張會(huì)端

(河南理工大學(xué)　機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院，河南　焦作　454000)

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非機(jī)類(lèi)專(zhuān)業(yè)《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》教學(xué)方法改革與思考

張會(huì)端

(河南理工大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院，河南焦作454000)

《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》是諸多非機(jī)械類(lèi)工科學(xué)生的必修課程，內(nèi)容寬泛，應(yīng)用面廣。但因?yàn)椴皇菍W(xué)生的專(zhuān)業(yè)課，往往引不起足夠的重視。打破以往的教學(xué)常規(guī)，由教師的以“教”為主改變?yōu)閷W(xué)生的以“學(xué)”為主，以引導(dǎo)的方式提高學(xué)生興趣，使學(xué)生形成自主學(xué)習(xí)的方式，以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性，達(dá)到更好的教學(xué)效果。

機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)；教學(xué)方法；引導(dǎo)

一、引言

《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》是非機(jī)械類(lèi)工科學(xué)生的必修課程，其目的是培養(yǎng)學(xué)生具有一定的機(jī)械基礎(chǔ)知識(shí)和初步的機(jī)械設(shè)計(jì)能力, 為今后的機(jī)械技術(shù)工作打下基礎(chǔ)。它既是基礎(chǔ)又有較強(qiáng)的實(shí)踐性[1], 在整個(gè)教學(xué)計(jì)劃中占有非常重要的地位。如何讓學(xué)生很好地獲得機(jī)械設(shè)計(jì)的基本技能，是教師們一直在思考的問(wèn)題[2-4]。

現(xiàn)代大學(xué)生思維活躍，性格張揚(yáng)，接受新鮮事物比較快，他們不拘泥常規(guī)，不會(huì)按部就班任由老師在講臺(tái)上“說(shuō)教”。尤其是《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》的教學(xué)，學(xué)生常常認(rèn)為這門(mén)課不是自己的專(zhuān)業(yè)課，學(xué)不學(xué)聽(tīng)不聽(tīng)更加無(wú)所謂。如果按照以往多年來(lái)以“教”為主的教學(xué)模式來(lái)授課，往往不會(huì)達(dá)到很好的效果。為了適應(yīng)人才培養(yǎng)的要求,我們一直在積極探索合適的教學(xué)模式以適應(yīng)當(dāng)前的教育現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)。打破以往的教學(xué)常規(guī)，以引導(dǎo)學(xué)生提高興趣、引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的方式，從教師的“教”改變?yōu)閷W(xué)生的“學(xué)”，以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性，達(dá)到更好的教學(xué)效果。

二、趣味式引導(dǎo)

一門(mén)課程能不能讓學(xué)生喜歡，關(guān)鍵在于能否激發(fā)學(xué)生的興趣。機(jī)械與機(jī)構(gòu)，單從字面理解，枯燥而無(wú)味；若運(yùn)用動(dòng)畫(huà)展現(xiàn)運(yùn)動(dòng)，則顯得生動(dòng)而有趣。世間萬(wàn)千機(jī)械，但基本原理相同，宗旨不變，“簡(jiǎn)單的原理，華美的機(jī)械”，是筆者常對(duì)學(xué)生說(shuō)的一句話。運(yùn)用非常簡(jiǎn)單的原理，就能設(shè)計(jì)出滿(mǎn)足各種需要的機(jī)器，這不能不說(shuō)是機(jī)械的奧妙。

圖1　契貝謝夫步行機(jī)器人

圖2　連桿曲線

例如平面四桿機(jī)構(gòu)，這是最簡(jiǎn)單和最基礎(chǔ)的機(jī)構(gòu)，其他機(jī)構(gòu)都是由四桿機(jī)構(gòu)演化而成。而簡(jiǎn)單的幾根桿，就可以做出各種各樣的機(jī)構(gòu)，比如著名的契貝謝夫步行機(jī)器人(如圖1)，連桿的不同位置會(huì)有不同的輸出曲線(如圖2)，從而做成具有不同功能的機(jī)械。每當(dāng)學(xué)生看到這兩個(gè)FLASH，筆者都能聽(tīng)到唏噓不已的聲音。這兩個(gè)FLASH對(duì)學(xué)生形成一種強(qiáng)烈的視覺(jué)沖擊，勾起學(xué)生的無(wú)限好奇，從而激發(fā)他們的學(xué)習(xí)興趣。

三、實(shí)物式引導(dǎo)

