案例教學(xué)法在機械設(shè)計課程教學(xué)中的實施研究

陳國輝+李光煜+李陽星

摘 要：機械設(shè)計課程具有較強的理論性與實踐性，傳統(tǒng)教學(xué)模式強調(diào)傳授理論知識而不注重知識的應(yīng)用及實踐能力的培養(yǎng)。在機械設(shè)計課程改革中，重新審視了本課程的教學(xué)目標，在既定教學(xué)目標基礎(chǔ)上，采用案例教學(xué)法，精選機械案例，采用啟發(fā)式教學(xué)，運用現(xiàn)代教育技術(shù)方法，在培養(yǎng)學(xué)生機械創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力方面起到良好的效果。

關(guān)鍵詞：教學(xué)改革 案例教學(xué) 創(chuàng)新意識

中圖分類號：G420 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）02（b）-0000-00

★基金項目：2013年黑龍江科技大學(xué)教學(xué)研究項目（編號：JY13-66）

作者簡介：陳國輝，碩士，講師，研究方向：機械設(shè)計及農(nóng)業(yè)電氣化與自動化。

1 機械設(shè)計課程教學(xué)改革的必要性和教學(xué)目標確立

機械設(shè)計課程是機械類各專業(yè)一門重要的專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課，有較強的理論性和較高的實踐性，在整個教學(xué)過程中起承前啟后的作用。傳統(tǒng)教學(xué)模式強調(diào)知識的傳授而不注重知識的運用以及實踐能力的培養(yǎng)，存在的弊端日益明顯。人才培養(yǎng)與社會需求目標不符，學(xué)生就業(yè)后服務(wù)于社會的能力不強，因此積極研究課程教學(xué)規(guī)律，進行課程改革勢在必行?；趪摇白吭焦こ處熍囵B(yǎng)計劃”[1，2]的推行和我?！按蟮掠?、大工程、大實踐”的三大教育理念，就我校教學(xué)服務(wù)型大學(xué)的本科定位，制定本課程的教學(xué)目標：在學(xué)習(xí)完本課程后，可以提交一項簡單的、同時具有較完整設(shè)計過程的機械產(chǎn)品報告，即要求學(xué)生通過本課程的學(xué)習(xí)具備一般機械設(shè)計能力，具備一定的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新設(shè)計能力，并能夠分解設(shè)計中運用的知識點并對之有較深入的理解和把握。

2 基于教學(xué)目標的案例教學(xué)法

案例教學(xué)法是在教師的精心策劃和指導(dǎo)下，運用典型案例，調(diào)動學(xué)生參與討論和深入分析及實踐，通過學(xué)生的獨立思考或集體協(xié)作，進一步提高其識別、分析和解決某一具體工程問題的能力，培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實際的自覺性，同時培養(yǎng)創(chuàng)新思維意識、主動學(xué)習(xí)方法、溝通能力和合作精神的一種教學(xué)方法[3]。

案例教學(xué)在實施過程中必須以具體案例為媒體，使理論與實踐聯(lián)系起來以闡釋抽象的理論或知識上的要點，因此，機械設(shè)計教學(xué)內(nèi)容和體系的構(gòu)建必須基于課程教學(xué)目標，在概念、知識、方法傳授的基礎(chǔ)上，圍繞能力的培養(yǎng)，安排教學(xué)內(nèi)容，設(shè)計提煉與課程教學(xué)內(nèi)容相關(guān)的項目案例。對機械類不同的專業(yè)提出了不同的任務(wù)和案例，使其與專業(yè)課程能夠更加緊密的結(jié)合。例如，對于機械制造專業(yè)，則以典型機械，如內(nèi)燃機、牛頭刨床、帶式輸送機、車床、減速器等的分析設(shè)計為貫穿教學(xué)過程的任務(wù)，完成產(chǎn)品的整體方案設(shè)計、簡單力學(xué)分析、機構(gòu)分析設(shè)計、零部件設(shè)計、裝配設(shè)計等環(huán)節(jié)；對于機電類專業(yè)，以自動生產(chǎn)線、機電液一體化產(chǎn)品分析設(shè)計為典型任務(wù)；針對學(xué)生缺少工程背景的問題，在知識點的學(xué)習(xí)和理解上，在案例的選擇上則更注重具體化和生活化，以學(xué)生有感性認識為主，如以打印機、扳手、球閥、雨傘、電風(fēng)扇等增強學(xué)生的直觀印象。

