淺析機械設計基礎課程教學(xué)改革研究論文
“機械設計基礎”課程是北京信息科技大學(xué)近機類(lèi)專(zhuān)業(yè)工業(yè)工程、工業(yè)設計的一門(mén)重要專(zhuān)業(yè)基礎課程，其任務(wù)是培養學(xué)生對機械機構的分析與設計能力，使學(xué)生初步掌握基本的設計理論和設計方法。課程在基礎課與專(zhuān)業(yè)課之間起承上啟下的作用，與后續課程銜接緊密，為今后學(xué)習專(zhuān)業(yè)課程以及工作打下必要的基礎，可增加學(xué)生的專(zhuān)業(yè)適應能力，使其能滿(mǎn)足市場(chǎng)經(jīng)濟對人才的需求，有利于學(xué)生就業(yè)選擇。
“機械設計基礎”課程因其具有分散性、綜合性及實(shí)踐性和公式多、概念多及圖表多等特點(diǎn)，給教學(xué)工作帶來(lái)不小的困難，因此怎樣充分地利用現有教學(xué)資源調動(dòng)學(xué)生的學(xué)習積極性，變被動(dòng)學(xué)習為主動(dòng)學(xué)習，實(shí)現北京信息科技大學(xué)高素質(zhì)應用型人才的培養目標，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)現狀分析
1.工業(yè)工程、工業(yè)設計專(zhuān)業(yè)的學(xué)生在開(kāi)始學(xué)習機械設計基礎課程的時(shí)候，大多數學(xué)生以前極少關(guān)注機械的結構，對機械缺乏一定的感性認識，或對機械的整體認識是模糊的。
2.課程涉及的基礎理論內容較廣且相對獨立，其特點(diǎn)是概念多、原理多、公式多、圖表多，內容比較枯燥和單調，所學(xué)知識在學(xué)生以前的學(xué)習中很少接觸，初學(xué)時(shí)往往會(huì )感到吃力。在傳統教學(xué)中，以教師講授知識為主，學(xué)生只是被動(dòng)地聽(tīng)講;教學(xué)方法單一，無(wú)法吸引學(xué)生的注意力。
3.部分教學(xué)內容陳舊。教師過(guò)于注重單個(gè)機械零部件的講解，而對實(shí)際工程的機械設計方法介紹不多，忽略了學(xué)生的能力與素質(zhì)培養，使學(xué)生容易出現厭學(xué)、懼學(xué)、棄學(xué)的情緒，或為取得好成績(jì)而“死記硬背”，出現“高分低能”的現象。
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)驅動(dòng)教學(xué)法相結合進(jìn)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(guò)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(xiàn)和表格等組成的教學(xué)輔助工具。在講解各章內容時(shí)，利用圖表將各個(gè)概念、知識點(diǎn)、公式有機串聯(lián)起來(lái)，使其相互關(guān)系形象直觀(guān)地表達出來(lái)，有利于學(xué)生對所學(xué)知識的理解和記憶。
按內容和應用可將圖表分為“講授型”和“概括總結型”。例如，在講授“帶傳動(dòng)和鏈傳動(dòng)”的知識時(shí)，當講解到離心拉力Fc，并加以解釋?zhuān)纭爱攷ё鲌A周運動(dòng)時(shí)，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(cháng)上，因此在帶各處的橫截面上均產(chǎn)生離心拉應力σc;σc過(guò)大，將帶來(lái)不良后果：
�、俳档蛶У膲勖�;
�、趲c帶輪表面的正壓力下降，導致最大摩擦力下降，從而降低帶的傳動(dòng)能力。因此應限制帶的速度�！痹趯鲃�(dòng)進(jìn)行小結時(shí)，可知帶是處于變應力狀態(tài)下工作的，帶中產(chǎn)生的瞬時(shí)最大應力發(fā)生在帶的緊邊開(kāi)始繞向小帶輪處。通過(guò)圖表可將相關(guān)內容有機串聯(lián)起來(lái)，讓學(xué)生從煩瑣的筆記中解脫出來(lái)，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)驅動(dòng)教學(xué)法。任務(wù)驅動(dòng)教學(xué)法是一種建立在建構主義學(xué)習理論基礎上的教學(xué)法，其特點(diǎn)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(tīng)”的被動(dòng)教學(xué)模式，創(chuàng )造了以學(xué)定教、學(xué)生主動(dòng)參與、自主協(xié)作、探索創(chuàng )新的新型學(xué)習模式。