機械設計課程實施研究型教學模式的探討

[摘要]以研究型教學模式為出發點，結合機械設計課程的教學特點，介紹了機械設計教學引入研究型教學模式的必要性。文章從教學內容、教學方法、教學手段幾個方面對機械設計課程的研究型教學模式進行了剖析和探討，為高校中本門課程的教學改革以及培養學生的創新思維能力和科學研究能力提供參考。

[關鍵詞]機械設計，研究型教學，創新能力。

[中圖分類號]TH12 [文獻標識碼]A[文章編號]1005-4634(2008)05-0440-03

機械設計課程是工科院校一門重要的專業基礎課，該課程的綜合性和實踐性都很強，它要求學生要具備將所學知識應用到工程實踐中去的能力。但由于機械設計課程內容的廣泛性與學時的局限性之間的矛盾，影響了學生掌握更多的有關機械設計知識，限制了學生分析、構思和設計能力的培養。同時傳統的教學模式相對單一、學生理解費力會使得學生對該門課程的學習失去信心，最終影響到學生的學習效果及工程素質的培養。因此，針對傳統教學的不足，在機械設計教學中找出一種全新的教學理念是十分必要的。而研究型教學作為一種教學理念，是對應于一般的以傳承知識為中心的傳授式教學而提出的，以培養學生的創新精神和創新能力為目的，融學習與研究為一體的教學體系，通過教學與研究、實踐的結合，引導學生創造性地運用知識和經驗，自主地發現問題、研究問題和解決問題，在研討中積累知識、培養能力和鍛煉思維，同時養成科學研究的精神和科學態度[1]。本文基于研究型教學模式對機械設計課堂教學進行以下幾個方面的探討，旨在培養和提高學生的創新能力。

1教學內容強調系統性與研究性

機械設計課程內容多而雜，各部分相對比較獨立、零散，相互之間聯系差、重點不明顯，各種概念、名詞、公式、圖線、表格、數據眾多，一般性公式的推導過于冗長，孤立的介紹各種機械零件的知識和設計方法，缺乏系統性和共性介紹，缺乏工程應用實例和背景介紹。因此，不少學生在學習中有畏難情緒。為解決這一問題，需要在吃透全部課程內容基礎上進行內容的優化整合，教師在組織教學活動中，對不同的機械零部件進行歸納與總結，找出課程的系統性和規律性，從而使學生掌握其基本內容，同時培養學生綜合分析的能力。

1.1課程內容的系統性

從課程整體內容來看，每一章基本上是研究一種機械傳動或一種通用機械零部件。從單章內容的組成上來看，可分為基本知識、基本理論和基本技能三個方面。從每章研究問題的方法和步驟來看，大致可由二條線貫串起來：一條線是基本知識線，包括功能、特點、類型、應用與維護；另一條線是分析設計線，包括工作原理、失效形式、設計準則、材料及熱處理選擇、受力分析、強度計算、設計步驟、結構設計。由于各章研究的具體對象不同，其解決問題的方法和步驟也不盡相同，但總的來講不會脫離這兩條線。在課程安排上，機械傳動和機械零部件的講解按照這二條線組織教學，可使表面互不相關的、不同的機械傳動和不同的機械零部件在設計思路上得到統一，從而加強課程的整體性、系統性，增強知識的邏輯性、條理性，消除零亂感，便于學生理解和掌握，使學生能將各部分內容有機地串聯起來，成為一個整體。值得注意的是教師應把授課重點放在分析設計線上，分析各個內容之間的因果關系和相互影響，同時還要注意強調橫向進行比較，即對不同的機械傳動、不同的機械零部件之間的差別進行強調，有利于培養學生綜合分析問題的能力。

1.2課程內容的研究性

學以致用是研究型教學追求的目標。這就要求教師在設計教學內容時，還應以科研為先導，把科研引入教學，在教學內容中反應機械設計學科發展的前沿動態和研究趨勢，充分體現機械設計教學內容的研究性特點；另一方面需要指導和組織學生進行研究性課題研究，研究性課題的設計更強調其可探索性、實踐運用性和創新性。如組織學生閱讀與教學內容相關的科研和教學論文，再結合教學內容引導學生撰寫科技小論文；組織學生到工廠參觀、調查，寫出專題調查報告，提出改進舊設備的方案和措施；在課程設計中鼓勵學生做有科研背景的題目，要求學生運用三維軟件的零件設計和智能裝配功能，對機械進行原理分析、動態干涉檢查、運動過程模擬，并且要鼓勵學生拓展思維，大膽創新。

2教學方法強調互動式與研討式

研究型教學需要活躍的課堂學術氛圍，為此課堂教學需要采用互動式、研討式的教學方法，特別是要善于激發學生聽課的熱情和積極性，使他們不僅帶著耳朵和眼睛上課，而且是帶著大腦上課[2]。

2.1如何實現互動式教學

互動式的教學方法，就是學生對老師提出的問題要有響應，學生和老師之間要有對話和交流，通過互動式教學可以及時地了解學生對所學知識的理解與掌握程度，隨時調整教學方式和節奏，確保學生能接受每一個新的知識點。互動式教學方法與灌輸式教學方法最大的差別就是師生關系由單向傳授的關系轉變為雙向互動的關系，學生在課堂上思想不能開小差，不知道教師在什么時候提問，也不知道會問些什么問題，使學生在課堂上積極思考、主動回答問題，實現了教與學的互動。

