基于中国文明的机械设计基础PBL教学改革探讨

王丹 王凌云

摘 要：针对机械设计基础课程内容繁杂、理论性强的内容特点及教师教授为主、学生听讲为辅的教学方法的弊端，以中国传统机械技术知识为教学内容改革素材，将《机械设计基础》课程内容与传统技术、传统文化、中国工匠等中华文明的小故事联系起来，同时基于PBL问题教学法进行教学方法改革，让学生参与到与典型机构和零件相关的历史故事检索、收集和融会讲解中，使学生由被动接收知识变为主动学习的过程。

关键词：机械设计基础 教学内容改革 PBL问题教学法

中图分类号：G642.4 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2018）06（b）-0134-02

“机械设计基础”是高等职业技术教育和高等专科教育数控技术、机电一体化等机械制造类和机电工程类专业的主干课程。但该门课程内容繁杂、理论性强，学生对所学的典型机构和零件是出自何处、用于何处了解不多，对课程感到枯燥和茫然，且学生在课堂教学中地参与度很低。

为改变“机械设计基础”课堂教学现状，以PBL问题教学法结合中国传统技术知识，同时对课程内容进行改革，让学生主动去了解所学知识的历史故事，寓教于意，学习专业知识的同时学习中国的传统，加强了专业课堂上的爱国主义教育。

1 《机械设计基础》课程教学现状

1.1 《机械设计基础》课程教学内容及特点

《机械设计基础》课程涉及数控机械领域如数控多轴机床、普通机加工机床等的多种典型的机构及大量的机械零件，内容繁多、课时多，借助国外相关先进技术实际应用引出课程，教学效果不好的同时导致学生们形成了“欧美国家的制造业远超中国制造业，在中国做技术、做制造无前途，不愿为中国制造、智造出一份力”的想法，专业课教师们绞尽脑汁的解决这一现状。

1.2 《机械设计基础》课程教学方法及存在的问题

课程教学多集中在课堂讲授，多媒体教学是该课程主要的教学手段，教学过程主要以教师主导，学生的参与度很低；课堂之后，学生只有较少的理论作业需要完成，不利于调动学生的学习积极性，也不利于学生的资料查询整合等综合发展和创造性思维的培养。

2 《机械设计基础》课程教改目标

把中国传统的机械设计应用实例融入到机械设计基础课程的教育教学过程中[1]，使学生学习到课程中所涉及的典型机构和常用零件从古到今的发展进程，同时，基于PBL问题教学法[2]，给学生分配任务收集中国传统机械应用的实例并分配一定的教学课时给学生，让学生主导分析讲解相关机械机构的应用原理，培养学生自主学习的兴趣。

3 教改过程

充分挖掘本课程蕴含的传统机械机构和零件元素，同时将中国古代在冶铸业、纺织业、制瓷业、造纸业、造船业等机械制造方面的优秀创造发明及其所蕴含的“工匠精神”融入到典型机构和常用零件的教学中，结合PBL问题教学法，将课堂的主题变成学生，实现找故事、讲故事，学机构，述原理，懂历史、会爱国的积极主动的课堂教学氛围[3]。

3.1 教学内容改革

引导学生查询典型教学案例。

（1）引入传统文化案例。

传统文化案例一——中国传统玩具九连环，利用了机械设计中转动副和移动副的概念。

传统文化案例二——魯班锁，利用三维榫卯结构实现木质结构的连接[4]。

传统文化案例三——水碓，一种借水力舂米的工具。利用水力、杠杆和凸轮的原理去加工粮食。水碓是脚踏碓机械化的成果，使用立式水轮结构。连机碓是一个大水轮驱动数个水碓，即一个原动机带动数个工作机的形式。回转运动带动上下摆动输出运动。

传统文化案例四——龙骨水车，龙骨水车可用手摇、脚踏、牛转、水转或风转驱动。龙骨叶板用作链条，卧于矩形长槽中，车身斜置河边或池塘边。下链轮和车身一部分没入水中。驱动链轮，叶板就沿槽刮水上升，到长槽上端将水送出。如此连续循环，把水输送到需要之处，可连续取水，功效大大提高，操作搬运方便，还可及时转移取水点，即可灌溉，亦可排涝。中国古代链传动的最早应用就是在龙骨水车上，是农业灌溉机械的一项重大改进。

传统文化案例五——指南车，指南车是中国古代用来指示方向的一种装置，始于黄帝时代，它是利用机械设计中的齿轮传动系统和离合装置来指明方向的一种机械装置。其原理是，靠人力来带动车辆行走，由车轮的转动来带动齿轮的转动，再由齿轮的转动来带动车上的木人指示方向。不论车子转向何方，木人的手始终指向南方，“车虽回运而手常指南”。体现了古代工匠的技术精妙[5]。

