机械设计基础教学模式与创新能力培养方法的探索

李娟 孙见君 马晨波

摘 要：培养人才最有效的途径是发展高等教育，然而随着高等教育的不断发展，传统的教学模式逐渐显现出各种问题与不足。本文根据现代高等教育的发展趋势，结合机械设计基础课程的教学实践，从课程体系结构、课程设计实践、实验教学创新与课程考核方式四个方面，探索机械设计基础课程教学模式改革方向，讨论培养学生创新能力的有效方法与途径。

关键词：机械设计基础 教学模式 教学实践 创新

中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）08（b）-0000-00

基金项目：南京林业大学科研启动项目；江苏省高校自然科学基金（15KJB470007）。

作者简介：李娟（1987-），女，湖北洪湖人，博士，讲师，主要从事机械设计基础方面的教学工作。

0 引言

高等教育的根本任务是输送人才，以满足社会和人民群众的多元化需求。为了保证教学质量，取得良好的教学成果，课程教学模式应当与国家的发展方向相契合。如何提高课程教学质量，培养学生的创新能力，是当前我国高等教育改革转型中的重要课题[1]。机械设计基础是各高等院校机械类专业本科生必修的一门综合性、实践性很强的技术基础课程，包括机械设计与机械原理两部分的内容，是培养学生综合设计能力、创新能力的重要环节，并在整个专业中起着承上启下的作用[2]。

现有的关于机械设计基础的教学模式主要着眼于培养学生掌握课程的理论知识，采取各种教学手段，激发学生的学习兴趣[3]。然而这种教学理念只能从表面上让学生不排斥理论知识的汲取，却忽视了学生学习的主动性，造成了学生“不逃课但也不思考”、“眼睛盯着讲台，脑子一片空白”的现象，培养学生的创新能力难上加难。笔者根据教学过程中的实践经验，在传统教学模式呈现的不足与问题的基础上，从课程体系结构、课程设计实践、实验教学创新与课程考核方式四个方面改进现有的教学模式，探索培养学生创新能力的方法。

1 课程体系结构

机械设计基础是机械原理与机械设计两门课程的整合，要求学生了解和掌握常用机构与通用零部件的工作原理、结构特点等，教学内容繁杂、零散、抽象、枯燥。笔者在教学过程中发现，由于课程连贯性不强，学生容易产生被动、厌烦的情绪，学习效率非常低。通过与学生沟通交流后，采用互动启发式教学模式，效果显著。

以常用机构为例，这部分内容主要包括平面机构自由度分析、平面连杆机构、凸轮机构、轮系和间歇运动机构。课程中基础知识点的引入十分重要，它决定了学生接受与其相关的其他知识点的难易程度。首先，教师通过图片、动画、视频等教学手段列举一些平常所常见的平面机构器械如健身器材、家用电器、钟表、自行车等，引入平面机构的类型，与学生一起讨论平面机构的组成部分、结构特点、运动特点，同时分析平面机构的自由度。

其次，引导学生思考，以小组形式讨论他们对平面机构类型的判断，形成师生之间的互动，产生共鸣。在此基础上，发挥学生的想象力，对平面机构的结构进行演变、设计，培养学生的创新意识。对待创新能力有限的学生，可以通过讲解为主，启发为辅，使学生敢于肯定自己的想法，参与到讨论中，提高分析问题和创新的能力。最后，在平面机构的知识框架上进行扩展，导入凸轮机构、轮系和间歇运动机构，同时分析比较各机构结构特点、运动特性，进行归纳总结。

与常用机构相比而言，课程后半部分的的通用零件是为后续课程提供必需机械零件的基本知识，内容更为零散。如何将螺栓等常用连接零件，齿轮、带、链等传动机械，轴、轴承、联轴器等轴系零件这些内容连贯起来，是学好这部分内容的关键。学生往往对未知、新奇的事物比较感兴趣，因此利用学生的好奇心，教师可以做一些视频动画，对大型机械设备内部进行分段、分层剖析，从而展示零件结构与运动特性，比如汽车中的齿轮变速箱，行李输送机上的带传动，自行车上的链传动等等。

在此基础上，启发引导学生探索机械零部件的作用与工作原理、失效形式，同时观察学生的反应，并与学生互动，适当提出一些问题，扩展学生思维。其中，合理选择并设计零件尺寸是课程教学内容的重点与难点之一。通过结合实际课题，采取小组共同分析，培养学生运用标准、手册进行一般参数的通用零件和简单机械装置设计，提高学生的协作能力，激发成就感，加深对知识的掌握程度。

