《機械設計》課程系統(tǒng)教學法理論研究與實踐

劉利國　李靜娟　盧學玉　錢善華

摘要：系統(tǒng)論是要求人們在研究和處理問題時，始終把研究對象看作一個有機體，把系統(tǒng)論理論引入機械設計課程教學，構建機械設計課程系統(tǒng)教學法，并規(guī)劃了用于系統(tǒng)教學的典型案例和方法，進行了面向卓越工程師培養(yǎng)的機械設計課程教學的研究和實踐。該教學法將有利于“卓越工程師培養(yǎng)計劃”的實施和高素質應用型人才的培養(yǎng)。

關鍵詞：機械設計課程；系統(tǒng)教學法；卓越工程師培養(yǎng)；提升絞車；減速器

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2015）08-0171-02

機械設計課程是機械類各專業(yè)中非常重要的一門專業(yè)基礎課程。江南大學機械設計課程服務的專業(yè)有機械設計、機械制造、機電一體化、模具制造及過程控制專業(yè)，涵蓋了江南大學“卓越工程師培養(yǎng)計劃”的試點專業(yè)。機械設計課程具有基礎性、設計性、實踐性和綜合性等特點，是培養(yǎng)學生綜合應用所學知識分析和解決工程實際問題能力、訓練工程師的基本技能、培養(yǎng)學生創(chuàng)新性思維和設計能力的重要課程。為了適應21世紀科技發(fā)展和社會競爭對人才培養(yǎng)的要求，高等教育中必須加強對學生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。以學生為主體，注重教學法研究，激發(fā)學生創(chuàng)新意識與競爭意識，不斷豐富教學改革成果，提高學生解決實際問題的能力。

一、傳統(tǒng)的教學模式存在的主要問題

1.教師按章節(jié)授課，把每章知識孤立分割教學，學生知其然而不知其所以然，所學的知識在學生腦海里是雜亂無章的，無法提起學生的學習興趣。

2.教學手段和方法仍存在不足。雖然CAI等教學課件的引入提高了課堂容量和課堂效率，但從培養(yǎng)學生能力尤其是創(chuàng)新能力上看，效果不顯著。

3.重視理論，重視知識的培養(yǎng)，重視教師的主導作用，因而對綜合分析能力、實際應用能力、創(chuàng)新能力的培養(yǎng)不足，學生主動學習精神較差。

二、機械設計系統(tǒng)教學法研究

系統(tǒng)教學法是以具體機械設備（項目）為背景；以學生、項目和實際經(jīng)驗為中心，而不是傳統(tǒng)的教師、教材和課程。把整個課程內容在一臺具體機械設備上得到有機的整合，使機械設計各章節(jié)內容與課程體系銜接地更加緊湊、順暢。學生開始接觸課程就了解了科學、嚴謹?shù)脑O計思想。教師在授課過程中根據(jù)相關章節(jié)的零部件在機械設備中的作用，通過結合具體實物講述，使學生對相關內容零部件的作用產(chǎn)生較高認識，對每一個零部件的理解與選擇，必然會達到“學有所用”的要求。系統(tǒng)教學法課堂理論教學以改變過去傳統(tǒng)單獨各章節(jié)的分散學習，知識體系雜亂無章，使學生出現(xiàn)“知其然不知其所以然”的現(xiàn)象。通過對這些基本內容的學習去掌握有關的設計規(guī)律和技術措施，從而使學生具有設計其他通用零部件和某些專有零部件的能力。系統(tǒng)教學法特點：①系統(tǒng)性。整個課程內容作為一個系統(tǒng)，每個章節(jié)內容作為要素。②典型性。具體機械設備包含大多數(shù)機械設計課程的知識。③目的性。學習通用機械零件的設計與選型。④科學性。根據(jù)學生理解具體情況，靈活掌握、實施教學。⑤直觀性。設備結構和各個零部件的作用一目了然。⑥應用性。應用書本理論直接解決設備失效的問題。⑦關聯(lián)性。充分體現(xiàn)各個零部件相互關聯(lián)關系。

