《机械设计制图》新教学模式探究与实践

2013-09-21杨光辉樊百林

图学学报 2013年6期

杨光辉，曹彤，万静，樊百林，许倩

（北京科技大学机械工程学院，北京 100083）

北京科技大学“机械设计制图”课程教学团队成立于上世纪70年代末。为了提高教学效率，激发学生学习的主动性，1979年在全国率先对非机械类机械基础系列课程进行了改革试验，把“画法几何及机械制图”、“机械原理”、“机械零件”三门课程有机地整合为一门课，开始进行《机械设计制图》的教学改革，1990年获得冶金部教学成果一等奖。经过近 25年的持续改革，取得一系列教学成果。2008年，机械设计制图课程教学团队被评为“国家级优秀教学团队”。

在《国家中长期教育改革和发展规划纲要(2010－2020年)》的第七章“高等教育”的第十八条中明确指出“提高质量是高等教育发展的核心任务”。为了进一步提高教学质量，适应学校2010版教学计划，机械设计制图课程教学团队在教学内容、教学模式和教学方法上进行了改革创新，收到了良好的教学效果[1-2]。

1 教学内容的“三修”

自学能力的培养一直是建设高水平研究型大学的重点组成部分。在2010版教学计划中“机械设计制图AII”由原来的54学时减少为48学时。因此，在有限的学时内，要取得良好的教学效果，必须改变以往“灌输式”的教学模式，新的教学模式要做到“主次兼顾、重点突出、注重能力、分层教学”。所以，根据课程特点，经过实践教学的探索，把教学内容分为“必修”部分、“自修”部分和“选修”部分，“必修”部分在教学过程中要重点讲解；“自修”部分经过学生自学后，出现的问题可集中适当讲解，最后要进行考查；“选修”部分如学生感兴趣可进行选学，但不进行考查。教学内容的“三修”可以起到突出重点（“必修”），提高自主学习能力（“自修”），分类分层次教学（“选修”）[3]。

其中，“自修”部分的选取特别重要，既要难度适当，又要锻炼能力。因此选择“滑动轴承”和“联轴器”的部分作为自修的部分，其原因是滚动轴承部分上课要重点讲授，如果学生掌握了该部分，那么滑动轴承的部分也能够做到触类旁通，同时这部分难度比较适中，适合自学；联轴器的部分在本课程上学期讲解装配图时曾经在A2图纸上手工绘制过凸缘联轴器的装配图，学生对此已经有了基本的认识，自学起来较为容易。“自修”部分要求学生交相应的自学报告，期末考试中对相应的知识点也要稍加考查。

2 教学模式的多样性

在教学过程中，为了激发学生们的学习兴趣，避免教学过程中的枯燥的“灌输式”的教学模式，应该尽量采用形式多样的教学模式和教学手段，如延伸式教学法和研讨式教学法等。

延伸式教学法是指教师在讲授某一基本理论时，结合现实存在的热点问题，进行延伸和拓展性讲解。这种教学法的特点围绕一个知识点进行扩展，对学生感染力强。如在讲解螺纹连接时，学生的学习积极性较差，在学习中穿插课本上没有的“爆炸螺栓”（最著名的用途就是作为运载火箭助推器分离装置的关键部件之一），并结合我国的“神舟飞船”进行讲解，教学效果会大大提高。

研讨式教学法就是改变旧式老师讲、学生听和记的模式，通过在教学过程中将学生按照学习的水平均匀的分成几组进行学习、讨论并完成相应练习，并进行课堂演示，这样学生与学生之间、小组于小组之间、老师与学生之间就有了“交集”，互相促进和提高。如在讲授“平面连杆机构”和“带传动”部分时设计了以下形式，取得了较好的效果。

题目1可以以“汽车”为例，举例说明汽车上所用到的机构（10种以上）。

目的：开阔学生的视野，初步建立学生的工程实践意识，锻炼学生的表达能力，培养团队合作精神；

提交的内容：提交书面报告和演讲的PPT；

形式：3～4人为1组，如果时间允许，分组进行讲解演示。

学生经过此次练习之后，获得的心得：对知识的温习；理论与实际相结合，让我们对理论知识有了更深的理解；增强团队意识。

题目2对带传动设计过程中所用到的3个公式，即基准长度公式、离心力所产生的拉应力公式、欧拉公式进行推导。

目的：解决在学习过程中由于出现太多公式而产生迷惑、矛盾、厌恶的情绪，同时可以与其它的课程知识相联系，相得益彰；

提交的内容：提交书面推导报告；

形式：3人为1组，每人推导1个公式。

学生经过此次练习之后，获得的心得是：加强对所用知识的了解掌握；初步了解工程上所用公式的出处；提高了利用相关知识进行分析问题的能力。

3 教学难点的“浅解”

