《機(jī)械設(shè)計(jì)制圖》新教學(xué)模式探究與實(shí)踐

楊光輝， 曹 彤， 萬 靜， 樊百林， 許 倩

（北京科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，北京 100083）

北京科技大學(xué)“機(jī)械設(shè)計(jì)制圖”課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)成立于上世紀(jì)70年代末。為了提高教學(xué)效率，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性，1979年在全國率先對非機(jī)械類機(jī)械基礎(chǔ)系列課程進(jìn)行了改革試驗(yàn)，把“畫法幾何及機(jī)械制圖”、“機(jī)械原理”、“機(jī)械零件”三門課程有機(jī)地整合為一門課，開始進(jìn)行《機(jī)械設(shè)計(jì)制圖》的教學(xué)改革，1990年獲得冶金部教學(xué)成果一等獎(jiǎng)。經(jīng)過近 25年的持續(xù)改革，取得一系列教學(xué)成果。2008年，機(jī)械設(shè)計(jì)制圖課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)被評為“國家級優(yōu)秀教學(xué)團(tuán)隊(duì)”。

在《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要(2010－2020年)》的第七章“高等教育”的第十八條中明確指出“提高質(zhì)量是高等教育發(fā)展的核心任務(wù)”。為了進(jìn)一步提高教學(xué)質(zhì)量，適應(yīng)學(xué)校2010版教學(xué)計(jì)劃，機(jī)械設(shè)計(jì)制圖課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)在教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式和教學(xué)方法上進(jìn)行了改革創(chuàng)新，收到了良好的教學(xué)效果[1-2]。

1 教學(xué)內(nèi)容的“三修”

自學(xué)能力的培養(yǎng)一直是建設(shè)高水平研究型大學(xué)的重點(diǎn)組成部分。在2010版教學(xué)計(jì)劃中“機(jī)械設(shè)計(jì)制圖AII”由原來的54學(xué)時(shí)減少為48學(xué)時(shí)。因此，在有限的學(xué)時(shí)內(nèi)，要取得良好的教學(xué)效果，必須改變以往“灌輸式”的教學(xué)模式，新的教學(xué)模式要做到“主次兼顧、重點(diǎn)突出、注重能力、分層教學(xué)”。所以，根據(jù)課程特點(diǎn)，經(jīng)過實(shí)踐教學(xué)的探索，把教學(xué)內(nèi)容分為“必修”部分、“自修”部分和“選修”部分，“必修”部分在教學(xué)過程中要重點(diǎn)講解；“自修”部分經(jīng)過學(xué)生自學(xué)后，出現(xiàn)的問題可集中適當(dāng)講解，最后要進(jìn)行考查；“選修”部分如學(xué)生感興趣可進(jìn)行選學(xué)，但不進(jìn)行考查。教學(xué)內(nèi)容的“三修”可以起到突出重點(diǎn)（“必修”），提高自主學(xué)習(xí)能力（“自修”），分類分層次教學(xué)（“選修”）[3]。

其中，“自修”部分的選取特別重要，既要難度適當(dāng)，又要鍛煉能力。因此選擇“滑動軸承”和“聯(lián)軸器”的部分作為自修的部分，其原因是滾動軸承部分上課要重點(diǎn)講授，如果學(xué)生掌握了該部分，那么滑動軸承的部分也能夠做到觸類旁通，同時(shí)這部分難度比較適中，適合自學(xué)；聯(lián)軸器的部分在本課程上學(xué)期講解裝配圖時(shí)曾經(jīng)在A2圖紙上手工繪制過凸緣聯(lián)軸器的裝配圖，學(xué)生對此已經(jīng)有了基本的認(rèn)識，自學(xué)起來較為容易。“自修”部分要求學(xué)生交相應(yīng)的自學(xué)報(bào)告，期末考試中對相應(yīng)的知識點(diǎn)也要稍加考查。

2 教學(xué)模式的多樣性

在教學(xué)過程中，為了激發(fā)學(xué)生們的學(xué)習(xí)興趣，避免教學(xué)過程中的枯燥的“灌輸式”的教學(xué)模式，應(yīng)該盡量采用形式多樣的教學(xué)模式和教學(xué)手段，如延伸式教學(xué)法和研討式教學(xué)法等。

