机械设计基础多理念融合教学模式探讨

韩校粉 李志尊 程兆刚 孙立明

[摘 要]机械设计基础是一门专业基础课程，系统性和理论性都较强，结合新时期对创新型人才的培养需求及教育精准化的要求，文章探索了案例教学、差异教学、实践教学等多种理念相融合的教学模式，在整合课程内容，建设案例库，实施差异性教学，拓展实践平台等方面进行了研究，目的是贴近实战教学，激发学生的创新意识，以达到在教学过程中不断提升学生综合素质和创新实践能力的目的。

[关键词]机械设计基础;案例式;差异式;实践式;多理念融合

[中图分类号] G642 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2021）03-0077-03

机械设计基础课程是国内所有理工科院校都开设的一门基础课程，既有系统理论又有较强的实践性。本课程涉及面广、知识点多且杂，笔者结合学校实际，吸取已有的研究成果，研究了多理念融合的教学模式，目的是提高学生的工程意识和工程素养，激发学生的创新意识，提高学生的实战能力及综合素质，发挥课程应有的作用。

一、机械设计基础课程存在的问题及完善方向

根据新时期对高素质创新型人才的培养需求，结合近几年教学情况及指导学生参加科技创新竞赛的经验，笔者认为课程在以下几个方面可以进一步完善。

（一）应提高教学内容的针对性和实效性

传统的机械设计基础课程，着重工程技能和工程素質的培养，而目前教育要求要提高教学的精准化，培养学生的综合素质，学生不仅要精通技术，还必须具有一定的管理、指挥素质，可见，教学内容与目标已不够协调，应进一步优化教学内容，加强课程的前伸后延以及与专业、学科前沿应用的结合，突出教学内容的针对性和实效性。此外，学生在上机械设计基础课程时，大部分缺乏实践经验，也没有接触过专业装备，应根据学生的认知规律来优化教学内容。从小的知识点来说，凡涉及机械结构的内容，最好先看与学生专业相关的实体动画，让学生产生感性认识，在此基础上再讲解其工作原理和特点，这样会取得更好的课堂效果。

（二）应加强教学案例的系统建设与应用

机械设计基础课程的内容比较枯燥，但实用性很强，案例式教学是一种很好的方法[1]。目前，课程中的案例主要存在以下两个问题：一是形式单一，大多数都是传统的工程实际案例，随着行业的发展，有些在实际中已经被淘汰了，贴近机械学科前沿的工程案例数量不多;另外，与学生专业相结合的典型机构案例偏少，这会影响基础教学与专业教学的关联度，使学生感觉所学的知识与自己的专业没有什么关系，从而降低学习的积极性。二是大多数案例都是为了增加学生的感性认识，用来说明问题，在培养学生的能力方面没有起到应有的作用。要善于收集和优选案例，系统建设案例库，探讨每一个案例的具体应用及要达到的效果;注重介绍利用工程基础理论解决工程实际问题的思维和方法，加强学生的工程素质。

（三）应根据学生的“差异性”因材施教

任何一门课程的实施，都必须建立在对学生学情充分掌握的基础上。同一个班的学生，虽然年龄相近，认知结构相似，但是其不同的生活习惯、不同的思维方式、不同的学习风格都会导致学习本课程时的起点学习能力不同。在具体的授课过程中，存在同一个知识点，教师讲解后，有的学生能够很快理解并接受，有的学生却存在疑惑的现象，如果兼顾到每一名学生，接受能力强的学生就感觉到课堂传授的知识点较少。针对以上情况，在教学过程中，为了让每一名学生都达到较好的学习效果，教师应改革教学工作，因材施教，进行差异性教学[2]，让每一名学生都能得到应有的训练和提升。

（四）应用知识的实践环节比例应进一步加强

机械设计基础课程有很强的实践性，“学中用、用中学”是一种很好的教学方式。在实际的教学中，虽然有实践环节，如课程实验、课程设计等，但是在这些环节中，学生都是模仿着解决问题，创造力没有得到充分发挥。学生参加课外科技活动是综合应用所学知识解决实际问题，提升综合素质的一个重要过程，受实践场地的限制，只有少数的学生可以参加课外科技竞赛，大部分学生应用所学知识解决问题的能力较低，整体上还是停留在应试教育的阶段。课题组成员要加强相关资源的建设，拓展应用知识的环节，提高学生探讨分析和解决实际问题的能力。