3 案例教學(xué)法的實施研究

3.1 結(jié)合生活、生產(chǎn)實踐及科研項目，精選機械案例

與生活、生產(chǎn)實踐緊密相聯(lián)的事物總能引起學(xué)生的注意力，在應(yīng)用案例教學(xué)法時，針對教學(xué)中的知識點提煉與生活、生產(chǎn)緊密相聯(lián)的工程案例，恰當?shù)卦O(shè)疑，引導(dǎo)學(xué)生主動思維，定向探索問題，將大大提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率。例如在講解螺紋連接四種基本類型時，實例演示各類型螺紋連接的結(jié)構(gòu)特點及應(yīng)用場合，引導(dǎo)學(xué)生進行比較并找出其相同之處作為螺紋連接類的屬性，并借助概念對某類機械形成完整的認識。在講蝸桿傳動時，以萬能分度頭為工程案例。分度頭的手柄與單頭蝸桿相連，主軸上裝有40齒的蝸輪組成蝸輪蝸桿機構(gòu)，其傳動比為1：40，即手柄轉(zhuǎn)動一圈，主軸轉(zhuǎn)動1/40圈。如要將工件在圓周上分z等分，則工件上每一等分為1/z圈，設(shè)主軸轉(zhuǎn)動1/z圈時，手柄應(yīng)轉(zhuǎn)動n=40/z圈。通過引導(dǎo)學(xué)生仔細分析蝸桿傳動的特點，啟發(fā)學(xué)生的思維，找出蝸桿傳動與齒輪傳動之間的相異與相同點，從而建立它們之間的本質(zhì)聯(lián)系。

學(xué)習(xí)機械設(shè)計的最終目的是進行科研和創(chuàng)新，每一機械系統(tǒng)的誕生都將伴隨機械系統(tǒng)方案的構(gòu)思和機械新結(jié)構(gòu)的產(chǎn)生。在教學(xué)中能結(jié)合自身科研運用創(chuàng)造技法，從發(fā)現(xiàn)事物的缺點出發(fā)分析講解新事物的誕生，將起到事半功倍的效果。如結(jié)合自身科研，將高地隙煙草打頂車的設(shè)計及其典型結(jié)構(gòu)案例引入課堂教學(xué)。在機械設(shè)計概論一篇中，以高地隙煙草打頂車的設(shè)計要求講解機械設(shè)計的基本要求，以打頂車的設(shè)計過程及方案選擇講解機械設(shè)計的一般程序。在帶傳動一章中展示打頂車打頂懸掛中的帶傳動結(jié)構(gòu)，見圖1。以打頂懸掛設(shè)備研制中遇到的實際問題向?qū)W生提出以下問題：該帶傳動采用哪種類型帶？它屬于哪種帶傳動形式？該傳動形式在安裝和運行中有哪些要求？問題的設(shè)置不僅引起了學(xué)生的好奇和爭論，也在課堂上設(shè)置了思維的發(fā)散點，使學(xué)生有了充分發(fā)表自己見解的思維空間，活躍了課堂教學(xué)氣氛，并且在潛移默化中接受了新知識。不僅認識了V帶傳動，而且對半交叉?zhèn)鲃右笥辛俗钪苯拥恼J識，間接地獲得了實踐經(jīng)驗，即帶半交叉?zhèn)鲃硬荒苣孓D(zhuǎn)，安裝時應(yīng)使一帶輪的寬對稱面通過另一帶輪的帶繞出點。經(jīng)過這么一個過程，學(xué)生學(xué)到的不僅是機械知識，而且還學(xué)會了如何發(fā)現(xiàn)有待解決的問題和構(gòu)思問題解決方案的有效方法。

3.2 采用啟發(fā)式、互動式教學(xué)模式，靈活組織教學(xué)