三、機械設計系統(tǒng)教學法實踐

“系統(tǒng)教學法”的核心是一臺具體機械設備，具體如何實施教學，可以根據(jù)具體情況靈活掌握。設備應具有形象化、具體化的特點，與傳統(tǒng)教學中的舉例有本質的區(qū)別，是把整個課程知識作為一個系統(tǒng)，而系統(tǒng)又是以一臺具體設備而體現(xiàn)的，各章節(jié)的知識通過設備零部件的設計和選型來學習。設備零部件具有形象化、具體化的特點，以提升絞車作為一臺具體設備實例教學。課程教學前，學生首先通過視頻了解這臺設備的用途，然后到實驗室參觀，讓學生確實感受到設備的外形。教師上課根據(jù)視頻首先介紹其工作原理以及各個部件的功能和作用，讓學生清楚認識到學習這門課程的目的就是要學會這臺機器的設計。在教學中要始終貫穿“使用場合—失效形式—受力分析—強度計算—結構設計”這一主線，本課程的學習分成三個單元進行，機械零件的疲勞強度設計和主要零部件，諸如齒輪傳動的強度計算、軸的設計、滾動軸承的選擇及組合設計、螺紋連接的強度計算及螺栓組連接的受力分析等內容列為重點內容作為減速器的重要組成部分，作為第一單元知識，在課堂上重點講授；而把比較易于理解的某些章節(jié)，如機械零件常用材料和選擇原則、過盈連接、摩擦輪傳動等列為一般性內容，安排學生自學。

第一單元——減速器。①減速器原理。強調是原動機和工作機之間的獨立的閉式傳動裝置，是一種相對精密的機械，用來降低轉速和增大轉矩，以滿足工作需要。設計減速器時，應根據(jù)工作機的選用條件、技術參數(shù)、動力機的性能、經(jīng)濟性等因素。②齒輪。通過視頻和圖片，讓學生理解齒輪的失效形式，然后講解制造齒輪需要材料和熱處理、齒輪的受力和強度計算、齒輪的加工精度和效率、齒輪的潤滑和齒輪的設計、材料、加工熱處理。③軸。根據(jù)減速器中軸具體結構進行教學，還要結合齒輪的結構和受力分析講授軸的結構，對軸的設計、材料、加工工藝、熱處理和精度公差要結合實際詳細講解，并對軸的失效形式和國內外最新維修方法進行介紹。④鍵連接。結合減速器的齒輪和軸進行教學，解釋鍵的作用，重點學習平鍵和花鍵的選型計算和實效形式，其他類型的鍵作為擴展知識進行介紹。⑤軸承。結合減速器的軸系，解釋軸承的作用，介紹軸承的種類，重點學習軸承的選型計算；結合減速器的工作特點學習軸承的潤滑和實效失效形式。⑥螺栓連接。以減速器箱體的各種螺栓為例，學習螺栓連接的種類、應用特點和使用場合、預緊力的作用、防松的措施、引伸學習螺栓的強度計算和提高強度的措施。

第二單元——提升絞車其他部件。①聯(lián)軸器。首先根據(jù)提升絞車介紹各個聯(lián)軸器的作用，重點學習聯(lián)軸器的選型設計，聯(lián)軸器的種類以自學和課堂討論為主。②剎車器。教師簡單介紹提升絞車中剎車器的作用和類型。

第三單元——機械其他知識。①帶、鏈和蝸輪蝸桿傳動。學習這部分知識時，要把這三章內容進行整合，改變過去按章節(jié)分別教學的方式。首先采用對比法進行教學，就是以齒輪傳動為參照物，重點介紹三種傳動的特點、應用場合，然后再分開單獨學習。②摩擦、磨損及潤滑。學習時以減速器為例，講解摩擦和磨損的危害以及潤滑的作用。重點學習潤滑劑的選用和潤滑方式。③機械零件強度。結合齒輪、軸和軸承的失效形式，學習材料的疲勞特性；結合齒輪、軸和軸承的工作中的受力形式，學習交變應力特性。要通過具體減速器齒輪、軸和軸承的失效案例，使學生掌握零件疲勞破壞的危害。

“卓越工程師培養(yǎng)計劃”人才培養(yǎng)模式是“重實踐、強能力”。為此，更新教育思想和觀念，加強機械設計課程的改革和建設。改進教學方法，采用先進的教學手段，樹立崇高的敬業(yè)精神，只有三者結合起來，才是搞好《機械設計》課程教學工作的根本途徑。

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