应用技术类型院校机械原理课程设计教学方法研究

闫航瑞 祁 锋 刘丽明

武汉工程科技学院 湖北武汉 430200



应用技术类型院校机械原理课程设计教学方法研究

闫航瑞 祁 锋 刘丽明

武汉工程科技学院 湖北武汉 430200

摘 要：为了适应应用技术类型院校机械原理课程设计的教学要求，进行了实践教学方法的探讨与研究。针对现有教学方法存在的问题，实践教学从理论入手，涉及课程设计的任务分配、沟通合作、结果撰写、答辩考核等方面，进行了改革。对比实践教学方法使用前后设计评分结果和学生反馈情况，验证了本方法在一定程度上培养了学生的创新能力，是实践教学的一次成功尝试，对实践教学方法的改革有一定的指导意义。

关键词：机械原理；课程设计；教学方法；应用

目前，独立院校和民办普通本科院校处于转型中，致力于学术型兼具技术应用型人才的培养。在快速教育改革和应对社会需求方面，院校教育强调教学方法与手段的改革，尤其是机械工程类教育，实习实践教学方法的研究是十分重要的。

机械原理是机械专业技术基础性课程，旨在使学生掌握机构结构与运动分析的基本理论知识，实现学生对常用机构进行系统化分析与设计，培养学生发现、分析、解决工程问题的能力。学生初步进行实践的课程是机械原理课程设计，它是机械类课程中最适合培养学生技术应用和创新能力的一门课程，是必不可少的实践性教学环节。针对课程设计中的选型、组合、变异及系统方案设计等，如何改革实践教学方法，使学生正确运用机械原理基础知识是非常重要的。

1 现有教学方法存在的问题

本课程具有极强的理论性，不仅有大量抽象、枯燥的概念和原理，而且还存在步骤较多、公式烦琐的分析和计算。依据当前理论教学与实践教学分开进行的方式，往往造成了学生在理论授课时不能很好地理解概念和原理，不能准确记忆和应用计算公式，相应地，在课程设计中，我们的学生不能自主讨论形成创新设计方案，不能规范地运用理论知识完成设计课题，不能遵从国家标准绘制图纸，在标准零件选用中不参考机械设计手册。

通过对往届学生进行机械原理及其课程设计的教学效果调查报告，发现机械原理课程设计教学方法存在以下问题。

1.1 理论讲解复杂 公式推导烦琐

在进行课程设计内容中图解法占据了主要部分，偏重理论与知识的积累，而采用“填鸭式”教学进行概念和原理学习，缺乏抽象概念的形象化，缺乏原理的视频演示和模型运动观摩，导致学生在使用中出现“张冠李戴”的现象。

依靠多媒体教学，缺少“黑板加粉笔”的传统教学方式的辅助，造成了公式推演过程过快，使学生与教师的思维不能同步，导致学生们对于计算过程畏惧，不能保持计算的一丝不苟，甚至出现计算不符或者忽略计算过程的现象。

1.2 不能掌握学生情况 学生学习主动性差

在现场教学中缺乏互动，讨论活动过少，不能及时捕捉学生学习动态，缺乏以案例引导的启发式教学，学生不能积极主动的进行思考，导致学生依赖老师给予课程设计总体方案的现象或者直接抄袭现有案例。在设计过程中，没有体察学生对于任务的接受能力和完成能力，造成了任务安排过重或者过轻，影响教学效果。

多功能便携式电子产品，如手机、iPad等，使学生不能在课堂上专注精神进行课堂学习，在自我学习中不具备主动性，在小组设计中缺乏合作，不能完成自己的任务量，缺乏责任感。

1.3 实践时间节点设置脱节

课程设计教学与理论教学先后进行的教学安排，造成了学生在后期的课程设计实践应用中不能联系理论知识，在前期的理论学习中没有通过实践学习将理论掌握，造成了理论与实践的脱节。在课程设计的整个过程中，缺乏设计安排，设计内容进度与时间不匹配，造成了设计没有因果和逻辑关系。