传统文化案例六——耧车，最早于战国时期，是现代播种机的始祖， 由一脚耧、二脚耧改进到三脚耧。三脚耧，下有三个开沟器，播种时，用一头牛拉着耧车，耧脚在平整好的土地上开沟播种，同时进行覆盖和镇压，一举数得，省时省力，故其效率可以达到“日种一顷”，提高了农业生产的效率。体现我国古代机械较之西方的先进性。

传统文化案例七——秦弩机，古代智慧的结晶，它的设计非常巧妙，灵活运用了杠杆原理，实际使用的时候，可以承担很大的来自弓弦的拉力，但扣动扳机时所需要的力道却非常小，有利于维持射击的稳定性，有效提高了射击精度。关键机构采用了标准化生产，具有一定的互换性，兵器在损坏中可以快速修复，体现我国古代加工技术的先进性。

（2）引入工匠精神的代表工匠。

工匠精神案例一——C919大飞机高级钳工技师胡双钱，手工打磨大飞机精密零件，实现超高精度，身体力行了“大国工匠”努力将99%提高到99.99%极致的“工匠精神”。

工匠精神案例二——火箭总装厂的一名焊工高凤林，专注修炼技能，为避免失误练习十分钟不眨眼，积聚匠心，用专注和坚守创造不可能，35年焊接130多枚火箭发动机，以实际行动向年轻的我们展现“工匠精神”。

3.2 教学方法改革

基于PBL教学方法进行课程教学，在教学过程中，以中国传统的机械机构案例为先导，以问题为基础，以学生为主体，以教师为导向的启发式教育，以培养学生的分析问题和解决问题能力为教学目标。在实施过程中，以小组为单位，对传统机械机构的机械原理和应用等进行阐释，即以小组作为授课团队对课程章节进行讲解[6]。

（1）创设问题情境。以教学内容改革中涉及到的中国古代在冶铸业、纺织业、制瓷业、造纸业、造船业等机械制造方面的优秀创造发明及其所蕴含的“工匠精神”为素材：一是各机械机构的工作原理为主要问题；二是以机械机构创造发明中的工匠精神为职业素养培养素材，进行案例分析。

（2）分组。对全班同学进行分组，每小组4到5人组成。以小组为单位，对指定的中国传统机械机构进行工作原理、典型应用及历史意义等进行阐释，相当于作为授课团队对章节进行討论式讲解。

（3）小组课前准备。根据指定的任务要求，小组成员进行分工合作，通过检索、收集、归纳及整理相结合，在小组内进行讨论，整理出小组的可行性方案，并确定小组汇报内容和表达形式。

（4）小组授课及班级讨论。在授课教师组织下，小组代表根据小组内讨论和整理出的汇报内容进行发言，时间40min，鼓励小组的每位同学都积极参与到汇报表达中，根据每小组代表提出的问题进行课堂讨论，从而对课程获得更深的认识和感悟。

（5）讨论结束后，授课教师及时给予积极反馈和补充。小组发言或在讨论结束后，授课教师对小组各方面的表现给予积极的反馈，如果有遗漏的或学生不太明白的相关知识点，教师给予补漏。

4 教改成效

通过此次教学内容和教学方法改革，同学们在学习《机械设计基础》专业课时，了解和学习了更多与本课程教学内容相关的中国古代文明和中国古代著名工匠的“工匠精神”，拓宽了同学们学习本课程时的知识宽度和职业素养，基于PBL教学模式也体现了教学活动中学生的主体性，教师的角色由知识的拥有者、传输者转变成为学生学习的辅助者、组织者和合作者，激发了学习的热情，培养了学生发现问题、钻研问题及解决问题的能力，锻炼了学生在搜集资料及合作讨论能力，对今后的学习及职业发展起到一定的促进意义。

参考文献

[1] 蒋勇.浅析机械设计的发展[J].魅力中国，2014（9）：110.

[2] 徐向阳，董绍江，曹源文.基于PBL科技创新实践的机械原理教学模式研究[J].科技创新导报，2015（34）：231.

[3] 匡江红，张云， 顾莹.理工类专业课程开展课程思政教育的探索与实践[J].管理观察，2018（1）：119-122.

[4] 张斐然.榫卯结构在中国古代设计中的应用[J].文艺生活·文艺理论，2014（2）：143-144.

[5] 陈威，孙建建，文怀兴.中国古代指南车的原理分析与定向机构仿制[J].机械传动，2016（10）：170-172.

[6] 李卫国，曾道江，余琳.PBL教学法在职业化人才培养课程中的具体应用研究[J].职教论坛，2014（20）：66-69.