機械設計基礎多理念融合教學模式探討

韓校粉 李志尊 程兆剛 孫立明

[摘 要]機械設計基礎是一門專業(yè)基礎課程，系統(tǒng)性和理論性都較強，結合新時期對創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)需求及教育精準化的要求，文章探索了案例教學、差異教學、實踐教學等多種理念相融合的教學模式，在整合課程內(nèi)容，建設案例庫，實施差異性教學，拓展實踐平臺等方面進行了研究，目的是貼近實戰(zhàn)教學，激發(fā)學生的創(chuàng)新意識，以達到在教學過程中不斷提升學生綜合素質和創(chuàng)新實踐能力的目的。

[關鍵詞]機械設計基礎;案例式;差異式;實踐式;多理念融合

[中圖分類號] G642 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437（2021）03-0077-03

機械設計基礎課程是國內(nèi)所有理工科院校都開設的一門基礎課程，既有系統(tǒng)理論又有較強的實踐性。本課程涉及面廣、知識點多且雜，筆者結合學校實際，吸取已有的研究成果，研究了多理念融合的教學模式，目的是提高學生的工程意識和工程素養(yǎng)，激發(fā)學生的創(chuàng)新意識，提高學生的實戰(zhàn)能力及綜合素質，發(fā)揮課程應有的作用。

一、機械設計基礎課程存在的問題及完善方向

根據(jù)新時期對高素質創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)需求，結合近幾年教學情況及指導學生參加科技創(chuàng)新競賽的經(jīng)驗，筆者認為課程在以下幾個方面可以進一步完善。

（一）應提高教學內(nèi)容的針對性和實效性

傳統(tǒng)的機械設計基礎課程，著重工程技能和工程素質的培養(yǎng)，而目前教育要求要提高教學的精準化，培養(yǎng)學生的綜合素質，學生不僅要精通技術，還必須具有一定的管理、指揮素質，可見，教學內(nèi)容與目標已不夠協(xié)調，應進一步優(yōu)化教學內(nèi)容，加強課程的前伸后延以及與專業(yè)、學科前沿應用的結合，突出教學內(nèi)容的針對性和實效性。此外，學生在上機械設計基礎課程時，大部分缺乏實踐經(jīng)驗，也沒有接觸過專業(yè)裝備，應根據(jù)學生的認知規(guī)律來優(yōu)化教學內(nèi)容。從小的知識點來說，凡涉及機械結構的內(nèi)容，最好先看與學生專業(yè)相關的實體動畫，讓學生產(chǎn)生感性認識，在此基礎上再講解其工作原理和特點，這樣會取得更好的課堂效果。

（二）應加強教學案例的系統(tǒng)建設與應用

機械設計基礎課程的內(nèi)容比較枯燥，但實用性很強，案例式教學是一種很好的方法[1]。目前，課程中的案例主要存在以下兩個問題：一是形式單一，大多數(shù)都是傳統(tǒng)的工程實際案例，隨著行業(yè)的發(fā)展，有些在實際中已經(jīng)被淘汰了，貼近機械學科前沿的工程案例數(shù)量不多;另外，與學生專業(yè)相結合的典型機構案例偏少，這會影響基礎教學與專業(yè)教學的關聯(lián)度，使學生感覺所學的知識與自己的專業(yè)沒有什么關系，從而降低學習的積極性。二是大多數(shù)案例都是為了增加學生的感性認識，用來說明問題，在培養(yǎng)學生的能力方面沒有起到應有的作用。要善于收集和優(yōu)選案例，系統(tǒng)建設案例庫，探討每一個案例的具體應用及要達到的效果;注重介紹利用工程基礎理論解決工程實際問題的思維和方法，加強學生的工程素質。

（三）應根據(jù)學生的“差異性”因材施教

任何一門課程的實施，都必須建立在對學生學情充分掌握的基礎上。同一個班的學生，雖然年齡相近，認知結構相似，但是其不同的生活習慣、不同的思維方式、不同的學習風格都會導致學習本課程時的起點學習能力不同。在具體的授課過程中，存在同一個知識點，教師講解后，有的學生能夠很快理解并接受，有的學生卻存在疑惑的現(xiàn)象，如果兼顧到每一名學生，接受能力強的學生就感覺到課堂傳授的知識點較少。針對以上情況，在教學過程中，為了讓每一名學生都達到較好的學習效果，教師應改革教學工作，因材施教，進行差異性教學[2]，讓每一名學生都能得到應有的訓練和提升。