2 课程设计实践

课程设计是加强实践教学的重要途径，可以巩固加深对所学理论知识的理解，实现基础理论与设计实践的有机配合，在工科院校教学中占有十分重要的地位[4]。通过课程设计，使学生在掌握设计方法的基础上，培养学生的绘图能力与计算机辅助设计能力。由于接触实际工程项目少，学生刚接触到课程设计时往往会觉得困难。这需要通过选修课程辅助与外部教学实践两方面的配合来提高学生的学习效率。

机械专业的学生在大一和大二阶段已经完成了辅助设计课程（机械制图，工程制图与CAD等）的学习，为机械设计基础课程打下了一定的基础。但是笔者在教学过程中发现，由于空间想象能力有限，一些学生掌握的并不好，因此在本课程的课程设计中，表现非常吃力。教师需要指导学生选修一些辅助设计的课程，如CAD程序设计，Pro/E等，帮助学生对先修课程进行必要的回顾和复习，在此基础上，结合课程设计对象，鼓励学生进行程序编写，完成设计课题，提高学生机械设计创新能力。外部教学实践是指通过积极组织和指导学生参加各种课外设计竞赛活动，借助本课程的知识学习，进一步培养和提高学生的创新意识。同时，对于有科研条件的教师，可以进一步结合教师自身的科研项目与课题实践，比如利用仿真软件对机械零件结构进行强度分析和优化设计等，使教学内容紧跟学科前沿，培养学生的创新科研能力。

3 实验教学创新

机械设计基础的实验教学是必不可少的。在课堂中没有完全吃透、完全想明白的知识点，通过学生亲身动手实践，能够化虚为实，提高教学效率。然而，由于设备资源、实验课时的限制，实验项目的开展还停留在以教师讲解为主，学生重复教师示范的形式上，无法完成实验教学的预期效果[5]。

实际上，实验教学如果能够走出实验室，教学效果事半功倍。我们通过与企业合作，一方面让学生有机会参观机械零件实际的加工过程，将所学的理论知识和生产实践结合；另一方面让学生实际了解到企业生产加工机械零件过程中遇到的技术难题、局限与实际需求，启发学生运用所学知识，开动脑筋思考问题，激发学生的创新意识，分析问题，解决问题。同时，在与企业技术工人的交流中，能够让学生们开扩视野，触摸世界的前沿工程技术，使我们培养的人才能够跟上时代的脚步。在此基础上，学生带着问题和想法，走进实验室进行实验，很大程度上提高了学生创新能力的培养。

4 课程考核方式

课程考核检验学生对所学知识的掌握情况，也是教师对教学质量和教学效果的检测。课程考核方式实行以学生的综合素质为内在基础的能力考核[6]，包括过程考核与期末考试。在教学过程中，笔者发现课后作业的完成情况非常糟糕，这与当今电子科技的飞速发展有关。由于互联网题库资源十分丰富，抄袭现象很严重。通过调整过程考核主次，以随堂测验为主，课后作业为辅，效果显著。课程进行到某一阶段，安排一堂课进行随堂测验，测验的形式并不局限于理论，形式包括理论知识重点、难点回顾，零件设计，传动方案设计等。在答疑环节，安排每周固定的时间段进行答疑，并且根据学生的随堂测验及作业情况，指定同学答疑，这样可以更加准确地掌握学生的学习状态，并根据答疑情况调整课程内容和课程进度。课后作业尽量以开放式的题目为主，结合现代工程技术，引导学生充分利用互联网与图书馆资源，进行发散思维，化不利条件为有利条件，提高学生收集整理资料的能力，鼓励个性发展。

5 结语

新时代的人才不仅需要掌握知识，更重要的是掌握学习知识的方法，分析问题的能力以及解决问题的思路。通过摸索，笔者在机械设计基础的课程教学工作中总结出了较合理的教学模式，学生反应良好。随着时代的发展，为了培养符合时代需求的人才，教学方法的改进和教学效果的提高仍然是无止境的，继续探索与时俱进的教学模式任道重远。

参考文献

[1] 佟林杰，孟卫东.我国高等教育内涵式发展“四维一体”模式构建[J].现代教育管理，2013（10）：44-47.

[2] 张利萍.高等职业教育《机械设计基础》能力培养的教学方法[J].邢台职业技术学院学报，2009，26（3）：16-17.

[3] 张鄂.应用型本科院校“机械设计基础”课程的教学改革与探索[J].教育教学论坛，2015（13）：120-122.

[4] 张晓峰.机械设计基础的教学研究与探索[J].科技教育创新，2010（11）：249-250.

[5] 周志刚，徐芳.机械设计基础教学质量控制及创新能力培养[J].实验室研究与探索，2013，32（10）：110-113.

[6] 闫玉蕾，孔凡坤，曹克刚.高职教育机械创新人才培养[J].高教论坛，2015（4）：26-2