淺析機械設(shè)計基礎(chǔ)課程教學(xué)改革研究論文
“機械設(shè)計基礎(chǔ)”課程是北京信息科技大學(xué)近機類專業(yè)工業(yè)工程、工業(yè)設(shè)計的一門重要專業(yè)基礎(chǔ)課程，其任務(wù)是培養(yǎng)學(xué)生對機械機構(gòu)的分析與設(shè)計能力，使學(xué)生初步掌握基本的設(shè)計理論和設(shè)計方法。課程在基礎(chǔ)課與專業(yè)課之間起承上啟下的作用，與后續(xù)課程銜接緊密，為今后學(xué)習專業(yè)課程以及工作打下必要的基礎(chǔ)，可增加學(xué)生的專業(yè)適應(yīng)能力，使其能滿足市場經(jīng)濟對人才的需求，有利于學(xué)生就業(yè)選擇。
“機械設(shè)計基礎(chǔ)”課程因其具有分散性、綜合性及實踐性和公式多、概念多及圖表多等特點，給教學(xué)工作帶來不小的困難，因此怎樣充分地利用現(xiàn)有教學(xué)資源調(diào)動學(xué)生的學(xué)習積極性，變被動學(xué)習為主動學(xué)習，實現(xiàn)北京信息科技大學(xué)高素質(zhì)應(yīng)用型人才的培養(yǎng)目標，在本課程教學(xué)中研究與探索新的教學(xué)方法就顯得更加迫切和必要了。
一、教學(xué)現(xiàn)狀分析
1.工業(yè)工程、工業(yè)設(shè)計專業(yè)的學(xué)生在開始學(xué)習機械設(shè)計基礎(chǔ)課程的時候，大多數(shù)學(xué)生以前極少關(guān)注機械的結(jié)構(gòu)，對機械缺乏一定的感性認識，或?qū)C械的整體認識是模糊的。
2.課程涉及的基礎(chǔ)理論內(nèi)容較廣且相對獨立，其特點是概念多、原理多、公式多、圖表多，內(nèi)容比較枯燥和單調(diào)，所學(xué)知識在學(xué)生以前的學(xué)習中很少接觸，初學(xué)時往往會感到吃力。在傳統(tǒng)教學(xué)中，以教師講授知識為主，學(xué)生只是被動地聽講;教學(xué)方法單一，無法吸引學(xué)生的注意力。
3.部分教學(xué)內(nèi)容陳舊。教師過于注重單個機械零部件的講解，而對實際工程的機械設(shè)計方法介紹不多，忽略了學(xué)生的能力與素質(zhì)培養(yǎng)，使學(xué)生容易出現(xiàn)厭學(xué)、懼學(xué)、棄學(xué)的情緒，或為取得好成績而“死記硬背”，出現(xiàn)“高分低能”的現(xiàn)象。
二、豐富教學(xué)方法，完善教學(xué)手段
1.教學(xué)方法多樣化。采用圖示教學(xué)法與任務(wù)驅(qū)動教學(xué)法相結(jié)合進行教學(xué)。
(1)圖示教學(xué)法。圖示教學(xué)法是烏克蘭教育家沙塔洛夫經(jīng)過30多年的潛心試驗與研究，提出的一種新的教學(xué)方法。該教學(xué)方法的核心是“綱要網(wǎng)絡(luò)”圖表，此圖表是一種由文字、圖形、公式、方框、流程線和表格等組成的教學(xué)輔助工具。在講解各章內(nèi)容時，利用圖表將各個概念、知識點、公式有機串聯(lián)起來，使其相互關(guān)系形象直觀地表達出來，有利于學(xué)生對所學(xué)知識的理解和記憶。
按內(nèi)容和應(yīng)用可將圖表分為“講授型”和“概括總結(jié)型”。例如，在講授“帶傳動和鏈傳動”的知識時，當講解到離心拉力Fc，并加以解釋，如“當帶作圓周運動時，帶本身的質(zhì)量將在圓周方向產(chǎn)生離心力Fc，而Fc將作用在帶的全長上，因此在帶各處的橫截面上均產(chǎn)生離心拉應(yīng)力σc;σc過大，將帶來不良后果：
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②帶與帶輪表面的正壓力下降，導(dǎo)致最大摩擦力下降，從而降低帶的傳動能力。因此應(yīng)限制帶的速度�！痹趯鲃舆M行小結(jié)時，可知帶是處于變應(yīng)力狀態(tài)下工作的，帶中產(chǎn)生的瞬時最大應(yīng)力發(fā)生在帶的緊邊開始繞向小帶輪處。通過圖表可將相關(guān)內(nèi)容有機串聯(lián)起來，讓學(xué)生從煩瑣的筆記中解脫出來，減輕了學(xué)生的學(xué)習壓力，加深了學(xué)生對知識的理解和記憶。