教学过程中经常遇到许多知识点难以理解掌握，而通过传统的方法“教师难以表达，学生难以理解”，此时可以采用案例式教学法，把案例引入课堂环节，以实例的形式向学生提供若干特定的情境，引导学生综合运用所学的理论知识，去分析解决实际问题。“齿轮传动”一直是“机械设计制图”教学过程中的重点和难点部分，特别是在讲解斜齿圆柱齿轮传动时，学生对于斜齿圆柱齿轮齿廓的形成难以理解，针对此问题，可以参考如下进行讲解[4]：把直齿轮在垂直于轴线方向切成五片并相互错开一个角度，变成一个五阶梯齿轮，如图1所示。如果假想把直齿轮切成很薄的无穷多片，相互错开后就成为一个斜齿轮。在讲解的过程中可以用到极限的思想，并与生活中经常见到的“扑克”联系起来，学生对斜齿轮的了解一下子豁然开朗。

图1 斜齿圆柱齿轮

4 加强测验训练

课后作业是巩固所学知识的一个重要途径，但是如果仅凭课后作业来判断学生课堂所学知识的效果，往往会带来误判。有时学生作业做的较好，但是考试成绩不太理想。究其原因主要有两个方面：一是作业存在抄袭问题；二是课后练习过程中没有考虑到时间的问题，因为考试会限定时间。因此，平时要在课堂或辅导课上加强测验的训练，这样可以让绝大多数的学生都得到规范的练习[5]。

图2 轴系受力示意图

题目1在讲授“滚动轴承”的派生轴向力的时，可以设计以下的题目：

如图2所示，一对7315角接触球轴承α=25º，已知轴承所受的径向力分别为Fr1=6000N和Fr2=2000 N。计算轴系所受的轴向外载荷FA分别等于3000 N、2720 N或2000N时轴承所受的派生轴向力和轴承所受的轴向力。

目的：考查学生上课所学知识的掌握程度；检查学生的出勤情况；

提交的内容：提交测验报告；

形式：在课堂上给定 10分钟的时间进行小测验并上交。

题目2从装配图中拆画零件图是“机械设计制图”课程的重点部分，也是课程的特色部分之一，同时也是重点和难点部分，在期末考试中该部分通常作为压轴题进行考查，从考试的结果来看往往差强人意。针对该问题进行分析研究后发现其主要原因是学生基础知识不扎实，方法掌握不好，训练不够系统。所以在教学计划中特意安排了4次上课训练（螺纹攻丝扳手、螺旋压紧机构、手压阀和节流阀），在每次1.5小时的上课时间内，先给学生45分钟～1小时的时间进行课堂训练，然后老师再给答案并进行讲授。

从 2011～2012第 2学期的期末考试分析中（见表1，班级的总人数中包含重修的学生）可以看出，学生对于此知识点的掌握程度较好。

表1 期末考试分析表（满分：30分）

5 教学过程管理的 “五统一”与“个性化”教学

为了保证教学质量，学校将本课程作为“教学过程管理”的唯一试点课程进行初步探索。为了进行教学过程管理的课程建设，教学团队进行了以下5个方面的“统一”：（1）统一教学日历；（2）统一授课进度；（3）统一大作业；（4）统一考卷及阅卷；（5）统一教学分析总结。

除了以上的统一教学，保证教学质量之外，同时也要保证教学过程中的个性化。个性化教学首先要体现在专业的个性化上。“机械设计制图”课程所涉及的专业面广，如冶金、矿加、采矿、材料等专业，每个专业对本课程的要求也有差别，因此在制定教学计划时，除了要考虑到“教学过程管理”的“统一性”，也要考虑到专业不同的“个性化”教学，如有的专业可适当加强计算机的二维及三维CAD绘图训练。

6 建议及进一步工作

为了加强学生的动手实践能力，从本课程的教学学时中拿出 2个学时来进行“摩托车发动机的拆装实验”，其也成为本课程的主要特色之一[6]。但是在教学的过程中也发现了一些问题，主要集中在拆装过程所涉及内容太多，但相应的实验学时太少，所以，在实验学时不能增加的情况下，可以采取的方法是可将摩托车发动机的部分内容结合到课程教学中，如教师上课举例说明时，可以多结合发动机中的一些零部件进行讲解（如箱体类或壳体类零件、齿轮装置、凸轮结构、曲柄滑块结构、轴承、轴系、螺纹紧固件联接、材料等），那么，学生进行拆装实验之前，对摩托车发动机就有了一定的了解，当拆装时，可以将课堂所学内容与拆装过程中遇到的问题结合思考，相互印证，举一反三，促进并提高教学质量。