延伸式教學(xué)法是指教師在講授某一基本理論時(shí)，結(jié)合現(xiàn)實(shí)存在的熱點(diǎn)問題，進(jìn)行延伸和拓展性講解。這種教學(xué)法的特點(diǎn)圍繞一個(gè)知識點(diǎn)進(jìn)行擴(kuò)展，對學(xué)生感染力強(qiáng)。如在講解螺紋連接時(shí)，學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性較差，在學(xué)習(xí)中穿插課本上沒有的“爆炸螺栓”（最著名的用途就是作為運(yùn)載火箭助推器分離裝置的關(guān)鍵部件之一），并結(jié)合我國的“神舟飛船”進(jìn)行講解，教學(xué)效果會大大提高。

研討式教學(xué)法就是改變舊式老師講、學(xué)生聽和記的模式，通過在教學(xué)過程中將學(xué)生按照學(xué)習(xí)的水平均勻的分成幾組進(jìn)行學(xué)習(xí)、討論并完成相應(yīng)練習(xí)，并進(jìn)行課堂演示，這樣學(xué)生與學(xué)生之間、小組于小組之間、老師與學(xué)生之間就有了“交集”，互相促進(jìn)和提高。如在講授“平面連桿機(jī)構(gòu)”和“帶傳動”部分時(shí)設(shè)計(jì)了以下形式，取得了較好的效果。

題目1可以以“汽車”為例，舉例說明汽車上所用到的機(jī)構(gòu)（10種以上）。

目的：開闊學(xué)生的視野，初步建立學(xué)生的工程實(shí)踐意識，鍛煉學(xué)生的表達(dá)能力，培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)合作精神；

提交的內(nèi)容：提交書面報(bào)告和演講的PPT；

形式：3～4人為1組，如果時(shí)間允許，分組進(jìn)行講解演示。

學(xué)生經(jīng)過此次練習(xí)之后，獲得的心得：對知識的溫習(xí)；理論與實(shí)際相結(jié)合，讓我們對理論知識有了更深的理解；增強(qiáng)團(tuán)隊(duì)意識。

題目2對帶傳動設(shè)計(jì)過程中所用到的3個(gè)公式，即基準(zhǔn)長度公式、離心力所產(chǎn)生的拉應(yīng)力公式、歐拉公式進(jìn)行推導(dǎo)。

目的：解決在學(xué)習(xí)過程中由于出現(xiàn)太多公式而產(chǎn)生迷惑、矛盾、厭惡的情緒，同時(shí)可以與其它的課程知識相聯(lián)系，相得益彰；

提交的內(nèi)容：提交書面推導(dǎo)報(bào)告；

形式：3人為1組，每人推導(dǎo)1個(gè)公式。

學(xué)生經(jīng)過此次練習(xí)之后，獲得的心得是：加強(qiáng)對所用知識的了解掌握；初步了解工程上所用公式的出處；提高了利用相關(guān)知識進(jìn)行分析問題的能力。

3 教學(xué)難點(diǎn)的“淺解”

教學(xué)過程中經(jīng)常遇到許多知識點(diǎn)難以理解掌握，而通過傳統(tǒng)的方法“教師難以表達(dá)，學(xué)生難以理解”，此時(shí)可以采用案例式教學(xué)法，把案例引入課堂環(huán)節(jié)，以實(shí)例的形式向?qū)W生提供若干特定的情境，引導(dǎo)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)的理論知識，去分析解決實(shí)際問題?！褒X輪傳動”一直是“機(jī)械設(shè)計(jì)制圖”教學(xué)過程中的重點(diǎn)和難點(diǎn)部分，特別是在講解斜齒圓柱齒輪傳動時(shí)，學(xué)生對于斜齒圓柱齒輪齒廓的形成難以理解，針對此問題，可以參考如下進(jìn)行講解[4]：把直齒輪在垂直于軸線方向切成五片并相互錯(cuò)開一個(gè)角度，變成一個(gè)五階梯齒輪，如圖1所示。如果假想把直齒輪切成很薄的無窮多片，相互錯(cuò)開后就成為一個(gè)斜齒輪。在講解的過程中可以用到極限的思想，并與生活中經(jīng)常見到的“撲克”聯(lián)系起來，學(xué)生對斜齒輪的了解一下子豁然開朗。

