馬躍龍

摘 要 以應(yīng)用型人才培養(yǎng)為目標(biāo)，對“機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”課程的傳統(tǒng)教學(xué)模式提出教學(xué)改革建議。設(shè)計(jì)了一種基于魯布戈德堡機(jī)械的聯(lián)動(dòng)思想的教具，用以提高教具的輔助教學(xué)功效。同時(shí)引導(dǎo)學(xué)生利用“機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”課程知識進(jìn)行再設(shè)計(jì)，將回轉(zhuǎn)類傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和直線類傳動(dòng)機(jī)構(gòu)交叉分布在一條傳動(dòng)線上，輔助同學(xué)們理解記憶機(jī)械相關(guān)課程的知識點(diǎn)。

關(guān)鍵詞 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 課堂教學(xué) 教具創(chuàng)新 實(shí)驗(yàn)教學(xué)

中圖分類號：G424 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdks.2017.07.051

Investigation on the Teaching Innovation Reform of

Basis of Mechanical Design

MA Yuelong

（School of Mechanical Engineering， Zhengzhou University of Science and Technology， Zhengzhou， Henan 450064）

Abstract Aiming at training of application-oriented talent， teaching reform suggestions on the traditional teaching pattern of “basis of mechanical design” were proposed in the present work. Teaching aids based on the linkage thought of Rube Goldberg machine were designed to improve teaching effect. At the same time， students were guided to utilized acknowledges of “basis of mechanical design” to carry on the redesign. The rotary actuator and linear actuator distributed across a transmission line and assisted the students to understand and memorize the related knowledge of the course.

Keywords basis of mechanical design； classroom teaching； teaching aids innovation

0 引言

高等學(xué)校是培養(yǎng)具有創(chuàng)新能力人才的主要場所之一。創(chuàng)新教育是高等教育內(nèi)容的重要組成部分，是一種基于創(chuàng)新教育計(jì)劃的教育活動(dòng)，在啟發(fā)學(xué)生創(chuàng)新意識的過程中，突出學(xué)生的主體性，注重學(xué)生的實(shí)踐性和個(gè)性化發(fā)展。在教學(xué)活動(dòng)中鼓勵(lì)學(xué)生積極參與、思考、探索、實(shí)踐、創(chuàng)造。通過設(shè)定教學(xué)項(xiàng)目活動(dòng)、任務(wù)分配。培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，使學(xué)生成為全面發(fā)展的應(yīng)用型人才。

“機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”是工科類專業(yè)的一門重要技術(shù)基礎(chǔ)課，主要研究機(jī)械傳動(dòng)過程中的常用機(jī)構(gòu)和部分通用零件的工作原理、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、基本的設(shè)計(jì)理論和計(jì)算方法。[1-4]本文結(jié)合鄭州科技學(xué)院“機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”課程的教學(xué)實(shí)際，從教學(xué)理念、教學(xué)方法、教具應(yīng)用等方面，提出一些探討性的建議。

1 教學(xué)理念

（1）模塊式分工教學(xué)。單科課程的教學(xué)改革，應(yīng)在專業(yè)建設(shè)和課程改革之下進(jìn)行。然而，如果針對全系所有專業(yè)全面開展專業(yè)建設(shè)和課程改革將是一個(gè)十分復(fù)雜的系統(tǒng)工程，需要全系多個(gè)部門的協(xié)調(diào)和共同努力，制訂完善的計(jì)劃，而在短期內(nèi)制訂出周全的計(jì)劃也是十分困難的。因此，采用各取所長的方式，從教師個(gè)人研究領(lǐng)域選擇相關(guān)課程，分步驟、分模塊地進(jìn)行課程教學(xué)改革的研究和探索，積累經(jīng)驗(yàn)。而后將其逐漸納入全系的課程體系建設(shè)和課程改革。[5-6]與之相對應(yīng)，模塊式分工的將全系各專業(yè)的課程進(jìn)行類似的建設(shè)，這樣就可以把多個(gè)教師的經(jīng)驗(yàn)與成果互補(bǔ)與綜合。

