非机械专业机械设计基础课程的教学研究

摘要：机械设计基础课程是非机械专业的技术基础课，为进一步学习各专业课程中有关机械的内容或有关专业机械设备的课程奠定理论基础。本文在分析了非机械专业中本门课程的教学特点和教学现状的基础上，提出了适当调整教学内容；以工程需求为导向，加强学生学习兴趣；与知识背景相结合，提高学生学习热情；多媒体与传统教学手段相结合，增强直观性教学；加强实践教学，注重学以致用等教学方法和手段，获得了良好的教学效果。

关键词：非机械专业；机械设计基础；教学研究

TH122-4

机械设计基础是一门技术基础课。随着机械化生产规模的日益扩大，除机械制造部门外，在能源动力、石油化工、冶金、采矿、轻纺、食品等诸多生产部门工作的工程技术人员，都会经常接触各种类型的通用机械和专用机械。这要求他们必须对机械的基础知识，如机构的基本组成和工作原理、零件的受力和失效形式、设备的选购、正确使用和维护及故障分析等具有一定的了解。

机械化生产对国民经济进步和社主主义现代化建设的发展具有重要意义，机械设计基础这门课程发挥的作用也愈来愈大[1]。对原有的机械设备进行全面的改造和技术升级，能够充分发挥企业的潜力，为企业带来更多利润；设计各种高质量、先进的成套设备来装备新兴的生产部门，促进经济的多元化；研究、设计高度智能化的机械设备，实现空间探索、海底开发和生产过程的自动化。同时，在经济发展和社会进步过程中，机械设计基础这门课程自身也将得到更大的发展。

一、非机械专业本课程的教学特点及现状分析

机械设计基础这门课程是机械类的专业必修课，同时也是工程学科非机械专业的一门重要的技术基础课程，国内许多高校中具有工程性质的非机械专业都开设有本门课程，比如南京航空航天大学的材料科学与工程、能源动力与工程、自动化工程、航空宇航工程等。本门课程最显著的特点是基础理论与工程实际的结合，学习本门课程要用到物理、数学、力学、机械制图和工程材料以及机械制造基础等先修课程的知识，尤其是理论力学课程的知识。但并不是这些课程的简单重复，而是要引导学生如何运用所学的知识解决工程实际中所遇到的问题。

由于非机械专业学生的基础知识与机械类专业有所不同，因此本门课程对非机械专业的教学具有一定的独特性。首先是教学目的，本课程不是研究某种具体的机械，而是着重研究一般机械的共性问题，即机构的结构分析和综合的基本理论和基本方法，这些基本理论和方法是紧密为工程服务的，为进一步学习专业机械的课程打下理论基础，为从事工艺、运行和管理工作的技术人员提供一定的基础知识。其次是教学内容，非机械专业与机械类专业学生对本门课程内容的要求不同，非机械专业注重对内容的一般了解，因此削减了大量的公式推导与证明等内容，添加了部分工程实际的案例。但是具体的教学知识点并无明显差别，都包含机械设计的基本理论，如结构学、运动学和动力学等；常用机构及其传动设计，如连杆机构、凸轮机构和齿轮机构等；通用零部件设计，如机械连接、机械传动和轴系零件等。最后是教学过程，由于知识背景不同，对非机械专业的教学过程中需要简单引入机械类的专业基础知识，如在讲授机械设计的工艺性要求时需要简单介绍机械加工的基本知识，以便于学生理解工艺性的含义。然而，由于许多任课教师没有注意到非机械专业和机械类专业的教学特点的异同，在教学内容和教学方法上不区别对待，导致教学中出现了一些问题，学生在理解教學内容上有一定的困难，感觉枯燥、抽象，进而厌学甚至弃学，教学效果不够理想。

二、非机械专业本课程的教学方法与手段

1.适当调整教学内容

机械设计基础这门课程是以多门先修课程为基础的[2]，而由于种种原因，非机械专业学生并没有学习过某一门或某几门先修课程，这给本门课的教学带来一定的困难。为达到良好的教学效果，教师必须根据教学要求和目的，对教学内容进行适当调整。非机械专业注重对机械设计基础知识的一般了解，是为了学习专门机械奠定基础，而并不注重设计机器，因此教学内容应删减难度较大的公式推导和定理证明等，而是直接给出实用性的公式或定理，重点讲授它们的工程应用及使用方法。如在校核机械零件的接触强度时用到赫兹公式，它属于弹性力学的知识，在讲授时直接给出赫兹公式的具体形式，讲明其中各个参数的含义，重点讲述该公式在校核计算零件的接触强度，如齿轮传动的齿面接触强度计算中的应用和注意事项，而不必要介绍该公式的推导过程。如果强制讲授，则学生会觉得枯燥、难以理解，且占用宝贵的课时，教学效果差。

