《機(jī)械設(shè)計》課程系統(tǒng)教學(xué)法理論研究與實(shí)踐

劉利國　李靜娟　盧學(xué)玉　錢善華

摘要：系統(tǒng)論是要求人們在研究和處理問題時，始終把研究對象看作一個有機(jī)體，把系統(tǒng)論理論引入機(jī)械設(shè)計課程教學(xué)，構(gòu)建機(jī)械設(shè)計課程系統(tǒng)教學(xué)法，并規(guī)劃了用于系統(tǒng)教學(xué)的典型案例和方法，進(jìn)行了面向卓越工程師培養(yǎng)的機(jī)械設(shè)計課程教學(xué)的研究和實(shí)踐。該教學(xué)法將有利于“卓越工程師培養(yǎng)計劃”的實(shí)施和高素質(zhì)應(yīng)用型人才的培養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：機(jī)械設(shè)計課程；系統(tǒng)教學(xué)法；卓越工程師培養(yǎng)；提升絞車；減速器

中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2015）08-0171-02

機(jī)械設(shè)計課程是機(jī)械類各專業(yè)中非常重要的一門專業(yè)基礎(chǔ)課程。江南大學(xué)機(jī)械設(shè)計課程服務(wù)的專業(yè)有機(jī)械設(shè)計、機(jī)械制造、機(jī)電一體化、模具制造及過程控制專業(yè)，涵蓋了江南大學(xué)“卓越工程師培養(yǎng)計劃”的試點(diǎn)專業(yè)。機(jī)械設(shè)計課程具有基礎(chǔ)性、設(shè)計性、實(shí)踐性和綜合性等特點(diǎn)，是培養(yǎng)學(xué)生綜合應(yīng)用所學(xué)知識分析和解決工程實(shí)際問題能力、訓(xùn)練工程師的基本技能、培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新性思維和設(shè)計能力的重要課程。為了適應(yīng)21世紀(jì)科技發(fā)展和社會競爭對人才培養(yǎng)的要求，高等教育中必須加強(qiáng)對學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。以學(xué)生為主體，注重教學(xué)法研究，激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新意識與競爭意識，不斷豐富教學(xué)改革成果，提高學(xué)生解決實(shí)際問題的能力。

一、傳統(tǒng)的教學(xué)模式存在的主要問題

1.教師按章節(jié)授課，把每章知識孤立分割教學(xué)，學(xué)生知其然而不知其所以然，所學(xué)的知識在學(xué)生腦海里是雜亂無章的，無法提起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

2.教學(xué)手段和方法仍存在不足。雖然CAI等教學(xué)課件的引入提高了課堂容量和課堂效率，但從培養(yǎng)學(xué)生能力尤其是創(chuàng)新能力上看，效果不顯著。

3.重視理論，重視知識的培養(yǎng)，重視教師的主導(dǎo)作用，因而對綜合分析能力、實(shí)際應(yīng)用能力、創(chuàng)新能力的培養(yǎng)不足，學(xué)生主動學(xué)習(xí)精神較差。