任務(wù)驅動(dòng)教學(xué)法的核心工作是根據教學(xué)內容設計任務(wù)。如在講授“平面連桿機構”一章時(shí)，教師先提出一些與平面連桿機構相關(guān)的問(wèn)題，然后為學(xué)生設計了一項任務(wù)為“休閑娛樂(lè )機械和家庭用機械的設計”，設計的機械必須包含平面連桿機構，并對設計任務(wù)進(jìn)行了一定的解釋與提示，如休閑娛樂(lè )機械可以是小區活動(dòng)場(chǎng)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(hù)的開(kāi)啟機構、折疊桌椅、家用折疊梯子、雨傘等。此外，還要求工業(yè)設計專(zhuān)業(yè)的學(xué)生應用本專(zhuān)業(yè)知識對產(chǎn)品進(jìn)行造型設計，工業(yè)工程專(zhuān)業(yè)的學(xué)生應用本專(zhuān)業(yè)知識進(jìn)行產(chǎn)品進(jìn)行成本核算，等等。
在實(shí)施過(guò)程中，采用企業(yè)產(chǎn)品設計模式進(jìn)行，由學(xué)生根據自身專(zhuān)長(cháng)和興趣愛(ài)好組隊，每組3~5名學(xué)生，選出1名組長(cháng)，領(lǐng)導本小組成員進(jìn)行產(chǎn)品設計。鼓勵小組成員進(jìn)行實(shí)地調研，且每位成員均須提出自己的設計方案，由組長(cháng)組織小組展開(kāi)討論，選擇最佳設計方案。例如，有小組學(xué)生通過(guò)調研設計了一款新型家用折疊人字梯，應用了平行四邊形機構使踏板同時(shí)展開(kāi)或收起。伴隨著(zhù)一個(gè)接著(zhù)一個(gè)的成就感，可培養學(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(lái)工作崗位上的團隊合作奠定基礎。
2.完善教學(xué)手段。
(1)利用多媒體與實(shí)物模型相結合的教學(xué)手段。多媒體課件具有信息量大、圖文并茂、聲光色結合的立體效果，能擴寬學(xué)生的眼界，便于理解，實(shí)物模型的示教能起到直觀(guān)形象的作用。同時(shí)，在講解重點(diǎn)內容時(shí)輔以傳統的板書(shū)，使重點(diǎn)突出、要領(lǐng)清楚，達到教與學(xué)的互動(dòng)效果。通過(guò)多種教學(xué)手段的應用，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(xiàn)、縫紉機踏板、汽車(chē)前窗刮雨器、攪拌機、飛機起落架、牛頭刨床等機構以動(dòng)畫(huà)形式顯示，使死氣沉沉的課堂變得生動(dòng)活潑，增加了學(xué)生的感性認識。讓一些難以想象的機構生動(dòng)地呈現在學(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)設計專(zhuān)業(yè)的學(xué)生。因此，在“機械設計基礎”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，在講解凸輪機構時(shí)，可演示如何應用ADAMS軟件解決問(wèn)題;在講解軸系零部件時(shí)，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(jué)性。為了便于學(xué)生學(xué)習，開(kāi)設了多項關(guān)于相關(guān)軟件應用的開(kāi)放性實(shí)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(kāi)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(jì)。讓學(xué)生自行學(xué)習查找相關(guān)資料，寫(xiě)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(chē)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(guò)程中，對機械及其發(fā)展有一個(gè)總體的認識。同時(shí)，在應用任務(wù)驅動(dòng)教學(xué)法教學(xué)過(guò)程中安排了設計任務(wù)，將根據學(xué)生完成的作品質(zhì)量計算平時(shí)成績(jì)并計入總評。
三、精練教學(xué)內容，進(jìn)行教材建設
