談談中職《機械設計基礎》課程的教學

摘要：在中職《機械設計基礎》課程教學中，教師要注重理論聯系實際，加強直觀教學和實訓教學，以激發學生的學習興趣；盡可能多地采用現場教學，提高學生的感性認識；注意培養學生運用數學和工程力學知識解決《機械設計基礎》課程問題的能力；適量地進行課堂練習和合理安排課外習題，鞏固學生已學到的知識。

關鍵詞：中職；機械設計基礎；教學

《機械設計基礎》課程是中職機械類專業承上啟下的主干課程，也是一門密切聯系生產實際的技術基礎課程。但是學生覺得難學，教師覺得難教。難學在于它綜合了許多先修課程，如數學、物理、機械制圖、工程力學等的知識，并且要運用這些課程的知識來解決機械設計問題；難教在于它要求教師靈活熟練地運用課程相關知識點，聯系實際，把枯燥乏味的書本知識變成學生想學、樂學的工程知識和技能。為擺脫該課程難學難教的困境，筆者認為應做好以下教學工作。

注重理論聯系實際，加強直觀教學和實訓教學

為了提高學生的學習積極性和學習興趣，學校可以專門設置常用機構和通用機械零件的陳列室，陳列一些來自生產生活實際且有趣的機構和機械零件的模型或實物，如攪面機構、奔馬機構、指南車、腳踏水車、水排、機械鐘表、各種機械傳動機構零件以及一些簡易機械等等。在講授《機械設計基礎》的第一課時就讓學生參觀陳列室，通過參觀，提高學生學習這門課程的興趣，也可以讓學生加深對機械的感性認識，為以后學習打下基礎。在教學中講到某個機構或機械零件時，再讓學生參觀陳列室，使學生對機構和機械零件的認識由感性上升到理性，這樣有利于提高教學效果，激發學生的學習興趣。在課堂教學中要多注意列舉一些與生產、生活實際密切相關的例子。如在講凸輪機構時，列舉補鞋機；在講齒輪機構時，列舉玩具汽車和汽車、機床變速箱；在講各種機械傳動和機械零件時，列舉自行車和摩托車等，使學生認識到《機械設計基礎》課程中所學知識可以直接用于生產實際，服務于生活，讓學生感到這門課程很實用。同時，要十分注意加強實訓教學，可以設置“機構創意設計”、“齒輪參數測定”、“各種機械傳動和減速器的裝拆”、“軸承與齒輪的組合設計”等實訓項目，通過實訓來鞏固和加深學生對理論知識的理解，提高教學效果。此外，要注意多利用模型或實物、掛圖等直觀性的教學輔助工具，講課時讓學生看一些常用機構和機械零件的錄像，進一步提高學生的感性認識，復習、鞏固《機械設計基礎》課程中所學的有關知識。這樣，學生就會感受到《機械設計基礎》課程很有用，學習興趣就會大大提高。

盡可能多地采用現場教學，提高學生的感性認識

在教學過程中，有些問題僅僅借助掛圖、模型和實物等并不能使學生深刻理解所學知識在生產實踐中的作用，所以，一定要抓住學生對車間和現場的好奇心，組織學生到實習車間和生產企業中實地觀察，進行現場教學。例如，“輪系”中齒輪的變速、變向問題的教學，我們即便講得十分細致，學生也只是知其然而不知其所以然，換一組輪系結構學生就很難分析出各軸之間是如何實現傳動的。因此，可以組織學生到實習工廠，讓學生打開車床的“三箱”，看清車床的結構和組成，演示變速及變向是如何實現的，加深學生對知識的感性認識。通過現場教學和直觀教學，使學生把所學知識能夠系統地綜合起來，達到不斷深化以及靈活應用的目的，進而提高學生的理性認識。

培養學生運用數學知識解決《機械設計基礎》課程相關問題的能力

在研究解決《機械設計基礎》課程中的有關問題時，數學方法是分析、推導、論證和解決相關問題的有效方法之一。在教學中，教師可利用講練結合的辦法，培養學生運用數學知識研究和解決本課程相關問題的能力。例如，“凸輪機構”要用極限、圖線、解析、三角等知識來研究分析從動桿速度、加速度、位移以及從動桿末端的軌跡設計出凸輪輪廓曲線。在《機械設計基礎》課程中還常常運用數學知識來推導有關公式或從基本公式導出其他關系式，這樣既可以使學生獲得新知識，又可以幫助他們領會知識之間的內在聯系，加深理解。例如，記憶“齒輪機構”中的許多齒輪幾何尺寸的計算公式是十分沉重的負擔，而且即使背會了也容易遺忘。但如果我們掌握齒輪最基本的幾何尺寸計算公式（見下表），再利用數學知識探究各類齒輪之間的內在關系，就會發現斜齒圓柱齒輪、直齒圓錐齒輪和蝸輪蝸桿機構的幾何尺寸計算式都不過是以上幾個基本公式在不同條件下的變形或演化。所以，只要記住這些基本公式和它們間的相互關系就等于記住了所有齒輪機構的幾何尺寸公式。我們還可以通過齒輪參數的變化來制作不同的齒輪。例如，當螺旋角β＝0°（齒線與軸線平行）時，斜齒圓柱齒輪就變成直齒圓柱齒輪；當分度圓錐角δ=0°（母線與軸線平行）時，直齒圓錐齒輪就變成了直齒圓柱齒輪。在學習其他常用機構時，我們也可以找出類似的關系。由此可見，較好的數學功底是理解、分析和解決《機械設計基礎》課程相關問題的基礎，提高學生的數學應用能力可使教學達到事半功倍的效果。

