非机类专业《机械设计基础》教学方法改革与思考

张会端

(河南理工大学　机械与动力工程学院，河南　焦作　454000)



非机类专业《机械设计基础》教学方法改革与思考

张会端

(河南理工大学机械与动力工程学院，河南焦作454000)

《机械设计基础》是诸多非机械类工科学生的必修课程，内容宽泛，应用面广。但因为不是学生的专业课，往往引不起足够的重视。打破以往的教学常规，由教师的以“教”为主改变为学生的以“学”为主，以引导的方式提高学生兴趣，使学生形成自主学习的方式，以激发学生的学习主动性，达到更好的教学效果。

机械设计基础；教学方法；引导

一、引言

《机械设计基础》是非机械类工科学生的必修课程，其目的是培养学生具有一定的机械基础知识和初步的机械设计能力, 为今后的机械技术工作打下基础。它既是基础又有较强的实践性[1], 在整个教学计划中占有非常重要的地位。如何让学生很好地获得机械设计的基本技能，是教师们一直在思考的问题[2-4]。

现代大学生思维活跃，性格张扬，接受新鲜事物比较快，他们不拘泥常规，不会按部就班任由老师在讲台上“说教”。尤其是《机械设计基础》的教学，学生常常认为这门课不是自己的专业课，学不学听不听更加无所谓。如果按照以往多年来以“教”为主的教学模式来授课，往往不会达到很好的效果。为了适应人才培养的要求,我们一直在积极探索合适的教学模式以适应当前的教育现状和发展趋势。打破以往的教学常规，以引导学生提高兴趣、引导学生自主学习的方式，从教师的“教”改变为学生的“学”，以激发学生的学习主动性，达到更好的教学效果。

二、趣味式引导

一门课程能不能让学生喜欢，关键在于能否激发学生的兴趣。机械与机构，单从字面理解，枯燥而无味；若运用动画展现运动，则显得生动而有趣。世间万千机械，但基本原理相同，宗旨不变，“简单的原理，华美的机械”，是笔者常对学生说的一句话。运用非常简单的原理，就能设计出满足各种需要的机器，这不能不说是机械的奥妙。

图1　契贝谢夫步行机器人

图2　连杆曲线

例如平面四杆机构，这是最简单和最基础的机构，其他机构都是由四杆机构演化而成。而简单的几根杆，就可以做出各种各样的机构，比如著名的契贝谢夫步行机器人(如图1)，连杆的不同位置会有不同的输出曲线(如图2)，从而做成具有不同功能的机械。每当学生看到这两个FLASH，笔者都能听到唏嘘不已的声音。这两个FLASH对学生形成一种强烈的视觉冲击，勾起学生的无限好奇，从而激发他们的学习兴趣。

三、实物式引导

《机械设计基础》课程理论性和实践性并重, 而学生往往在课堂学习过程中缺乏感性认识, 所以在教学时可采用图片、实物模型及现场教学等多种手段组合, 将结构形状和构件间的相互关系生动地展现在学生面前，使内容形象、学生喜闻乐见,加深学生对所学内容的理解, 从而提高了整体教学质量和水平。

例如加工方法，说起来很简单，但对于没走进过工厂的学生来说，并没有感性认识。而如果用FLASH形象地展示，学生就会一目了然。讲普通平键的类型，圆头平键和方头平键的键槽形状不相同，学生只知其然而不知其所以然。如果给学生展现指状铣刀和盘形铣刀加工键槽的过程，如图3和图4所示，无需赘言就能给学生留下深刻印象。

图3　圆头平键键槽形状和加工方法

图4　方头平键键槽形状和加工方法

在《机械设计基础》本科生的教学体系中，应更多地设置陈列室，如零件失效形式的陈列室，零件加工方式陈列室，机构运动的陈列室，陈列的可以是模型，也可以是企业废旧的机械结构或零部件，给学生真切的感性认识，让学生更加深刻地理解《机械设计基础》的应用。

四、问题式引导

专业课程授课的难点，在于授课的平铺无奇，任老师讲得天花乱坠，仍不及一部电影或者文学故事吸引学生。而问题便是平静湖面上的一粒石子，激起思维的层层涟漪。在教学过程中，应有意识地设定问题，以引起学生的思考。任何一个细小的知识点，都可以设定问题，甚至对某些章节，可以以问题贯穿整篇知识，让学生寻找问题答案的过程便是学生的学习过程。

