǎn)有效地組織教學(xué)是需要解決的一個(gè)重要問(wèn)題。

二、機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程教學(xué)改革嘗試

（一）課程的定位

從系統(tǒng)思維和頂層設(shè)計(jì)的角度來(lái)看，工業(yè)設(shè)計(jì)專(zhuān)業(yè)的教學(xué)活動(dòng)，其目的就是將學(xué)生培養(yǎng)成具有優(yōu)秀的職業(yè)道德、全面的人文素質(zhì)、復(fù)合型知識(shí)結(jié)構(gòu)、創(chuàng)造性設(shè)計(jì)思維的設(shè)計(jì)人才。按照此人才培養(yǎng)方案，學(xué)生除了要掌握產(chǎn)品設(shè)計(jì)的方法和了解在設(shè)計(jì)過(guò)程中必備的相關(guān)知識(shí)外，還應(yīng)具有持續(xù)學(xué)習(xí)、獨(dú)立思考以及設(shè)計(jì)創(chuàng)新的能力。

在佛山科學(xué)技術(shù)學(xué)院的人才培養(yǎng)計(jì)劃中，機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)是工業(yè)設(shè)計(jì)專(zhuān)業(yè)人才培養(yǎng)計(jì)劃課程體系中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)（如圖1所示）。機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程開(kāi)設(shè)的主要目的是綜合運(yùn)用先修課程的有關(guān)知識(shí)和技能，通過(guò)學(xué)習(xí)機(jī)構(gòu)和通用機(jī)械零件的基本知識(shí)和基本設(shè)計(jì)方法，結(jié)合各種教學(xué)實(shí)踐環(huán)節(jié)進(jìn)行機(jī)械工程應(yīng)用型知識(shí)的基本訓(xùn)練，解決產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的一些簡(jiǎn)單的力學(xué)問(wèn)題和結(jié)構(gòu)問(wèn)題，為后續(xù)產(chǎn)品快題設(shè)計(jì)、綠色產(chǎn)品設(shè)計(jì)、公共設(shè)施設(shè)計(jì)等課程學(xué)習(xí)以及畢業(yè)設(shè)計(jì)等實(shí)踐環(huán)節(jié)打下基礎(chǔ)，并為學(xué)生今后與機(jī)械設(shè)計(jì)工程師進(jìn)行有效溝通提供可能。

在工業(yè)設(shè)計(jì)專(zhuān)業(yè)的人才培養(yǎng)計(jì)劃中，該課程起著承上啟下的作用。從課程要求和內(nèi)容深廣度上看，學(xué)生不可能對(duì)每個(gè)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行深入的學(xué)習(xí)和掌握，因此我們將該專(zhuān)業(yè)的機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)定位為一種通識(shí)教育，注重引導(dǎo)學(xué)生加深對(duì)機(jī)械學(xué)科相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)的了解和認(rèn)識(shí)，注重知識(shí)的應(yīng)用以及與實(shí)際設(shè)計(jì)的聯(lián)系，以便能將機(jī)械專(zhuān)業(yè)的相關(guān)知識(shí)融會(huì)貫通到工業(yè)設(shè)計(jì)的各個(gè)方面，為學(xué)生的創(chuàng)新設(shè)計(jì)打下專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)。

（二）教學(xué)內(nèi)容的設(shè)計(jì)與組織安排

佛山科學(xué)技術(shù)學(xué)院工業(yè)設(shè)計(jì)專(zhuān)業(yè)沒(méi)有單獨(dú)開(kāi)設(shè)本課程的先修課程即工程力學(xué)（理論力學(xué)和材料力學(xué)），而一般的機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)僅包含機(jī)械原理和機(jī)械設(shè)計(jì)的有關(guān)知識(shí)。學(xué)生如果跳過(guò)工程力學(xué)相關(guān)的基礎(chǔ)知識(shí)直接學(xué)習(xí)本課程，不僅使其學(xué)習(xí)和理解存在一定的困難，而且所學(xué)知識(shí)也缺乏一定的整體性和系統(tǒng)性。為了便于學(xué)生更好地學(xué)習(xí)理解，該課程內(nèi)容除了有傳統(tǒng)的機(jī)械原理和機(jī)械設(shè)計(jì)的相關(guān)知識(shí)外，還會(huì)涉及理論力學(xué)和材料力學(xué)課程的基本內(nèi)容。

