淺析機械設計基礎課程教學改革研究論文

“機械設計基礎”課程是北京信息科技大學近機類專業工業工程、工業設計的一門重要專業基礎課程，其任務是培養學生對機械機構的分析與設計能力，使學生初步掌握基本的設計理論和設計方法。課程在基礎課與專業課之間起承上啟下的作用，與後續課程銜接緊密，為今後學習專業課程以及工作打下必要的基礎，可增加學生的專業適應能力，使其能滿足市場經濟對人才的需求，有利於學生就業選擇。

“機械設計基礎”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，給教學工作帶來不小的困難，因此怎樣充分地利用現有教學資源調動學生的學習積極性，變被動學習為主動學習，實現北京信息科技大學高素質應用型人才的培養目標，在本課程教學中研究與探索新的教學方法就顯得更加迫切和必要了。

一、教學現狀分析

1.工業工程、工業設計專業的學生在開始學習機械設計基礎課程的時候，大多數學生以前極少關注機械的結構，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，其特點是概念多、原理多、公式多、圖表多，內容比較枯燥和單調，所學知識在學生以前的學習中很少接觸，初學時往往會感到吃力。在傳統教學中，以教師講授知識為主，學生只是被動地聽講;教學方法單一，無法吸引學生的注意力。

3.部分教學內容陳舊。教師過於注重單個機械零部件的講解，而對實際工程的機械設計方法介紹不多，忽略了學生的能力與素質培養，使學生容易出現厭學、懼學、棄學的情緒，或為取得好成績而“死記硬背”，出現“高分低能”的現象。

二、豐富教學方法，完善教學手段

1.教學方法多樣化。採用圖示教學法與任務驅動教學法相結合進行教學。

(1)圖示教學法。圖示教學法是烏克蘭教育家沙塔洛夫經過30多年的潛心試驗與研究，提出的一種新的教學方法。該教學方法的核心是“綱要網絡”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輔助工具。在講解各章內容時，利用圖表將各個概念、知識點、公式有機串聯起來，使其相互關係形象直觀地表達出來，有利於學生對所學知識的理解和記憶。

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“帶傳動和鏈傳動”的知識時，當講解到離心拉力Fc，並加以解釋，如“當帶作圓周運動時，帶本身的質量將在圓周方向產生離心力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生離心拉應力σc;σc過大，將帶來不良後果：

①降低帶的壽命;

②帶與帶輪表面的正壓力下降，導致最大摩擦力下降，從而降低帶的傳動能力。因此應限制帶的速度。”在對帶傳動進行小結時，可知帶是處於變應力狀態下工作的，帶中產生的瞬時最大應力發生在帶的緊邊開始繞向小帶輪處。通過圖表可將相關內容有機串聯起來，讓學生從煩瑣的筆記中解脱出來，減輕了學生的學習壓力，加深了學生對知識的理解和記憶。

(2)任務驅動教學法。任務驅動教學法是一種建立在建構主義學習理論基礎上的教學法，其特點是“學中用，用中學，以用促學”，改變了以往“教師講，學生聽”的被動教學模式，創造了以學定教、學生主動參與、自主協作、探索創新的新型學習模式。任務驅動教學法的核心工作是根據教學內容設計任務。如在講授“平面連桿機構”一章時，教師先提出一些與平面連桿機構相關的問題，然後為學生設計了一項任務為“休閒娛樂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，並對設計任務進行了一定的解釋與提示，如休閒娛樂機械可以是小區活動場所的'健身器材;家庭用機械可以是與生活密切相關的家庭用機電產品，包括窗户的開啟機構、摺疊桌椅、家用摺疊梯子、雨傘等。此外，還要求工業設計專業的學生應用本專業知識對產品進行造型設計，工業工程專業的學生應用本專業知識進行產品進行成本核算，等等。

在實施過程中，採用企業產品設計模式進行，由學生根據自身專長和興趣愛好組隊，每組3~5名學生，選出1名組長，領導本小組成員進行產品設計。鼓勵小組成員進行實地調研，且每位成員均須提出自己的設計方案，由組長組織小組展開討論，選擇最佳設計方案。例如，有小組學生通過調研設計了一款新型家用摺疊人字梯，應用了平行四邊形機構使踏板同時展開或收起。伴隨着一個接着一個的成就感，可培養學生對機械的學習興趣，提高學生自主學習及與他人協作的能力，為將來工作崗位上的團隊合作奠定基礎。

2.完善教學手段。

(1)利用多媒體與實物模型相結合的教學手段。多媒體課件具有信息量大、圖文並茂、聲光色結合的立體效果，能擴寬學生的眼界，便於理解，實物模型的示教能起到直觀形象的作用。同時，在講解重點內容時輔以傳統的板書，使重點突出、要領清楚，達到教與學的互動效果。通過多種教學手段的應用，對提高學生的學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、牛頭刨牀等機構以動畫形式顯示，使死氣沉沉的課堂變得生動活潑，增加了學生的感性認識。讓一些難以想象的機構生動地呈現在學生面前，便於學生理解。

