《机械设计基础》课程教学改革研究与实践

高虹霓　王和明　刘海平　徐晓东

摘要：本文以《机械设计基础》课程建设为研究课题，针对《机械设计基础》课程教学和课程设计中存在的问题进行了思考，对如何改革教学内容、教学方法、考核方式以及如何加强学员创新设计训练进行了研究与实践，对提高教学效果，培养学员创新能力具有一定的参考价值。

关键词：机械设计基础；改革；研究；实践

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）11-0157-03

《机械设计基础》课程是机械工程等专业的一门重要专业基础课，对学员学习专业课程起着承上启下的桥梁作用。该课程的综合性和实践性都很强，要求学生不仅要掌握扎实的基础知识，更重要的是理解从工程实践中得来的知识经验，还要具备在工程实践中应用所学知识设计机械传动装置的能力和创新能力。

一、现行教学中存在的突出问题

（一）传统的课堂教学形式仍占据主要地位[1]

《机械设计基础》广泛的课程内容与有限的学时数及传统课堂教学法之间存在矛盾，影响学员掌握更多的机械知识，限制了他们分析、构思和设计能力及创新能力的培养。

（二）缺乏实践手段，教学目标难以实现

《机械设计基础》是一门实践性较强的课程，应该边学习边实践才能实现提高设计能力、培养创新能力的目标。但实际上，由于学时有限，加之缺乏合适的实践环节，教学很难达到这些要求。而且，由于学员缺乏对实际机械系统的感性认识，教学效果不甚理想，相当多学员只是把这门课作为一门课程去学习，在实际中难以自觉运用其中的知识去指导设计。

（三）课程设计中缺乏创新训练

许多新技术冲击着传统的机械设计方法及设计思想，像航空航天技术、超微技术、特种机器人技术等一系列高技术领域的快速发展，为机械设计提出了更高的要求，而现行的机械设计课程教学模式中，忽视了学员独立创新设计能力的培养，不能最大限度地提高学生的实际设计能力和创造性设计能力。

针对上述存在的问题，做了以下改革。

二、教学内容改革

（一）适当修改教材内容，完善设计所必需的基本知识和基础理论[2]

删减了不实用的、过时的内容；舍去了概念化的，对提高设计水平意义不大的部分；加强了可操作性强，对提高设计水平有益的部分。以机械传动、机械零件的设计为重点，完善基本理论。教学时对基本设计计算原理和设计方法进行系统介绍，增加学生解决实际问题的思路和方法。对设计方法和步骤注意分析、总结和归纳，以利于学生整体设计思想方法的形成。

（二）充实基本设计方法和实践性内容

《机械设计基础》教学内容改革，一方面要为学员学习专业课程和终身学习奠定坚实的基础；另一方面要突出机械设计主题。课程内容体系应以设计为线索，以解决工程实际设计问题为目标，构建设计基本知识和基本理论比较完备，设计方法实用多样的基本内容体系。

（三）补充现代科学技术的内容，体现先进性

现代科学技术发展迅速，CAD、优化设计、有限元设计、绿色设计、反求设计等新的设计理论和方法层出不穷，窄型V带、硬齿面齿轮传动、同步齿形带传动、自攻丝、膨胀螺栓联结等这些过去因某些技术原因得不到应用的机械传动、联结，如今已经得到了广泛的应用。《机械设计基础》要适应现代科学技术发展的需要，把握本课程的发展脉搏，及时补充新型结构、传动、零件，介绍新的设计理论、方法、技术、计算机辅助设计等内容，拓宽视野，培养创新设计思路和方法，培养创新型人才。

三、教学方法改革

如何提高教学质量，培养学生的设计能力、创新能力？我们知道，创新总是在应对不同的困境或问题时产生的，创新离不开问题解决[3]，所以在教学中应注重设置“问题—发现”教学情境，让学员通过一系列问题的解决来学习，将静态的知识转化为动态的问题探究，在对问题的探究中动脑、动口、动手，使其得到发展。经过教学实践，我们提出了“问题—发现”教学法。

