“機械設計基礎”教學研究

[摘 要]“機械設計基礎”是高等學校工科專業的一門重要的技術基礎課。為提高非機械類工科專業大學生學習該門課程的興趣，提高學生的學習積極性和教學效果，應該在理論教學環節采用模塊化教學方法和案例驅動教學方法，在重視實驗和課程設計等實踐教學環節的同時，應發揮“全國大學生機械創新大賽”等各級各類機械創新設計比賽在該門課程教學中的作用。通過理論教學和實踐教學，在提高大學生理論聯系實際能力的同時，培養和提高大學生的創新能力。

[關鍵詞]模塊化教學方法 任務驅動教學方法 創新能力

[中圖分類號] G642.0 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437（2014）17-0088-02

一、引言

“機械設計基礎”是高等學校工科的一門重要的技術基礎課，本門課程將為有關專業的學生學習專業機械設備課程提供必要的理論基礎。通過該課程的理論學習和實驗、課程設計等教學實踐，可使學生初步具備運用手冊設計簡單機械傳動裝置的能力，為日后從事技術革新創造條件。

“機械設計基礎”課程一直以來給教師和學生留下比較枯燥的印象，對于非機類工科專業的大學生更是如此，導致學生學習該課程的興趣不足，因此教學效果有待提高。許多教師為提高學生學習該課程的積極性和本課程的教學效果而積極開展教學研究，但是效果還不盡如人意。本文試圖從理論教學和實踐教學兩方面探討如何提高非機類工科專業大學生學習“機械設計基礎”課程的興趣的問題，從而提高學生學習該課程的積極性和該課程的教學效果。

二、理論教學環節

（一）教學安排

“機械設計基礎”的理論教學部分主要研究機械中的常用機構和通用零件的工作原理、基本的設計理論和計算方法。目前絕大多數教材都是先介紹機械原理即常用機構，后介紹機械設計理論即通用零件的編制方案，因此教師一般也按照先介紹平面機構、凸輪機構和齒輪機構等常用機構，后介紹齒輪、帶、軸等通用零件的教學安排來講授該課程。但機構本身是由零件組成的，且機構與零件是相互聯系、相互交叉、不可分割的，人為地把機構與零件分開來講授缺乏連貫性，不利于學生更好地掌握該課程。

本文提出了一種更符合教學規律的模塊化教學方法，即把本門課程需要講授的內容分成六大模塊，每一模塊由相關的任務組成。此如，把連桿機構和凸輪機構歸為一個模塊，稱為“常用機構的設計”；把齒輪機構、輪系、齒輪傳動和蝸桿傳動歸為“齒輪傳動的設計計算”模塊等。模塊化教學方法更有利于促進機構與零件的相互融合，符合實際情況；更有利于學生將各個知識點聯系起來，從而更好地學習和掌握該門課程。

（二）實現理論與實踐的統一

常用機構和通用零件的理論教學固然是“機械設計基礎”課程的重要教學環節，但只有參加機械設計實踐，才能使學生綜合運用所學知識，解決實際問題。傳統的教學方法是在理論教學環節全部結束后，再進行課程設計實踐教學環節。但在執行理論教學環節過程中，如果能同時進行課程設計實踐教學環節，將更有利于理論與實踐的統一，更能提高學生的學習興趣，更有助于學生掌握相關知識。因此，本文提出了案例驅動教學方法，即針對模塊化教學方法中每一模塊的相應任務，采用案例驅動的教學方法。如在講授模塊“常用機構的設計”的第一個任務“平面四桿機構的設計”時，首先通過具體案例如公交車門、焊接夾具等指出本次的任務是設計在生產生活實際中廣泛使用的平面四桿機構，然后對如何完成該任務進行分析和分解，再講授相關知識點即平面機構的自由度和速度及平面連桿機構，最后指導學生根據相關任務擬制一個具體的設計方案。