（四）應用知識的實踐環(huán)節(jié)比例應進一步加強

機械設計基礎課程有很強的實踐性，“學中用、用中學”是一種很好的教學方式。在實際的教學中，雖然有實踐環(huán)節(jié)，如課程實驗、課程設計等，但是在這些環(huán)節(jié)中，學生都是模仿著解決問題，創(chuàng)造力沒有得到充分發(fā)揮。學生參加課外科技活動是綜合應用所學知識解決實際問題，提升綜合素質的一個重要過程，受實踐場地的限制，只有少數(shù)的學生可以參加課外科技競賽，大部分學生應用所學知識解決問題的能力較低，整體上還是停留在應試教育的階段。課題組成員要加強相關資源的建設，拓展應用知識的環(huán)節(jié)，提高學生探討分析和解決實際問題的能力。

二、機械基礎類課程國內(nèi)外現(xiàn)狀

（一）國內(nèi)研究現(xiàn)狀

在國內(nèi)，各個院校都在積極對機械設計基礎課程進行教學改革，大致可歸納為以下幾點：在教學內(nèi)容上，改掉教材上陳舊的內(nèi)容，增加一些工程實例、創(chuàng)新作品等，以提高學生學習的積極性;在教學方法上，改革“灌輸式”的課堂教學，采用啟發(fā)式、導學式、參與式、案例式等多種行之有效的教學方法，同時加強實踐性教學環(huán)節(jié)，鼓勵學生參加創(chuàng)新設計和科技制作活動，這在一定程度上激發(fā)了學生的學習興趣，提高了教學質量;在教學手段上，改變了傳統(tǒng)的板書和掛圖教學，綜合應用板書、動畫、視頻、圖片、模型、實物、計算機和網(wǎng)絡等多種教學手段，為學生提供一種形象、易懂易學的學習方式。

（二）國外研究現(xiàn)狀

在機械類課程中，國外特別注重對學生實踐能力的培養(yǎng)，提高學生獨立解決問題的技巧和能力。如CDIO工程教育模式是近年來國際工程教育改革的最新成果，以產(chǎn)品研發(fā)到產(chǎn)品運行的生命周期為載體，讓學生以主動的、實踐的、課程之間有機聯(lián)系的方式學習工程，培養(yǎng)四大能力（工程基礎知識、個人能力、人際團隊能力和工程系統(tǒng)能力）。美國部分高校的Senior Mechanical Engineering Design Project、日本東京工業(yè)大學的“獨創(chuàng)”機械設計課程等，都要求學生在現(xiàn)實生活中尋找一個實際問題，針對這一問題，學生要能夠創(chuàng)造性地提出自己的解決方案。這些教學模式的目標不僅僅使學生具備高超的專業(yè)技能，而且使他們能夠發(fā)現(xiàn)實際問題，通過自主及合作等方式設計出與眾不同的創(chuàng)新性方案去解決問題。此外，國外教育學家維果茨基的“最近發(fā)展區(qū)理論”、加德納的“多元智能理論”、布盧姆的“掌握學習理論”、羅杰斯“非指導性教學”、巴班斯基的“教學過程最優(yōu)化”等理論為教師在大學課堂實施差異性教學奠定了堅實的理論基礎。

三、“多理念融合教學模式”的研究內(nèi)容

在充分研究目前課程教學存在的問題及完善方向、了解國內(nèi)外研究現(xiàn)狀的基礎上，多理念融合教學模式主要是研究案例教學、差異性教學、實踐教學等多種教學理念在課程中的具體表現(xiàn)形式及應用形式，具體研究內(nèi)容可分為以下四個部分。