二、機(jī)械設(shè)計系統(tǒng)教學(xué)法研究

系統(tǒng)教學(xué)法是以具體機(jī)械設(shè)備（項(xiàng)目）為背景；以學(xué)生、項(xiàng)目和實(shí)際經(jīng)驗(yàn)為中心，而不是傳統(tǒng)的教師、教材和課程。把整個課程內(nèi)容在一臺具體機(jī)械設(shè)備上得到有機(jī)的整合，使機(jī)械設(shè)計各章節(jié)內(nèi)容與課程體系銜接地更加緊湊、順暢。學(xué)生開始接觸課程就了解了科學(xué)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)脑O(shè)計思想。教師在授課過程中根據(jù)相關(guān)章節(jié)的零部件在機(jī)械設(shè)備中的作用，通過結(jié)合具體實(shí)物講述，使學(xué)生對相關(guān)內(nèi)容零部件的作用產(chǎn)生較高認(rèn)識，對每一個零部件的理解與選擇，必然會達(dá)到“學(xué)有所用”的要求。系統(tǒng)教學(xué)法課堂理論教學(xué)以改變過去傳統(tǒng)單獨(dú)各章節(jié)的分散學(xué)習(xí)，知識體系雜亂無章，使學(xué)生出現(xiàn)“知其然不知其所以然”的現(xiàn)象。通過對這些基本內(nèi)容的學(xué)習(xí)去掌握有關(guān)的設(shè)計規(guī)律和技術(shù)措施，從而使學(xué)生具有設(shè)計其他通用零部件和某些專有零部件的能力。系統(tǒng)教學(xué)法特點(diǎn)：①系統(tǒng)性。整個課程內(nèi)容作為一個系統(tǒng)，每個章節(jié)內(nèi)容作為要素。②典型性。具體機(jī)械設(shè)備包含大多數(shù)機(jī)械設(shè)計課程的知識。③目的性。學(xué)習(xí)通用機(jī)械零件的設(shè)計與選型。④科學(xué)性。根據(jù)學(xué)生理解具體情況，靈活掌握、實(shí)施教學(xué)。⑤直觀性。設(shè)備結(jié)構(gòu)和各個零部件的作用一目了然。⑥應(yīng)用性。應(yīng)用書本理論直接解決設(shè)備失效的問題。⑦關(guān)聯(lián)性。充分體現(xiàn)各個零部件相互關(guān)聯(lián)關(guān)系。

三、機(jī)械設(shè)計系統(tǒng)教學(xué)法實(shí)踐

“系統(tǒng)教學(xué)法”的核心是一臺具體機(jī)械設(shè)備，具體如何實(shí)施教學(xué)，可以根據(jù)具體情況靈活掌握。設(shè)備應(yīng)具有形象化、具體化的特點(diǎn)，與傳統(tǒng)教學(xué)中的舉例有本質(zhì)的區(qū)別，是把整個課程知識作為一個系統(tǒng)，而系統(tǒng)又是以一臺具體設(shè)備而體現(xiàn)的，各章節(jié)的知識通過設(shè)備零部件的設(shè)計和選型來學(xué)習(xí)。設(shè)備零部件具有形象化、具體化的特點(diǎn)，以提升絞車作為一臺具體設(shè)備實(shí)例教學(xué)。課程教學(xué)前，學(xué)生首先通過視頻了解這臺設(shè)備的用途，然后到實(shí)驗(yàn)室參觀，讓學(xué)生確實(shí)感受到設(shè)備的外形。教師上課根據(jù)視頻首先介紹其工作原理以及各個部件的功能和作用，讓學(xué)生清楚認(rèn)識到學(xué)習(xí)這門課程的目的就是要學(xué)會這臺機(jī)器的設(shè)計。在教學(xué)中要始終貫穿“使用場合—失效形式—受力分析—強(qiáng)度計算—結(jié)構(gòu)設(shè)計”這一主線，本課程的學(xué)習(xí)分成三個單元進(jìn)行，機(jī)械零件的疲勞強(qiáng)度設(shè)計和主要零部件，諸如齒輪傳動的強(qiáng)度計算、軸的設(shè)計、滾動軸承的選擇及組合設(shè)計、螺紋連接的強(qiáng)度計算及螺栓組連接的受力分析等內(nèi)容列為重點(diǎn)內(nèi)容作為減速器的重要組成部分，作為第一單元知識，在課堂上重點(diǎn)講授；而把比較易于理解的某些章節(jié)，如機(jī)械零件常用材料和選擇原則、過盈連接、摩擦輪傳動等列為一般性內(nèi)容，安排學(xué)生自學(xué)。