精心创设课堂情境的“问题—发现”教学法，就是精心创设问题，将静态的知识转化为动态的问题探究，和学员一起探索，共同思维，调动学员的学习热情，引导学员发现问题的答案。在教学中，这些问题不是随意提出的，而是以能最大限度地调动学员思维的积极性为原则，在备课时创设好的。

精心备课是创设课堂问题情境的前提。要设计好课堂教学，除应有较深的知识功底外，还应当抓住学员的心理特征，启发学员积极思维，培养他们探究问题、解决问题的能力，从而提高学员的思维能力和创新能力[3]。因此，在备课过程中，不仅要备教材，还要备学员，备教法，备教学语言。教学语言的准确性、生动性、形象性、启发性、感染性会激发学员浓厚的学习兴趣，使他们积极主动地学习。通过创设“问题—发现”的教学情境，让学员通过一系列问题的解决来学习知识。重点思考以下几个方面的问题。

1.这一章节与其他章节有何联系和区别，为什么要引入这一节，如何引入才能更吸引学员。

2.根据这一节内容，如何优化教学内容，如何设置问题。

3本节重点是什么，难点是什么，学员学习时有可能犯哪些错误。

4.习题的选择是否难度适中，是否一题多解，学员在社会实践、科学研究等课外创新实践活动中还可做哪些探索。

如何让学员各抒己见，积极参与思考和研讨？首先需要集中学员注意力，教员应该把抽象难懂的概念用通俗易懂的方式表达给学员，注意安排课堂内容的多样化，综合应用讲解、讨论、提问、自学等方式，结合模型、录像和多媒体课件等教学手段，力求教学内容生动、活泼。还应使学员脑力活动和实际操作相结合，操作可以起到组织和控制注意的作用，让学员演示模型、安排实验等都可以集中学员注意力，帮助他们克服分心的问题。教员在讲到问题转折时，应从分析现象或工程实际问题入手，或者说明这个问题与其将来的需要、任务有关，激发学员探究问题的兴趣，使其注意力很快转移和集中。

为充分调动各个层次学员在探究问题时的积极性，应力求在引入课题时就让尽可能多的、处在不同学习程度的学员走进来，进而在教员精心创设的具有挑战性的问题情境中，互相影响、讨论、激励，活跃课堂气氛，抓住学员的注意力，使学员的思维过程层层深入，充分发挥学员思维的积极性，赞赏学员独特和富有创意的理解和表达，在广泛研讨的基础上，集思广益，总结得出所探讨问题的结论，不仅掌握了知识，更重要的是培养了学员的思维和创新思维能力。

“问题—发现”教学法与传统的“知识—接受”教学法的区别在于以下三个方面：（1）“知识—接受”教学法是由教员详细地讲解，学员被动地接受；“问题—发现”教学法是由教员引导学员的学习方向，让学员自己去探索未知的世界，探索就是发现。（2）“知识—接受”教学法着重学习的结果，“问题—发现”教学法着重学习的过程。（3）—接受”教学法强调获得知识本身，“问题—发现”教学法强调获得知识的方法。

“问题—发现”教学法的核心就是，教员引导学员共同参与知识发现的过程，培养学员自己寻找知识的能力，这样，不仅激发了他们的学习兴趣和热情，培养他们善于提问、思索和分析的习惯，提高自学能力，而且透过科学技术发展的内在联系，使他们破除对科学发现、技术突破的神秘感，从而积极主动地投身到具有创造性的研究工作中。而“知识—接受”教学法则把知识当成现成的结论，使学员变成一种被动的接受工具，这样，不仅使他们失去了对任何知识的新鲜感，甚至可能扼杀他们开发新知识的创新意识和能力。下面对两种教学方法进行比较。