教師是教學(xué)的主導(dǎo)，學(xué)生是教學(xué)的主體，在課堂教學(xué)中教師要與學(xué)生建立平等、民主的關(guān)系，達成思想、意識與行動上的統(tǒng)一。在機械設(shè)計課程教學(xué)中，教師在遵循學(xué)生認知規(guī)律的前提下，通過創(chuàng)設(shè)學(xué)習(xí)環(huán)境，以啟發(fā)性問題為載體，充分利用啟發(fā)與點撥的作用，喚起學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、探索問題的興趣，以此激活學(xué)生的思維，使學(xué)生進入有意識學(xué)習(xí)的心理狀態(tài)，營造出活躍有序的課堂氛圍。在案例教學(xué)中，重要的是要使大學(xué)生受到科學(xué)思維、科學(xué)方法、工程意識等方面的熏陶，培養(yǎng)大學(xué)生的團隊精神、交流能力、自主學(xué)習(xí)能力、創(chuàng)新精神。為此必須采取靈活的教學(xué)方法，將課堂教學(xué)、學(xué)生分組討論等方法結(jié)合起來。把機械設(shè)計課程中的有些內(nèi)容不作具體講授，如鍵、銷、無鍵連接一章，課堂講授平鍵類型、特點、應(yīng)用及設(shè)計校核方法，對花鍵連接、銷連接、無鍵連接這部分內(nèi)容則留給學(xué)生自學(xué)，最后教師作適當?shù)臍w納總結(jié)。再如在講滾動軸承時，運用多媒體課件介紹了滾動軸承的類型與壽命校核計算后，提出問題：在帶式輸送機系統(tǒng)方案設(shè)計時減速器中軸承類型和型號如何選擇？軸承如何定位？如何防止軸向竄動以及軸受熱后導(dǎo)致將軸承卡死？如何調(diào)整軸承游隙？軸承如何安裝、拆卸？通過機械設(shè)計“軸系部件設(shè)計與分析”實驗課對軸系各零件結(jié)構(gòu)與尺寸，軸各零件的安裝、定位、固定等等是否合適等進行分析，作出書面報告。學(xué)生在發(fā)揮能動性的同時獲得了成就感。并且在課堂教學(xué)的適當時候布置機械設(shè)計課程大作業(yè)：在學(xué)習(xí)完本課程后，提交一項簡單的、同時具有較完整設(shè)計過程的機械產(chǎn)品報告。endprint

3.3 現(xiàn)代教育技術(shù)和傳統(tǒng)教學(xué)手段相結(jié)合，切勿一味借助多媒體

多媒體教學(xué)是現(xiàn)代教育的重要手段。通過多媒體演示，可以極大激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，有利于教學(xué)難點的突破，提高學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，從而提高學(xué)習(xí)效率[5]。例如進行滾子鏈條結(jié)構(gòu)的教學(xué)，先以實物圖片展示滾子鏈條并設(shè)置問題：滾子鏈條主要由哪幾部分組成？它們之間如何連接？這時生活經(jīng)驗豐富且動手拆裝過鏈條的同學(xué)就會積極發(fā)言，當然有大部分同學(xué)對鏈條的具體結(jié)構(gòu)并不十分清楚。這時以動畫形式演示鏈條鏈節(jié)的形成：外鏈板和銷軸過盈配合形成外鏈節(jié)，內(nèi)鏈板和套筒過盈配合形成內(nèi)鏈節(jié)，內(nèi)外鏈節(jié)間隙配合形成一個鏈節(jié)即鉸鏈。動畫有先有后，演示了連接形成與裝配過程，各零件顏色分明，一目了然。這時多媒體發(fā)揮了傳統(tǒng)教學(xué)方法無法比擬的優(yōu)勢，也正由于此，部分教師在教學(xué)中過分依賴多媒體，大量信息在短時間內(nèi)展示，致使學(xué)生往往抓不住重點、主次，對教學(xué)內(nèi)容過后即忘，教學(xué)效果往往不理想。

因此，在進行多媒體課件設(shè)計與運用過程中應(yīng)做到以下幾點：（1）既要注重更新前沿信息，又要考慮學(xué)生的知識儲備與認知水平；（2）多媒體課件表現(xiàn)形式要豐富多彩，不能全篇文字，圖片、視頻、動畫運用要恰當；（3）注重與傳統(tǒng)教學(xué)手段如板書的結(jié)合，對一些公式作必要的板書推導(dǎo)，重要概念、結(jié)論寫在黑板上，起歸納總結(jié)作用。另外，多媒體和板書運用的多與少應(yīng)做到對學(xué)生印象的最大化、教學(xué)效果的最優(yōu)化。

4 結(jié)束語

教學(xué)實踐表明，案例教學(xué)法有生動、直觀、密切聯(lián)系實際等特點，在機械設(shè)計教學(xué)中只要精心選擇機械案例，采用靈活的教學(xué)方法并借助于現(xiàn)代媒體技術(shù)就可以很好地解決傳統(tǒng)教學(xué)中遇到的問題，可以有效地將課堂教學(xué)、創(chuàng)新理論和實踐有機結(jié)合起來，能夠充分調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，提高學(xué)生實際動手能力和探索、合作、創(chuàng)新能力，達到機械設(shè)計課程改革既定的教學(xué)目標。