第一單元——減速器。①減速器原理。強(qiáng)調(diào)是原動機(jī)和工作機(jī)之間的獨(dú)立的閉式傳動裝置，是一種相對精密的機(jī)械，用來降低轉(zhuǎn)速和增大轉(zhuǎn)矩，以滿足工作需要。設(shè)計減速器時，應(yīng)根據(jù)工作機(jī)的選用條件、技術(shù)參數(shù)、動力機(jī)的性能、經(jīng)濟(jì)性等因素。②齒輪。通過視頻和圖片，讓學(xué)生理解齒輪的失效形式，然后講解制造齒輪需要材料和熱處理、齒輪的受力和強(qiáng)度計算、齒輪的加工精度和效率、齒輪的潤滑和齒輪的設(shè)計、材料、加工熱處理。③軸。根據(jù)減速器中軸具體結(jié)構(gòu)進(jìn)行教學(xué)，還要結(jié)合齒輪的結(jié)構(gòu)和受力分析講授軸的結(jié)構(gòu)，對軸的設(shè)計、材料、加工工藝、熱處理和精度公差要結(jié)合實(shí)際詳細(xì)講解，并對軸的失效形式和國內(nèi)外最新維修方法進(jìn)行介紹。④鍵連接。結(jié)合減速器的齒輪和軸進(jìn)行教學(xué)，解釋鍵的作用，重點(diǎn)學(xué)習(xí)平鍵和花鍵的選型計算和實(shí)效形式，其他類型的鍵作為擴(kuò)展知識進(jìn)行介紹。⑤軸承。結(jié)合減速器的軸系，解釋軸承的作用，介紹軸承的種類，重點(diǎn)學(xué)習(xí)軸承的選型計算；結(jié)合減速器的工作特點(diǎn)學(xué)習(xí)軸承的潤滑和實(shí)效失效形式。⑥螺栓連接。以減速器箱體的各種螺栓為例，學(xué)習(xí)螺栓連接的種類、應(yīng)用特點(diǎn)和使用場合、預(yù)緊力的作用、防松的措施、引伸學(xué)習(xí)螺栓的強(qiáng)度計算和提高強(qiáng)度的措施。

第二單元——提升絞車其他部件。①聯(lián)軸器。首先根據(jù)提升絞車介紹各個聯(lián)軸器的作用，重點(diǎn)學(xué)習(xí)聯(lián)軸器的選型設(shè)計，聯(lián)軸器的種類以自學(xué)和課堂討論為主。②剎車器。教師簡單介紹提升絞車中剎車器的作用和類型。

第三單元——機(jī)械其他知識。①帶、鏈和蝸輪蝸桿傳動。學(xué)習(xí)這部分知識時，要把這三章內(nèi)容進(jìn)行整合，改變過去按章節(jié)分別教學(xué)的方式。首先采用對比法進(jìn)行教學(xué)，就是以齒輪傳動為參照物，重點(diǎn)介紹三種傳動的特點(diǎn)、應(yīng)用場合，然后再分開單獨(dú)學(xué)習(xí)。②摩擦、磨損及潤滑。學(xué)習(xí)時以減速器為例，講解摩擦和磨損的危害以及潤滑的作用。重點(diǎn)學(xué)習(xí)潤滑劑的選用和潤滑方式。③機(jī)械零件強(qiáng)度。結(jié)合齒輪、軸和軸承的失效形式，學(xué)習(xí)材料的疲勞特性；結(jié)合齒輪、軸和軸承的工作中的受力形式，學(xué)習(xí)交變應(yīng)力特性。要通過具體減速器齒輪、軸和軸承的失效案例，使學(xué)生掌握零件疲勞破壞的危害。

“卓越工程師培養(yǎng)計劃”人才培養(yǎng)模式是“重實(shí)踐、強(qiáng)能力”。為此，更新教育思想和觀念，加強(qiáng)機(jī)械設(shè)計課程的改革和建設(shè)。改進(jìn)教學(xué)方法，采用先進(jìn)的教學(xué)手段，樹立崇高的敬業(yè)精神，只有三者結(jié)合起來，才是搞好《機(jī)械設(shè)計》課程教學(xué)工作的根本途徑。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳忠，盛毅華.現(xiàn)代系統(tǒng)科學(xué)學(xué)[M].上海科學(xué)技術(shù)文獻(xiàn)出版社，2005.

[2]濮良貴，紀(jì)明剛.機(jī)械設(shè)計[M].第八版.北京：高等教育出版社，2006.

[3]金曉怡.機(jī)械設(shè)計課程案例教學(xué)的研究與實(shí)踐[J].機(jī)械制造與自動化，2011，（3）：73-76.

[4]高林，等.發(fā)展應(yīng)用性高等教育若干基本問題的研究[J].中國高教研究，2008，（05）：44-47.

[5]蘭自志.機(jī)械設(shè)計課程改革的幾點(diǎn)思考[J].南平師專學(xué)報，2006，（2）：117-119.endprint