(2)任務(wù)驅(qū)動教學(xué)法。任務(wù)驅(qū)動教學(xué)法是一種建立在建構(gòu)主義學(xué)習理論基礎(chǔ)上的教學(xué)法，其特點是“學(xué)中用，用中學(xué)，以用促學(xué)”，改變了以往“教師講，學(xué)生聽”的被動教學(xué)模式，創(chuàng)造了以學(xué)定教、學(xué)生主動參與、自主協(xié)作、探索創(chuàng)新的新型學(xué)習模式。任務(wù)驅(qū)動教學(xué)法的核心工作是根據(jù)教學(xué)內(nèi)容設(shè)計任務(wù)。如在講授“平面連桿機構(gòu)”一章時，教師先提出一些與平面連桿機構(gòu)相關(guān)的問題，然后為學(xué)生設(shè)計了一項任務(wù)為“休閑娛樂機械和家庭用機械的設(shè)計”，設(shè)計的機械必須包含平面連桿機構(gòu)，并對設(shè)計任務(wù)進行了一定的解釋與提示，如休閑娛樂機械可以是小區(qū)活動場所的'健身器材;家庭用機械可以是與生活密切相關(guān)的家庭用機電產(chǎn)品，包括窗戶的開啟機構(gòu)、折疊桌椅、家用折疊梯子、雨傘等。此外，還要求工業(yè)設(shè)計專業(yè)的學(xué)生應(yīng)用本專業(yè)知識對產(chǎn)品進行造型設(shè)計，工業(yè)工程專業(yè)的學(xué)生應(yīng)用本專業(yè)知識進行產(chǎn)品進行成本核算，等等。
在實施過程中，采用企業(yè)產(chǎn)品設(shè)計模式進行，由學(xué)生根據(jù)自身專長和興趣愛好組隊，每組3~5名學(xué)生，選出1名組長，領(lǐng)導(dǎo)本小組成員進行產(chǎn)品設(shè)計。鼓勵小組成員進行實地調(diào)研，且每位成員均須提出自己的設(shè)計方案，由組長組織小組展開討論，選擇最佳設(shè)計方案。例如，有小組學(xué)生通過調(diào)研設(shè)計了一款新型家用折疊人字梯，應(yīng)用了平行四邊形機構(gòu)使踏板同時展開或收起。伴隨著一個接著一個的成就感，可培養(yǎng)學(xué)生對機械的學(xué)習興趣，提高學(xué)生自主學(xué)習及與他人協(xié)作的能力，為將來工作崗位上的團隊合作奠定基礎(chǔ)。
2.完善教學(xué)手段。
(1)利用多媒體與實物模型相結(jié)合的教學(xué)手段。多媒體課件具有信息量大、圖文并茂、聲光色結(jié)合的立體效果，能擴寬學(xué)生的眼界，便于理解，實物模型的示教能起到直觀形象的作用。同時，在講解重點內(nèi)容時輔以傳統(tǒng)的板書，使重點突出、要領(lǐng)清楚，達到教與學(xué)的互動效果。通過多種教學(xué)手段的應(yīng)用，對提高學(xué)生的學(xué)習能力收到了較好的效果。例如，將雷達天線、縫紉機踏板、汽車前窗刮雨器、攪拌機、飛機起落架、牛頭刨床等機構(gòu)以動畫形式顯示，使死氣沉沉的課堂變得生動活潑，增加了學(xué)生的感性認識。讓一些難以想象的機構(gòu)生動地呈現(xiàn)在學(xué)生面前，便于學(xué)生理解。
(2)引入計算機輔助工程技術(shù)。學(xué)生學(xué)習計算機軟件的積極性普遍比較高，尤其是工業(yè)設(shè)計專業(yè)的學(xué)生。因此，在“機械設(shè)計基礎(chǔ)”課程中將計算機輔助工程技術(shù)引入課堂教學(xué)，收到了良好的教學(xué)效果。例如，在講解凸輪機構(gòu)時，可演示如何應(yīng)用ADAMS軟件解決問題;在講解軸系零部件時，可采用Pro/Engineer建立虛擬的減速器裝配體，并將其演示給學(xué)生，使學(xué)生產(chǎn)生好奇心，萌發(fā)急于尋求答案的求知欲望，增強學(xué)習的自覺性。為了便于學(xué)生學(xué)習，開設(shè)了多項關(guān)于相關(guān)軟件應(yīng)用的開放性實驗。
3.豐富考核方式。為了增強學(xué)生對機械的總體認識，在開學(xué)之初便將機械發(fā)展史作為一項大作業(yè)布置給學(xué)生，并計入總評成績。讓學(xué)生自行學(xué)習查找相關(guān)資料，寫出相關(guān)機械的發(fā)展歷史，如中國機械發(fā)展史、世界機械發(fā)展史、汽車發(fā)展史、飛機發(fā)展史、機器人發(fā)展史等，讓學(xué)生在查找資料的過程中，對機械及其發(fā)展有一個總體的認識。同時，在應(yīng)用任務(wù)驅(qū)動教學(xué)法教學(xué)過程中安排了設(shè)計任務(wù)，將根據(jù)學(xué)生完成的作品質(zhì)量計算平時成績并計入總評。
三、精練教學(xué)內(nèi)容，進行教材建設(shè)