（2）持續(xù)性教學(xué)改革。教學(xué)改革是一個(gè)不斷完善的過程，同時(shí)也是一個(gè)常提常新、不斷發(fā)展的課題，需要廣大教師持之以恒地進(jìn)行研究。當(dāng)然，教學(xué)改革本身也不是一蹴而就的事情。完善的教學(xué)改革方案不可能被一次性提出來，并保持持久的先進(jìn)性。理想的教學(xué)改革方案是不斷發(fā)展的，與時(shí)俱進(jìn)的。

（3）擺脫資源等待式教學(xué)。特定課程的教學(xué)改革內(nèi)容主要依賴于授課教師的主觀思想，但是同時(shí)與學(xué)校所提供的教學(xué)條件是密不可分的，如課程教材建設(shè)、實(shí)驗(yàn)課建設(shè)、教學(xué)管理、教學(xué)質(zhì)量監(jiān)督與評價(jià)等多個(gè)方面。由于其屬于學(xué)校的多個(gè)管理部門，往往會出現(xiàn)部門間的協(xié)調(diào)不一致等問題。部分教師過分依賴于教學(xué)條件，不能根據(jù)學(xué)校現(xiàn)有條件進(jìn)行課程改革。但其實(shí)這樣是非常不利于課程改革的推進(jìn)的。[7]我們必須充分調(diào)動(dòng)可利用資源，依托于現(xiàn)有教學(xué)條件，積極主動(dòng)的進(jìn)行教學(xué)改革，避免資源等待式教學(xué)。

（4）個(gè)性與共性并存的教學(xué)模式。教學(xué)課程的改革，尤其是專業(yè)基礎(chǔ)課程，內(nèi)容涉及面廣、應(yīng)用細(xì)節(jié)繁雜，此外，由于教師之間的專業(yè)背景、工作經(jīng)歷的不甚相同，每位教師都會根據(jù)自身想法提出自己的教學(xué)改革方案。另外，每個(gè)教師對項(xiàng)目化教學(xué)又有不盡相同的觀點(diǎn)，這些都可能產(chǎn)生一定的爭議和分歧。個(gè)性與共性的沖突時(shí)難免的。因此我們建議個(gè)性與共性并存，堅(jiān)持求同存異的原則，正所謂無爭論則無高論，爭論是有利于完善方案的。但是不能困于爭論而停滯不前，亦不可等待全體意見統(tǒng)一之后再進(jìn)行，而是應(yīng)該擱置爭議，保持個(gè)性與共性，促進(jìn)教改完善。

2 教學(xué)方法

課程的整體規(guī)劃以“機(jī)構(gòu)分析和零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)”這兩個(gè)方面為重點(diǎn)，即培養(yǎng)學(xué)生對常用機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析、受力分析、運(yùn)動(dòng)分析；對常用機(jī)械零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與選型能力的培養(yǎng)和訓(xùn)練。endprint

通過設(shè)置項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)對常用機(jī)械傳動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)分析設(shè)計(jì)及綜合實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目的訓(xùn)練，培養(yǎng)學(xué)生形成對微型機(jī)械及簡單機(jī)械傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)能力。[8-9]同時(shí)，強(qiáng)調(diào)綜合應(yīng)用能力和技能的訓(xùn)練。

綜合應(yīng)用能力和技能的訓(xùn)練：理論聯(lián)系實(shí)際的設(shè)計(jì)思想，結(jié)合生產(chǎn)解決工程實(shí)際問題的能力；進(jìn)行“機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”課程的單元分項(xiàng)設(shè)計(jì)，再分解成小項(xiàng)目（或者各個(gè)任務(wù)）來進(jìn)行，制訂合理的設(shè)計(jì)方案，選擇傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和零件類型，正確計(jì)算零件工作能力、確定尺寸和選擇材料，以及較全面地考慮制造工藝、使用和維護(hù)等要求，繪制工程圖。基本設(shè)計(jì)技能：計(jì)算、繪圖、熟悉和運(yùn)用設(shè)計(jì)資料（手冊、圖冊、標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范等）以及使用經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)、進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)估算和處理數(shù)據(jù)的能力等。