三、實踐教學環節

實踐教學環節對學生加強“機械設計基礎”課程的學習和理解、培養和提高其機械設計能力具有重要的作用。“機械設計基礎”的實踐教學環節主要包括實驗和課程設計兩方面。其中，實驗是理論聯系實際的重要環節，可以使學生驗證、鞏固和加深所學的基本理論，訓練學生相關的實驗方法、能力、測量技能，養成踏實細致、嚴謹認真的作風。本課程主要包括三個實驗：機構運動簡圖繪制、齒輪范成和減速器裝拆實驗。其中，前兩個實驗是驗證性實驗，減速器裝拆屬于綜合性實驗。“機構運動簡圖繪制”實驗要求學生在教師的指導下掌握一般機構的測繪技能，驗證機構運動是否具有確定性，鞏固和擴展學生對機構結構的認識。“齒輪范成”實驗要求學生在教師的指導下，觀察用范成法形成漸開線齒廓的過程、齒廓根切現象及變位修正后獲得的齒形；理解范成原理，分析和驗證根切原因和修正后齒輪的尺寸變化；掌握應用游標卡尺（或公法線卡尺）測量漸開線直齒圓柱齒輪基本參數的方法，加深理解漸開線的性質及齒輪各參數之間的關系。“減速器裝拆”實驗則要求學生達到如下目標：1.了解機構拆裝的基本要求；2.了解機構中各零件的結構形狀、裝配關系及功用；3.了解箱體的結構尺寸，進一步理解軸系部件的結構和作用；4.了解潤滑和密封的方法。

傳統的課程設計是教師給定一個詳細范例（指導書），如根據帶式輸送機的傳動裝置設計，讓學生再現一次與范例雷同的實物設計。同時，由于設計題目單一，往往是好幾屆學生重復設計一臺圓柱齒輪減速器，而對于連桿機構和凸輪機構的設計，在課程設計中一般沒有涉及。這種教學方式可以使學生初步了解機械產品設計過程的方法與步驟，但在學生對該課程相關知識的綜合掌握方面，以及在學生創新精神和實踐能力的培養等方面有較大的缺陷。為克服傳統課程設計實踐教學環節存在的不足，我們在理論教學環節采用案例驅動教學方法鼓勵學生針對具體任務擬制設計方案的基礎上，在課程設計階段應針對擬制的設計方案進行詳細的設計計算。由于設計任務幾乎涵蓋了該課程的全部內容，而相應的設計方案不只一套，從而避免了傳統課程設計實踐環節設計題目的單一性問題。

創新是民族進步的靈魂，是國家興旺發達的不竭動力，而培養創新型人才是大學教育的目標與責任之一。教師在重視實驗和課程設計實踐教學環節的同時，還應拓展學生參加實踐的機會，比如鼓勵學生積極參加“全國大學生機械創新設計大賽”等各級各類機械創新設計比賽，以賽促學，從而達到更好的教學效果。

為培養學生的創新精神、創新意識和創新實踐能力，落實好教學實踐環節，提高大學生的綜合素質，我校從2007年始已成功舉辦六屆大學生創新創意大賽。而“全國大學生機械創新設計大賽”是由教育部高等教育司發文舉辦的一項全國大學生重要科技競賽活動，也是由教育部和財政部資助的全國大學生九大賽事之一。該大賽舉辦的目的在于引導高等學校在教學中注重培養大學生的創新設計能力、綜合設計能力與團隊協作精神；加強學生動手能力的培養和工程實踐的訓練，提高學生針對實際需求進行機械創新、機械設計、工藝制作等實踐工作能力；吸引、鼓勵廣大學生踴躍參加課外科技活動，為優秀人才脫穎而出創造條件。大賽因其選題的現實意義、涉及知識和技能的綜合性、組織的規范化和高校的高度重視，為促進學生綜合素質的培養提供了實施的平臺。

圍繞全國大學生競賽項目主題，學校進行了多次的校內外參賽作品制作和選拔賽。如機電工程學院為鼓勵學生積極參加“全國大學生機械創新設計大賽”，于2007年成立學生機械創新科技興趣小組。從第三屆開始，已連續參加了三屆“全國大學生機械創新設計大賽”，并在著手準備參加“第六屆全國大學生機械創新設計大賽”。參賽作品“全自動植樹車”獲慧魚組競賽一等獎，“路面自適應智能除雪車”“全自動盤類清潔機”等獲慧魚組競賽二等獎；“全自動植樹車”“自動化立桿機”“健康飲食定量添加器”等獲決賽二等獎。

實踐證明，鼓勵學生積極參加各級各類機械創新設計比賽不但有利于提高學生自身的機械創新能力、專業能力、解決問題能力和社會交往能力，還能在學生中起到顯著的示范作用，從而激發學生學習“機械設計基礎”這門課程的興趣。

四、結語

本文從理論教學和實踐教學兩方面探討了如何提高非機械類工科專業大學生學習“機械設計基礎”課程的興趣的問題，提出在理論教學階段采用模塊化教學方法和案例驅動教學方法，同時提出重視實驗、課程設計和各級各類創新設計比賽等實踐教學環節對該門課程的促進作用的建議。通過理論教學和實踐教學改革，培養學生的創新精神和實踐能力，培養適應社會需要的機械創新型人才。

[ 參 考 文 獻 ]

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[責任編輯：覃侶冰]