（一）在《机械设计基础》课程设计教学中两种方法的比较

1.采用“知识—接受教学法”的做法。（1）设计前，教师把设计过程仔细讲一遍，设计中学员按照教员讲的设计顺序照猫画虎地做一遍。（2）设计中教员做有问必答的辅导，甚至没问先答。（3）评定成绩时看重图面质量。

2.采用“问题—发现教学法”的做法。（1）布置设计任务时，教员只讲设计要求，不讲具体设计过程，让学员自己去咀嚼。（2）学员做设计时，精力集中在思维过程而不是图面质量。（3）评定成绩时，不注重图面质量而注重考查学员的思路是否正确以及动脑多少。

3.采用“知识—接受教学法”做课程设计的弊端。（1）由于教员讲得细，辅导得勤，学员处于被动地位，容易造成教员在做设计，学员只充当制图员的角色错位。（2）学员把精力集中到制图上，图描得又黑又亮，制图训练得多，思维训练得少，得不偿失。（3）画图好的学生得分高，成绩失真，不能考查学员的思维能力，助长了高分低能的情况。

4.比较结果。从以上两种方法的比较中不难看出，“知识—接受教学法”着重结果，对课程设计来说学员接受了教员的详尽讲解、指导，以尽快做出设计为目的，而“问题—发现教学法”着重学员学习的过程，对课程设计来说教员不做详尽指导，以培养学员思维及创新能力为目的。显然，后者的科学合理性不言而喻。

（二）在习题课中两种方法的比较

1.采用“知识—接受教学法”的做法。“知识—接受教学法”的做法是每当上习题课时，教员把本章习题中出现的问题进行总结后指出来，再演算几个新题，学员只是接受。学习好的学员认为自己已经会了，习题课上精力不集中，学习较差的学员只能把教员演算的题抄下来，课后才去消化。

2.采用“问题—发现教学法”的做法。在习题课中采用“问题—发现教学法”与采用“知识—接受教学法”的做法明显不同，例如，我们在上《机械原理》课“轮系”一章习题课时，预先布置17个习题以小组为单位准备，全组共同承担。课下学员们积极思考，相互讨论。习题课上，来自四个不同小组的四名学员当场抽签得到的一个题目，同时在黑板上解题，然后由全班学员来判断其对错。如果做对了，由做题者向全班学员讲解思路；若有错误，由本小组派另一名学员上来改错。这样同时进行四个题，直到正确为止，然后再换另外四个题目。两个小时内能进行四组题，共16个题的讨论。而“知识—接受教学法”两个小时最多讲8个题目。

3.比较结果。采用“问题—发现教学法”开展小组讨论式习题课，不仅培养了学员分析问题、解决问题的思维能力，而且培养了学员的协作能力、表达能力及板书能力，几乎每个学员都有机会在黑板上做题。由于从小组派代表做题，每个人都怕影响小组荣誉，所以准备起来特别认真，讨论时气氛也活跃。实践证明，组织好习题课可以提高学员对本门课程的学习兴趣。心理学认为人们对完全不熟或完全熟悉的东西没有兴趣，而采用“问题—发现教学法”开展习题课教学正是处于两者之间，重在培养学员创新思维和创新能力。

四、课程考核方式改革

考核的目的是检查教学效果，即检验教学目标的实现程度和鉴别学员的差异性，进而督导激励学员学习，引导教学发展方向，引导学员进行知识积累、能力培养和创新精神塑造。

长期以来，《机械设计基础》课程多采用闭卷考试，这种考核方式对理论性较强的基础课程是一种检验学习效果的有效形式，而对设计性课程则存在较大弊端。因为设计能力体现在理论分析、资料运用、综合判断等设计的多环节中，闭卷考试很难体现对设计能力的检查，无法检查学员综合分析和解决工程实际问题的能力。针对这些问题，应对考核方式进行改革，改变传统的单一闭卷考试方式为以平时考核+闭卷考试+专业素质考核等多种考核方式，实行全程跟踪考核，加强考核学员的工程实践能力。其中，专业素质考核是以学员在社会实践、科学研究、学科竞赛等课外创新实践活动中取得的成绩来评判。本专业开设的竞赛活动有：大学生机械创新设计大赛、成图大赛等。