1.精練教學(xué)內(nèi)容，挖掘教學(xué)素材。從生活中挖掘教學(xué)素材，可以拉近學(xué)生與機械之間的距離。機械與生活緊密相連，挖掘生活中的“機械設(shè)計基礎(chǔ)”課程教學(xué)素材，可以使枯燥的機械生動化，單一的教學(xué)內(nèi)容變得豐富多彩。列舉生活經(jīng)歷或新聞報道中引人入勝、趣味性強的案例，并編擬貼近實際且內(nèi)容新鮮的應(yīng)用問題，讓學(xué)生感到所學(xué)內(nèi)容有用、有趣。例如，應(yīng)用折疊雨傘、折疊桌椅、窗戶開啟機構(gòu)講解平面連桿機構(gòu);應(yīng)用機械鎖、開關(guān)等講解凸輪機構(gòu);應(yīng)用機械鐘表、玩具等講解齒輪機構(gòu)。
2.建設(shè)課程教材。因材施教，積極進行教材建設(shè)。課程組在老教師的帶領(lǐng)和指導(dǎo)下，虛心向兄弟院校取經(jīng)學(xué)習，以極大的熱情教書育人和潛心進行教學(xué)研究，應(yīng)用圖示教學(xué)法進行了教學(xué)實踐，將積累的經(jīng)驗和教學(xué)成果固化進教材，正式出版了《機械設(shè)計基礎(chǔ)》教材，并編寫了《機械設(shè)計基礎(chǔ)實驗指導(dǎo)書》。
四、加強實踐教學(xué)
1.引導(dǎo)學(xué)生進行大學(xué)生科技創(chuàng)新計劃項目。以大學(xué)生科技創(chuàng)新計劃項目為載體，引導(dǎo)學(xué)生進行主動實踐、自主學(xué)習的實踐教學(xué)模式。為了擴大學(xué)生的視野，提高他們實踐動手能力，鼓勵學(xué)生課余時間走進實驗室進行學(xué)習與研究，使得學(xué)有所需的學(xué)生都有機會參與其中，充分利用實驗室的各種資源，得到有益的鍛煉和提高。
工業(yè)工程、工業(yè)設(shè)計專業(yè)的學(xué)生先后開展了“基于人因工程學(xué)的超市貨架設(shè)計”、“節(jié)·閱——公共綠色照明閱讀桌創(chuàng)新設(shè)計”、“模塊化組合式家具設(shè)計”等多項大學(xué)生科技創(chuàng)新計劃項目的研究。有工業(yè)設(shè)計專業(yè)學(xué)生參與的捷能車隊更是通過大學(xué)生科技創(chuàng)新計劃項目的研究收獲了多項成果，該團隊設(shè)計的節(jié)能車多次獲得Honda中國節(jié)能競技大賽最佳技術(shù)獎、最佳設(shè)計獎、最吸引眼球獎等。
2.積極組織學(xué)生參加競賽。組織學(xué)生參加機械創(chuàng)新設(shè)計大賽、三維數(shù)字化創(chuàng)新設(shè)計大賽，讓學(xué)生真刀實槍的去干，利用課堂上教授的理論知識，品嘗創(chuàng)新的滋味。工業(yè)設(shè)計專業(yè)學(xué)生參與設(shè)計的“家用多功能折疊購物車”、“防反光可調(diào)節(jié)黑板”等作品先后獲得首都高校機械創(chuàng)新設(shè)計大賽的獎項�！稗r(nóng)用翻土機設(shè)計”、“自動選種機”、“按摩椅設(shè)計”等作品獲得了全國三維數(shù)字化創(chuàng)新設(shè)計大賽的獎項。
3.設(shè)置開放性實驗。為了使課程實踐環(huán)節(jié)得到進一步充實，增加實驗學(xué)時，課程組開發(fā)了多項開放性實驗，如“典型機構(gòu)運動仿真分析與驗證”、“典型機械拆裝測繪與結(jié)構(gòu)分析實驗”、“小型機器人創(chuàng)意設(shè)計與制作實驗”、“機械方案創(chuàng)新創(chuàng)意設(shè)計模擬實施與分析改進”、“常見機械傳動系統(tǒng)建模與仿真分析實驗”等，完成實驗的學(xué)生可以獲得創(chuàng)新學(xué)分，鼓勵學(xué)生課余時間走進實驗室。
五、結(jié)論
經(jīng)過幾年的研究與實踐，北京信息科技大學(xué)近機類專業(yè)工業(yè)工程、工業(yè)設(shè)計的“機械設(shè)計基礎(chǔ)”課程教學(xué)效果得到了改善，學(xué)生的學(xué)習興趣得到了激發(fā)，學(xué)生的實踐能力獲得了鍛煉。課程教學(xué)的改革與研究使學(xué)生能學(xué)以致用，增強了學(xué)習的自覺性，促使學(xué)生從“要我學(xué)”向“我要學(xué)”轉(zhuǎn)變。
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