張月芹

摘 要：為適應(yīng)科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展和社會競爭對創(chuàng)新型人才的需求，文章根據(jù)本科獨立學(xué)院教育人才培養(yǎng)的目標(biāo)，分析了我院機(jī)械設(shè)計課程中存在的不足，提出了在本課程教學(xué)中對教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式和方法等如何進(jìn)行改革，強(qiáng)化了工程意識和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。通過課程改革和實踐探索，達(dá)到讓學(xué)生既要掌握扎實的理論基礎(chǔ)、又要具有較強(qiáng)的實踐動手能力的目的，改革取得了一定的成效。

關(guān)鍵詞：機(jī)械設(shè)計；課程改革；創(chuàng)新能力；實踐

中圖分類號：G642 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2096-000X（2017）10-0090-03

Abstract： In order to adapt to the rapid development of science and technology and meet the demand of social competition for innovative talents， this paper， according to the talent training goals of independence college， analyzed the shortcomings of mechanical design course in our college， and put forward the reform about the teaching content， teaching modes and methods， strengthening the engineering consciousness and innovation ability. Through the curriculum reform and practical exploration， the students should not only have a solid theoretical foundation， but also have a strong practical ability. The reform has achieved some results.

Keywords： Mechanical design； course reform； innovation ability； practice

引言

隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展及社會發(fā)展對創(chuàng)新型人才需求的增強(qiáng)，在本科獨立學(xué)院確立的教育培養(yǎng)人才的目標(biāo)中，注重以行業(yè)發(fā)展需求為導(dǎo)向，推動教學(xué)改革，強(qiáng)化實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，培養(yǎng)高素質(zhì)應(yīng)用型人才。機(jī)械設(shè)計作為培養(yǎng)機(jī)械類專業(yè)學(xué)生機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計能力的一門主干技術(shù)基礎(chǔ)課，在學(xué)生的教學(xué)培養(yǎng)計劃中，起到了承接基礎(chǔ)課和專業(yè)課的橋梁作用，在培養(yǎng)優(yōu)秀機(jī)械設(shè)計人才方面起著極其重要的作用。

針對機(jī)械設(shè)計課程存在的一些問題和不足，對本課程進(jìn)行教學(xué)改革尤為必要。文章從理論教學(xué)和創(chuàng)新設(shè)計實踐的角度，在課程教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式和方法、創(chuàng)新實踐等方面開展了一系列必要的改革和有益的探索，以其進(jìn)一步優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，強(qiáng)化工程意識，加強(qiáng)創(chuàng)新能力培養(yǎng)。

一、當(dāng)前教學(xué)現(xiàn)狀及存在的問題

（一）課堂教學(xué)內(nèi)容

機(jī)械設(shè)計重點討論通用零件的有關(guān)基本理論和方法，以及有關(guān)技術(shù)資料的應(yīng)用等[1]。我院機(jī)械設(shè)計理論課時為42個，講述內(nèi)容包括總論、聯(lián)接、傳動以及軸系四大部分，存在教學(xué)內(nèi)容多、課時少的明顯矛盾。按照教學(xué)進(jìn)度安排，教師全力講授完所有內(nèi)容需近40個學(xué)時。再加上課程總復(fù)習(xí)，基本上填滿了總課時。在課堂的有限時間內(nèi)，難以讓學(xué)生接觸到更多的工程案例，也難以讓學(xué)生將所學(xué)的理論知識和實際應(yīng)用結(jié)合起來，且課堂案例更新不及時，未融入較新的創(chuàng)新思維意識，對學(xué)生的創(chuàng)新思維能力的引導(dǎo)及訓(xùn)練都會產(chǎn)生削弱作用，不能很好地體現(xiàn)培養(yǎng)高級應(yīng)用型人才的目標(biāo)。