圖1 斜齒圓柱齒輪

4 加強(qiáng)測驗(yàn)訓(xùn)練

課后作業(yè)是鞏固所學(xué)知識的一個(gè)重要途徑，但是如果僅憑課后作業(yè)來判斷學(xué)生課堂所學(xué)知識的效果，往往會帶來誤判。有時(shí)學(xué)生作業(yè)做的較好，但是考試成績不太理想。究其原因主要有兩個(gè)方面：一是作業(yè)存在抄襲問題；二是課后練習(xí)過程中沒有考慮到時(shí)間的問題，因?yàn)榭荚嚂薅〞r(shí)間。因此，平時(shí)要在課堂或輔導(dǎo)課上加強(qiáng)測驗(yàn)的訓(xùn)練，這樣可以讓絕大多數(shù)的學(xué)生都得到規(guī)范的練習(xí)[5]。

圖2 軸系受力示意圖

題目1在講授“滾動軸承”的派生軸向力的時(shí)，可以設(shè)計(jì)以下的題目：

如圖2所示，一對7315角接觸球軸承α=25o，已知軸承所受的徑向力分別為Fr1=6000N和Fr2=2000 N。計(jì)算軸系所受的軸向外載荷FA分別等于3000 N、2720 N或2000N時(shí)軸承所受的派生軸向力和軸承所受的軸向力。

目的：考查學(xué)生上課所學(xué)知識的掌握程度；檢查學(xué)生的出勤情況；

提交的內(nèi)容：提交測驗(yàn)報(bào)告；

形式：在課堂上給定 10分鐘的時(shí)間進(jìn)行小測驗(yàn)并上交。

題目2從裝配圖中拆畫零件圖是“機(jī)械設(shè)計(jì)制圖”課程的重點(diǎn)部分，也是課程的特色部分之一，同時(shí)也是重點(diǎn)和難點(diǎn)部分，在期末考試中該部分通常作為壓軸題進(jìn)行考查，從考試的結(jié)果來看往往差強(qiáng)人意。針對該問題進(jìn)行分析研究后發(fā)現(xiàn)其主要原因是學(xué)生基礎(chǔ)知識不扎實(shí)，方法掌握不好，訓(xùn)練不夠系統(tǒng)。所以在教學(xué)計(jì)劃中特意安排了4次上課訓(xùn)練（螺紋攻絲扳手、螺旋壓緊機(jī)構(gòu)、手壓閥和節(jié)流閥），在每次1.5小時(shí)的上課時(shí)間內(nèi)，先給學(xué)生45分鐘～1小時(shí)的時(shí)間進(jìn)行課堂訓(xùn)練，然后老師再給答案并進(jìn)行講授。

從 2011～2012第 2學(xué)期的期末考試分析中（見表1，班級的總?cè)藬?shù)中包含重修的學(xué)生）可以看出，學(xué)生對于此知識點(diǎn)的掌握程度較好。

表1 期末考試分析表（滿分：30分）

5 教學(xué)過程管理的 “五統(tǒng)一”與“個(gè)性化”教學(xué)

為了保證教學(xué)質(zhì)量，學(xué)校將本課程作為“教學(xué)過程管理”的唯一試點(diǎn)課程進(jìn)行初步探索。為了進(jìn)行教學(xué)過程管理的課程建設(shè)，教學(xué)團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了以下5個(gè)方面的“統(tǒng)一”：（1）統(tǒng)一教學(xué)日歷；（2）統(tǒng)一授課進(jìn)度；（3）統(tǒng)一大作業(yè)；（4）統(tǒng)一考卷及閱卷；（5）統(tǒng)一教學(xué)分析總結(jié)。