參考文獻

[1] 黃傳輝. 機械設(shè)計課程教學(xué)的改革與實踐[J]. 徐州工程學(xué)院學(xué)報，2006，21（8）：94-95

[2] 王志偉，孟玲琴. 基于能力培養(yǎng)的機械設(shè)計課程教學(xué)方法探索[J]. 河南機電高等?？茖W(xué)校學(xué)報. 2012，20（2）：90-93

[3] 金曉怡. 機械設(shè)計課程案例教學(xué)的研究與實踐[J]. 機械制造與研究，2010（10）：73-76，126

[4] 劉揚，銀金光. “機械設(shè)計”課程中應(yīng)用案例教學(xué)的探討[J]. 中國電力教育，2010（27）：64-65

[5] 彭三河，徐小兵，馮進. 談《機械設(shè)計》課程教學(xué)改革與學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)[J]. 漯河職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報2011，10（2）：107-108endprint

3.3 現(xiàn)代教育技術(shù)和傳統(tǒng)教學(xué)手段相結(jié)合，切勿一味借助多媒體

多媒體教學(xué)是現(xiàn)代教育的重要手段。通過多媒體演示，可以極大激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，有利于教學(xué)難點的突破，提高學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，從而提高學(xué)習(xí)效率[5]。例如進行滾子鏈條結(jié)構(gòu)的教學(xué)，先以實物圖片展示滾子鏈條并設(shè)置問題：滾子鏈條主要由哪幾部分組成？它們之間如何連接？這時生活經(jīng)驗豐富且動手拆裝過鏈條的同學(xué)就會積極發(fā)言，當然有大部分同學(xué)對鏈條的具體結(jié)構(gòu)并不十分清楚。這時以動畫形式演示鏈條鏈節(jié)的形成：外鏈板和銷軸過盈配合形成外鏈節(jié)，內(nèi)鏈板和套筒過盈配合形成內(nèi)鏈節(jié)，內(nèi)外鏈節(jié)間隙配合形成一個鏈節(jié)即鉸鏈。動畫有先有后，演示了連接形成與裝配過程，各零件顏色分明，一目了然。這時多媒體發(fā)揮了傳統(tǒng)教學(xué)方法無法比擬的優(yōu)勢，也正由于此，部分教師在教學(xué)中過分依賴多媒體，大量信息在短時間內(nèi)展示，致使學(xué)生往往抓不住重點、主次，對教學(xué)內(nèi)容過后即忘，教學(xué)效果往往不理想。

因此，在進行多媒體課件設(shè)計與運用過程中應(yīng)做到以下幾點：（1）既要注重更新前沿信息，又要考慮學(xué)生的知識儲備與認知水平；（2）多媒體課件表現(xiàn)形式要豐富多彩，不能全篇文字，圖片、視頻、動畫運用要恰當；（3）注重與傳統(tǒng)教學(xué)手段如板書的結(jié)合，對一些公式作必要的板書推導(dǎo)，重要概念、結(jié)論寫在黑板上，起歸納總結(jié)作用。另外，多媒體和板書運用的多與少應(yīng)做到對學(xué)生印象的最大化、教學(xué)效果的最優(yōu)化。

4 結(jié)束語

教學(xué)實踐表明，案例教學(xué)法有生動、直觀、密切聯(lián)系實際等特點，在機械設(shè)計教學(xué)中只要精心選擇機械案例，采用靈活的教學(xué)方法并借助于現(xiàn)代媒體技術(shù)就可以很好地解決傳統(tǒng)教學(xué)中遇到的問題，可以有效地將課堂教學(xué)、創(chuàng)新理論和實踐有機結(jié)合起來，能夠充分調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，提高學(xué)生實際動手能力和探索、合作、創(chuàng)新能力，達到機械設(shè)計課程改革既定的教學(xué)目標。

參考文獻

[1] 黃傳輝. 機械設(shè)計課程教學(xué)的改革與實踐[J]. 徐州工程學(xué)院學(xué)報，2006，21（8）：94-95

[2] 王志偉，孟玲琴. 基于能力培養(yǎng)的機械設(shè)計課程教學(xué)方法探索[J]. 河南機電高等專科學(xué)校學(xué)報. 2012，20（2）：90-93