1.4 实践锻炼不足 不能遵循设计标准

机械新标准没有在教学过程中贯穿始终，没有从多门课程、理论与实践中多角度引入；对于典型运动机构的运动分析与计算，以及运动简图的绘制没有加强锻炼。

2 实践教学方法的研究

针对现有教学方法存在的问题，为了提高我专业机械原理课程设计的教学效果，设计了《机械原理课程设计教学质量调查问卷》，问卷主要涉及课堂教学环节、教学效果、学习情况等问题。调查对象是我校已经学习了机械原理及机械原理课程设计课程的学生，调查采取不记名的形式进行，以自愿为原则，共计108学生参与填写调查问卷。针对本次调查认真做了统计分析，撰写了教学方法的调查与分析报告，专业教师间对机械原理课程设计的教学方法进行了探讨。

当前大学生在学习上存在很强的依赖心理，缺乏追求自我学习能力、创新能力，自行分析和解决问题的能力不足。因此，在机械原理课程设计实践教学中，根据专业培养目标的要求，我们从理论教学入手，从选题设置、任务分配、组员搭配、课程设计内容涵盖范围、运动方案设计、机构运动学涉及范围、CAD绘图等方面进行本课程实践教学方法的研究。

2.1 采用直观、灵活的启发性教学

针对现有理论教学方法中存在的问题，机械原理课程中的大量原理和运动设计方法，在推演中采用动画、模型或实物演示等方法，启发学生对原理和公式的来源、过程和结果有一个清晰明了、直观的理解，并设计关联记忆，使步骤较多、公式烦琐的计算和设计变得简单明了，调动学生的兴趣。对于课程设计中必不可少的机械机构的方案分析中，应当对连杆机构、凸轮机构、齿轮机构等机构的机构特点、运动分析、应用情况等理解掌握，才能正确进行功能分解、机构选型和组合，对于方案的分析与综合、运动的协调设计与评价是非常重要的。

2.2 选题多样 设计任务分配自主

为了适应学生情况，解决现有教学方法，在课程设计选题中，应当选用可激发学生潜能又锻炼设计理论的新型设计题目，并鼓励和引导学生结合生活、生产需要和课程所学自选题目。在课程设计中尽可能给予学生创新设计的空间，不设置条框，引导学生自主地进行查阅、讨论，在方案设计、运动分析和仿真、方案综合分析与评述等中对学生进行综合能力的培养。

在课程设计选题组员配置中，应当以自主搭配为主，教师干预为辅。因为考虑到组员数量会影响课程设计的合作和协调，培养学生的团队合作与学习交流能力，根据调查结果，将会把组员人数限定为3～5人为宜，可根据设计运动的复杂程度适当增减，既能避免工作量过度又能使学生可以接受一定的挑战。关于组员的搭配，以学生学习能力水平平均搭配为主，自由组合为辅。因为让学习能力稍强的、学习主动性高的学生，带动学习能力不够的、积极性不高的同学，这样相互搭配，提可高班级同学整体的学习积极性，这样有助于提高课程实践教学的效果。

在确定选题后的组员内部人员任务分配中，应以组员意愿为主，小组长支配为辅，有争议的以教师指导分配。任务下达后，组员以完成自己的任务为主，但是一定要参与其他部分的设计和讨论，对于自己任务的难点和兴趣点要分享，接受组内讨论建议。这种方式可以提高学生在设计中的综合思维能力，并且承担责任，增强自信。

2.3 设计过程合理安排 引导学生沟通合作

在课程设计过程中，应当就设计过程中的各个设计节点进行时间安排，设置关键点，针对不同类型的题目，设置问题，引导组内和组间的合作和交流，集思广益商讨对策。

首先，采用“以教师教学为主导，学生自主学习为核心”的教学方法。在机械系统运动方案的构思中，通过功能需求入手，进行功能分解，在组内进行讨论，引导同学们出谋划策，提出想法，然后让其他组员给出赞成或者不赞成的意见，针对这些意见进行改进方案的商讨，同时引导学生自主分析常用机构的特点，完成系统运动方案的设计。其次，采用想法付诸行动的教学手段。在方案成形后，应当让同学们正确的将想法呈现为文档和图纸，这就需要学生们依据规范逐步完成机械运动简图设计，在设计中要以明确机构组合关系为主，以正确表示为辅，并进行组内合作和组间质疑，切实地将想法付诸实践。再次，采用“知识、能力、素质加创新”的四位一体的教学理念。在机械驱动装置的选择和传动系统设计中，为了避免公式使用“张冠李戴”和设计参数混乱的现象，组内成员要严格依据设计条件，根据正确的公式进行设计计算，要多人反复推敲和协助，才能合理设计各个机构的运动参数，使用计算机辅助设计软件进行运动建模与仿真，实现运动优化。最后，采用“教与学相融合”的教学体系构建，完成图文设计说明书。在设计图纸的完成中，可借助CAD绘图，一要图文相符，二要图规范。这就需要组内成员的通力合作，积极查阅资料和设计手册，同时需要组间成员间的指正，从而进一步缩小组与组之间学生水平的差异，实现共同进步，避免出现1.4节所述问题。