在改革实践过程中，还需系统筹建试题库，做到教考分离。考核方式的改进，将学员从死记硬背的僵化教学模式中解放出来，将学员的注意力引导到知识的灵活运用上，使学员注重理论与实践的结合，对加强创新能力和实践动手能力的培养，有着十分重要的意义。

五、《机械设计基础》课程设计改革

（一）课程设计教学内容改革[4]

在满足课程设计选题原则，不增加学员负担的前提下，为了提高学员对课程设计的兴趣和积极性，联系工程实践，可结合实习工厂的产品选题。这样学员接触到真实的产品，就会自觉到工厂观察实物，查找资料，进行设计计算和装配图纸的绘制。

长期以来，指导教员都是自己编数据、编题目，而现在从生产实际中选题，对提高学员的设计水平和教员的教学水平都非常有益。但在选题中要注意选题的适当和题目的相对稳定，以利于完成课程设计的教学要求。这样做，虽说加大了教学难度，要求教员有扎实的功底，设计前必须做充分准备，但是能让学员体会到机械设计中既要考虑原有样机，又要积极思考，有所创新；既满足了具体的理论联系实际的要求，又达到了综合训练的目的，较好地掌握了机械设计的基本方法，使学员初步展示了运用所学理论知识解决工程实际问题的能力，对自己以后专业知识的学习充满信心。

另外，在课程设计教学内容中增加了计算机辅助设计的内容，通过介绍《机械设计手册（软件版）》的使用，利用AUTOCAD的二次开发程序进行课程设计参数化绘图，使学员对计算机辅助设计有了理性和感性的认识，收到了良好的效果。

（二）课程设计教学模式改革

打破传统的理论与实践教学的分工与界限，将实践教学内容纳入本课程，实现理论教学和课程设计的一体化教学。提出不停课进行设计训练，即提前布置任务（课题）+课堂辅导+课外绘图的课题教学法。具体作法是：课程设计以运输机当中的传动件作为设计对象，在讲授完带传动、齿轮传动等内容后，即将设计任务布置下去，使学员明确所要设计的对象、方法、任务要求、时间安排等。在接下来讲授联结、轴承、轴的设计等教学过程中，教员也授课也辅导；学员也上课也设计，并利用辅导课和课外时间绘图。整个设计过程需要6～8周。这种不停课安排课程设计的做法，是一种采用课堂理论教学加课外设计课题相结合的新的教学模式。

课程设计成绩的评定依据两个方面。一是答辩，抽取与设计内容相关的题卡回答问题；二是审查装配图、零件图和说明书。

以上对《机械设计基础》课程的教学内容、教学方法、考核方式以及《机械设计基础》课程设计的教学内容和教学模式改革进行了研究和实践。除此之外，应用网络教学对学员学习的主动性、自觉性要求较高，对教员的要求也很高，而且要取得好的教学效果，必须有一套能充分体现网络教学特点，适合网上信息表达与传输的图、文、声、像并茂的电子教材及与教材紧密配合的丰富的信息资料库，这将是今后大力发展和重点建设的目标。

参考文献：

[1]陈战辉.谈课程教学分析在课程教学设计中的地位与作用[J].空军工程大学学报（综合版），2011，（06）：19-20.

[2]杨可桢，等.机械设计基础[M].第六版.北京：高等教育出版社，2013.

[3]李彦彬，等.专业基础课教学方法改革与实践[J].山东师范大学学报，2008，（03）：35-38.

[4]陈立德.机械设计基础课程设计指导书[M].第三版.北京：高等教育出版社，2007.