(2)引入計算機輔助工程技術。學生學習計算機軟件的積極性普遍比較高，尤其是工業設計專業的學生。因此，在“機械設計基礎”課程中將計算機輔助工程技術引入課堂教學，收到了良好的教學效果。例如，在講解凸輪機構時，可演示如何應用ADAMS軟件解決問題;在講解軸系零部件時，可採用Pro/Engineer建立虛擬的減速器裝配體，並將其演示給學生，使學生產生好奇心，萌發急於尋求答案的求知慾望，增強學習的自覺性。為了便於學生學習，開設了多項關於相關軟件應用的開放性實驗。

3.豐富考核方式。為了增強學生對機械的總體認識，在開學之初便將機械發展史作為一項大作業佈置給學生，並計入總評成績。讓學生自行學習查找相關資料，寫出相關機械的發展歷史，如中國機械發展史、世界機械發展史、汽車發展史、飛機發展史、機器人發展史等，讓學生在查找資料的過程中，對機械及其發展有一個總體的認識。同時，在應用任務驅動教學法教學過程中安排了設計任務，將根據學生完成的作品質量計算平時成績並計入總評。

三、精練教學內容，進行教材建設

1.精練教學內容，挖掘教學素材。從生活中挖掘教學素材，可以拉近學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”課程教學素材，可以使枯燥的機械生動化，單一的教學內容變得豐富多彩。列舉生活經歷或新聞報道中引人入勝、趣味性強的案例，並編擬貼近實際且內容新鮮的應用問題，讓學生感到所學內容有用、有趣。例如，應用摺疊雨傘、摺疊桌椅、窗户開啟機構講解平面連桿機構;應用機械鎖、開關等講解凸輪機構;應用機械鐘錶、玩具等講解齒輪機構。

2.建設課程教材。因材施教，積極進行教材建設。課程組在老教師的帶領和指導下，虛心向兄弟院校取經學習，以極大的熱情教書育人和潛心進行教學研究，應用圖示教學法進行了教學實踐，將積累的經驗和教學成果固化進教材，正式出版了《機械設計基礎》教材，並編寫了《機械設計基礎實驗指導書》。

四、加強實踐教學

1.引導學生進行大學生科技創新計劃項目。以大學生科技創新計劃項目為載體，引導學生進行主動實踐、自主學習的實踐教學模式。為了擴大學生的視野，提高他們實踐動手能力，鼓勵學生課餘時間走進實驗室進行學習與研究，使得學有所需的學生都有機會參與其中，充分利用實驗室的各種資源，得到有益的鍛鍊和提高。

工業工程、工業設計專業的學生先後開展了“基於人因工程學的超市貨架設計”、“節·閲——公共綠色照明閲讀桌創新設計”、“模塊化組合式傢俱設計”等多項大學生科技創新計劃項目的研究。有工業設計專業學生參與的捷能車隊更是通過大學生科技創新計劃項目的研究收穫了多項成果，該團隊設計的節能車多次獲得Honda中國節能競技大賽最佳技術獎、最佳設計獎、最吸引眼球獎等。

2.積極組織學生參加競賽。組織學生參加機械創新設計大賽、三維數字化創新設計大賽，讓學生真刀實槍的去幹，利用課堂上教授的理論知識，品嚐創新的滋味。工業設計專業學生參與設計的“家用多功能摺疊購物車”、“防反光可調節黑板”等作品先後獲得首都高校機械創新設計大賽的獎項。“農用翻土機設計”、“自動選種機”、“按摩椅設計”等作品獲得了全國三維數字化創新設計大賽的獎項。

3.設置開放性實驗。為了使課程實踐環節得到進一步充實，增加實驗學時，課程組開發了多項開放性實驗，如“典型機構運動仿真分析與驗證”、“典型機械拆裝測繪與結構分析實驗”、“小型機器人創意設計與製作實驗”、“機械方案創新創意設計模擬實施與分析改進”、“常見機械傳動系統建模與仿真分析實驗”等，完成實驗的學生可以獲得創新學分，鼓勵學生課餘時間走進實驗室。

五、結論

經過幾年的研究與實踐，北京信息科技大學近機類專業工業工程、工業設計的“機械設計基礎”課程教學效果得到了改善，學生的學習興趣得到了激發，學生的實踐能力獲得了鍛鍊。課程教學的改革與研究使學生能學以致用，增強了學習的自覺性，促使學生從“要我學”向“我要學”轉變。