近机械类及非机械类专业“机械设计基础”课程教学的探讨

张博张秀花李昕王鹏飞刘景艳、河北农业大学机电工程学院 、河北科技学院

近机械类及非机械类专业“机械设计基础”课程教学的探讨

张博1张秀花1李昕1王鹏飞1刘景艳2
1、河北农业大学机电工程学院 2、河北科技学院

机械设计基础是近机械类专业和非机械类专业开设的专业基础课程。在教学过程中面对此类专业学生出现的思维方式、厌学心理、实践能力不足等问题，从教学方法、教学内容和实践环节与考核方式等方面给出实施方案。经过实践证明，课堂教学效果和学生学习动力均得到显著提高。

机械设计基础；教学方法；学习动力；实践

《机械设计基础》是高等院校近机械类专业和非机械类专业以及机电类专科专业开设的一门非常重要的专业基础课程，本课程内容主要是机械机构中常用机构的运动原理、运动特性、设计方法，以及常用零部件的设计计算、工作原理、结构特点等两大部分内容。这门课内容涉及的比较广，知识点和基本概念基本理论比较多，而且许多内容理解起来比较抽象。近机类和非机类专业的学生接触机械相关课程比较少，尤其是一些非机类专业学生，例如食品专业，这个专业由于涉及到食品工程领域，特别是将来可能从事与食品机械有关的工作，所以有必要掌握一些机械领域的基本知识和技能，但食品专业学生多开设的是生物化学类的课程，学生建立起来的思维方式与机械类专业的学生有不小的差别，导致学生对相当一部分内容的理解有着很大的出入和困难。为了使学生在有限的时间里更好地掌握本课程的基本内容，则要结合近机类和非机类专业学生的特点，结合教材的内容，进行有针对性的教学和培养。

1 提高学生对本课程的学习动力

机械设计基础主要是讲常用机构的运动原理，运动特性及设计方法等等内容，而在现实当中的很多机械结构本来就比较复杂，造成相当一部分学生们看不懂课本上的一些例图和一些有关描述，不能很好地理解机械的具体结构，使得学生们对相关的机械及零部件知识等造成理解上的障碍，影响学生的学习效果，久而久之必然使学生产生了厌学的心理。

这时为了帮助学生理解，提升学生的学习动力，要尽量避免填鸭式地将教材所讲的知识机械地讲给学生听，可以根据教材的基本知识，结合现实当中的一些工程实例，尤其是与生活息息相关的实际情况，将教材上描述晦涩的术语简单化、生活化，并相应地提出问题，例如为何会出现在这种现象等等，使学生能够根据已经掌握的知识和生活常识，进行研究和推理，进而理解教材上相应内容的基本理论、基本方法［1］。

在具体的课堂教学中可以利用多媒体课件进行辅助说明，将复杂的机械结构通过图片尤其是动画等给学生进行演示，这样可以使课本上用二维图形演示的机械结构变得更加直观，从而拉近课堂教学与工程应用的距离，既理解了教材所讲述的基本知识，同时还可以活跃教学气氛，使学生在轻松愉快中学习［2］。特别可以提一些学生感兴趣的话题，例如说男同学爱好军事武器的比较多，可与课本的内容进行结合，这样可以极大地增加学生的学习兴趣，方便理解。

例如，在讲解凸轮机构这一章节时，为了让同学们理解凸轮的轮廓和从动件的运动规律之间的关系，可以从汽车发动机配气机构的工作原理说起，如何控制进气门排气门何时开启何时关闭，精确做到该开则开，该关则关，这些全由凸轮来控制，具体来说是由相应的凸轮轮廓来实现精确控制。还可以给学生讲第一次世界大战中螺旋桨战斗机的机枪射击协调器问题，机枪射击协调器的诀窍在于，当螺旋桨桨叶与枪管形成一条直线时，机枪自动停止射击，这样即可避免射出的子弹撞击桨叶造成损坏。而这种机构的核心实际由凸轮控制机枪的射击与否，有了这样的设计，螺旋桨战斗机的空战能力得到了质的提升。这样可以通过生动的实例让学生在一种比较轻松的氛围下理解相应的原理，这样效果会更好一些。

目前，很多课程运用多媒体手段进行讲授，本课也不例外，但多媒体虽然弥补了板书教学的不足，但是多媒体教学中课件的文字不宜过多，否则学生接受起来会很快产生视觉疲劳。另外教师如果能采用多媒体和板书相结合的教学方法，既扮演介绍多媒体课件时的讲解者又扮演板书教学时表演者，则可以做到在内容上浅显易懂，形象生动，提高学习效果，甚至可以更多地采用肢体语言辅助学生理解自己所要表达的思想［3］，在讲授时多用疑问句，多向学生提问题，在提问时，要切中问题的本质，尽量避免照本宣科，使学生能够理解，适当对学生的正确理解加以鼓励，多联系工程实际、生活实际，给学生以学习这门课有意义的感觉，而不是空洞的理论。这样不仅活跃了课堂气氛，而且增加了教师和学生的互动。通过教师的传统板书讲解，辅之以多媒体教学的生动、多样性等优点，可以综合发挥各种教学手段的优势，大大地提高教学效果。

2 在讲解中要注重各章节关系

本课程前半部分主要讲述机械机构中常用机构的运动原理、运动特性及设计方法。机械系统由机构构成，学生不应机械地按照课本的章节孤立地去认知某一种机构，而是应该从机械总体的角度去认知各种机构，通过一些现实当中的典型的机械系统了解各个机构的具体结构、工作原理、特征和它在系统中的作用，观察机构之间的联系，了解各个机构是如何配合工作的。例如第一章绪论里提到了内燃机，在讲解完各式机构后，可以反过来再引导同学理解一下内燃机的工作原理，观察一下内燃机各机构能够实现什么功能，机构之间如何配合工作，这样建立了联系后，有助于学生理解。