理論力學(xué)、材料力學(xué)、機(jī)械原理和機(jī)械設(shè)計(jì)這4門(mén)課程是機(jī)械類(lèi)專(zhuān)業(yè)的重要基礎(chǔ)必修課，其中任何一門(mén)課程一般都不會(huì)少于48學(xué)時(shí)，都是令機(jī)械類(lèi)專(zhuān)業(yè)學(xué)生頭疼且不及格率居高不下的課程。課程內(nèi)容多、公式原理多且靈活多變還涉及許多實(shí)踐和實(shí)驗(yàn)結(jié)果，對(duì)學(xué)生理工科的基礎(chǔ)知識(shí)和理解能力要求高。機(jī)械原理對(duì)空間想象能力和抽象思維能力有較高要求，一直存在學(xué)生難學(xué)教師難教的現(xiàn)象。工業(yè)設(shè)計(jì)專(zhuān)業(yè)中的機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程的課堂教學(xué)僅為48個(gè)學(xué)時(shí)，要在這么少的學(xué)時(shí)內(nèi)完成如此多的教學(xué)內(nèi)容，讓學(xué)生對(duì)此有一個(gè)相對(duì)清楚的了解，即使是作為一門(mén)通識(shí)課程，也是一件相當(dāng)有難度和挑戰(zhàn)的事情。

根據(jù)課程定位，我們沒(méi)有把傳統(tǒng)的工程力學(xué)和機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)經(jīng)典教材作為本門(mén)課程的教材，而是把阮寶湘主編的《工業(yè)設(shè)計(jì)機(jī)械基礎(chǔ)》作為課程教材。該教材包含工程力學(xué)和機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)2個(gè)部分，根據(jù)工業(yè)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)對(duì)上述4門(mén)課程的內(nèi)容進(jìn)行了有效整合，增加了許多日用品和家電產(chǎn)品的實(shí)例研究。

該課程的任課教師主要根據(jù)教材組織課堂教學(xué)，結(jié)合學(xué)生的具體情況和章節(jié)之間的聯(lián)系及特點(diǎn)對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了有機(jī)整合。工程力學(xué)部分主要以概念的講解與應(yīng)用教學(xué)為主;機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)部分以講授常見(jiàn)機(jī)構(gòu)和裝置的特點(diǎn)及應(yīng)用為主。

教師在課堂講授的基礎(chǔ)上采用了實(shí)例教學(xué)法，利用一些簡(jiǎn)單而常見(jiàn)的設(shè)計(jì)實(shí)例，比如臺(tái)燈、座椅、簡(jiǎn)易吊車(chē)、秋千和書(shū)架等日常用品，按照設(shè)計(jì)流程（如圖2所示）完成系統(tǒng)及外觀設(shè)計(jì)后需要進(jìn)行尺寸、結(jié)構(gòu)和材料等的詳細(xì)設(shè)計(jì)，而關(guān)于尺寸和結(jié)構(gòu)的知識(shí)就是本課程的教學(xué)內(nèi)容?？梢园凑毡菊n程的教學(xué)流程（如圖3所示）來(lái)解決尺寸和結(jié)構(gòu)問(wèn)題，即隨著教學(xué)的推進(jìn)一步步解決問(wèn)題，將設(shè)計(jì)實(shí)例貫穿到整個(gè)教學(xué)中。這樣便于將所學(xué)的孤立知識(shí)點(diǎn)串在一起，形成一個(gè)相對(duì)完整的知識(shí)體系，加深學(xué)生對(duì)課程內(nèi)容的理解和掌握以及提高其應(yīng)用水平。