（二）教學(xué)模式和方法

當(dāng)前，教學(xué)模式主要采用教師講授式，通過教師課堂講解、學(xué)生聽課、問答、課堂練習(xí)等一些傳統(tǒng)的單一模式來進(jìn)行，未融入較新的教學(xué)模式和創(chuàng)新思維意識，存在學(xué)生學(xué)習(xí)被動、靠機(jī)械重復(fù)來掌握知識的問題。課堂中忽略了學(xué)生的主體地位，不僅影響其學(xué)習(xí)積極性和自主性，而且不能很好地實現(xiàn)對學(xué)生探究問題及解決工程問題能力的培養(yǎng)。

（三）實踐教學(xué)環(huán)節(jié)

本課程實踐環(huán)節(jié)薄弱，僅有6學(xué)時基礎(chǔ)實驗和2.5周機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計，開設(shè)的基礎(chǔ)實驗為“螺栓強(qiáng)度實驗”“軸系搭建實驗”和“減速器拆裝實驗”，屬于驗證性和認(rèn)知性實驗，缺少設(shè)計性和創(chuàng)新性實驗項目。且因?qū)嶒炘O(shè)備數(shù)量受限，一般3～4個人一組進(jìn)行實驗操作，導(dǎo)致個別學(xué)生實際動手較少，敷衍了事，達(dá)不到實驗的目的。而課程設(shè)計依然是齒輪減速器的設(shè)計，題目類型過于單一，缺少對學(xué)生創(chuàng)新意識的強(qiáng)化培養(yǎng)，并且裝配圖和零件圖依然停留在采用圖板、圖紙等進(jìn)行手工繪制階段，與實際工程設(shè)計人員已越來越多地使用計算機(jī)軟件繪圖的現(xiàn)狀相脫節(jié)，不利于學(xué)生計算機(jī)繪圖與輔助設(shè)計能力的提高。

二、改革措施

（一）優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，提高課堂效率

針對課程內(nèi)容多、課時少的問題，需要根據(jù)課程特點和培養(yǎng)目標(biāo)對課堂內(nèi)容進(jìn)行優(yōu)化。在總論部分，降低機(jī)械零件疲勞強(qiáng)度的計算難度，要求學(xué)生主要掌握疲勞曲線和極限應(yīng)力圖、穩(wěn)定循環(huán)應(yīng)力下零件的疲勞強(qiáng)度計算，有關(guān)強(qiáng)度校核計算公式，要求學(xué)生能夠直接對公式進(jìn)行應(yīng)用而不再強(qiáng)求記憶公式，避免學(xué)生在剛進(jìn)入本課程學(xué)習(xí)時產(chǎn)生畏懼復(fù)雜計算問題的心理，提高其學(xué)習(xí)自信心。在聯(lián)接部分，包括螺紋聯(lián)接，鍵、花鍵及無鍵連接，銷連接，鉚接，膠接與過盈連接等，重點讓學(xué)生掌握螺栓聯(lián)接的類型和應(yīng)用、受力分析、強(qiáng)度校核和設(shè)計計算等內(nèi)容，而其他連接則安排學(xué)生課外自學(xué)，以提高課堂效率。對于帶和鏈傳動，重點學(xué)習(xí)普通V帶傳動的內(nèi)容，而鏈傳動則簡述其運動特性，有關(guān)滾子鏈傳動的計算要求學(xué)生自學(xué)。對于齒輪傳動，重點講述漸開線圓柱齒輪，并省略有關(guān)公式的理論推導(dǎo)，讓學(xué)生掌握公式中參數(shù)的含義及其對齒輪傳動的影響，掌握齒輪設(shè)計的步驟和方法；而錐齒輪和蝸桿傳動，重點掌握其傳動特點及受力分析方法，而強(qiáng)度計算等要求學(xué)生自學(xué)。軸系部分，重點講述軸和滾動軸承的內(nèi)容，而滑動軸承作為自學(xué)部分，聯(lián)軸器、離合器放在軸系結(jié)構(gòu)搭建的實驗中結(jié)合實物來觀察和學(xué)習(xí)，以產(chǎn)生深刻的認(rèn)識。