问题是最好的“老师”，问题不应止于老师，而是应该给学生更多的思考空间，甚至让他们自己去探索。在讲述带传动力分析时，先讲述了带传动的最大有效拉力，在推导有效拉力表达式时没有考虑到离心力的存在，而在随后讲述的带的应力分析时，有了离心应力的分布。前后联系，善于思考的学生就会问：为什么在推导有效拉力时没考虑到离心力，这个有效拉力的表达式是惟一精确的吗？而此时作为老师，恐怕不是短时间内能给学生讲清楚的，倒不妨让学生自己查查文献，鼓励他：他和其他学者一样在思考这个问题，如胡明祥[5]、辛礼兵[6]和刘鹰[7]。

五、互动式引导

在平时的整个教学过程中，应着重以学生为主，以教和学的互动来引导学生掌握基本知识。在讲述齿轮这一章时，齿轮满足定传动比的要求、齿轮的啮合特点、传动要求等内容，都和渐开线的特性紧密相关，透彻理解渐开线的形成与特性，对后面的内容至关重要。所以在讲述渐开线的内容时，打破常规，不用说教来介绍这些内容，而是让学生亲自动手来体会。

安排学生带好直尺、圆规等工具，讲课时，只介绍渐开线的形成原理，便要求学生亲自动手来画一条渐开线。静静地等待，看学生对照着形成原理来想办法画图。自然，会有学生想到如下办法：如图5所示，任画一个基圆，把基圆n等分，计算出每段弧长；在等分点按顺序画基圆的切线，截取线段长度等于弧长，便找到发生线滚动到切点位置时渐开线上的点，顺次光滑连接，形成渐开线。对同一大小的基圆，渐开线的位置不同时，观察它们的形状又有何变化。通过这样简单的动手，渐开线的特性不言而喻。和周围的同学相比较，渐开线的形状取决于基圆也就一目了然。通过这样的互动，学生不仅加深对所学知识的理解，同时对该知识在工程实践中的应用有了一定的认识。

图5　学生手画的不同基圆的渐开线

六、结论

《机械设计基础》是工科非机械类学生的必修课程，引导学生重视课程，掌握最基本的机械技能是我们一直在思考的问题。改变通常的教学方法，通过趣味式、实物式、问题式和互动式引导，从教师的以“教”为主改变为学生的以“学”为主，激发学生的学习兴趣，让学生有真切的感性认识，引导学生形成自主学习，以达到更好的教学效果。

(责任编辑：徐建平)

[1]薛铜龙.机械设计基础[M].北京：电子工业出版社，2011：4.

[2]薛铜龙,王小林,巩琦.基于卓越工程师培养的“机械设计”课程教学改革[J].中国大学教学, 2013(3)：57-58.

[3]吕明,杨胜强,白薇.机械类本科生创新人才培养与教学模式改革研究[J].中国大学教学, 2009(5)：28-30.

[4]石永军.机械设计基础课程设计教学改革研究[J].中国电力教育，2012(32)：55-56.

[5]胡明祥.简析离心力在带传动中对初拉力的影响[J].鄂州大学学报，2007，14(5)：30-32.

[6]辛礼兵.摩擦带传动的最大有效拉力分析计算[J].机械工程师，2009(5)：61-62.

[7]刘鹰. 带传动系统临界滑移状态传动带力学特性研究[J].机械传动，2015，39(10)：31-34.

Discuss of Guiding Teaching Model about The Basis of Machine Design

ZHANG Hui-duan

(College of Mechanical and Power Engineering, Henan Polytechnic University，Jiaozuo 454000,China)

TheBasisofMachineDesignis most non-mechanical engineering students' compulsory course. It has broad content and gotten wide application. But it's not a student’professional course, so can not gottem enough attention. Breaking the previous teaching methods，guiding teaching method improves the students' interest and autonomous learning ability by changing teachers "teaching" to students’ "learning", in order to stimulate students' learning initiative, and get better teaching effect.

the basis of machine design;teaching methods;guiding

G642.3

A

1671-9719(2016)9-0050-03

张会端(1972-)，女，河北赵县人，博士，副教授，研究方向为机械设计。

2016-05-25

2016-06-13

河南理工大学教改项目“基于多学科分层次的‘机械设计基础’课程教学体系改革”(2015JG001)。