[3] 金曉怡. 機械設(shè)計課程案例教學(xué)的研究與實踐[J]. 機械制造與研究，2010（10）：73-76，126

[4] 劉揚，銀金光. “機械設(shè)計”課程中應(yīng)用案例教學(xué)的探討[J]. 中國電力教育，2010（27）：64-65

[5] 彭三河，徐小兵，馮進. 談《機械設(shè)計》課程教學(xué)改革與學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)[J]. 漯河職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報2011，10（2）：107-108endprint

3.3 現(xiàn)代教育技術(shù)和傳統(tǒng)教學(xué)手段相結(jié)合，切勿一味借助多媒體

多媒體教學(xué)是現(xiàn)代教育的重要手段。通過多媒體演示，可以極大激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，有利于教學(xué)難點的突破，提高學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，從而提高學(xué)習(xí)效率[5]。例如進行滾子鏈條結(jié)構(gòu)的教學(xué)，先以實物圖片展示滾子鏈條并設(shè)置問題：滾子鏈條主要由哪幾部分組成？它們之間如何連接？這時生活經(jīng)驗豐富且動手拆裝過鏈條的同學(xué)就會積極發(fā)言，當然有大部分同學(xué)對鏈條的具體結(jié)構(gòu)并不十分清楚。這時以動畫形式演示鏈條鏈節(jié)的形成：外鏈板和銷軸過盈配合形成外鏈節(jié)，內(nèi)鏈板和套筒過盈配合形成內(nèi)鏈節(jié)，內(nèi)外鏈節(jié)間隙配合形成一個鏈節(jié)即鉸鏈。動畫有先有后，演示了連接形成與裝配過程，各零件顏色分明，一目了然。這時多媒體發(fā)揮了傳統(tǒng)教學(xué)方法無法比擬的優(yōu)勢，也正由于此，部分教師在教學(xué)中過分依賴多媒體，大量信息在短時間內(nèi)展示，致使學(xué)生往往抓不住重點、主次，對教學(xué)內(nèi)容過后即忘，教學(xué)效果往往不理想。

因此，在進行多媒體課件設(shè)計與運用過程中應(yīng)做到以下幾點：（1）既要注重更新前沿信息，又要考慮學(xué)生的知識儲備與認知水平；（2）多媒體課件表現(xiàn)形式要豐富多彩，不能全篇文字，圖片、視頻、動畫運用要恰當；（3）注重與傳統(tǒng)教學(xué)手段如板書的結(jié)合，對一些公式作必要的板書推導(dǎo)，重要概念、結(jié)論寫在黑板上，起歸納總結(jié)作用。另外，多媒體和板書運用的多與少應(yīng)做到對學(xué)生印象的最大化、教學(xué)效果的最優(yōu)化。

4 結(jié)束語

教學(xué)實踐表明，案例教學(xué)法有生動、直觀、密切聯(lián)系實際等特點，在機械設(shè)計教學(xué)中只要精心選擇機械案例，采用靈活的教學(xué)方法并借助于現(xiàn)代媒體技術(shù)就可以很好地解決傳統(tǒng)教學(xué)中遇到的問題，可以有效地將課堂教學(xué)、創(chuàng)新理論和實踐有機結(jié)合起來，能夠充分調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，提高學(xué)生實際動手能力和探索、合作、創(chuàng)新能力，達到機械設(shè)計課程改革既定的教學(xué)目標。

參考文獻

[1] 黃傳輝. 機械設(shè)計課程教學(xué)的改革與實踐[J]. 徐州工程學(xué)院學(xué)報，2006，21（8）：94-95

[2] 王志偉，孟玲琴. 基于能力培養(yǎng)的機械設(shè)計課程教學(xué)方法探索[J]. 河南機電高等?？茖W(xué)校學(xué)報. 2012，20（2）：90-93

[3] 金曉怡. 機械設(shè)計課程案例教學(xué)的研究與實踐[J]. 機械制造與研究，2010（10）：73-76，126

[4] 劉揚，銀金光. “機械設(shè)計”課程中應(yīng)用案例教學(xué)的探討[J]. 中國電力教育，2010（27）：64-65

[5] 彭三河，徐小兵，馮進. 談《機械設(shè)計》課程教學(xué)改革與學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)[J]. 漯河職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報2011，10（2）：107-108endprint