（三）教學(xué)方法的改革

任課教師除了利用傳統(tǒng)的PPT、動(dòng)畫(huà)和視頻等開(kāi)展多媒體教學(xué)外，積極探索教學(xué)方法和教學(xué)模式改革，以適應(yīng)新的教學(xué)形勢(shì)和要求。比如充分利用對(duì)分易和雨課堂的優(yōu)勢(shì)合理組織課堂教學(xué)，在制作PPT時(shí)利用雨課堂設(shè)計(jì)一些課堂測(cè)試用的客觀題（主要是單選題、多選題以及判斷題），在課堂教學(xué)中利用雨課堂播放PPT，學(xué)生在手機(jī)上也能同時(shí)看到PPT，這樣就可以根據(jù)課程進(jìn)度隨時(shí)進(jìn)行課堂測(cè)試（如圖4所示），實(shí)時(shí)掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)狀況，并針對(duì)學(xué)生中存在的問(wèn)題進(jìn)行及時(shí)調(diào)整，活躍課堂氣氛和提高抬頭率與教學(xué)效果。

教師利用對(duì)分易來(lái)進(jìn)行考勤、課堂提問(wèn)、作業(yè)提交以及網(wǎng)絡(luò)測(cè)試（如圖5所示）。課前一兩分鐘利用對(duì)分易進(jìn)行簽到，課程教學(xué)中利用隨機(jī)或者點(diǎn)名方式提問(wèn)并將回答結(jié)果記錄到系統(tǒng)中，編寫(xiě)了30～50道客觀題放到對(duì)分易中對(duì)各章進(jìn)行了組卷，在每一兩章結(jié)束后進(jìn)行網(wǎng)上課程測(cè)試，課中或課后讓學(xué)生將課堂練習(xí)提交到系統(tǒng)中。最后通過(guò)對(duì)分易和雨課堂系統(tǒng)將簽到、提問(wèn)、作業(yè)、課堂測(cè)試以及在線(xiàn)測(cè)試等分別生成2個(gè)平時(shí)成績(jī)表，并將這2個(gè)表和學(xué)生的平時(shí)作業(yè)成績(jī)進(jìn)行綜合形成最終的平時(shí)成績(jī)，作為課程考核的一個(gè)重要組成部分。

教師在教學(xué)中除了利用現(xiàn)代的教學(xué)手段外，還根據(jù)課程定位以及學(xué)時(shí)少、內(nèi)容多的課程特點(diǎn)，對(duì)課程內(nèi)容進(jìn)行了新的整合，通過(guò)幾年的課堂教學(xué)實(shí)踐，基本形成了一套相對(duì)比較有效的教學(xué)方法。其基本教學(xué)組織方式如下：利用雨課堂進(jìn)行課前測(cè)試或課堂提問(wèn);課堂講授方式比較靈活多樣，根據(jù)教學(xué)內(nèi)容的具體特點(diǎn)來(lái)選擇，如表1所示;布置課后作業(yè)和預(yù)習(xí)內(nèi)容，并設(shè)置相應(yīng)的問(wèn)題。

三、結(jié)論

機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程的任課教師在幾個(gè)年級(jí)的教學(xué)實(shí)踐中逐步對(duì)教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)方式進(jìn)行了改革，把該課程改為一門(mén)以擴(kuò)大學(xué)生知識(shí)面、夯實(shí)其專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)為主要目標(biāo)的通識(shí)課程，并根據(jù)教學(xué)內(nèi)容的不同分別組織教學(xué)。其中所采用的實(shí)例教學(xué)法，通過(guò)實(shí)例把許多零散的知識(shí)點(diǎn)有機(jī)地組合在一起，讓學(xué)生對(duì)整個(gè)知識(shí)體系有一個(gè)相對(duì)完整的認(rèn)識(shí)和理解。從學(xué)生學(xué)習(xí)情況來(lái)看，課程考試情況、課堂的活躍程度以及抬頭率都得到了改善，學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性與效果也得到了相應(yīng)的提高。今后隨著實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的進(jìn)一步開(kāi)展和實(shí)驗(yàn)設(shè)備的到位，會(huì)在課程外增加一些實(shí)驗(yàn)和創(chuàng)新設(shè)計(jì)單元，進(jìn)一步加深學(xué)生對(duì)課程知識(shí)的理解和掌握，發(fā)揮其主觀能動(dòng)性，增強(qiáng)其解決實(shí)際問(wèn)題的能力和創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力。