經(jīng)過以上內(nèi)容的優(yōu)化，在理論課時中可節(jié)省5～6個課時，從而可增加工程實踐案例的內(nèi)容，讓學(xué)生了解機(jī)械設(shè)計的新發(fā)展，擴(kuò)其知識信息量，并將創(chuàng)新設(shè)計的思路和方法應(yīng)用到工程實踐案例的分析中。這不僅拓展了學(xué)生的知識面，而且逐步培養(yǎng)了學(xué)生結(jié)合工程實例進(jìn)行創(chuàng)新的意識。

（二）豐富教學(xué)模式，強(qiáng)化工程意識

每一種教學(xué)模式都具有其自身的優(yōu)勢與局限，應(yīng)該綜合運用多種教學(xué)模式，提高教學(xué)效果[2]。在教學(xué)模式與教學(xué)目標(biāo)相契合的情況下，教師要考慮實際教學(xué)條件，根據(jù)教學(xué)內(nèi)容采用合適的教學(xué)模式完成理論和實踐教學(xué)。要打破現(xiàn)有的以教師傳授知識學(xué)習(xí)為主的教學(xué)模式，要突出學(xué)生的主體地位，注重在基礎(chǔ)知識講授之后，培養(yǎng)學(xué)生綜合運用理論知識解決工程實際問題的能力。

由于本課程要學(xué)習(xí)幾類不同的通用零件，容易讓學(xué)生產(chǎn)生內(nèi)容繁雜、思路凌亂的感覺。為此，在整個課程的講授中，始終貫穿“零件使用案例-工作原理-失效形式-受力分析-強(qiáng)度計算-結(jié)構(gòu)設(shè)計”的學(xué)習(xí)主線，讓學(xué)生建立一條清晰的學(xué)習(xí)思路主線。

大綱要求的重點和難點部分，教師要充分利用板書、多媒體課件、動畫等手段將課程內(nèi)容講述詳盡，并啟發(fā)學(xué)生舉一反三、學(xué)用結(jié)合，讓學(xué)生牢固地掌握基礎(chǔ)知識和分析問題的方法，重視系統(tǒng)性的學(xué)習(xí)知識，提高課堂教學(xué)質(zhì)量。如在講述帶傳動的彈性滑動和打滑時，借助Flash動畫讓學(xué)生形象的觀察帶和帶輪間運動速度的差異。通過逐漸增大載荷觀察彈性滑動區(qū)域的變化及向打滑的轉(zhuǎn)變，加深學(xué)生對帶傳動運動特性的認(rèn)識。針對各類齒輪傳動的受力分析，由于其受力種類、方向判斷等都不盡相同，一直是學(xué)生易混淆出錯的地方。為了系統(tǒng)化地讓學(xué)生掌握本部分內(nèi)容，教師要設(shè)計教與學(xué)互動環(huán)節(jié)。如先讓學(xué)生在黑板上畫出每一類齒輪的受力分析示意圖，然后再引導(dǎo)學(xué)生分析每種力在各類齒輪上的作用特點，找出各類齒輪受力的異同。這種做法精簡了內(nèi)容，強(qiáng)化了學(xué)生的記憶和理解。通過該互動方法，作業(yè)中的錯誤大大減少了。