《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》課程理論性和實(shí)踐性并重, 而學(xué)生往往在課堂學(xué)習(xí)過(guò)程中缺乏感性認(rèn)識(shí), 所以在教學(xué)時(shí)可采用圖片、實(shí)物模型及現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)等多種手段組合, 將結(jié)構(gòu)形狀和構(gòu)件間的相互關(guān)系生動(dòng)地展現(xiàn)在學(xué)生面前，使內(nèi)容形象、學(xué)生喜聞樂(lè)見(jiàn),加深學(xué)生對(duì)所學(xué)內(nèi)容的理解, 從而提高了整體教學(xué)質(zhì)量和水平。

例如加工方法，說(shuō)起來(lái)很簡(jiǎn)單，但對(duì)于沒(méi)走進(jìn)過(guò)工廠的學(xué)生來(lái)說(shuō)，并沒(méi)有感性認(rèn)識(shí)。而如果用FLASH形象地展示，學(xué)生就會(huì)一目了然。講普通平鍵的類(lèi)型，圓頭平鍵和方頭平鍵的鍵槽形狀不相同，學(xué)生只知其然而不知其所以然。如果給學(xué)生展現(xiàn)指狀銑刀和盤(pán)形銑刀加工鍵槽的過(guò)程，如圖3和圖4所示，無(wú)需贅言就能給學(xué)生留下深刻印象。

圖3　圓頭平鍵鍵槽形狀和加工方法

圖4　方頭平鍵鍵槽形狀和加工方法

在《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》本科生的教學(xué)體系中，應(yīng)更多地設(shè)置陳列室，如零件失效形式的陳列室，零件加工方式陳列室，機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的陳列室，陳列的可以是模型，也可以是企業(yè)廢舊的機(jī)械結(jié)構(gòu)或零部件，給學(xué)生真切的感性認(rèn)識(shí)，讓學(xué)生更加深刻地理解《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》的應(yīng)用。

四、問(wèn)題式引導(dǎo)

專(zhuān)業(yè)課程授課的難點(diǎn)，在于授課的平鋪無(wú)奇，任老師講得天花亂墜，仍不及一部電影或者文學(xué)故事吸引學(xué)生。而問(wèn)題便是平靜湖面上的一粒石子，激起思維的層層漣漪。在教學(xué)過(guò)程中，應(yīng)有意識(shí)地設(shè)定問(wèn)題，以引起學(xué)生的思考。任何一個(gè)細(xì)小的知識(shí)點(diǎn)，都可以設(shè)定問(wèn)題，甚至對(duì)某些章節(jié)，可以以問(wèn)題貫穿整篇知識(shí)，讓學(xué)生尋找問(wèn)題答案的過(guò)程便是學(xué)生的學(xué)習(xí)過(guò)程。

問(wèn)題是最好的“老師”，問(wèn)題不應(yīng)止于老師，而是應(yīng)該給學(xué)生更多的思考空間，甚至讓他們自己去探索。在講述帶傳動(dòng)力分析時(shí)，先講述了帶傳動(dòng)的最大有效拉力，在推導(dǎo)有效拉力表達(dá)式時(shí)沒(méi)有考慮到離心力的存在，而在隨后講述的帶的應(yīng)力分析時(shí)，有了離心應(yīng)力的分布。前后聯(lián)系，善于思考的學(xué)生就會(huì)問(wèn)：為什么在推導(dǎo)有效拉力時(shí)沒(méi)考慮到離心力，這個(gè)有效拉力的表達(dá)式是惟一精確的嗎？而此時(shí)作為老師，恐怕不是短時(shí)間內(nèi)能給學(xué)生講清楚的，倒不妨讓學(xué)生自己查查文獻(xiàn)，鼓勵(lì)他：他和其他學(xué)者一樣在思考這個(gè)問(wèn)題，如胡明祥[5]、辛禮兵[6]和劉鷹[7]。

五、互動(dòng)式引導(dǎo)

在平時(shí)的整個(gè)教學(xué)過(guò)程中，應(yīng)著重以學(xué)生為主，以教和學(xué)的互動(dòng)來(lái)引導(dǎo)學(xué)生掌握基本知識(shí)。在講述齒輪這一章時(shí)，齒輪滿(mǎn)足定傳動(dòng)比的要求、齒輪的嚙合特點(diǎn)、傳動(dòng)要求等內(nèi)容，都和漸開(kāi)線的特性緊密相關(guān)，透徹理解漸開(kāi)線的形成與特性，對(duì)后面的內(nèi)容至關(guān)重要。所以在講述漸開(kāi)線的內(nèi)容時(shí)，打破常規(guī)，不用說(shuō)教來(lái)介紹這些內(nèi)容，而是讓學(xué)生親自動(dòng)手來(lái)體會(huì)。

