機(jī)械設(shè)計(jì)課程研究性教學(xué)模式的實(shí)踐和探討

湯迎紅 明興祖

（湖南工業(yè)大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 湖南 株洲 412008）

1 研究性教學(xué)的內(nèi)涵

研究型教學(xué)起源于美國著名心理學(xué)家杜威創(chuàng)立的“問題教學(xué)法”,成熟于克伯屈的“設(shè)計(jì)教學(xué)法”，經(jīng)施瓦布總結(jié)，逐漸形成了研究型教學(xué)模式，也稱研討式教學(xué)模式[1]。研究型教學(xué)是一種以“學(xué)生為中心”的教學(xué)模式，教師以課程內(nèi)容和學(xué)生的學(xué)識(shí)積累為基礎(chǔ)，引導(dǎo)學(xué)生創(chuàng)造性地運(yùn)用知識(shí)和能力，自主地發(fā)現(xiàn)問題、研究問題和解決問題，在研討中積累知識(shí)、培養(yǎng)能力和鍛煉思維的新型教學(xué)模式。本文將從教學(xué)內(nèi)容組織、教學(xué)模式改革、考核機(jī)制優(yōu)化等方面闡述《機(jī)械設(shè)計(jì)》課程研究型教學(xué)模式。

2 教學(xué)內(nèi)容的組織

2.1 教學(xué)內(nèi)容的系統(tǒng)性

機(jī)械設(shè)計(jì)的內(nèi)容非常繁雜，概念多、公式多，各章內(nèi)容相對獨(dú)立，工程背景很強(qiáng)，學(xué)習(xí)起來比較費(fèi)勁。這就需要教師在明確教學(xué)要求、吃透教學(xué)內(nèi)容的基礎(chǔ)上優(yōu)化整合教學(xué)內(nèi)容，找出課程的系統(tǒng)性和規(guī)律性。機(jī)械設(shè)計(jì)課程的教學(xué)中,以通用零件作為研究對象,講授的基本思路是:零件的工作情況分析→失效形式分析→確定設(shè)計(jì)準(zhǔn)則→設(shè)計(jì)計(jì)算(參數(shù)的選擇)→結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。在課堂教學(xué)中，重點(diǎn)講授的內(nèi)容是機(jī)械設(shè)計(jì)的共性問題和典型零件設(shè)計(jì)的基本理論和方法。例如，對于“帶傳動(dòng)”、“鏈傳動(dòng)”、“齒輪傳動(dòng)”、“蝸桿傳動(dòng)”和“軸承”等典型通用零件，重點(diǎn)講授它們的基本設(shè)計(jì)理論和計(jì)算方法[2]。在講課的過程中要求同學(xué)們多對比，找共性，例如“帶傳動(dòng)”、“鏈傳動(dòng)”和“齒輪傳動(dòng)”相互之間的工作環(huán)境及優(yōu)缺點(diǎn)對比？齒輪傳動(dòng)中“直齒輪”、“斜齒輪”是否可以歸為一類？斜齒輪傳動(dòng)為什么比直齒輪傳動(dòng)有優(yōu)勢？有了直齒輪和斜齒輪傳動(dòng)，為什么還需要蝸桿傳動(dòng)、錐齒輪傳動(dòng)？通過這些問題的提出，幫助學(xué)生更好、更深的掌握傳動(dòng)基本知識(shí)。

2.2 教學(xué)內(nèi)容的先進(jìn)性

研究性教學(xué)，本身就是一個(gè)知識(shí)創(chuàng)新的過程。因此，要求學(xué)生應(yīng)該是在系統(tǒng)介紹本學(xué)科經(jīng)典理論的基礎(chǔ)上，將最新的、最前沿的研究陳果引入課堂，引發(fā)學(xué)生的討論和質(zhì)疑，建立新思維、形成新觀念、新理論，培養(yǎng)學(xué)生的問題意識(shí)和批判精神。在教學(xué)的過程中結(jié)合具體內(nèi)容，將多種現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法引入到教學(xué)的過程中。例如在教學(xué)中通過展示減速箱的三維裝配及仿真模擬以及軸或齒輪FEA應(yīng)力云圖，引入三維軟件應(yīng)用及有限元分析的基礎(chǔ)知識(shí)；通過展示運(yùn)用電子表格軟件Excel進(jìn)行帶傳動(dòng)的輔助計(jì)算設(shè)計(jì)，幫助同學(xué)們加快設(shè)計(jì)速度，減少設(shè)計(jì)誤差，更方便的調(diào)整設(shè)計(jì)參數(shù)。此外，通過介紹一些已經(jīng)實(shí)現(xiàn)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)實(shí)例，鼓勵(lì)學(xué)生課外利用VB、Matlab等語言自主開發(fā)通用零件的輔助設(shè)計(jì)軟件和機(jī)械優(yōu)化方法計(jì)算軟件。先進(jìn)設(shè)計(jì)方法和手段的介紹，旨在提高學(xué)生的設(shè)計(jì)創(chuàng)新能力和工程素質(zhì)。