（一）把握實用、夠用原則，科學組織課程內(nèi)容

機械設計基礎課程作為一門重要的技術基礎課，其目的是使學生掌握工程機械和專業(yè)裝備中用到的常用機構和通用零件的分析與設計的理論、方法。針對教學對象的具體情況，需要對教學內(nèi)容進行優(yōu)化組合。按模塊化方式對課程內(nèi)容進行歸類，縱向上將其分為常用機構和通用零件兩個模塊，以四大機構和軸系零部件、連接為重點;橫向上分為工作原理、運動和結構分析、設計、選用、校核，以運動和結構分析設計為重點[3]。各部分內(nèi)容有共性問題，也有各自的特點，注意揭示各部分之間的內(nèi)在聯(lián)系。以典型工程機械、專業(yè)裝備以及學生創(chuàng)新設計作品為案例，將其設計理念、設計思想、設計方案以及設計過程中所應用的新知識，不斷融入教學實踐當中，使教學內(nèi)容更具時代特點，更適合培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力。

（二）深化教學方法改革，全面推行案例式教學

機械設計基礎課程具有很強的工程性、實踐性和設計性，其要求學生既要學好理論知識，又要具有獨立分析問題、解決問題的能力。在教學實踐中，要嘗試案例教學、任務驅動式等新的教學方法。改革原先陳舊的案例，重點應用三類案例：通用工程案例、學生創(chuàng)新作品案例、專業(yè)裝備案例，可培養(yǎng)學生的工程意識、專業(yè)意識及創(chuàng)新意識。

通用工程案例主要來自于生活、工程實踐，課題組成員通過關注學科知識、上網(wǎng)搜集資料、閱讀機械創(chuàng)新書籍、了解機構的創(chuàng)新應用等方式，搜集整理了一些工程生活案例，找到它們與機械設計基礎知識點的“契合點”，以此作為課程的素材。另外，還可以從工程實例著手，探討有效引導學生思考的理論和方法，培養(yǎng)其工程意識。

在專業(yè)裝備案例方面，課題組成員通過向相關教研室人員請教、從網(wǎng)上查閱資料以及閱讀相關書籍等，搜集整理一些專業(yè)裝備機構案例，作為課程的素材，做到專業(yè)知識與基礎知識的融合，為后續(xù)專業(yè)課的學習及學生的任職需要打下良好的基礎。

在學生創(chuàng)新作品案例方面，學生參與的科技競賽主要有三種平臺：全國大學生機械創(chuàng)新設計大賽、“挑戰(zhàn)杯”大學生課外學術科技作品競賽和學生“卓越杯”科技競賽。課題組成員從這些競賽作品中凝練內(nèi)容，提取案例，以此作為知識應用的示范，在課程中加以講解，這樣可以讓學生產(chǎn)生一種強烈的臨近感，激發(fā)學生參與創(chuàng)新實踐的熱情。

在引用案例時，注重介紹利用工程基礎理論解決實際問題的思維和方法，此外，利用案例探討知識的綜合應用，引導學生在解決問題的過程中構建知識體系，培養(yǎng)學生良好的科學態(tài)度和創(chuàng)新精神[4]。

（三）充分尊重學生差異，普遍實施差異性教學

實施多理念融合的教學模式，必須考慮學生的差異，讓全部學生都得到應有的訓練和提高。差異性教學不是讓學生學習不同的東西，而是要通過提供大量的學習選擇去調節(jié)學生的學習差異，讓他們用不同的方式學習相同的知識。要通過調查問卷、座談、走訪等各種方式了解學生各方面的具體情況，確定學生的學習等級，根據(jù)學員的學習等級對教學進行分層，其中主要包括教學目標分層、教學內(nèi)容和方法分層、作業(yè)、輔導分層及評價分層四方面，規(guī)劃每節(jié)課的組織方式，如全班學習、結對子、個體學習等組織形式。對于學有余力的學生，鼓勵其參加課外科技競賽以進一步提升自己的能力。

