近機械類專業機械設計基礎課教學方法研究與實踐

摘 要：近機械類專業機械設計基礎課具有很強的理論性、綜合性和實踐性，要求學生不僅要牢固掌握基礎理論知識，而且要結合生產實踐中積累的技術經驗，具備將所學知識運用到工程實踐中的能力，從而解決在開發、設計、制造、安裝、運用和修理各種機械時遇到的理論和實際問題。因此，在課堂教學中，教師必須采用合適的教學方法，使該課程成為一門能切實提高學生理論知識水平和實際應用能力的課程。

關鍵詞：近機械類專業；機械設計基礎；教學研究；教學方法

機械設計基礎課是工程力學、機電一體化、化工過程機械等近機械類專業的一門重要的理論基礎課，在學生專業課程學習中起著承上啟下的關鍵作用，既是理論力學、固體力學、材料力學、機械制圖、金工實習等先修課程的綜合運用，又為學生學習各專業課程提供了必要的機械理論基礎。該課程具有很強的理論性、綜合性和實踐性，要求學生不僅要牢固掌握基礎理論知識，而且要結合生產實踐中積累的技術經驗，具備將所學知識運用到實際工程實踐中的能力，從而研究和解決在開發、設計、制造、安裝、運用和修理各種機械時遇到的理論和實際問題。因此，在課堂教學中，教師必須采用合適的教學方法，使該課程成為一門能切實提高學生理論知識水平和實際應用能力的課程。這是一項重要而具有一定難度的工作，也是該課程教師多年來一直探討的熱點問題。

一、機械設計基礎課的教學內容和要求

機械設計基礎課主要研究機械中的常用機構和通用零件的工作原理、結構特點、計算方法和基本設計理論等。課程教材內容分為兩部分，前半部分主要講述各類機構共有的特點（機構自由度計算、運動分析、速度波動調節和回轉件平衡）和各種常用機構（平面連桿機構、凸輪機構和齒輪機構）的基本原理和設計應用；后半部分主要講述常用連接（螺紋連接、鍵連接、銷連接）、機械傳動（齒輪傳動、帶傳動、鏈傳動）、軸系零部件（軸承）等。

針對近機械類專業，教師在授課過程中應強調“夯實理論基礎”和“加強知識運用”，突出基本素質和應用能力并重的培養理念，而不應過于強調理論知識的深度。因此，教師在教學中應強調學生對基本知識、基本原理的牢固掌握，并注重解決實際問題能力的培養，在整個教學過程中圍繞這一教學要求與學生一起開展教學活動，并注重激發學生的學習興趣和積極性。

二、機械設計基礎課傳統的教學形式

現今，課堂授課仍然是大學教師的主要教學方式，教學過程依然是一種“填鴨式”教學。在這種教學中，學生是被動地接受知識。例如：直動滾子從動件盤形凸輪輪廓曲線的設計，是機械設計基礎課程中的一個重要教學內容，由于受到從動件運動規律、基圓半徑、滾子尺寸、包絡線畫法等多種因素的影響，僅靠教師口頭講述，對近機械類專業學生來說，掌握起來比較困難。

機械設計基礎課程是一門涵蓋面廣、內容龐雜、理論性和實用性很強的學科，而學時有限，僅有56學時，若只靠教師課堂講授，一定會影響學生對更多機械方面知識的掌握，限制對學生分析、設計和解決問題能力的培養。而且，該課程要求學生必須具備扎實的數學、力學理論知識，特別是理論力學、流體力學、積分變換等知識。筆者在教學中發現，學生除了能運用一些高等數學中的知識，其他相關知識已經忘得差不多了。這樣會影響學生的學習興趣。此外，傳統的教學形式相對單一，教師在課程教學中對于一些復雜抽象的內容，口頭表述困難，學生理解起來也很吃力，教學效果不理想。

三、機械設計基礎課教學方法探索與實踐

針對機械設計基礎課，授課教師不但需要有扎實的機械理論知識和豐富的工程實踐經驗，而且需要具備良好的“傳道、授業、解惑”的能力，即注重采用先進、靈活、多樣的教學方法，激發學生學習興趣，調動學生學習積極性，啟發學生主動思考，活躍課堂氣氛，提高課堂教學信息量，擴展學生的知識面，培養學生的實際應用能力。

1.教學方法的選擇與設計

機械設計基礎課涉及知識面廣、知識點多，而近機械類專業和機械類專業要求不同，課程的內容設置也應有所不同。因此，在內容設置上應以一本教材為主，其他教材為輔，借助多媒體教學手段并結合現代化的網絡工具，滿足教學基本要求，精選內容，突出特色，反映學科新成就，充分注意教學內容的適用性和應用性，將不同來源渠道（教材、教輔書籍、網絡、實物）的相關知識整合成適合學生學習的教學內容。同時，教師也應鼓勵學生利用課余時間到圖書館或在網絡上搜索相關知識，以課堂討論的形式幫助學生鞏固課堂所學和擴寬知識面。教師還應在這些過程中不斷充實新內容，以做到不斷更新、與時俱進。