二、机械基础类课程国内外现状

（一）国内研究现状

在国内，各个院校都在积极对机械设计基础课程进行教学改革，大致可归纳为以下几点：在教学内容上，改掉教材上陈旧的内容，增加一些工程实例、创新作品等，以提高学生学习的积极性;在教学方法上，改革“灌输式”的课堂教学，采用启发式、导学式、参与式、案例式等多种行之有效的教学方法，同时加强实践性教学环节，鼓励学生参加创新设计和科技制作活动，这在一定程度上激发了学生的学习兴趣，提高了教学质量;在教学手段上，改变了传统的板书和挂图教学，综合应用板书、动画、视频、图片、模型、实物、计算机和网络等多种教学手段，为学生提供一种形象、易懂易学的学习方式。

（二）国外研究现状

在机械类课程中，国外特别注重对学生实践能力的培养，提高学生独立解决问题的技巧和能力。如CDIO工程教育模式是近年来国际工程教育改革的最新成果，以产品研发到产品运行的生命周期为载体，让学生以主动的、实践的、课程之间有机联系的方式学习工程，培养四大能力（工程基础知识、个人能力、人际团队能力和工程系统能力）。美国部分高校的Senior Mechanical Engineering Design Project、日本东京工业大学的“独创”机械设计课程等，都要求学生在现实生活中寻找一个实际问题，针对这一问题，学生要能够创造性地提出自己的解决方案。这些教学模式的目标不仅仅使学生具备高超的专业技能，而且使他们能够发现实际问题，通过自主及合作等方式设计出与众不同的创新性方案去解决问题。此外，国外教育学家维果茨基的“最近发展区理论”、加德纳的“多元智能理论”、布卢姆的“掌握学习理论”、罗杰斯“非指导性教学”、巴班斯基的“教学过程最优化”等理论为教师在大学课堂实施差异性教学奠定了坚实的理论基础。

三、“多理念融合教学模式”的研究内容

在充分研究目前课程教学存在的问题及完善方向、了解国内外研究现状的基础上，多理念融合教学模式主要是研究案例教学、差异性教学、实践教学等多种教学理念在课程中的具体表现形式及应用形式，具体研究内容可分为以下四个部分。

（一）把握实用、够用原则，科学组织课程内容

机械设计基础课程作为一门重要的技术基础课，其目的是使学生掌握工程机械和专业装备中用到的常用机构和通用零件的分析与设计的理论、方法。针对教学对象的具体情况，需要对教学内容进行优化组合。按模块化方式对课程内容进行归类，纵向上将其分为常用机构和通用零件两个模块，以四大机构和轴系零部件、连接为重点;横向上分为工作原理、运动和结构分析、设计、选用、校核，以运动和结构分析设计为重点[3]。各部分内容有共性问题，也有各自的特点，注意揭示各部分之间的内在联系。以典型工程机械、专业装备以及学生创新设计作品为案例，将其设计理念、设计思想、设计方案以及设计过程中所应用的新知识，不断融入教学实践当中，使教学内容更具时代特点，更适合培养学生的创新能力。

（二）深化教学方法改革，全面推行案例式教学

机械设计基础课程具有很强的工程性、实践性和设计性，其要求学生既要学好理论知识，又要具有独立分析问题、解决问题的能力。在教学实践中，要尝试案例教学、任务驱动式等新的教学方法。改革原先陈旧的案例，重点应用三类案例：通用工程案例、学生创新作品案例、专业装备案例，可培养学生的工程意识、专业意识及创新意识。

通用工程案例主要來自于生活、工程实践，课题组成员通过关注学科知识、上网搜集资料、阅读机械创新书籍、了解机构的创新应用等方式，搜集整理了一些工程生活案例，找到它们与机械设计基础知识点的“契合点”，以此作为课程的素材。另外，还可以从工程实例着手，探讨有效引导学生思考的理论和方法，培养其工程意识。

在专业装备案例方面，课题组成员通过向相关教研室人员请教、从网上查阅资料以及阅读相关书籍等，搜集整理一些专业装备机构案例，作为课程的素材，做到专业知识与基础知识的融合，为后续专业课的学习及学生的任职需要打下良好的基础。

在学生创新作品案例方面，学生参与的科技竞赛主要有三种平台：全国大学生机械创新设计大赛、“挑战杯”大学生课外学术科技作品竞赛和学生“卓越杯”科技竞赛。课题组成员从这些竞赛作品中凝练内容，提取案例，以此作为知识应用的示范，在课程中加以讲解，这样可以让学生产生一种强烈的临近感，激发学生参与创新实践的热情。

