機械設計基礎課程教學方法

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摘要：基于應用型人才培養要求，對機械設計基礎課程在教學方法上進行了改進。實踐表明：采用工程案例教學方法，使教學內容置身于實際工程背景之中，可以有效理解抽象的理論知識，提高工程認知能力，培養理論聯系實際解決工程實際問題能力。

關鍵詞：機械設計基礎；工程案例教學；教學改進

應用型人才培養的目標不只是讓學生掌握工程理論知識，關鍵是學以致用，理論聯系實際，解決實際問題。培養工程應用能力，有必要將一些適合于專業特點的工程實例引入課堂教學之中，通過對具體工程案例的分析探討，使學生在理論學習的同時置身于實際工程背景之中，有效地理解抽象的理論知識，培養理論聯系實際的工程意識，提高工程應用能力。工程案例教學是以工程案例為基本研究對象，以師生互動為基礎，以全面提升學生工程分析能力為目標，是目前諸多教學中普遍采用的最有效的教學方法之一。

一、工程案例教學特點及意義

工程案例教學最顯著的特點是利用工程實際、日常生活實際中典型機械或典型機械的零部件作為講解相關機械設計內容的一種案例，然后通過案例提出問題，引導學生分析、討論，最后由教師總結，使學生理解和掌握相關內容從而達到教學目標。案例不等同于傳統課堂教學中的舉例、課堂討論、實驗教學，它強調對機械原理和理論知識的啟發性。當前我校工科類專業正處于向應用型轉型的關鍵時期，案例教學正是契合了課程教學向應用型轉型的教學模式，對培養應用型人才具有重要意義。

二、工程案例教學實施思路

機械設計類課程教學是培養學生機械工程能力的主要環節，應立足于機械工程教育的內涵和要求，以培養學生機械工程應用能力為目標，探索在課堂教學中如何引入工程案例教學。傳統機械設計類課程注重基本知識點的傳授，教學方法和手段無法達到培養應用型人才的需求，為此，以機械設計基礎課程為例探討課堂教學中如何開展工程案例教學。1.工程案例的選擇。案例是實施案例教學的前提條件之一，案例選擇要圍繞課程教學目標和專業培養方向，并考慮學生的現狀和特點，針對我校能源與動力工程專業的培養目標要求，案例應具有一定的專業典型性和真實性。專業典型性應能夠反映相關知識的內容在專業方向的體現形式，通過對典型案例的分析，使學生掌握基本理論和設計方法，真實的案例則有助于激發學生的創造性和主動性。機械類課程教學運用的工程案例形式多樣，內容涉及面較廣，要根據具體課程要求及學生對知識的接收能力選取。例如，機械設計基礎課程主要培養學生機械機構分析與設計及通用機械零部件的設計能力，首要考慮的工程案例可以是通用的機械設備，如鄂式破碎機、沖床、車床、牛頭刨床、齒輪減速器等。其次根據授課專業選擇與其相關的專用設備，如內燃機、漁業設施及加工設備等。案例的收集可以是在研項目，也可以是企業實際應用的加工設備。選擇案例要注意：案例的選取應與教學內容相一致，難度適中，應符合真實、直觀、典型、系統性特點。在教學中，根據不同教學內容應用合適的案例，從而達到教學目標。2.案例的實施。根據機械設計基礎課程內容的不同，選擇不同的案例引入到課程教學中。例如機構運動簡圖的繪制講授，機構運動簡圖是描述機械工作原理方案的簡單圖形，掌握它的繪制方法具有重要工程意義。由于機構運動簡圖表達機械原理比較抽象，初學者難以正確繪制，教學中采用了典型的工程機械實例破碎機和內燃機作為案例進行教學，通過對案例的結構簡圖的動畫演示和直觀地實物模型操作，明確了設備的工作原理和機構組成，按照授課中講授的繪制方法，很快掌握了機構運動簡圖這一難點內容。又如，平面連桿機構中的急回特性，這一內容具有很重要的工程實際意義，由于理論內容比較抽象，理解起來就有一定的難度。在學習該內容時，是按照問題的導入—探究驗證—歸納總結—實踐應用這樣的講授過程，并把教學內容分解為四個層次：急回特性的定義；產生急回運動的原因分析；急回特性產生的條件；實例分析。在導入什么是急回運動問題時，重點是要使學生對平面四桿機構的這一運動特性有清晰的感性認識，為此采用一個典型的工程實例牛頭刨床加工視頻和主運動機構動畫演示進行講解，通過對牛頭刨床加工某一零件過程中一個加工循環原理分析，使學生對工作行程、空回行程的概念以及急回特性的功用有了直觀的認識，然后引入工程上對急回特性的定義，進而分析機構產生急回運動的原因，得出急回運動產生條件的結論。相比直接使用某一機構的原理動畫給出定義和推導出結論會更直觀、更生動，學生充分理解教學內容與工程實際的聯系和應用，從而產生良好的教學效果。在講授傳動設計及軸系結構設計、滾動軸承內容時，列舉了零件在多種機械中的應用，對傳動系統和工作原理進行分析，特別將齒輪減速裝置作為典型機械案例貫穿于課程教學始終。為了加強教學效果，這部分授課內容還作為實驗的主要內容，指導學生分析減速器結構組成、工作原理、零部件結構、功能及裝配關系，根據給定工作條件及設計要求分組確定設計參數、進行齒輪傳動、軸及軸承的受力分析，判斷各零部件失效形式，確定設計準則，進行設計計算，繪制出結構設計方案簡圖。在學生完成之后，對結果進行答辯，教師根據學生完成結果給出綜合成績。學生通過具有工程背景的案例教學，很快進入實際情境當中，并積極參與到教學互動當中，較好的掌握了教學內容，也達到了教學目標要求。值得注意的是在工程案例教學實施和考核中要注重過程。學生由于學習成績的好壞或對相關知識的掌握程度不同，所以對案例的分析程度和結論會有很多不同，教師應做好啟發、引導學生大膽參與案例分析、討論。值得注意的是學生在對案例進行分析討論過程中，即便學生出現了錯誤，老師也不要隨意打斷糾正，而是盡量讓學生自己通過討論、分析得出正確的結論。

三、結語

多年教學實踐表明：工程案例教學仍然是行之有效的教學方法之一，尤其在培養學生工程意識、工程應用能力上卓有成效。但是由于教學資源有限，在實施過程中典型實物機械設備還不能滿足教學的需求，建議今后課程建設中完善典型案例教學設備，更好地應用于教學當中。此外，在案例教學中要進一步完善討論過程和考核方式，以便更好地提高教學效果。

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作者:馬先英 石米娜 高吭 謝忠東 蔡衛國 單位:大連海洋大學機械與動力工程學院