最基本的齒輪尺寸計算公式表

D_k(齒輪上任意位置的直徑)=D_b(齒輪基圓直徑)/COSα_k(齒輪上任意位置的壓力角的余弦值)

D（齒輪分度圓直徑）=M（模數）Z（齒數）

D_a（齒輪齒頂圓直徑）=D（齒輪分度圓直徑）+2h_a（齒輪的齒頂高）

D_f（齒輪齒根圓直徑）=D（齒輪分度圓直徑）-2h_f（齒輪的齒根高）

P（齒輪的齒距）=M（模數）π（圓周率）

h（齒輪的齒高）=h_a（齒輪的齒頂高）+h_f（齒輪的齒根高）

a（齒輪傳動的中心距）=（D_l（齒輪1的分度圓直徑）+D₂（齒輪2的分度圓直徑））/2

培養學生運用工程力學知識解決《機械設計基礎》課程相關問題的能力

學生可以從已知的工程力學定律出發，利用數學的邏輯推理方法來推導和建立本課程的一些規律和理論。如四桿機構的演化，凸輪機構中用反轉法來設計凸輪輪廓，行星輪系中用轉化輪系法來計算傳動比等都建立在相對運動原理的基礎上。又如，在研究各種常用機構中各構件的運動及構件間的運動關系時就要用運動學的知識來判斷和分析，對常用機械零件進行強度、剛度計算時就要用到強度和剛度的知識。再如，機構的壓力角α問題可轉化為工程力學中對物體進行受力分析和運動分析的問題。總之，工程力學知識是進行機構和機械零件受力分析、運動分析和強度、剛度計算的基礎，也是學好《機械設計基礎》課程的關鍵。

合理安排課堂練習和課外習題是使學生掌握知識的重要途徑

為了合理安排課堂練習，使學生掌握解題的技巧，教師應該由簡單地布置習題到自己設計習題，不局限于課本及習題冊，注重培養學生的學習能力，在設計習題的過程中要注重習題的靈活性，改變學生生搬硬套、機械模仿的毛病。例如，在“輪系”定軸輪系的教學中，可以設計一道綜合題，含有內嚙合和外嚙合圓柱齒輪傳動、圓錐齒輪傳動、齒輪齒條傳動、蝸輪蝸桿傳動等內容，講授時應逐個分段計算，由淺入深，由簡到繁，標出各輪的轉向，而不應直接計算輸出軸的轉速及傳動比。布置課外習題是鞏固教師所講內容的一種有效方法，是檢驗教學效果的重要手段，也是提高學生設計、畫圖、看圖和解題能力的重要途徑之一。不過，教師在設計課外習題時應該注意題目的難度梯度，難度太高會使大部分學生做不出來，從而失去學習興趣。學生做錯習題也不可怕，可怕的是教師不了解學生的學習情況及出錯的原因。因此，《機械設計基礎》課程的課外習題應精選多練，并及時進行信息反饋。《機械設計基礎》課程的課外習題的布置最好前后具有連貫性，始終圍繞一條主線，由簡單到復雜，由具體到抽象，理論和實踐相結合。合理安排課堂練習和課外習題是學好《機械設計基礎》課程必不可少的環節，是重要的教學手段之一。

另外，在教學時還應利用多媒體工具，將一些難以用語言表達的機械運動過程、機械結構和工作原理做成課件，使教學內容更加形象、直觀，同時還要改進傳統的考核方式，采用標準化試題進行考核。但是，無論采用何種教學方法，均應以提高學生學習興趣為目的，使學生變被動學習為主動學習，為學好其他機械專業課打下堅實的基礎。

中職《機械設計基礎》課程是機械類專業的主干課程，地位十分重要。中職學生基礎知識掌握有限，實際經驗缺乏。因此，有必要加強直觀和多媒體教學手段來激發學生的學習興趣；要根據學生掌握的現有知識摸索一些規律，總結一套使學生易懂、易學、易掌握的教學方法；要深入現場進行教學，理論聯系實踐，增強學生的感性認識，培養學生的實踐技能。教師要不斷地探索、研究，使中職《機械設計基礎》課程教學更科學、更合理、更有效。

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作者簡介：

王智禮（1964—），男，高級講師，主要從事《機械原理》、《機械設計》和《冷沖模具設計》的教學，研究方向為機械制造技術應用。