本课程后半部分主要讲述常用连接（螺纹连接、键连接等），机械传动（螺旋传动、带传动、链传动、齿轮传动和蜗杆传动），轴系零、部件（轴、轴承）等。这部分内容每个章节各有特点，单从内容上看每种零件设计方法不尽相同，且内容繁多，公式表格繁杂，学生们普遍感觉困难。由于学生要进行机械设计的课程设计，课程设计是对本课内容的一个总结。那么这部分内容的教学可与课程设计结合起来。当教师讲到与设计题目中某些方面相关的章节时，学生就开始思索自己题目中相应点的方案设计、结构设计等问题，要教会学生进行查阅资料表格的能力，不太懂的问题可及时与教师或同学进行交流探讨。课程设计题目要在课程开讲前布置到位，使学生带着任务听课，学习效果会更好［4］。

3 注重对学生自身能力的培养

授人以鱼不如授人以渔，教学最终目的不仅是教会学生知识，最重要的是提高学生自身的能力。首先，要让学生具备独立思考问题、分析问题的能力，教师在平时的整个教学过程中不应给学生“完整、到顶”的概念，应着重启发学生提出各种各样的问题［5］。通过不足和问题，激发学生的创新能动性。例如在该课程中讲到范成法加工渐开线齿廓和根切这一部分的过程时，指导学生使用范成仪器亲自用铅笔把齿廓的形成过程画出，以此来理解范成法的含义，理解渐开线齿廓是如何形成的，通过画标准齿轮和变位齿轮的不同轮廓，来理解什么是根切现象，它会带来什么后果，如何避免根切现象。可能通过教材的讲解同学们对于概念有些疑问，但一旦学生带着这些问题亲自动手做实验，这些问题便会迎刃而解，同时通过实验也能理解这些理论在实际工程当中的应用，锻炼学生的动手能力。其次这门课是一门实践性很强的课程，所以一定要提高学生自己动手解决问题的能力，这些能力的提高除了可以通过教学计划里的实验课外，还可以通过其他的一些实践环节来进行，例如机械创新竞赛。举办竞赛的目的主要是为了通过竞赛，学生把机械设计基础里面学的知识融会贯通，提高学生的创新能力以及工程实践能力。竞赛涉及面比较广，各专业学生都可以报名参加，例如各近机类非机类专业，有利于做到各专业学生的团队合作，增加各专业知识之间的渗透，各取所长，例如电类专业学生的加入可以实现产品的自动化、智能化等功能。学生可以分组利用课余时间设计，并将学院所属的创新设计实验室对学生开放，以方便学生使用。设计工作完成，由学院组织老师对所有参赛产品进行总结，小组成员讲解设计思路、产品功能、创新点、最佳方案的遴选，最后评选出最优产品。

4 丰富考核方式

要使考试真正能够对学生知识、能力、素质进行全面有效的测试评价。由于本课程的内容比较繁多，涉及面较广，如果只采用传统的“一张卷”闭卷考试形式，也不能全面地考查学生的掌握情况，而且以往的闭卷考试内容多局限于书本中的基础知识和基本理论，记忆性成分占很大比重，答案往往过于唯一，学生只知道死记硬背，死套公式，而且助长了学生作弊的心理［6］。所以在试题形式上，应多出一些开放题，以教材规定的基础知识为依托，尽量增加一些工程实践内容，给学生以思考和创造的空间，这样可以强迫学生培养创新意识和能力，可以采用开卷形式，使学生尽量不采用记忆、背诵方式应考，从而以一个平和的心态应对考试，而不是应付差事。甚至考试可以增加答辩形式，将学生分成若干小组，每一小组分配不同与工程相关的实际问题，令同学们自行查询资料，自行设计方案，最后分组汇报指导教师，以锻炼学生。

5 结束语

通过对《机械设计基础》课程教学中存在问题以及具体教学方法和教学手段、考核方法等方面进行分析，欲提升教学效果就要从提高近机械类及非机械类专业学生学习动力与自身各种能力的培养等角度出发进行改进。经过一定的实践，这些举措在激发学生的学习兴趣和提高教学质量、培养学生在运用所学知识基础上的实际动手能力、创新能力，以及进一步培养学生工程实践能力和设计能力等方面有着不错的效果。

［1］张宏梅.“问题式”教学法在《机械设计基础》教学中的应用［J］.机械管理开发，2011，（6）：173-174.

［2］李慧芳.浅谈工科院校非机械类专业机械基础课程的教学改革［J］.化工高等教育，2006（3）：32-34.

［3］周志刚.机械设计基础教学质量控制及创新能力培养［J］.实验室研究与探索，2013，32（10）：110-113.

［4］李延斌.面向培养卓越工程师的机械设计基础课程改革［J］.实验技术与管理，2012，29（4）：231-233.

［5］福州大学课题组.机械工程类学生创新能力培养状况调查及有关对策［J］.高等理科教育，2001（1）：30-34.

［6］王琳，沈冰，陈丽华.工程力学考试改革探讨［J］.沈阳工程学院学报：社会科版，2009，16（1）：109-111.

［7］金清肃，李文忠，赵小明.应用型工科院校机械类专业基础课实践教学的研究 ［J］.实验室研究与探索，2011，30（1）：132-133.

张博，1986年出生，河北保定人，工学硕士，助教，研究方向：机械设计，CAD/CAM技术及应用。