3 教學(xué)模式的改革

3.1 主體式教學(xué)

主體式教學(xué)讓學(xué)生盡可能真正作為主體參與教學(xué)活動(dòng)的各個(gè)環(huán)節(jié),以興趣、問題為導(dǎo)向，啟發(fā)、激勵(lì)學(xué)生的主動(dòng)實(shí)踐意識(shí)，注重學(xué)生質(zhì)疑力、觀察力等素質(zhì)的培養(yǎng)，增加使學(xué)生獲得創(chuàng)新成果的機(jī)會(huì)[3]。在這一過程中，教師布置相關(guān)學(xué)生首先運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)、書刊、調(diào)查研究等手段收集和分析信息資料，并利用信息資料歸納出解決問題的思路或觀點(diǎn)；然后將自己的觀點(diǎn)在小組內(nèi)進(jìn)行交流，逐步豐富；最后，學(xué)生要把自己的收獲進(jìn)行歸納、整理、總結(jié)，形成書面材料，并以口頭報(bào)告的形式，就有關(guān)內(nèi)容向全班發(fā)表自己的看法和觀點(diǎn)。每個(gè)學(xué)生都有機(jī)會(huì)走上講臺(tái)，實(shí)現(xiàn)由“學(xué)習(xí)者”到“研究者”角色的轉(zhuǎn)換。例如筆者在滾動(dòng)軸承的教學(xué)中，首先對同學(xué)們分組，要求他們查資料了解高速軸承在風(fēng)力發(fā)電機(jī)、高速鐵路中等方面的應(yīng)用以及跟蹤新型的軸承技術(shù)，學(xué)生很快就了解到軸承不僅僅有實(shí)心滾動(dòng)體，也有空心圓柱滾子軸承以及最新提出的彈性復(fù)合圓柱滾子軸承，從而對軸承滾動(dòng)體結(jié)構(gòu)以及對應(yīng)的設(shè)計(jì)計(jì)算準(zhǔn)則有了較清晰的認(rèn)識(shí)，極大地激發(fā)了他們主動(dòng)探索軸承技術(shù)的興趣。另外在有些章節(jié)的教學(xué)中，我建議學(xué)生自學(xué)，例如“鍵聯(lián)接”、“銷聯(lián)接”，在自學(xué)的基礎(chǔ)上安排一兩次課進(jìn)行答疑和提問。通過這樣的方式盡量將課堂時(shí)間還給學(xué)生，使他們成為課堂的真正主人，在培養(yǎng)探究能力的同時(shí)，也給他們提供了一個(gè)展示自我的平臺(tái)，學(xué)生的主體意識(shí)和個(gè)性發(fā)展便會(huì)得到促進(jìn)，學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力也就會(huì)在潛移默化中得以扎實(shí)提高。

3.2 啟發(fā)式教學(xué)

隨著現(xiàn)代教育觀念的普及，啟發(fā)式教學(xué)思想更加科學(xué)化，已經(jīng)超越了方法層次，而上升為一種建立大現(xiàn)代教育理論基礎(chǔ)上的教學(xué)普遍法則。啟發(fā)式教學(xué)按照“教為學(xué)服務(wù)”的原則，從學(xué)員原有的認(rèn)知結(jié)構(gòu)出發(fā)，精選教學(xué)內(nèi)容，創(chuàng)設(shè)問題情境，運(yùn)用多種方法，喚起學(xué)員的學(xué)習(xí)興趣，誘發(fā)學(xué)員積極的同步思維，使其處于最佳的思維狀態(tài)[3]。例如：在學(xué)習(xí)機(jī)械疲勞強(qiáng)度時(shí)，列舉學(xué)生身邊熟悉的疲勞破壞的實(shí)例，例如提示姚明的腳傷是否為交變應(yīng)力引發(fā)的疲勞破壞？包括同學(xué)們英俊帥氣的臉在歲月中老去是否也類似如此？在 “軸”這一章節(jié)，解釋有傳動(dòng)路線經(jīng)過的軸段才受到轉(zhuǎn)矩的作用時(shí)，用生活中檸毛巾的現(xiàn)象說明：只有受到扭矩的兩手之間毛巾才被擰干。

3.3 研討式教學(xué)

