基于应用型人才培养的机械设计基础课程教学方法的改进

马先英　石米娜　高吭　谢忠东　蔡卫国

摘要：基于应用型人才培养要求，对机械设计基础课程在教学方法上进行了改进。实践表明：采用工程案例教学方法，使教学内容置身于实际工程背景之中，可以有效理解抽象的理论知识，提高工程认知能力，培养理论联系实际解决工程实际问题能力。

关键词：机械设计基础；工程案例教学；教学改进

中图分类号：G645 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2018）50-0069-02

应用型人才培养的目标不只是让学生掌握工程理论知识，关键是学以致用，理论联系实际，解决实际问题。培养工程应用能力，有必要将一些适合于专业特点的工程实例引入课堂教学之中，通过对具体工程案例的分析探讨，使学生在理论学习的同时置身于实际工程背景之中，有效地理解抽象的理论知识，培养理论联系实际的工程意识，提高工程应用能力。工程案例教学是以工程案例为基本研究对象，以师生互动为基础，以全面提升学生工程分析能力为目标，是目前诸多教学中普遍采用的最有效的教学方法之一。

一、工程案例教学特点及意义

工程案例教学最显著的特点是利用工程实际、日常生活实际中典型机械或典型机械的零部件作为讲解相关机械设计内容的一种案例，然后通过案例提出问题，引导学生分析、讨论，最后由教师总结，使学生理解和掌握相关内容从而达到教学目标。案例不等同于传统课堂教学中的举例、课堂讨论、实验教学，它强调对机械原理和理论知识的启发性。当前我校工科类专业正处于向应用型转型的关键时期，案例教学正是契合了课程教学向应用型转型的教学模式，对培养应用型人才具有重要意义。

二、工程案例教学实施思路

机械设计类课程教学是培养学生机械工程能力的主要环节，应立足于机械工程教育的内涵和要求，以培养学生机械工程应用能力为目标，探索在课堂教学中如何引入工程案例教学。传统机械设计类课程注重基本知识点的传授，教学方法和手段无法达到培养应用型人才的需求，为此，以机械设计基础课程为例探讨课堂教学中如何开展工程案例教学。

1.工程案例的选择。案例是实施案例教学的前提条件之一，案例选择要围绕课程教学目标和专业培养方向，并考虑学生的现状和特点，针对我校能源与动力工程专业的培养目标要求，案例应具有一定的专业典型性和真实性。专业典型性应能够反映相关知识的内容在专业方向的体现形式，通过对典型案例的分析，使学生掌握基本理论和设计方法，真实的案例则有助于激发学生的创造性和主动性。机械类课程教学运用的工程案例形式多樣，内容涉及面较广，要根据具体课程要求及学生对知识的接收能力选取。例如，机械设计基础课程主要培养学生机械机构分析与设计及通用机械零部件的设计能力，首要考虑的工程案例可以是通用的机械设备，如鄂式破碎机、冲床、车床、牛头刨床、齿轮减速器等。其次根据授课专业选择与其相关的专用设备，如内燃机、渔业设施及加工设备等。案例的收集可以是在研项目，也可以是企业实际应用的加工设备。选择案例要注意：案例的选取应与教学内容相一致，难度适中，应符合真实、直观、典型、系统性特点。在教学中，根据不同教学内容应用合适的案例，从而达到教学目标。

2.案例的实施。根据机械设计基础课程内容的不同，选择不同的案例引入到课程教学中。例如机构运动简图的绘制讲授，机构运动简图是描述机械工作原理方案的简单图形，掌握它的绘制方法具有重要工程意义。由于机构运动简图表达机械原理比较抽象，初学者难以正确绘制，教学中采用了典型的工程机械实例破碎机和内燃机作为案例进行教学，通过对案例的结构简图的动画演示和直观地实物模型操作，明确了设备的工作原理和机构组成，按照授课中讲授的绘制方法，很快掌握了机构运动简图这一难点内容。又如，平面连杆机构中的急回特性，这一内容具有很重要的工程实际意义，由于理论内容比较抽象，理解起来就有一定的难度。在学习该内容时，是按照问题的导入—探究验证—归纳总结—实践应用这样的讲授过程，并把教学内容分解为四个层次：急回特性的定义；产生急回运动的原因分析；急回特性产生的条件；实例分析。

在导入什么是急回运动问题时，重点是要使学生对平面四杆机构的这一运动特性有清晰的感性认识，为此采用一个典型的工程实例牛头刨床加工视频和主运动机构动画演示进行讲解，通过对牛头刨床加工某一零件过程中一个加工循环原理分析，使学生对工作行程、空回行程的概念以及急回特性的功用有了直观的认识，然后引入工程上对急回特性的定义，进而分析机构产生急回运动的原因，得出急回运动产生条件的结论。相比直接使用某一机构的原理动画给出定义和推导出结论会更直观、更生动，学生充分理解教学内容与工程实际的联系和应用，从而产生良好的教学效果。

在讲授传动设计及轴系结构设计、滚动轴承内容时，列举了零件在多种机械中的应用，对传动系统和工作原理进行分析，特别将齿轮减速装置作为典型机械案例贯穿于课程教学始终。为了加强教学效果，这部分授课内容还作为实验的主要内容，指导学生分析减速器结构组成、工作原理、零部件结构、功能及装配关系，根据给定工作条件及设计要求分组确定设计参数、进行齿轮传动、轴及轴承的受力分析，判断各零部件失效形式，确定设计准则，进行设计计算，绘制出结构设计方案简图。

在学生完成之后，对结果进行答辩，教师根据学生完成结果给出综合成绩。学生通过具有工程背景的案例教学，很快进入实际情境当中，并积极参与到教学互动当中，较好的掌握了教学内容，也达到了教学目标要求。值得注意的是在工程案例教学实施和考核中要注重过程。学生由于学习成绩的好坏或对相关知识的掌握程度不同，所以对案例的分析程度和结论会有很多不同，教师应做好启发、引导学生大胆参与案例分析、讨论。值得注意的是学生在对案例进行分析讨论过程中，即便学生出现了错误，老师也不要随意打断纠正，而是尽量让学生自己通过讨论、分析得出正确的结论。

三、结语

多年教学实践表明：工程案例教学仍然是行之有效的教学方法之一，尤其在培养学生工程意识、工程应用能力上卓有成效。但是由于教学资源有限，在实施过程中典型实物机械设备还不能满足教学的需求，建议今后课程建设中完善典型案例教学设备，更好地应用于教学当中。此外，在案例教学中要进一步完善讨论过程和考核方式，以便更好地提高教学效果。

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