非机类机械设计基础课程教学方法的研究

辛荣生

(郑州大学材料科学与工程学院，河南郑州 450052)

非机类机械设计基础课程教学方法的研究

辛荣生

(郑州大学材料科学与工程学院，河南郑州 450052)

根据实际教学经验，研究了非机类机械设计基础课程的教学方法，并提出了重视新内容的引入、坚持理论与实际相结合、强化多媒体课件中的动画演示等相应的教学措施.

机械设计基础;实践性;多媒体动画;灵活教学;教学方法

0 引言

机械设计基础是研究机械的组成原理、运动学和动力学以及组成机械的通用零件设计的学科.作为一门技术基础课程，其内容较为繁杂，同时也具有很强的实践性和应用性，所以教学过程中必须将理论和实践紧密结合起来，注重对学生解决实际问题能力的培养.笔者结合实践，对非机类机械设计基础课程的课堂教学方面进行了研究.

1 重视新内容的引入

教师应对每部分授课内容有一个引言，即新内容的引入，引言做得好，就能先抓住学生的注意力，容易引起学生的兴趣和求知欲，促使学生积极主动地跟着教师的授课思路，获取新的知识.

根据日常生活中的常识引出新内容，通常是一种行之有效的方法.例如，在讲授螺纹的连接时，可以这样引入:“螺钉和螺栓螺帽我们都见过甚至拧过，我们拧紧螺钉或螺栓螺帽，通常都是顺时针拧，只有极少数情况下是逆时针拧;还有，一般用扳手拧紧螺栓，用的力会越来越大，特别是拧大螺栓会更费劲……这些情况都可以通过下面内容的学习得到解释.”这样就为讲解螺纹连接作了引言.

教师在讲新内容之前，先让学生观看实物、模型和视频等，使抽象的知识具体化、形象化，能为学生架起由形象到抽象的“桥梁”.例如，在讲授斜齿圆柱齿轮时，对于其齿廓面为螺旋渐开面的情况实在是不容易理解，但只要将一个柔软的直齿轮齿廓模型斜交圆柱母线并贴到圆柱上，则立刻能让学生看到螺旋渐开面的齿廓.这样往下讲授就相对容易一些.

结合实际提出问题进行新内容引入，容易抓住学生求知探微的心理，能使学生遵循着教师的思路去深入探究问题的实质.比如在讲解超越离合器时可以这样开场:“同学们都蹬过自行车，为什么往前蹬能带动自行车，而往后蹬不能呢?”在这种情况下，教师的讲课就会牢牢地吸引住学生的注意力.

根据上一章的内容引出新内容，也是一种很好的方法.例如，学完齿轮传动后，接着讲轮系这一章时，可以这样引入:“齿轮传动有很多优点，是应用最广泛的一种机械传动.唯一的缺点是:如果一对齿轮要实现大的传动比或较远距离的传动，它的外廓尺寸将会很大.但是，这一问题我们可以通过增加齿轮的数目来解决，即由一系列相互啮合的齿轮来组成传动，这种传动系统就是我们下面要一起学习的轮系.”

2 坚持理论与实际相结合

机械设计基础课程内容多且实践性强，而绝大多数学生从高中校门直接进入大学，机械方面的知识基本上是空白，所以教学应避繁就简、突出重点、深入浅出、联系实际.比如，在讲解内燃机的传动原理时，可一边放映视频演示内燃机运动过程.一边介绍内燃机的工作原理:它通过进气、压缩、点火爆炸，产生强大的推力使活塞做功，再通过连杆带动曲轴转动，使机车运转.再比如讲解铰链四杆机构时，可使用曲柄摇杆机构的教具进行演示，让学生一边观察一边听讲，能使学生很快弄清曲柄、摇杆等构件之间的实际运动情况，理解死点、急回特性等重要知识.接着讲到双摇杆机构的应用时，可演示四轮机动车前轮转向装置的运动，同时也谈一下在我国的历史长河中为何没有出现四轮马车的原因，在古代文官坐轿、武官骑马，即使是帝王也只能乘坐两个车轮的銮驾，这是因为车上没能安装双摇杆转向机构.最后可以提出问题:铰链四杆机构的类型与四杆的长度、机架有关，当四杆的长度满足什么关系、机架如何选择时，才能得到不同类型的四杆机构呢?当学生处于这种思考和兴趣中时，教师接着在课堂中演示自制的教具，分别取不同的杆长比例和不同的构件作机架，就得到了三种基本类型——曲柄摇杆机构、双曲柄机构、双摇杆机构.在此基础上再去推导出四杆机构中曲柄存在的条件，进一步讲明上面演示的结果.这样，就化解了学习中的难点，同时也使学生在感性认识中掌握了理论，理论与实际相结合能使学生对所学内容印象深刻，更能加深记忆.

3 强化多媒体课件中的动画演示

由于多媒体教学集声音、视频、动画于一体，有传统教学无可比拟的优越性，极大地丰富了课堂教学.所以笔者已多年在机械设计基础授课中采用多媒体教学，特别是通过一些图形、动画等，向学生展现具体、形象、直观、声画并茂的视听材料，充分调动学生的多种感官参与学习，将以前传统教学方法难于理解的内容形象生动地表现出来，能增加学生的感性认识，激发学习兴趣，活跃课堂气氛.

在讲解一对渐开线标准齿轮的啮合点轨迹与公法线重合时，由于内容实在难于想象，也很难用语言去表述，致使学生无法完全理解.对此，可以先在教学中展示一对直齿轮的啮合图形，然后播放多媒体课件中用Flash制作的一对渐开线齿轮相互啮合运动的动画给学生观看，在这个动画中将公法线和啮合点显著标出，这样放出动画时，学生能清晰地观察到一对齿廓在不同的时刻啮合时，其啮合点的确是沿着公法线方向走的，这也为下一步讲解渐开线标准齿轮的正确啮合条件与连续传动条件奠定了基础.

