淺談機械設計課程的教與學

鄭銀環+江連會+燕松山+胡敏

摘 要 從教學體系、教學方法、教學手段等方面對機械設計課程提出了一些具體建議，并從創新能力教育的角度，闡述了教學過程中，針對性地訓練學生的計算機輔助設計（CAD）能力是機械類專業機械基礎課程教學改革的趨勢。

關鍵詞 機械設計 教學體系 教學手段 教學方法 創新能力

中圖分類號：G424 文獻標識碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdkz.2017.07.052

本科工程教育中，人才培養改革越來越受到重視。機械設計課程是本科院校機械類、近機類專業的一門重要的技術基礎課，它不同于學生前期先修課程中所學的理論力學、材料力學等理論基礎課，也不同于機床設計、 夾具設計、汽車設計等后續專業技術課，它處于理論基礎課與專業技術課之間，將基礎理論與專業技術聯系起來。機械設計課程的教學過程同其他任何課程一樣，也包括教師與學生兩個主體，存在著教與學兩個方面。機械設計課程有“內容多、零件類型多、參數、公式、圖表多，設計方法難以統一”等特點，學生普遍感覺難以掌握、難以記憶，教師認為不好教， 學生認為不好學。其實仔細分析各章內容，還是可以發現其中的一些規律的。

1 教學體系優化

老師必須明確教學要求，吃透教學內容，做到收放自如。機械設計課程主要研究通用機械零部件的設計，理論基礎知識綜合應用性強。學生在這一時期剛剛開始知識綜合應用訓練，一時難以入門。為使學生首先建立設計概念，在教學中設計“使用場合—失效形式—受力分析—強度計算—結構設計”的課程主線，以疲勞強度設計和齒輪傳動等主要零部件的強度計算、軸的設計、滾動軸承的選擇及組合設計、螺紋連接的強度計算及螺栓組連接的受力分析等內容為內容重點講授。把機械零件常用材料和選擇原則、過盈連接、摩擦輪傳動等比較易于理解的某些章節列為一般性內容設為自學。對于因課時調整而引起的教學時間緊張問題，要找準主要問題，精讀細講，搭建知識構架。對于次要問題，科學地組織教學，設置情景模式，鼓勵學生自主學習。這樣有針對性地教學，邏輯清楚、主次分明， 可使內容重點突出，知識深入淺出。

2 教學方法改進

師生都是課堂主體，在教學活動中扮演不同角色，課堂是師生共有，融洽的師生關系，良好的教學氛圍，有利于師生互動交流。作為一名教師，首先必須具有符合身份的道德情操，良好的精神面貌和儀容儀表，擯棄不良語言習慣。講課語調和笑容應使學生感到舒暢，對待學生態度寬容，尤其是在思考問題的層次和深度上，即使是學生提出很膚淺的問題，教師也絕不能流露出任何不耐的表情，要有不厭其煩的耐心，使學生敢于提問，真正做到德高為范。良好的教學環境和氛圍，融洽的師生關系，有助于學生接受知識，加深記憶，理解的潛力也會得到極大的發揮。

充分備課，有的放矢。作為教學活動中處于主導地位的主體——老師，如何最有成效地進行教學，關鍵是要備好課，包括除教學內容的準備、教學方法設計以及教學課時分配。設計教學方法主要考慮如何提出要講的問題，怎樣進行分析，最后得到什么結論。在教學過程中，可設計何處舉例，何處提問，何處總結等等。比如“帶傳動設計”中的彈性滑動，這是一個非常抽象的概念，是該章的一個難點。彈性滑動是帶傳動的典型特性，是肉眼觀察不到的一種現象，僅按照教材平鋪直敘地講授，學生往往迷惑不解。可以換一種方式，備課時準備簡單的小實驗，用實驗的方法來解釋彈性滑動。課堂上可以用一根橡皮筋和一個玩具車的輪子來演示、模擬實驗，課后再讓學生去實驗室做實驗。這樣學生容易理解和掌握“彈性滑動”的概念，也能理解彈性滑動中的滑動弧、滑動角、靜弧、靜角等概念。備課的關鍵在于如何提出啟發性的問題，以啟發學生的思維和求知欲，把學生的注意力引導到所提的問題上來。課堂總結要簡明扼要，條理清楚，便于學生記憶。

課堂教學應充滿自信，講課語言簡練、語調抑揚頓挫，用準確的專業術語來表達所講授的概念和內容，才能使學生對這門課程不感到枯燥乏味。肢體語言和常見的生活事物往往能使深奧的技術問題簡單化，自制一些簡單教具，如自制四連桿機構、曲柄機構等。講授斜齒輪螺旋角方向的判定方法時，在黑板上畫出兩個不同旋向的斜齒輪，面對齒輪，沿著齒輪的軸線方向看，可見側輪齒向左傾斜的齒輪是左旋齒輪，向右傾斜的齒輪就是右旋齒輪，并可由此引伸出螺紋、蝸桿等零件的旋向判定。又例如對于潤滑油粘度與溫度的關系問題，用生活必需品食用油來說明等等。這樣的課堂，學生能參與其中，感覺形象、生動，課堂氣氛活躍，學習主動性高，可達到好的教學效果。