（四）注重知識綜合應用，搭建創(chuàng)新實踐平臺

主要是建立教學內(nèi)容工程化體系。深入研究國外先進的教學理念，關注機械學科發(fā)展前沿，優(yōu)化重組授課內(nèi)容，整編綜合設計相關資料，設計綜合應用課程，以開闊學生思路，指導學生進行綜合設計;學校依托機械設計實驗室完善了學生科技創(chuàng)新基地，增設了快速成型、慧魚創(chuàng)意組合模型等設備;依托基地，為學生搭建各種實踐平臺，主要包括國家的挑戰(zhàn)杯、機械設計創(chuàng)新大賽及大學的卓越杯等，結合競賽題目，引導學生進行獨立思考，提出創(chuàng)新的解決方案，以達到培養(yǎng)和提高學生創(chuàng)新能力的目標。

在授課中，注重將設計的思想貫穿于整個過程中，引導學生從實際中查找問題，利用所學知識進行分析解決。如果查找的問題具有實際應用價值，鼓勵學生利用學員科技創(chuàng)新基地來實現(xiàn)自己的設計，參與課外科技競賽。這種做法實現(xiàn)了“課內(nèi)與課外、理論與現(xiàn)實、課程與競賽”相結合，可潛移默化地提升學生的能力素質。競賽可鍛煉學生的動手能力、查閱文獻的能力、表達能力、團隊協(xié)作能力、知識的綜合應用能力等，同時課程中的基礎理論知識為學生書寫技術資料、申報專利奠定了基礎。

此外，引入“慧魚創(chuàng)意組合模型”，實現(xiàn)理論與實踐并行?；埕~創(chuàng)意組合模型是一種工程積木，可以展示方案的科學原理和技術過程，學生可利用機械機構創(chuàng)意組件，自己動手構建運動模型，這能鍛煉學生的動手能力。目前，教研室的慧魚創(chuàng)意組合模型，主要用于課程實驗和學生的創(chuàng)新實踐活動，也可將慧魚創(chuàng)意組合模型應用于課堂。如將學生分組，課前提前發(fā)放慧魚模型，針對課程特點，在講解原理部分時，讓學生利用慧魚創(chuàng)意模型自己動手搭建相應的機構模型，這不僅可以增添趣味性，改善傳統(tǒng)課堂相對單調、乏味的現(xiàn)狀，還有助于學生對課堂教學內(nèi)容的快速理解，提升課堂效率，并且能從一定程度上激發(fā)學生的想象力、創(chuàng)造力，培養(yǎng)學生的機械設計與分析能力。

四、結束語

機械設計基礎多理念融合的教學模式，抓住了機械設計基礎課程“實用性”的特點，以學生實踐創(chuàng)新能力培養(yǎng)和綜合素質提升為中心，優(yōu)化重組了教學內(nèi)容，增加了綜合應用知識的環(huán)節(jié)，構建了一種貼近專業(yè)、融入工程、加入案例、與競賽結合、差異式等多種理念相互融合、相互滲透的教學方式，努力創(chuàng)造應用知識的情景和氛圍，讓學生自己成為發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的主力，引導學生在應用中學習，在舉一反三的研討與實踐中夯實理論與工程應用基礎，實現(xiàn)學生綜合素質的提高。這種教學模式適應了時代的需求，但是由于學生、案例、競賽作品等具有與時俱進的特點，所以這種教學模式的研究始終處在一個動態(tài)的過程中[5]，需要在“探索—實踐—改進—再探索—再實踐—再改進”這樣一個不斷循環(huán)的過程中進行，時間越久，積累的素材越多，提升教學效果越明顯。

[ 參 考 文 獻 ]

[1] 高飛，王軍.項目教學在常用機構與零件設計課程中的實踐與探索[J].常州信息職業(yè)技術學院學報，2011（6）：55-57.

[2]Janice Skowron.有效教學設計[M].北京：中國輕工業(yè)出版社，2009.

[3] 楊可楨，程光蘊，李仲生，等. 機械設計基礎[M].第六版.北京：高等教育出版社，2013.

[4] 李喜橋.訓練思維與工程訓練[M].北京：北京航空航天大學出版社，2005.

[5] 周先軍.機械設計課程設計改革思考[J].吉林省教育學院學報（學科版），2010（10）：140-141.

[責任編輯：陳 明]