除了以上的統(tǒng)一教學(xué)，保證教學(xué)質(zhì)量之外，同時(shí)也要保證教學(xué)過程中的個(gè)性化。個(gè)性化教學(xué)首先要體現(xiàn)在專業(yè)的個(gè)性化上?！皺C(jī)械設(shè)計(jì)制圖”課程所涉及的專業(yè)面廣，如冶金、礦加、采礦、材料等專業(yè)，每個(gè)專業(yè)對本課程的要求也有差別，因此在制定教學(xué)計(jì)劃時(shí)，除了要考慮到“教學(xué)過程管理”的“統(tǒng)一性”，也要考慮到專業(yè)不同的“個(gè)性化”教學(xué)，如有的專業(yè)可適當(dāng)加強(qiáng)計(jì)算機(jī)的二維及三維CAD繪圖訓(xùn)練。

6 建議及進(jìn)一步工作

為了加強(qiáng)學(xué)生的動手實(shí)踐能力，從本課程的教學(xué)學(xué)時(shí)中拿出 2個(gè)學(xué)時(shí)來進(jìn)行“摩托車發(fā)動機(jī)的拆裝實(shí)驗(yàn)”，其也成為本課程的主要特色之一[6]。但是在教學(xué)的過程中也發(fā)現(xiàn)了一些問題，主要集中在拆裝過程所涉及內(nèi)容太多，但相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)太少，所以，在實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)不能增加的情況下，可以采取的方法是可將摩托車發(fā)動機(jī)的部分內(nèi)容結(jié)合到課程教學(xué)中，如教師上課舉例說明時(shí)，可以多結(jié)合發(fā)動機(jī)中的一些零部件進(jìn)行講解（如箱體類或殼體類零件、齒輪裝置、凸輪結(jié)構(gòu)、曲柄滑塊結(jié)構(gòu)、軸承、軸系、螺紋緊固件聯(lián)接、材料等），那么，學(xué)生進(jìn)行拆裝實(shí)驗(yàn)之前，對摩托車發(fā)動機(jī)就有了一定的了解，當(dāng)拆裝時(shí)，可以將課堂所學(xué)內(nèi)容與拆裝過程中遇到的問題結(jié)合思考，相互印證，舉一反三，促進(jìn)并提高教學(xué)質(zhì)量。

7 結(jié) 束 語

科技日新月異，教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)手段都要隨之與時(shí)俱進(jìn)，只有這樣，教學(xué)質(zhì)量才能提高。在教學(xué)過程中靈活運(yùn)用延伸式教學(xué)法、研討式教學(xué)法、案例式教學(xué)法等教學(xué)方法，學(xué)生和老師才有“交集”，才能教學(xué)相長，共同進(jìn)步。同時(shí)，在教學(xué)過程中要實(shí)現(xiàn)“教學(xué)過程管理”的規(guī)范化，教學(xué)團(tuán)隊(duì)的整體教學(xué)質(zhì)量才能有保證。

[1]大連理工大學(xué)工程圖學(xué)教研室. 機(jī)械制圖(第六版)[M]. 北京: 高等教育出版社, 2007: 298.

[2]樊百林, 蔡嗣經(jīng), 黃鋼漢. 在實(shí)踐教學(xué)中培養(yǎng)大學(xué)生現(xiàn)代工程意識和能力的探索與實(shí)踐[C]//機(jī)械類課程報(bào)告論壇論文集, 2009: 271.

[3]王建華, 郝育新, 劉令濤. 工程圖學(xué)計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)實(shí)踐與思考[J]. 圖學(xué)學(xué)報(bào), 2012, 33(6): 116-120.

[4]王志忠. 工程圖學(xué)課程的自主性學(xué)習(xí)[J]. 圖學(xué)學(xué)報(bào),2012, 33(6): 121-123.

[5]楊光輝, 陳 平, 許 倩, 曹 彤, 萬 靜, 樊百林.現(xiàn)代工程圖學(xué)教學(xué)模式的探究與實(shí)踐[J]. 圖學(xué)學(xué)報(bào),2012, 33(增): 28-30.

[6]王啟美, 丁杰雄. 建立科學(xué)的“機(jī)械制圖”課程考核評價(jià)體系[J]. 圖學(xué)學(xué)報(bào), 2012, 33(增): 7-10.