安排學(xué)生帶好直尺、圓規(guī)等工具，講課時(shí)，只介紹漸開(kāi)線的形成原理，便要求學(xué)生親自動(dòng)手來(lái)畫(huà)一條漸開(kāi)線。靜靜地等待，看學(xué)生對(duì)照著形成原理來(lái)想辦法畫(huà)圖。自然，會(huì)有學(xué)生想到如下辦法：如圖5所示，任畫(huà)一個(gè)基圓，把基圓n等分，計(jì)算出每段弧長(zhǎng)；在等分點(diǎn)按順序畫(huà)基圓的切線，截取線段長(zhǎng)度等于弧長(zhǎng)，便找到發(fā)生線滾動(dòng)到切點(diǎn)位置時(shí)漸開(kāi)線上的點(diǎn)，順次光滑連接，形成漸開(kāi)線。對(duì)同一大小的基圓，漸開(kāi)線的位置不同時(shí)，觀察它們的形狀又有何變化。通過(guò)這樣簡(jiǎn)單的動(dòng)手，漸開(kāi)線的特性不言而喻。和周?chē)耐瑢W(xué)相比較，漸開(kāi)線的形狀取決于基圓也就一目了然。通過(guò)這樣的互動(dòng)，學(xué)生不僅加深對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解，同時(shí)對(duì)該知識(shí)在工程實(shí)踐中的應(yīng)用有了一定的認(rèn)識(shí)。

圖5　學(xué)生手畫(huà)的不同基圓的漸開(kāi)線

六、結(jié)論

《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》是工科非機(jī)械類(lèi)學(xué)生的必修課程，引導(dǎo)學(xué)生重視課程，掌握最基本的機(jī)械技能是我們一直在思考的問(wèn)題。改變通常的教學(xué)方法，通過(guò)趣味式、實(shí)物式、問(wèn)題式和互動(dòng)式引導(dǎo)，從教師的以“教”為主改變?yōu)閷W(xué)生的以“學(xué)”為主，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，讓學(xué)生有真切的感性認(rèn)識(shí)，引導(dǎo)學(xué)生形成自主學(xué)習(xí)，以達(dá)到更好的教學(xué)效果。

(責(zé)任編輯：徐建平)

[1]薛銅龍.機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2011：4.

[2]薛銅龍,王小林,鞏琦.基于卓越工程師培養(yǎng)的“機(jī)械設(shè)計(jì)”課程教學(xué)改革[J].中國(guó)大學(xué)教學(xué), 2013(3)：57-58.

[3]呂明,楊勝?gòu)?qiáng),白薇.機(jī)械類(lèi)本科生創(chuàng)新人才培養(yǎng)與教學(xué)模式改革研究[J].中國(guó)大學(xué)教學(xué), 2009(5)：28-30.

[4]石永軍.機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)教學(xué)改革研究[J].中國(guó)電力教育，2012(32)：55-56.

[5]胡明祥.簡(jiǎn)析離心力在帶傳動(dòng)中對(duì)初拉力的影響[J].鄂州大學(xué)學(xué)報(bào)，2007，14(5)：30-32.

[6]辛禮兵.摩擦帶傳動(dòng)的最大有效拉力分析計(jì)算[J].機(jī)械工程師，2009(5)：61-62.

[7]劉鷹. 帶傳動(dòng)系統(tǒng)臨界滑移狀態(tài)傳動(dòng)帶力學(xué)特性研究[J].機(jī)械傳動(dòng)，2015，39(10)：31-34.

Discuss of Guiding Teaching Model about The Basis of Machine Design

ZHANG Hui-duan

(College of Mechanical and Power Engineering, Henan Polytechnic University，Jiaozuo 454000,China)

TheBasisofMachineDesignis most non-mechanical engineering students' compulsory course. It has broad content and gotten wide application. But it's not a student’professional course, so can not gottem enough attention. Breaking the previous teaching methods，guiding teaching method improves the students' interest and autonomous learning ability by changing teachers "teaching" to students’ "learning", in order to stimulate students' learning initiative, and get better teaching effect.

the basis of machine design;teaching methods;guiding

G642.3

A

1671-9719(2016)9-0050-03

張會(huì)端(1972-)，女，河北趙縣人，博士，副教授，研究方向?yàn)闄C(jī)械設(shè)計(jì)。

2016-05-25

2016-06-13

河南理工大學(xué)教改項(xiàng)目“基于多學(xué)科分層次的‘機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)’課程教學(xué)體系改革”(2015JG001)。