建构主义理论在机械设计课程教学改革中的探索与实践

徐 静 董 雁

绍兴文理学院 浙江绍兴 312000

建构主义理论在机械设计课程教学改革中的探索与实践

徐 静 董 雁

绍兴文理学院 浙江绍兴 312000

以建构主义理论为指导，分析了机械设计课程教学中存在的问题。结合机械设计课程的教学特点，提出了基于建构主义理论的机械设计课程教改思路，在教学设计、教学方法和评价方式上进行了探索与实践，并取得了一定的成效。

建构主义理论；机械设计；教学改革

机械设计课程是一门介绍通用机械零部件基础知识和设计方法的专业技术基础课，在机械类各专业理论基础课与专业技术课之间起着承上启下的作用，其涉及知识面广、实践性强，教学难度大。由于教学结构的调整，该课程的学时数不断减少，而讲授的内容并未减少，因此更增加了教学的难度。为了提高课程的教学效果、激发学生的学习兴趣，减轻学生的学习负担，有必要对本课程的教学模式进行改革，以有利于培养学生的综合应用能力和创新设计能力，更好地发挥本课程在提高工科学生综合素质方面的作用。本文针对机械设计课程的教学特点，用建构主义理论为指导，在教学改革实践中作了一些探索与实践，取得了良好的教学效果。

一、基于建构主义理论的教学改革的基本思路

建构主义理论认为，学习者的知识，不是通过教师传授而得到的，而是在一定的情境下，借助其他人（包括教师和学习伙伴）的帮助，利用必要的学习资源，通过一定的学习手段，在意义建构的方式下获得的。学习者不是知识的被动接受者，而是知识的主动构建者；教师不是知识的传播者，而是学习活动的组织者。为此，建构主义理论所强调的情景创设，不仅仅局限于黑板和课椅；所提供的学习资料，不是只有一本教材；所关注的问题导向，不是要求简单的死记硬背；所采取的参与方式，不完全是教师的单向灌输；关于学习对象的意义建构，不是以复述教师传授的知识为最终目的。根据建构主义理论，我们对传统的机械设计课程教学模式进行了改革。

1.明确目标，创设情境

建构主义理论认为，教学设计不仅要分析教学目标的实现问题，还要考虑有利于学生建构意义的情境的创设问题。情境的创设是教学设计的最重要内容之一，学习环境中的情境必须有利于学生对所学内容的意义建构，有利于教师对学生知识构建的引导和帮助，使之起到事半功倍的作用。

例如，轴的设计是机械设计课程中的一个教学重点，主要内容包括轴的分类、轴的材料选用、轴的设计与计算等，其中阶梯轴的结构设计、强度和刚度计算是该章的重点与难点。过去在讲解轴的结构设计这一章节时，尽管教师精心准备了教案，安排了较多的课时进行讲解，但采用纸质的挂图和普通的板书，学生对轴的径向和轴向尺寸的确定、轴上零件的定位方式及装配顺序等内容很难理解和掌握，致使在轴的结构设计改错、减速器课程设计中对轴的设计感到束手无策、无从下手。现在我们在讲授这一章节时，除了在多媒体课件中设计轴的轴向及周向定位方式、轴的装配过程等演示动画外，还配以轴系装配的实物模型。在动画的演示和模型的实际操作基础上，对各轴段的径向和轴向尺寸逐段进行设计计算，再通过对轴上各零部件定位方式的比较选用和推敲设计，不仅使学生较好地掌握了轴的设计过程，而且对轴的设计计算和结构设计、轴上零部件的装配定位有了更深刻的理解。

我们发现，利用课件中的机械产品实例照片、机器或机构的演示动画以及典型的实物模型去组织机械设计的课堂教学，使学生能从实践中抽象出机构分析和零部件结构与设计等问题，认识、了解进而理解这些机械产品的工作原理、组成与特征等，这对于机械设计课程实现培养学生工程素质和实践能力的目标起到了积极的推动作用。因此，教师不仅要熟悉教学内容，更要了解学生，掌握学生的认识规律，掌握现代化的教育技能和教育理念，充分利用各类学习资源，设计开发有效的教学资源，对学生的学习给予宏观的引导和帮助。