2.教學方法的確定與實施

一是激發學生的學習興趣和積極性。教師只有激發學生對新知識的好奇心和興趣，學生才會更加積極主動地學習。在教材前半部分的教學中，教師要讓學生在掌握機構的自由度計算和運動分析的基礎上，認識各種常用機構，通過平面連桿機構、凸輪機構、齒輪機構3種典型的機構系統了解機構的組成形式、工作原理和運轉特性，用系統的觀點將各類機構聯系起來。教師應向學生說明不要孤立地去認識單個的機構以及機構設計，而應前后聯系起來，掌握機構分析、設計的基本理論和方法，確定機構設計的要求。例如：教師在講授第一章“機構的自由度計算”時，明確機構自由度在實際工作中的重要意義，講授計算自由度的方法，并列舉工程實際中的相關例子進行練習。

教師在按順序講授平面連桿機構、凸輪機構、齒輪機構這三大常用機構時，通常會面臨學生初學時難以建立各類機構間聯系的問題。這時，教師可以內燃機為例，向學生展示一些圖片和視頻（如香港科技館中展出的八缸和六缸往復式四沖程內燃機運動視頻），讓學生對內燃機有一些感性認識；然后介紹往復式四沖程內燃機工作過程的四個沖程運動，明確了三大機構在這一過程中的作用及相互連接關系，能就將這三大機構非常自然地聯系起來。學生看到先進機器的視頻，可以激發其濃厚的學習興趣，更容易理解內燃機工作原理及組成，加深對三大機構的認識和理解，從而使教學收到良好的效果，并且，教師通過畫出內燃機機構運動簡圖、計算自由度、考慮速度波動及轉子平衡、螺紋連接、軸系設計等問題，很自然地將教材要求講述的所有重要內容都聯系在一起。所以，教師應該在講授第一章內容時，詳細介紹內燃機的工作原理，并在后面各章節的教學中注意聯系。

二是采用多種手段豐富教學方法。在課程教學中，連桿機構、凸輪機構和齒輪機構設計計算部分，以及螺紋連接、帶傳動、軸系計算等部分都涉及較為復雜的數學計算，教師口頭講述費時費力，學生也感到枯燥無味，不能更好地從宏觀的、工程的角度理解設計過程，無法進行創造性思維。為解決這個問題，筆者所在教研室做了很多工作。2006年基于VB開發了一套機械原理、機械設計基礎課程機構教學輔助應用軟件，以典型機構為分析對象，通過編程實現數據的輸出、圖形的輸出以及程序設計輔導，其核心功能模塊為設計計算演示模塊。該軟件包括平面連桿機構、凸輪機構、齒輪機構三個獨立的計算演示子模塊。例如：凸輪機構模塊可完成五種基本廓形的設計和分析，可實現五種不同的從動件運動規律，輸入原始參數后可點擊按鈕輸出凸輪理論廓線和實際廓線的縱、橫坐標，以及從動件的位移、速度和加速度等參數，也可輸出推程或回程的最大壓力角等；還可以輸出凸輪機構圖形結果，包括動態演示、位移、速度、加速度運動規律曲線。該軟件應用于課堂教學后，由于使用方便，設計結果顯示直觀，能夠激發學生的學習興趣，并顯著提高學生計算機輔助機構設計與分析的能力，受到了學生普遍好評。因此，我們不斷對該軟件進行改進和完善，現已擴展不少功能，多年來一直是教學中不可缺少的輔助工具。

在教學中，筆者還利用大型通用軟件進行相關內容的輔助教學，既可以避免大量的復雜計算，又可以將分析結果生成圖形、動畫等，使教學更加生動形象，從而激發學生的學習興趣，發揮學生的主觀能動性，訓練學生的創造性思維。

針對近機械類專業的教學要求，筆者通過對傳統教學模式的分析，在教學過程中進行教學方法的改進和實踐，使學生較好地掌握了該課程的基本理論，并主動地將理論應用到實際中，積極以計算機為輔助工具進行工程分析與計算，為其將未來更好地從事相關專業工作打下了堅實的基礎。

參考文獻：

[1]劉竹麗，陳江義，王迎佳. 基于VB的《機械原理》機構教學輔助工具開發[J]. 中原工學院學報，2006，（17）.

[2]楊可楨，程光蘊，李仲生. 機械設計基礎（第五版）[M] .北京：高等教育出版社，2006.

責編：思 源