3 教學手段多樣

機械設計課程內容不僅具有前述的“內容多、難掌握”的特點，而且實踐性要求也很高。面對沒有實際經驗的本科學生，教師應采用多種教學手段組織教學內容，培養學習興趣，提高教學效果。充分利用動畫技術、微課等現代技術和授課形式。例如講授軸的結構設計時，可利用CAI動畫演示軸的設計過程， 層次分明、一目了然，學生理解容易，記憶深刻。但是在講到蝸桿傳動的主平面及蝸桿傳動的自鎖現象時，僅平面圖形是講不清楚的，可采用實物模型來演示。對于齒輪傳動的受力分析，判定各分力的方向時，可以結合板書，在黑板上邊畫邊分析，往往會有事半功倍的效果。因此，在享受現代教學手段便捷的同時，也不能否定傳統的教學手段。包括微課在內的任何現代手段都只是一種輔助的教學手段，不能替代教師的作用。

教學活動是一個復雜的互動交流過程，教師在教學充分主導教學進程，也要調動學生的主動學習熱情。除通過使用各種教學手段進行外，教師的語言、動作、態度都會對學生產生影響。通過學生的表情、反應、回答問題情況等信息反饋，教師隨時調整教學內容、方式和進度，只有內容與手段的最佳匹配，才能收到最佳效果。

學習機械設計課程目的使學生掌握設計理論，并具備應用理論進行機械設計的能力。因此，學生除了要掌握設計理論外，還必須要使理論與實踐相結合。機械設計課程的實踐性教學內容主要有參觀實習、實驗、習題課和課程設計。機械設計課程設計是機械設計課程必要的實踐教學環節，學生綜合運用本課程和其他先修課程的知識，設計機械傳動裝置和一般機械。通過具體裝置、具體零件的設計實踐，學生可掌握具體的設計方法，初步具備一般通用機械零部件設計計算的能力。根據教學要求和學時數選擇設計題目，題目類型多有助于培養學生的獨立工作能力。教師試作時，要注意分析和比較各種結構方案，并將設計中的重點和難點，關鍵點，錯誤高發點寫入教案。設計過程中集中講課與分別指導相結合。用2課時講授設計任務、要求和設計步驟，并對設計題目進行分析。在做裝配草圖的繪制、畫零件圖及寫設計說明書等任務時，要布置講課，抓住重點，講清關鍵，使學生做到心中有數。對于課程設計的最終成績評定，應結合平時表現、使用設計資料的能力、設計質量和答辯情況，可以進行量化評分，該量化評分表印在課程設計任務書上。教學實踐證明，適當的考核辦法能激勵學生的主觀能動性，對提高課程設計的教學質量有明顯的效果。endprint

4 創新能力教育

“要大力培養學生工程實踐能力及創新設計能力”是面向21世紀教學改革的要求。機械設計手段一直停留在計算器和繪圖板時代，與目前計算機CAD應用技術的發展不相適應。為了改進目前機械設計課程設計中存在的問題，應在機械設計課程中引入創新教育方法，在教學過程中充分發揮教師和學生的主體作用，教師創造性地教，學生創造性地學，將學生培養成為自我開發創造力的主體。

計算機CAD技術的發展，使得機械設計中分析計算量大、復雜、動態的工程問題得以實現，以現代力學作為機械設計理論基礎進行設計分析成為可能。具有各種開發語言的CAD應用軟件已經成熟，可以在這些CAD平臺上進行二次開發，在機械設計課程設計階段訓練學生的CAD技能是大勢所趨。因此，機械設計課程教學的新目標之一就是機械設計課程設計與計算機CAD應用技術相結合，充分發揮學生的創新能力。比如，機械設計與CAD技術相結合，一方面可為學生提供計算機應用的實踐機會，避免學生因學習計算機知識而忽視專業知識學習。另一方面，CAD三維造型技術的機械零件的結構設計和機構運動仿真，為發揮學生的創新潛力提供了廣闊的活動空間。在實際教學過程中，課程設計可以通過不同的方式與計算機應用技術結合，可以從低級到高級循序漸進。教師可以根據學生的實際情況因材施教，鼓勵基礎一般的學生，完成軸系零件的設計計算后，繪制零件的二維CAD圖；對于基礎較好的學生，鼓勵他們利用計算機輔助設計，在后續的工程實踐中或在畢業設計中繼續指導他們，開發機械設計平面CAD系統、三維CAD系統等。

5 結束語

教學工作是重點，教學質量是目標。如何在課程教學中提高教學質量，是每個教師面臨的重要課題，也是長期任務。實踐證明，“機械設計”課程教學方法的改革、使學生盡快地適應專業基礎課的學習，提高學習興趣，解決了課程內容多與課時相對較少的矛盾，課堂教學時間利用率更高了。應用創新能力教育方法，可使學生進一步鞏固所學知識，提高分析問題、解決問題的能力，提高工程意識和創新設計能力，從而能夠獲得更好的教學效果。

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