在引用案例时，注重介绍利用工程基础理论解决实际问题的思维和方法，此外，利用案例探讨知识的综合应用，引导学生在解决问题的过程中构建知识体系，培养学生良好的科学态度和创新精神[4]。

（三）充分尊重学生差异，普遍实施差异性教学

实施多理念融合的教学模式，必须考虑学生的差异，让全部学生都得到应有的训练和提高。差异性教学不是让学生学习不同的东西，而是要通过提供大量的学习选择去调节学生的学习差异，让他们用不同的方式学习相同的知识。要通过调查问卷、座谈、走访等各种方式了解学生各方面的具体情况，确定学生的学习等级，根据学员的学习等级对教学进行分层，其中主要包括教学目标分层、教学内容和方法分层、作业、辅导分层及评价分层四方面，规划每节课的组织方式，如全班学习、结对子、个体学习等组织形式。对于学有余力的学生，鼓励其参加课外科技竞赛以进一步提升自己的能力。

（四）注重知识综合应用，搭建创新实践平台

主要是建立教学内容工程化体系。深入研究国外先进的教学理念，关注机械学科发展前沿，优化重组授课内容，整编综合设计相关资料，设计综合应用课程，以开阔学生思路，指导学生进行综合设计;学校依托机械设计实验室完善了学生科技创新基地，增设了快速成型、慧鱼创意组合模型等设备;依托基地，为学生搭建各种实践平台，主要包括国家的挑战杯、机械设计创新大赛及大学的卓越杯等，结合竞赛题目，引导学生进行独立思考，提出创新的解决方案，以达到培养和提高学生创新能力的目标。

在授课中，注重将设计的思想贯穿于整个过程中，引导学生从实际中查找问题，利用所学知识进行分析解决。如果查找的问题具有实际应用价值，鼓励学生利用学员科技创新基地来实现自己的设计，参与课外科技竞赛。这种做法实现了“课内与课外、理论与现实、课程与竞赛”相结合，可潜移默化地提升学生的能力素质。竞赛可锻炼学生的动手能力、查阅文献的能力、表达能力、团队协作能力、知识的综合应用能力等，同时课程中的基础理论知识为学生书写技术资料、申报专利奠定了基础。

此外，引入“慧鱼创意组合模型”，实现理论与实践并行。慧鱼创意组合模型是一种工程积木，可以展示方案的科学原理和技术过程，学生可利用机械机构创意组件，自己动手构建运动模型，这能锻炼学生的动手能力。目前，教研室的慧鱼创意组合模型，主要用于课程实验和学生的创新实践活动，也可将慧鱼创意组合模型应用于课堂。如将学生分组，课前提前发放慧鱼模型，针对课程特点，在讲解原理部分时，让学生利用慧鱼创意模型自己动手搭建相应的机构模型，这不仅可以增添趣味性，改善传统课堂相对单调、乏味的现状，还有助于学生对课堂教学内容的快速理解，提升课堂效率，并且能从一定程度上激发学生的想象力、创造力，培养学生的机械设计与分析能力。

四、结束语

机械设计基础多理念融合的教学模式，抓住了机械设计基础课程“实用性”的特点，以学生实践创新能力培养和综合素质提升为中心，优化重组了教学内容，增加了综合应用知识的环节，构建了一种贴近专业、融入工程、加入案例、与竞赛结合、差异式等多种理念相互融合、相互渗透的教学方式，努力创造应用知识的情景和氛围，让学生自己成为发现问题、分析问题、解决问题的主力，引导学生在应用中学习，在举一反三的研讨与实践中夯实理论与工程应用基础，实现学生综合素质的提高。这种教学模式适应了时代的需求，但是由于学生、案例、竞赛作品等具有与时俱进的特点，所以这种教学模式的研究始终处在一个动态的过程中[5]，需要在“探索—实践—改进—再探索—再实践—再改进”这样一个不断循环的过程中进行，时间越久，积累的素材越多，提升教学效果越明显。

[ 参 考 文 献 ]

[1] 高飞，王军.项目教学在常用机构与零件设计课程中的实践与探索[J].常州信息职业技术学院学报，2011（6）：55-57.

[2]Janice Skowron.有效教学设计[M].北京：中国轻工业出版社，2009.

[3] 杨可桢，程光蕴，李仲生，等. 机械设计基础[M].第六版.北京：高等教育出版社，2013.

[4] 李喜桥.训练思维与工程训练[M].北京：北京航空航天大学出版社，2005.

[5] 周先军.机械设计课程设计改革思考[J].吉林省教育学院学报（学科版），2010（10）：140-141.

[责任编辑：陈 明]