機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)涉及知識(shí)面廣，除了機(jī)械設(shè)計(jì)的基本理論和方法外，還涉及到公差、加工制造、制圖、材料及材料力學(xué)的諸多知識(shí)，學(xué)生普遍感到難度大，所完成的課程設(shè)計(jì)作業(yè)問題較多。為了較好的解決這個(gè)問題，首先調(diào)整授課順序，結(jié)合課程設(shè)計(jì)順序安排教學(xué)，先講帶傳動(dòng)、齒輪傳動(dòng)、軸、滾動(dòng)軸承等章節(jié)，并且提前布置的課程設(shè)計(jì)任務(wù)，在每個(gè)章節(jié)根據(jù)課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容完成對應(yīng)的設(shè)計(jì)題目，這樣老師和學(xué)生都有充分的時(shí)間更好的完成這項(xiàng)學(xué)習(xí)要求。課程設(shè)計(jì)分組時(shí)一般以學(xué)生以寢室為單位，集體設(shè)計(jì)討論，每完成一個(gè)階段的設(shè)計(jì)計(jì)算，就組織一次課堂報(bào)告，并由部分學(xué)生代表和指導(dǎo)老師組成評委當(dāng)場提問并進(jìn)行評分，及時(shí)解決設(shè)計(jì)中存在的問題。為提高圖紙的質(zhì)量，指導(dǎo)老師組織對部分圖紙進(jìn)行集中點(diǎn)評，和學(xué)生一起來找問題。作為指導(dǎo)老師只進(jìn)行提示性解答。例如針對轉(zhuǎn)配圖中的尺寸標(biāo)注，可以提示“裝配圖中應(yīng)該標(biāo)注哪些尺寸？”，具體的答案由學(xué)生給出。在指導(dǎo)的過程中，考慮到學(xué)生班級人數(shù)較多，可以考慮多名老師參與指導(dǎo)，建議每位老師具體指導(dǎo)的學(xué)生不超過十人。實(shí)踐表明，這種討論形式，激活了學(xué)生思維，深化他們對問題理解，同時(shí)，在這一環(huán)節(jié)中，通過交流、研討，同學(xué)們逐步學(xué)會(huì)客觀分析和辯證思考，逐步養(yǎng)成敢于質(zhì)疑的良好思維品質(zhì)。

4 評價(jià)考核機(jī)制的優(yōu)化

在學(xué)生的學(xué)習(xí)成績評定中，改變期末書面考試一次定終身的做法，將考試貫穿于機(jī)械設(shè)計(jì)課程的全過程，加大平時(shí)成績所占比例，平時(shí)成績的評定與學(xué)生平時(shí)參與教學(xué)過程、科研實(shí)踐活動(dòng)、各種機(jī)械設(shè)計(jì)大賽掛鉤。在考試方法上打破傳統(tǒng)的閉卷考試方式，變單一的知識(shí)點(diǎn)測試為主體的能力測試，充分發(fā)揮學(xué)生的優(yōu)勢和潛能。這樣可以加強(qiáng)對學(xué)生學(xué)習(xí)過程和應(yīng)用能力的檢查與評定，克服傳統(tǒng)考試中題目的限時(shí)性、定向性、唯一性、單純性的弊端,突出培養(yǎng)學(xué)生的能力,激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)自主性,鼓勵(lì)學(xué)生的個(gè)性發(fā)展以及培養(yǎng)其創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)造能力,避免學(xué)生處于被動(dòng)學(xué)習(xí)的狀態(tài)和陷入考前突擊的誤區(qū)[4]。

5 結(jié)束語

研究型教學(xué)是教師帶領(lǐng)學(xué)生以探索未來或未知問題為主,主要培養(yǎng)訓(xùn)練未來人文社會(huì)觀念和全面能力(簡稱PHA教育模式)[5]。實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的過程中關(guān)鍵是教師，教師的教學(xué)以研究型為主，在研究型教學(xué)的處于主導(dǎo)地位,從傳統(tǒng)傳授知識(shí)的角色轉(zhuǎn)化為傳授學(xué)習(xí)方法和科學(xué)研究方法、傳授科學(xué)觀和科學(xué)態(tài)度的角色，從教育者角色轉(zhuǎn)變成學(xué)習(xí)者、創(chuàng)造者的角色。學(xué)生的學(xué)習(xí)以研究型學(xué)習(xí)為主，在研究型教學(xué)的處于主體地位。學(xué)生在教師的指導(dǎo)下以類似科學(xué)研究的方法進(jìn)行主動(dòng)學(xué)習(xí)，主動(dòng)的發(fā)現(xiàn)問題,設(shè)計(jì)解決問題的最佳方案,在學(xué)習(xí)的過程中形成科學(xué)態(tài)度和創(chuàng)新品格，形成良好的社會(huì)責(zé)任心和專業(yè)事業(yè)心。

[1]郭海濤，王曉明，張丙芳加強(qiáng)研究型教學(xué),培養(yǎng)創(chuàng)新型人才張榮懷[J].山西醫(yī)科大學(xué)學(xué)報(bào):基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)教育版，2010,5(12)5)：481-482.

[2]龍有亮，談機(jī)械設(shè)計(jì)課程教學(xué)的方法和藝術(shù)[J].廣西大學(xué)學(xué)報(bào)，2008(5)：43-44.

[3]張文娜，熊飛麗，研究型教學(xué)模式實(shí)踐與探討——基于《傳感器與測試技術(shù)》[J].當(dāng)代教育論壇，2011，3：50-52.

[4]黃秀琴，“機(jī)械設(shè)計(jì)”課程教學(xué)改革的研究與實(shí)踐[J].常州工學(xué)院學(xué)報(bào)，2006，6(19)79-81.

[5]李樂山，高等學(xué)校進(jìn)行研究型教學(xué)的方法與意義[J].西安交通大學(xué)學(xué)報(bào)：社會(huì)科學(xué)版，2008，1(28)92-96.