為實現互動式教學，首先需要尊重學生在教學活動中的主體地位，灌輸式教學方法強調教師在教學活動中的主導作用，互動式教學方法強調學生在教學活動中的主體地位；其次需要精心設計能夠啟發學生思維的問題，在不同的階段提不同的問題，還要考慮在什么地方設疑，教師要善于引導[3]。例如當講到齒輪傳動可以把轉動變成直線移動時，可以提問還有沒有其它傳動形式也能達到相同目的呢？這樣就會把帶傳動、鏈傳動、螺旋傳動等和齒輪齒條傳動聯系在一起了。通過不同傳動方式的想象和重新組合搭配，就可以得到兩個或更多可能的答案、設想或解決方式，為機械創新設計提供多種可能。所以教師在課堂上不只是傳授知識，更重要的是引導學生去探索未知領域，在學習中學會發現和創新。

2.2如何實現研討式教學

問題提出后，接下來就是分析問題和解決問題。研究型教學模式的特點之一就是重視對問題的探究，通過對重大實際問題和理論問題的研討、探究，使學生獲得相關知識，實現理論與實踐相結合；提倡和鼓勵爭論，允許懷疑，倡導標新立異，不求答案的唯一性。解決問題的過程中，先有定性分析，在定性分析的基礎上再作定量分析，再就是要有結論和討論，討論可以是有結論的，也可以是沒有結論的，沒有結論的就要學生自己去思考。通過討論使學生明白有些結論的局限性，逐步培養學生敢于提出問題，敢于表達自己的觀點。例如當課程講到提高螺栓聯接疲勞強度的措施一節時，可以讓學生討論對于受軸向變載荷作用的氣缸蓋螺栓組聯接，在靜強度滿足的情況下，螺栓是粗容易斷裂還是細容易斷裂？討論開始一部分同學認為螺栓越粗越容易斷裂，另一部分同學卻認為螺栓越細越容易斷裂，為什么？后一部分同學通過理論公式證明減小螺栓剛度可以提高螺栓聯接的疲勞強度，從而出現了腰狀桿螺栓和空心螺栓的設計[4]。像這樣結合工程實際問題的研究討論，一方面會引起學生的好奇心和探索欲；另一方面，也給學生留下了足夠多的時間去探究原因，這對愛動腦筋愛鉆研的學生來講是一次很好的鍛煉機會，進而增加學生的學習興趣，激發他們的想象力與創造力。

3教學手段強調先進性

機械設計中一些抽象的概念、一些具體零件的結構組成，單憑教師口頭講解未必能使學生真正領會其內在實質，若恰當采用先進的多媒體教學手段，可以展示各類不易觀察的零件內部結構與動態特征，機械設計多媒體課件精選了大量機械產品的應用實例照片和錄像，內容涉及機械制造、工程機械、建筑機械、輕工機械等，使學生認識、了解進而理解這些機械產品的工作原理、組成與特征等，充分發揮了視覺和聽覺有機結合的綜合優勢。先進的教學手段可以幫助解決以下幾個問題。

3.1解決傳統教學中的講授難點

CAI課件可以發揮多媒體的綜合優勢，重點解決傳統教學中的講授難點。例如，利用CAI的動態圖形畫面，再現帶傳動在運動過程中的應力變化及分布情況。將一些黑板教學不易描述講清，學生難以理解，實驗中又看不到的現象，直觀而形象地展示出來。使用課件授課教師講解省力，學生又感到形象生動，使學習由難變易。

3.2變枯燥的結構內容為形象內容

機械設計是一門綜合能力的培養課，包括培養學生運用強度等理論對零件進行計算的能力、運用手冊資料的能力及對機械結構設計的能力。學生在這三項能力中結構設計的能力最差。許多學生想象不出各類軸轂聯接的結構形式，看不懂聯軸器、離合器的結構圖，更難理解其動作過程。而多媒體技術以動畫、虛擬現實等多種方式，突出零部件的結構實質，演示零部件的結構和裝配過程，凡涉及機械結構的內容，先看實體動畫，在學生有了感性認識的基礎上，再講解工作原理和特點，使枯燥、乏味的結構內容轉化為形象、有趣的動感內容，增強了學生對零件結構的認識。

3.3啟發學生的創新能力

將自編的動畫軟件應用于教學中，能將抽象的知識轉化成看得見、摸得著、容易理解的知識[5]。如在講到“蝸輪蝸桿傳動”這節內容時，單憑書上的平面示意圖對蝸輪蝸桿的結構無法講解清楚，就更不用說講解傳動的工作原理了。采用形象逼真的蝸輪蝸桿動畫軟件來輔助講解，能提高學生的理解程度，從而也提高了授課效率。在教學過程中，將一些動畫模型軟件在課堂上當場演示給學生觀看，大大激發他們的學習、創作熱情，并能引導他們積極地投入到科研中去，使他們不只是為考試而學習，有利于挖掘出他們的內在潛力。

機械設計課程采用研究型教學模式是回歸教育理念、促進學生全面發展的重要舉措；研究型教學模式體現了寓教于研的核心思想，它以教育理念的創新，推動教育內容、教育方法以及教育手段的全面創新；它以學生為主體，實行邊學習、邊研究、邊實踐的教育過程，有利于更好地培養學生分析問題、解決問題的能力以及創新設計和科學研究的能力，從而取得良好的教學效果。

參考文獻

1高虹.從美國理工科本科教學改革看研究型教學[J].物理與工程，2004，14(2):12-14.

2 趙韓強，趙樹凱，余沛明.研究性教學模式的實踐與思考[J].中國電子教育，2006，(2):48-51.

3王輝全.試論研究型教學[J].康定民族師范高等專科學校學報，2001，2(2):41-42.

4 濮良貴，紀名剛.機械設計[M].北京:高等教育出版社，2001:86.

5 趙韓強，趙樹凱，余沛明.研究性教學模式的實踐與思考[J].中國電子教育，2006，(2):48-51.