在讲授用图解法设计凸轮轮廓时，将凸轮机构从动件用反转法处理后的运动情况用Flash动画演示出来，从动件尖端始终与凸轮接触，由动画片段可清晰看出尖端的运动轨迹便是凸轮的理论轮廓.这样，凸轮轮廓的设计也就转化为从动件尖端运动规律的确定，因此根据从动件的位移曲线，很快就能设计出凸轮轮廓.另外，在讲解带轮机构的弹性滑动时，采用动画演示，让学生看出胶带是如何在带轮缘上作弹性滑动以及是由什么原因造成的，由于将静态的概念变成生动、形象、直观的动态形式，充分发挥了学生的观察力，使学生更容易理解掌握，因此提高了教学效果.

4 采用灵活方式进行课堂教学

讲授机械设计基础是为了培养学生了解掌握机械中的常用机构及通用零件等方面的基本知识，使学生具有选用、分析与设计简单机械传动装置的能力，从而达到培养适应工程实际应用人才的目标.因此，采用好的方法进行课堂教学是非常关键的，这对教学双方也是一件愉快的事情.教师不能墨守成规，必须根据教学的内容、任务和对象，大胆尝试一些新颖有效的教学方法，培养学生独立思考和自主创新的能力.

4.1 类比教学法

在讲述各种传动机构时，如带传动、链传动、圆柱齿轮传动、圆锥齿轮传动、蜗杆传动等，每种传动都是介绍结构、分类、工作原理、参数计算和应用特点.当学生渐渐熟悉了这种分析传动的方法后，可采用类比法教学.如先让学生回顾前面的分析方法，然后用类似的方法来分析接着要讲的内容，再归纳总结、参照对比出几种传动各自的性能特点和应用场合.比如，学完直齿圆柱齿轮传动以后，可以用类比法学习斜齿圆柱齿轮，在教学中有意识地强调这种横向对比、循序渐进的分析思考问题的方法，以后碰到新的内容，学生也会养成习惯，先看看结构分类，再分析其工作原理和进行参数计算，归纳总结出各自的传动性能特点，了解掌握它们都可以运用在什么场合.从而培养学生分析问题和解决问题的能力.

4.2 提问教学法

该方法是教师根据学生已有知识或实践经验，提出问题请学生回答，教师根据问答情况补充必要的知识内容，从而促使学生积极思考，引导学生获取新知识的行之有效的教学方法，它能使课堂呈现出一种浓厚的探讨气氛.提问教学法也能给教师提供了解学生的机会，并建立教师与学生互动的平台.例如在讲授蜗杆传动时，可提出问题:蜗杆导程角与蜗轮螺旋角旋向相同吗?怎么样才能让蜗轮蜗杆正确啮合?蜗轮蜗杆的传动比等于两轮的分度圆直径反比吗?这就引出了本堂课的内容，引发学生的求知欲.要想知道原因，只有认真听讲、静心思索，才能理解和掌握所学的新知识.

4.3 归纳总结法

学完一个章节后要及时地归纳总结出本章节的主要内容，使知识成为一个有机的整体.这样，既有利于学生理清思路，又有利于学生记忆所学的知识.例如，讲完平面机构的各种类型后，可归纳总结出两个要点:①根据曲柄存在条件判断相邻两构件间相互转动的角度范围，取不同构件为机架，可形成不同的运动机构;②曲柄为原动件时，从动件可能有急回运动;摇杆或滑块为原动件时，曲柄从动件一般有死点位置.这样，就把近十种平面机构的类型、形成原理和运动特性归纳总结到一起，找出了它们之间内在运动规律的异同点，使得学生便于掌握.

4.4 适当自学法

课堂讲授仍是目前主要的教学方式，但课时减少后不允许我们对所有课程内容做到“一视同仁”，因此对于一些较简单的教学内容，可适当采用让学生自学的方法.例如，螺纹的常用类型、轴毂联接、带传动的使用维护、带轮结构、齿轮结构及减速器等，对于这些一般性内容，可以安排学生自学.为了保证自学效果，对每部分自学内容都要列出要求和提出问题，并随后进行检查.

5 结束语

提高机械设计基础教学效果的途径是多种多样的，教学方法的改进和教学效果的提高也是无止境的，只要教师平时用心钻研、不断探索，多关注生产和生活中的机械实例，将教学理论与实际紧密结合，采用动画演示和灵活多样的教学方法，充分调动学生的课堂兴趣和学习积极性，引导学生主动参与、勇于探索，就能更好地提高教学效果和培养学生分析问题和解决问题的能力.

Study on Teaching Method of Mechanical Design Foundation Course for Non-Mechenics

XIN Rong-sheng

(College of Material Science and Engineering，Zhengzhou University，Zhengzhou 450052，China)

According to the practical teaching experience，the teaching method of mechanical design foundation course for non-mechenics is researched，and the teaching approaches of emphasizing new content induction，insisting on the combination of practice and theory，and emphasizing cartoon show in multimedia courseware are put forward.

mechanical design foundation;practicality;multimedia animation;agile teaching;teaching method

G642.0

A

1007－0834(2012)01－0061－03

10.3969/j.issn.1007－0834.2012.01.020

2011－11－18

辛荣生(1959—)，男，辽宁抚顺人，郑州大学材料科学与工程学院副教授，主要研究方向:无机功能薄膜材料.