2.以工程需求为导向，加强学生学习兴趣

兴趣是最好的导师。机械设计基础这门课程的基本理论和方法是紧密为工程服务的，以工程需求为导向的教学方法必然激起学生的学习兴趣，加快加深对知识的理解，达到良好的教学效果。这种方法改变了传统的教师按部就班地讲、学生被动听的教学模式，有利于学生主动思考，激起学生强烈的求知欲。以工程需求引出教学内容，如以汽车后桥差速器为例讲授差动轮系的分解运动，由于汽车是日常生活中常见的机器，而大部分学生对汽车转弯过程中机构的运动原理并不了解，这就激发了他们学习的乐趣。在课堂之外，当他们看到汽车时，仍能主动回忆起所学内容，加深了对知识点的理解。教学过程多引入工程案例或日常案例，能帮助学生理解所学内容。如在讲授平面四杆机构的死点位置时，以家庭常用的缝纫机的踏板机构为例进行讲解。

3.与知识背景相结合，提高学生学习热情

机械设计基础课程中的许多名词和符号是机械类专业中学习过的，对于非机械类专业的学生来说比较陌生，导致他们对学习本门课程的目的不清楚，觉得学习本门课的意义不大，因而厌学甚至弃学。若能将该课程与他们的专业知识背景相结合，必将提高学生的学习热情。针对航空航天类学校的学生，将机械设计基础知识与航空航天应用相结合，教学过程中引入航空航天应用案例，如在讲授齿轮的失效形式和设计计算准则时，以航空发动机用齿轮为例进行讲解，由于航空发动机用齿轮的特殊工作环境及应力状态，设计时应选取合适的材料、加工精度，并注意校核强度等参数。

4.多媒体与传统教学手段相结合，增强直观性教学

机械设计基础所研究的对象多为运动的机构和机械，而多媒体能够将文字、图像、动画和声音等教学素材进行合理编排，使原本枯燥难懂的知识点形象化、趣味化，因此多媒体技术在本门课的教学中非常重要。但是在利用多媒体技术教学时，由于信息量增大，教学速度加快，易导致学生的思路难以跟上教师的讲解进度，学生没有思考时间，不利于对知识点的掌握。将多媒体与传统教学手段结合则可有效解决这一问题。由于非机械专业学生的理论基础薄弱，缺乏实践经验和空间想象力，因此使用多媒体技术教学可以变静为动，帮助学生理解。如使用动画演示机构的运动过程，可以帮助学生理解各构件间的相对运动，培养了学生的空间想象力；同时在黑板上对输出构件进行受力分析，使学生将力与运动结合起来，激发他们主动思考。

5.加强实践教学，注重学以致用

实践教学是培养学生工程实践能力的重要环节，在讲授机械设计基础理论内容的同时，要加强对学生工程实际应用能力的培养，提高学生工程实践能力，为将来走上工作岗位打下基础。实践教学包括多种形式，首先是实验教学，这是理论教学的补充和深化，实验教学过程能够培养学生思考问题、解决问题的能力[3]，消化课堂上所学知识，动手解决生产中出现的问题。比如齿轮参数测定实验和减速器拆装实验，使学生产生对齿轮及轮系、轴类零件等的直观认识，同时学习和掌握了具体的测量技术和方法。其次是参观实习，带学生进入生产企业参观，现场讲解所看到的机构、零件等，扩展学生的空间思维，加深对课堂知識的印象。最后是创新比赛，如指导学生参加大学生机械创新设计大赛，充分发挥学生的创新能力，提高他们的动手能力，学以致用。

三、结束语

本文对机械设计基础这门课程对非机械专业的教学特点和现状进行了分析，对教学方法和手段进行了研究。由于本课程内容多，涉及先修课程多，这就要求教师必须不断创新教学方法，与时俱进，充分调动学生学习的积极性，切实提高学生的工程实践能力，培养学生的动手能力和创新思维能力。

参考文献

[1]郭攀成，穆玺清.机械设计基础课程教学内容的改革与实践[J].中国电力教育，2009，134：129-130.

[2]黄小龙，杨洋，刘相权.“机械设计基础”课程教学改革研究[J].教育教学论坛，2016，04：112-114.

[3]田君，韩立发.基于卓越工程师培养目标下机械设计基础课程教学的改革[J].东莞理工学院学报，2013，20：100-104.

作者简介：

赵国龙（1987-），男，工学博士，山东济南人，南京航空航天大学机电学院机械制造及其自动化系，讲师，主要研究方向为微细加工技术。