1.精練教學(xué)內容，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“機械設計基礎”課程教學(xué)素材，可以使枯燥的機械生動(dòng)化，單一的教學(xué)內容變得豐富多彩。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(shí)際且內容新鮮的應用問(wèn)題，讓學(xué)生感到所學(xué)內容有用、有趣。例如，應用折疊雨傘、折疊桌椅、窗戶(hù)開(kāi)啟機構講解平面連桿機構;應用機械鎖、開(kāi)關(guān)等講解凸輪機構;應用機械鐘表、玩具等講解齒輪機構。
2.建設課程教材。因材施教，積極進(jìn)行教材建設。課程組在老教師的帶領(lǐng)和指導下，虛心向兄弟院校取經(jīng)學(xué)習，以極大的熱情教書(shū)育人和潛心進(jìn)行教學(xué)研究，應用圖示教學(xué)法進(jìn)行了教學(xué)實(shí)踐，將積累的經(jīng)驗和教學(xué)成果固化進(jìn)教材，正式出版了《機械設計基礎》教材，并編寫(xiě)了《機械設計基礎實(shí)驗指導書(shū)》。
四、加強實(shí)踐教學(xué)
1.引導學(xué)生進(jìn)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，引導學(xué)生進(jìn)行主動(dòng)實(shí)踐、自主學(xué)習的實(shí)踐教學(xué)模式。為了擴大學(xué)生的視野，提高他們實(shí)踐動(dòng)手能力，鼓勵學(xué)生課余時(shí)間走進(jìn)實(shí)驗室進(jìn)行學(xué)習與研究，使得學(xué)有所需的學(xué)生都有機會(huì )參與其中，充分利用實(shí)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)設計專(zhuān)業(yè)的學(xué)生先后開(kāi)展了“基于人因工程學(xué)的超市貨架設計”、“節·閱——公共綠色照明閱讀桌創(chuàng )新設計”、“模塊化組合式家具設計”等多項大學(xué)生科技創(chuàng )新計劃項目的研究。有工業(yè)設計專(zhuān)業(yè)學(xué)生參與的捷能車(chē)隊更是通過(guò)大學(xué)生科技創(chuàng )新計劃項目的研究收獲了多項成果，該團隊設計的節能車(chē)多次獲得Honda中國節能競技大賽最佳技術(shù)獎、最佳設計獎、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 )新設計大賽、三維數字化創(chuàng )新設計大賽，讓學(xué)生真刀實(shí)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)設計專(zhuān)業(yè)學(xué)生參與設計的“家用多功能折疊購物車(chē)”、“防反光可調節黑板”等作品先后獲得首都高校機械創(chuàng )新設計大賽的獎項�！稗r用翻土機設計”、“自動(dòng)選種機”、“按摩椅設計”等作品獲得了全國三維數字化創(chuàng )新設計大賽的獎項。
3.設置開(kāi)放性實(shí)驗。為了使課程實(shí)踐環(huán)節得到進(jìn)一步充實(shí)，增加實(shí)驗學(xué)時(shí)，課程組開(kāi)發(fā)了多項開(kāi)放性實(shí)驗，如“典型機構運動(dòng)仿真分析與驗證”、“典型機械拆裝測繪與結構分析實(shí)驗”、“小型機器人創(chuàng )意設計與制作實(shí)驗”、“機械方案創(chuàng )新創(chuàng )意設計模擬實(shí)施與分析改進(jìn)”、“常見(jiàn)機械傳動(dòng)系統建模與仿真分析實(shí)驗”等，完成實(shí)驗的學(xué)生可以獲得創(chuàng )新學(xué)分，鼓勵學(xué)生課余時(shí)間走進(jìn)實(shí)驗室。
五、結論
經(jīng)過(guò)幾年的研究與實(shí)踐，北京信息科技大學(xué)近機類(lèi)專(zhuān)業(yè)工業(yè)工程、工業(yè)設計的“機械設計基礎”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(shí)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(jué)性，促使學(xué)生從“要我學(xué)”向“我要學(xué)”轉變。
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