2.问题导向，自主学习

不同于传统的行为主义教学方式，建构主义理论提出了基于任务设计和问题导向的教学思想。它以“问题”为出发点，将“提出问题、分析问题、解决问题”作为教学的全过程，引导学生自觉地完成从知识积累到能力提高的转化，并形成新的知识结构。在问题解答的同时，学生不仅理解了基本概念、掌握了设计方法，而且也形成了适合自己的学习策略和思维方式，从而大大提高了学习效率和解决问题的能力。

例如，机械设计第三篇“机械传动”中关于“齿轮传动”这一章节，主要介绍了齿轮传动的失效形式、受力分析，以及直齿、斜齿、锥齿传动的强度计算及结构设计等内容。由于涉及的齿轮类型比较多、受力分析比较复杂、强度计算公式又很繁琐，如果以传统的方式讲授容易使学生感到内容繁杂、思路不清、不得要领。所以，在讲授这部分内容时，我们以“渐开线齿廓啮合的力学分析”作为这一部分的核心问题，围绕“不同渐开面的受力分析”“齿面接触疲劳应力分析”“齿根弯曲疲劳应力分析”等力学问题展开教学过程。同时，以这些问题为导向，促使学生重温机械原理课程里“齿轮机构”章节中有关渐开线齿廓的啮合特性、渐开线齿轮的啮合传动等知识点。随着这些问题的一一解决，学生们体会到掌握了不同类型齿轮的渐开面啮合线上的受力分析，结合弹性力学中线接触的赫兹应力公式和材料力学中悬臂梁的弯曲应力公式，再根据实际需要设定必要的系数，齿轮的齿面接触疲劳强度和齿根弯曲疲劳强度的设计校核公式自己也能推导出来。

这种以教材内容为载体，以“问题解决”为主导的教学形式，克服了以往授课方式中照本宣科、单向灌输等弊病，有利于培养学生的学习兴趣和独立思考能力，使新知识在解决问题的过程中被学生同化和转化。当然，教师要善于总结提炼，化繁为简，化难为易，将授课章节的难点和重点转化成几个专题，再根据课程的需要分解成若干个学生熟悉且感兴趣的问题。如“自行车前、后轮是如何转动的”“自行车为什么会脱链”等等，由于这些问题大家都很熟悉，又很好奇，就会积极去思考，对学生理解轴的分类、链传动的正多边形效应等起到了促进作用。所以，以问题为导向，可以激发学生的求知欲，引导和启发学生运用已学的基础知识解决问题，从而提高学生分析问题和解决问题的能力。

3.互相交流，合作学习

建构主义理论提出的另一个重要教学思想是合作学习。与学生个别分散学习相比，合作学习具有学习效果明显、团队意识浓厚、督促作用加强、相互交流密切等许多突出的优势。共同的学习任务促使学生之间形成融洽的人际关系，保持良好的合作态度，产生高度的学习动机。在合作学习过程中，学生对同一问题进行观察、分析和综合，形成不同的见解，并通过说服别人认同自己的观点，或根据别人正确的观点来检验和修正自己观点的方式，最终巩固和形成自己的知识，这种认知的重建促进了高层次思维的培养。