為提高教學(xué)質(zhì)量和效率，建立了機(jī)械設(shè)計模型室。要充分利用模型室提供的優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源，將部分基本教學(xué)內(nèi)容轉(zhuǎn)移到模型室進(jìn)行教學(xué)，適當(dāng)開展情景式教學(xué)。讓學(xué)生對模型室陳列的零部件、減速器等模型產(chǎn)生直觀認(rèn)知，彌補(bǔ)其空間想象力和形象思維能力的不足，并將其置身于實際模型之中學(xué)習(xí)，不僅可以降低課程的抽象性和難度，豐富的實物模型還有助于學(xué)生擴(kuò)大知識面，激發(fā)學(xué)習(xí)的主動性和興趣。如滾動軸承部分，通過學(xué)生觀察各類軸承的結(jié)構(gòu)，并根據(jù)結(jié)構(gòu)分析其受載情況等，教師再進(jìn)一步結(jié)合實物講述總結(jié)，以加深對軸承的理解，則看似繁多零亂的內(nèi)容卻可以讓學(xué)生很好地掌握，產(chǎn)生的教學(xué)效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)好于教師在教室的全力講解。對于課程的自學(xué)部分，教師有針對性地提出一些問題，適當(dāng)開放模型室，讓學(xué)生在模型室內(nèi)自學(xué)而找出問題的答案，培養(yǎng)學(xué)生獨立觀察問題和分析問題的能力。對于學(xué)生存在疑問較多的地方，教師在課堂中再給予解答和概述。不僅擴(kuò)展了學(xué)生的知識面，而且提高了學(xué)習(xí)效率，兼顧了課程的完整性。

以探究式教學(xué)模式[3]增加工程案例的分析。教師根據(jù)學(xué)習(xí)進(jìn)度，針對零件的實際工程應(yīng)用提出問題，讓學(xué)生以分組的形式課外求解問題的答案，教師在課堂上再對學(xué)生的解答進(jìn)行點評，對他們的疑問進(jìn)行點撥和啟發(fā)，并對那些具有突破的學(xué)生給予鼓勵，提高教師教學(xué)的靈活性。如完成減速器拆裝實驗后，讓學(xué)生以風(fēng)力發(fā)電增速齒輪箱為研究對象，完成對該增速齒輪箱的組成、工作原理、傳動特點等的分析，并對傳動方案進(jìn)行再設(shè)計或改造。通過類似問題的對比分析，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維能力和自主學(xué)習(xí)的能力，并將創(chuàng)新設(shè)計與工程應(yīng)用緊密結(jié)合，拓展學(xué)生對工程問題的認(rèn)識。此外，學(xué)生在解決問題的過程中，一般需要到圖書館查閱設(shè)計手冊、數(shù)據(jù)庫文獻(xiàn)資料等。因此，還提高了他們查閱技術(shù)資料和檢索信息的能力。

計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用的普及，為建設(shè)開放式學(xué)習(xí)環(huán)境創(chuàng)造了有利條件，為此，在課程改革中嘗試了微課[4]，對課程的重點、難點和機(jī)械設(shè)計的新成果、新產(chǎn)品錄制微課，便于學(xué)生利用零碎的時間進(jìn)行學(xué)習(xí)和課外回顧課堂內(nèi)容，使學(xué)生不受地域的影響、自主加強(qiáng)學(xué)習(xí)。

（三）搭建創(chuàng)新平臺，鼓勵創(chuàng)新設(shè)計

一般，對學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)可以從加強(qiáng)其創(chuàng)新意識、動手實踐等方面入手。開展創(chuàng)新設(shè)計的訓(xùn)練和競賽，激發(fā)學(xué)生的積極性，讓學(xué)生綜合運用所學(xué)知識去觀察分析問題，解決實際問題。

