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(yè)工業(yè)工程、工業(yè)設計的一門重要專業(yè)基礎課程，其任務是培養(yǎng)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(yè)課之間起承上啟下的作用，與后續(xù)課程銜接緊密，為今后學習專業(yè)課程以及工作打下必要的基礎，可增加學生的專業(yè)適應能力，使其能滿足市場經(jīng)濟對人才的需求，有利于學生就業(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(xiàn)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(xiàn)北京信息科技大學高素質應用型人才的培養(yǎng)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(xiàn)狀分析
1.工業(yè)工程、工業(yè)設計專業(yè)的學生在開始學習機械設計基礎課程的時候，大多數(shù)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(tǒng)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。教師過于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(yǎng)，使學生容易出現(xiàn)厭學、懼學、棄學的情緒，或為取得好成績而“死記硬背”，出現(xiàn)“高分低能”的現(xiàn)象。
二、豐富教學方法，完善教學手段
1.教學方法多樣化。采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(jīng)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(wǎng)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(lián)起來，使其相互關系形象直觀地表達出來，有利于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，并加以解釋，如“當帶作圓周運動時，帶本身的質量將在圓周方向產(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)生離心拉應力σc;σc過大，將帶來不良后果：
①降低帶的壽命;
�、趲c帶輪表面的正壓力下降，導致最大摩擦力下降，從而降低帶的傳動能力。因此應限制帶的速度�！痹趯鲃舆M行小結時，可知帶是處于變應力狀態(tài)下工作的，帶中產(chǎn)生的瞬時最大應力發(fā)生在帶的緊邊開始繞向小帶輪處。通過圖表可將相關內容有機串聯(lián)起來，讓學生從煩瑣的筆記中解脫出來，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(chuàng)造了以學定教、學生主動參與、自主協(xié)作、探索創(chuàng)新的新型學習模式。任務驅動教學法的核心工作是根據(jù)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，然后為學生設計了一項任務為“休閑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，并對設計任務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的家庭用機電產(chǎn)品，包括窗戶的開啟機構、折疊桌椅、家用折疊梯子、雨傘等。此外，還要求工業(yè)設計專業(yè)的學生應用本專業(yè)知識對產(chǎn)品進行造型設計，工業(yè)工程專業(yè)的學生應用本專業(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)品設計模式進行，由學生根據(jù)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(chǎn)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折疊人字梯，應用了平行四邊形機構使踏板同時展開或收起。伴隨著一個接著一個的成就感，可培養(yǎng)學生對機械的學習興趣，提高學生自主學習及與他人協(xié)作的能力，為將來工作崗位上的團隊合作奠定基礎。
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、圖文并茂、聲光色結合的立體效果，能擴寬學生的眼界，便于理解，實物模型的示教能起到直觀形象的作用。同時，在講解重點內容時輔以傳統(tǒng)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、牛頭刨床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(xiàn)在學生面前，便于學生理解。
(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(yè)設計專業(yè)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，可采用Pro/Engineer建立虛擬的減速器裝配體，并將其演示給學生，使學生產(chǎn)生好奇心，萌發(fā)急于尋求答案的求知欲望，增強學習的自覺性。為了便于學生學習，開設了多項關于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(fā)展史作為一項大作業(yè)布置給學生，并計入總評成績。讓學生自行學習查找相關資料，寫出相關機械的發(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，在應用任務驅動教學法教學過程中安排了設計任務，將根據(jù)學生完成的作品質量計算平時成績并計入總評。
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(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，應用折疊雨傘、折疊桌椅、窗戶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;應用機械鐘表、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(jīng)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(jīng)驗和教學成果固化進教材，正式出版了《機械設計基礎》教材，并編寫了《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(chuàng)新計劃項目。以大學生科技創(chuàng)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，鼓勵學生課余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，得到有益的鍛煉和提高。
工業(yè)工程、工業(yè)設計專業(yè)的學生先后開展了“基于人因工程學的超市貨架設計”、“節(jié)·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”等多項大學生科技創(chuàng)新計劃項目的研究。有工業(yè)設計專業(yè)學生參與的捷能車隊更是通過大學生科技創(chuàng)新計劃項目的研究收獲了多項成果，該團隊設計的節(jié)能車多次獲得Honda中國節(jié)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(chuàng)新設計大賽、三維數(shù)字化創(chuàng)新設計大賽，讓學生真刀實槍的去干，利用課堂上教授的理論知識，品嘗創(chuàng)新的滋味。工業(yè)設計專業(yè)學生參與設計的“家用多功能折疊購物車”、“防反光可調節(jié)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”、“自動選種機”、“按摩椅設計”等作品獲得了全國三維數(shù)字化創(chuàng)新設計大賽的獎項。
3.設置開放性實驗。為了使課程實踐環(huán)節(jié)得到進一步充實，增加實驗學時，課程組開發(fā)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(chuàng)意設計與制作實驗”、“機械方案創(chuàng)新創(chuàng)意設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，完成實驗的學生可以獲得創(chuàng)新學分，鼓勵學生課余時間走進實驗室。
五、結論
經(jīng)過幾年的研究與實踐，北京信息科技大學近機類專業(yè)工業(yè)工程、工業(yè)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(fā)，學生的實踐能力獲得了鍛煉。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。
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