2.4 设计结果撰写协调

由于课程设计的组内合作关系，必然存在每个组员在不同设计部分上所耗费的精力有所偏重，那么撰写时就需要同学们注意设计说明文档的先后衔接。在撰写文档时要共同商讨，并指定组长进行协调，使整个设计浑然一体。

2.5 答辩考核透明 以指导为主

在课程设计考核上，在同学们递交的课程设计书、设计图纸的基础上，增加了现场答辩的环节。从此环节上可以直接了解每位成员的设计成果和组内合作情况，同时可以界定组间水平差异，为以后分组方式提供参考。更为重要的是在答辩中可以评价设计的优点和不足之处给予指导。一方面可使学生们了解自己的学生成果，增加自信；另一方面可使其了解课程设计中的缺陷，予以改正，避免重复错误。在整个答辩过程中，可以增加团队合作意识，锻炼学生的表达能力。

3 实践教学方法的适用性分析

为了进一步验证实践教学方法针对我院校当前应用技术类型的定位对机械原理课设设计教学的改善效果是否具有普遍适用性。针对实践教学方法使用前后学生们完成课程设计报告的情况，随机抽取50份2012届（实践教学方法使用前）、2013届（实践教学方法使用后）学生的机械原理课程设计报告说明书，针对学生在文献查阅及课程设计报告、基本知识、论文质量与研究能力、论文规范、工作态度等方面的统计（见表1）。结果显示，采用上述实践教学方法对于“应用技术类型”院校机械原理课程设计教学具有普遍适用性，能进一步提高教学效果。

表1 机械原理课程设计评分情况统计表

4 结束语

对于应用技术类型院校，机械原理课程设计是非常适合培养机械专业学生技术应用和创新能力的一门课程。现针对本课程教学中的难点和关键点，我们采用了教与学相融合的实用性教学方法。该方法基于理论教学，从任务分配、过程中沟通合作、设计结果撰写协调、评价考核等方面阐述了课程设计的具体教学方法，实现了将基础知识正确运用到不同的设计课题中。根据此方法，通过机构设计的选型、组合、变异及机械系统方案设计等实践活动，提高了学生的学习积极性，一定程度上培养了学生的团队合作能力和创新能力，是应用技术型实践教学的一次成功尝试。通过实践教学方法使用前后两届学生的课程设计评分情况，验证了本教学方法针对实践教学方法的改革有一定的指导意义。

参考文献

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［6］杨巍，何晓玲，王军，田同海.机械原理课程设计教学改革［J］.中国现代教育装备，2008（10）:90-91.

Teaching Method Research on Curriculum Design of Mechanical Principles in Application Type Colleges

Yan Hangrui， Qi Feng， Liu Liming
Wuhan University of Engineering Science， Wuhan， 430200， China

Abstract:To apply the teaching requirements of mechanical principle course design in"application type" colleges， the discussion and research of the practice teaching method was carried on. In view of the existing problems， practice teaching based on the theory teaching includes design task allocation， communication， cooperation， report writing and defense assessment， etc. According to score results and feedback from students， the innovation ability of students has been cultivated to a certain extent after using the teaching methods. It is a successful attempt to practice teaching， and has certain guiding signifcance on the reform of practical teaching method.

Key words:mechanical theory； curriculum design； teaching method； application

收稿日期：2015-11-05

作者简介：闫航瑞，硕士，讲师。祁锋，硕士，讲师。

基金项目：武汉工程科技学院2013年度教学研究项目“机械设计制造及其自动化专业《机械原理课程设计》实践教学方法研究”（编号：JY201305）。