本課程具有很強(qiáng)的設(shè)計性和實踐性，在已開設(shè)的6學(xué)時基本實驗中，為保證實驗效果，在實驗開始之前要求學(xué)生完成與實驗內(nèi)容密切相關(guān)的預(yù)習(xí)，以改善實驗效果，提高課堂效率，避免走馬觀花式實驗，并對每個學(xué)生定量分配實驗任務(wù)。為進(jìn)一步擴(kuò)大學(xué)生的知識面，在實驗中教師要介紹相關(guān)的工程背景，典型工程應(yīng)用實例等，以增加工程實踐的內(nèi)容。對于2.5周的課程設(shè)計環(huán)節(jié)，鼓勵學(xué)生采用計算機(jī)輔助繪圖軟件來完成。不僅可以提高作圖效率，而且可以讓學(xué)生有更充足的時間理解設(shè)計的內(nèi)容，提高設(shè)計的質(zhì)量。同時，鼓勵大家開拓新的題目，而不再局限于二級齒輪減速器的設(shè)計。為培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識、創(chuàng)新能力及工程實踐能力，增設(shè)了32學(xué)時的機(jī)械設(shè)計綜合實驗，進(jìn)行機(jī)械創(chuàng)新傳動方案的搭建和計算機(jī)輔助建模分析。在已有的工程經(jīng)驗的基礎(chǔ)上進(jìn)行動手實踐。并注重開展應(yīng)用型、綜合提高型和創(chuàng)新型等實驗項目[5]，以滿足不同層次學(xué)生的需求。同時在實驗開設(shè)期間，開放實驗室以增加學(xué)生的課外學(xué)時。本綜合實驗中，學(xué)生設(shè)計出了連桿式機(jī)械手、打包機(jī)等優(yōu)秀的傳動裝置。

此外，為開展課外創(chuàng)新活動，建立了大學(xué)生創(chuàng)新實驗室，購置了車床、銑床、鉆床及數(shù)控雕刻機(jī)等加工設(shè)備，并配有教師指導(dǎo)機(jī)床的操作，為動手及創(chuàng)新能力較強(qiáng)的學(xué)生提供了一個發(fā)揮自身特長的平臺。近年來，借助省級及院級大學(xué)生創(chuàng)新基金項目，開展了爬壁機(jī)器人、自動化立體停車庫、走迷宮機(jī)器人等江蘇省大學(xué)生創(chuàng)新基金項目，結(jié)合學(xué)生的專業(yè)優(yōu)勢，順利完成了實體模型的設(shè)計制作，取得了良好的成績，培養(yǎng)了一批優(yōu)秀的高級應(yīng)用型人才。從實驗室走出的一些畢業(yè)生還成功實現(xiàn)了創(chuàng)業(yè)，將自己的產(chǎn)品推向了國內(nèi)外市場。學(xué)生在實驗室學(xué)習(xí)期間，還參加了各類國家級、省級大學(xué)生競賽，并取得了突出的成績。如在第14屆全國大學(xué)生機(jī)器人大賽Robomasters賽中，首次參賽，即在華東賽區(qū)賽中取得亞軍、在全國總決賽中取得二等獎的好成績。在近幾年舉辦的江蘇省大學(xué)生機(jī)器人大賽中，多次取得冠軍、亞軍、季軍等成績。實驗室學(xué)生取得的優(yōu)異成績，離不開平時對創(chuàng)新能力培養(yǎng)和重視的積累，也有力地證明了課程改革的有效性。通過該創(chuàng)新實驗室，也將機(jī)械設(shè)計的課堂創(chuàng)新意識和實踐能力的后續(xù)培養(yǎng)，延續(xù)到創(chuàng)新作品設(shè)計平臺上，有利于人才的個性化和多樣化發(fā)展，滿足了社會對新型人才的需求。

三、結(jié)束語

為適應(yīng)社會發(fā)展對高素質(zhì)應(yīng)用型人才的需求，提高大學(xué)生的機(jī)械創(chuàng)新能力和實踐能力，文章在分析機(jī)械設(shè)計課程現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，對課程進(jìn)行了一系列改革和探索。機(jī)械設(shè)計課程改革以行業(yè)發(fā)展需求為導(dǎo)向，優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，結(jié)合課程的學(xué)習(xí)特點豐富教學(xué)模式和方法，提高課堂教學(xué)效率和質(zhì)量，強(qiáng)化工程實踐，培養(yǎng)具有一定創(chuàng)新意識和實踐能力的高素質(zhì)應(yīng)用型人才，改革取得了一定的成效。

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