机械设计课程设计是培养学生机械设计综合实践能力的一个不可缺少的实践教学环节。然而，课程设计的教学往往安排在理论教学结束后2～3周内进行。由于时间紧、任务重，又面临期末考试，几乎每一届的学生都加班加点，机械模仿，很多问题都来不及思考就在匆忙中完成课程设计。面对这些问题，我们采用先分散再集中的教学模式，将课程设计贯穿于理论教学的整个过程。同时，充分发挥合作学习的优势，为学生的相互交流、相互促进创造条件。具体做法是，在讲授第三篇“机械传动”的同时，将机械设计课程设计的题目布置给学生，并将课程设计的总体辅导课提前，使学生了解课程设计的内容和要求、设计步骤及设计方法。在指导学生完成减速器各级传动轴的运动和动力参数的设计计算后，要求学生根据后续的授课进程同步完成课程设计中的带传动、链传动、齿轮或蜗杆传动、轴等相关设计内容。由于课程设计与理论教学同步进行，学生不仅可以有充分的时间相互交流、相互学习，而且能理论联系实践，及时发现问题并改正不合理的设计。

采用这种先分散后集中的教学模式，最大的收获是课程设计的压力缓解了，学生的设计兴趣提高了。由于设计题目是2人1组，促使2个学生必须分工协作、配合默契、相互探讨。当然，设计过程中会有矛盾和分歧，但正是同学间的相互影响和相互切磋，使大家的协作能力和团队精神得到提升，理论知识和设计能力得到巩固和提高。从这个意义上看，合作学习的教学模式在很大程度上激发了学生的学习主动性和创造性，促进了学生的高级认知能力的发展。

4.全面考核，科学评价

建构主义理论认为，学习评价的目的不应是选拔性评价，而应该是发展性评价；学习评价的内容不能局限于机械记忆的认知性评价，而应该扩展为能力培养的多元性评价；学习评价的方式不能完全取决于终结性的定量评价，而应该辅助以形成性的定性评价。只有通过科学评价，才能使学生认识到自身的优势和不足，激发其内在发展动力，增强学习兴趣和动力，从而有效地促进学生的成才与发展。

机械设计课程作为机械类专业的一门主干技术基础课，其理论性、实践性、应用性都非常强，注重于理论与实践的综合应用。而传统的闭卷考试并不能完全反映学生的实际应用能力。因此，在建构主义理论的指导下，我们对机械设计课程的考核内容和考核方式作了一些新的尝试。第一，将原来的全闭卷考试调整为先“知识立意”闭卷和后“能力立意”的开卷相结合的考试方式。闭卷部分着重考基本知识、基本理论和基本方法，占30%～40%；开卷部分侧重考学生对本课程的综合知识掌握的程度，占60%～70%。新的考试方式有效地避免了认知性评价可能造成的死记硬背、高分低能现象。第二，打破选拔性评价纯粹以考试分数的高低对学生进行终结性评价，将学生参与各级机械设计竞赛、机械创新设计开放实验等的成绩纳入课程的评价内容，这种多元化评价方式极大地激发了学生的学习兴趣和学习积极性。第三，在机械设计课程设计考核中，强调形成性的定性评价，重视学生的个性差异和学习态度，边指导、边提问、边修改，帮助学生建立自信，促使学生的知识和能力在原有基础上得到提高，从而体会到学习的快乐。

二、结束语

建构主义理论为机械设计课程的教学改革提供了坚实的理论基础，运用建构主义理论指导教学，以学生为本，充分利用学生的积极性、主动性，培养学生积极的学习态度和协作精神，极大地提高了课堂教学效果，充分发挥了学生学习和创新的潜力。同时，教师在帮助和指导学生建构知识的同时也不断提升了自身素质，更新了自身的科学观和教学观。

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[5]濮良贵，纪名刚.机械设计[M].北京：高等教育出版社，2006

Exploration and practice of constructivism theory in machine design curriculum teaching reform

Xu Jing, DongYan
Shaoxing university, Shaoxing, 312000, China

Taking constructivism theory as the instruction, this paper analyzes the practical problems in machine design curriculum teaching. Combining the characteristic of machine design curriculum teaching, the teaching reform mentality of machine design curriculum based on constructivism theory is proposed, applies it to exploration and practice of the teaching design, teaching methods and evaluation way, and obtains certain progress

constructivism theory; machine design; teaching reform

2010-06-04

徐静，本科，副教授。