3 教具應(yīng)用研究

為了幫助教師課堂講解及學(xué)生的快速理解，機(jī)械類教具通過幾年的研究發(fā)展已經(jīng)慢慢出現(xiàn)在課堂之中，[10]但其種類多數(shù)為靜態(tài)模型，材料也多采用非金屬PVC塑料，這樣做出的教具模型大多數(shù)無法達(dá)到動(dòng)態(tài)演示的功能，且操作也不方便，強(qiáng)度要求上也達(dá)不到，容易損壞且不易修復(fù)。這種教具雖然可以展示單一機(jī)構(gòu)的具體結(jié)構(gòu)，但是不能運(yùn)動(dòng)仿真，學(xué)生缺乏動(dòng)手實(shí)踐機(jī)會，學(xué)習(xí)積極性不高。雖然有些教具可以進(jìn)行運(yùn)動(dòng)展示，但這類教具普遍體積大，造價(jià)高、不可拆卸。為了改善教具現(xiàn)有的不足，我們設(shè)計(jì)了一種基于魯布戈德堡機(jī)械的聯(lián)動(dòng)思想的教具，用以提高教具的輔助作用。

（1）與《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》教材緊密結(jié)合，設(shè)計(jì)出實(shí)物仿真運(yùn)動(dòng)教具，讓書本上枯燥無味的圖形結(jié)構(gòu)，變?yōu)檎鎸?shí)的實(shí)物展現(xiàn)在課堂上，讓學(xué)生近距離觀察，加深理解記憶，理論聯(lián)系實(shí)踐，使教學(xué)更加生動(dòng)化，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和激情。

（2）充分利用學(xué)校資源制造，利用學(xué)校大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室的3D打印快速成型設(shè)備，制作實(shí)物模型，這樣便可降低制作成本，讓教具更加貼近日常生產(chǎn)生活，讓學(xué)生充分體驗(yàn)實(shí)踐的樂趣。

（3）在裝置整體布局的設(shè)計(jì)上，做到在不影響整體傳動(dòng)的前提下合理分配各機(jī)構(gòu)的位置空間，使學(xué)生能多角度、無死角地觀看。在操作上做到人性化的原則，操作簡單，避免復(fù)雜的組裝調(diào)試過程。

（4）在設(shè)計(jì)的過程中設(shè)計(jì)者本人也得到了很多收獲，能結(jié)合到自己已學(xué)的理論知識，如機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)械原理、CAD制圖、機(jī)械制造工藝學(xué)、理論力學(xué)等，把它們運(yùn)用到實(shí)際的實(shí)體設(shè)計(jì)當(dāng)中去，理論結(jié)合實(shí)踐，讓學(xué)到的知識更加牢固。同時(shí)也學(xué)到了在實(shí)際課堂中學(xué)不到的一些設(shè)計(jì)常識，比如在一個(gè)裝置的整體設(shè)計(jì)時(shí)，要更多地去聯(lián)系在實(shí)際運(yùn)用當(dāng)中，它所面對的人群，所工作的環(huán)境，以及主要面臨的技術(shù)和使用瓶頸，這樣設(shè)計(jì)出來的產(chǎn)品才能更好地去投入使用。

（5）此套機(jī)械教具能很好地幫助教師在課堂上為學(xué)生演示和講解機(jī)械課程中常用的機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，這樣使同學(xué)們對理論知識掌握得更扎實(shí)，為以后工作時(shí)的真實(shí)設(shè)計(jì)提供基礎(chǔ)，這樣也可以打開學(xué)生的視野，接觸一些實(shí)物模型，擺脫課本的束縛，跳出高分低能的誤區(qū)。

4 結(jié)束語

綜上所述，本文通過課程教學(xué)改革，促進(jìn)學(xué)生理論知識與實(shí)踐應(yīng)用能力的結(jié)合，引導(dǎo)學(xué)生利用“機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”課程知識進(jìn)行基于魯布戈德堡機(jī)械的聯(lián)動(dòng)思想的教具設(shè)計(jì)，將回轉(zhuǎn)類傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和直線類傳動(dòng)機(jī)構(gòu)交叉分布在一條傳動(dòng)線上，增強(qiáng)學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力和創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力。輔助同學(xué)們理解記憶“機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”相關(guān)知識點(diǎn)。

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