案例教学法在机械设计课程教学中的实施研究

时间：2024-05-18

陈国辉+李光煜+李阳星

摘要：机械设计课程具有较强的理论性与实践性，传统教学模式强调传授理论知识而不注重知识的应用及实践能力的培养。在机械设计课程改革中，重新审视了本课程的教学目标，在既定教学目标基础上，采用案例教学法，精选机械案例，采用启发式教学，运用现代教育技术方法，在培养学生机械创新意识和创新能力方面起到良好的效果。

关键词：教学改革案例教学创新意识

中图分类号：G420 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）02（b）-0000-00

★基金项目：2013年黑龙江科技大学教学研究项目（编号：JY13-66）

作者简介：陈国辉，硕士，讲师，研究方向：机械设计及农业电气化与自动化。

1 机械设计课程教学改革的必要性和教学目标确立

机械设计课程是机械类各专业一门重要的专业技术基础课，有较强的理论性和较高的实践性，在整个教学过程中起承前启后的作用。传统教学模式强调知识的传授而不注重知识的运用以及实践能力的培养，存在的弊端日益明显。人才培养与社会需求目标不符，学生就业后服务于社会的能力不强，因此积极研究课程教学规律，进行课程改革势在必行。基于国家“卓越工程师培养计划”[1，2]的推行和我校“大德育、大工程、大实践”的三大教育理念，就我校教学服务型大学的本科定位，制定本课程的教学目标：在学习完本课程后，可以提交一项简单的、同时具有较完整设计过程的机械产品报告，即要求学生通过本课程的学习具备一般机械设计能力，具备一定的创新意识和创新设计能力，并能够分解设计中运用的知识点并对之有较深入的理解和把握。

2 基于教学目标的案例教学法

案例教学法是在教师的精心策划和指导下，运用典型案例，调动学生参与讨论和深入分析及实践，通过学生的独立思考或集体协作，进一步提高其识别、分析和解决某一具体工程问题的能力，培养学生理论联系实际的自觉性，同时培养创新思维意识、主动学习方法、沟通能力和合作精神的一种教学方法[3]。

案例教学在实施过程中必须以具体案例为媒体，使理论与实践联系起来以阐释抽象的理论或知识上的要点，因此，机械设计教学内容和体系的构建必须基于课程教学目标，在概念、知识、方法传授的基础上，围绕能力的培养，安排教学内容，设计提炼与课程教学内容相关的项目案例。对机械类不同的专业提出了不同的任务和案例，使其与专业课程能够更加紧密的结合。例如，对于机械制造专业，则以典型机械，如内燃机、牛头刨床、带式输送机、车床、减速器等的分析设计为贯穿教学过程的任务，完成产品的整体方案设计、简单力学分析、机构分析设计、零部件设计、装配设计等环节；对于机电类专业，以自动生产线、机电液一体化产品分析设计为典型任务；针对学生缺少工程背景的问题，在知识点的学习和理解上，在案例的选择上则更注重具体化和生活化，以学生有感性认识为主，如以打印机、扳手、球阀、雨伞、电风扇等增强学生的直观印象。

3 案例教学法的实施研究

3.1 结合生活、生产实践及科研项目，精选机械案例

与生活、生产实践紧密相联的事物总能引起学生的注意力，在应用案例教学法时，针对教学中的知识点提炼与生活、生产紧密相联的工程案例，恰当地设疑，引导学生主动思维，定向探索问题，将大大提高学生的学习效率。例如在讲解螺纹连接四种基本类型时，实例演示各类型螺纹连接的结构特点及应用场合，引导学生进行比较并找出其相同之处作为螺纹连接类的属性，并借助概念对某类机械形成完整的认识。在讲蜗杆传动时，以万能分度头为工程案例。分度头的手柄与单头蜗杆相连，主轴上装有40齿的蜗轮组成蜗轮蜗杆机构，其传动比为1：40，即手柄转动一圈，主轴转动1/40圈。如要将工件在圆周上分z等分，则工件上每一等分为1/z圈，设主轴转动1/z圈时，手柄应转动n=40/z圈。通过引导学生仔细分析蜗杆传动的特点，启发学生的思维，找出蜗杆传动与齿轮传动之间的相异与相同点，从而建立它们之间的本质联系。

学习机械设计的最终目的是进行科研和创新，每一机械系统的诞生都将伴随机械系统方案的构思和机械新结构的产生。在教学中能结合自身科研运用创造技法，从发现事物的缺点出发分析讲解新事物的诞生，将起到事半功倍的效果。如结合自身科研，将高地隙烟草打顶车的设计及其典型结构案例引入课堂教学。在机械设计概论一篇中，以高地隙烟草打顶车的设计要求讲解机械设计的基本要求，以打顶车的设计过程及方案选择讲解机械设计的一般程序。在带传动一章中展示打顶车打顶悬挂中的带传动结构，见图1。以打顶悬挂设备研制中遇到的实际问题向学生提出以下问题：该带传动采用哪种类型带？它属于哪种带传动形式？该传动形式在安装和运行中有哪些要求？问题的设置不仅引起了学生的好奇和争论，也在课堂上设置了思维的发散点，使学生有了充分发表自己见解的思维空间，活跃了课堂教学气氛，并且在潜移默化中接受了新知识。不仅认识了V带传动，而且对半交叉传动要求有了最直接的认识，间接地获得了实践经验，即带半交叉传动不能逆转，安装时应使一带轮的宽对称面通过另一带轮的带绕出点。经过这么一个过程，学生学到的不仅是机械知识，而且还学会了如何发现有待解决的问题和构思问题解决方案的有效方法。

3.2 采用启发式、互动式教学模式，灵活组织教学

教师是教学的主导，学生是教学的主体，在课堂教学中教师要与学生建立平等、民主的关系，达成思想、意识与行动上的统一。在机械设计课程教学中，教师在遵循学生认知规律的前提下，通过创设学习环境，以启发性问题为载体，充分利用启发与点拨的作用，唤起学生发现问题、探索问题的兴趣，以此激活学生的思维，使学生进入有意识学习的心理状态，营造出活跃有序的课堂氛围。在案例教学中，重要的是要使大学生受到科学思维、科学方法、工程意识等方面的熏陶，培养大学生的团队精神、交流能力、自主学习能力、创新精神。为此必须采取灵活的教学方法，将课堂教学、学生分组讨论等方法结合起来。把机械设计课程中的有些内容不作具体讲授，如键、销、无键连接一章，课堂讲授平键类型、特点、应用及设计校核方法，对花键连接、销连接、无键连接这部分内容则留给学生自学，最后教师作适当的归纳总结。再如在讲滚动轴承时，运用多媒体课件介绍了滚动轴承的类型与寿命校核计算后，提出问题：在带式输送机系统方案设计时减速器中轴承类型和型号如何选择？轴承如何定位？如何防止轴向窜动以及轴受热后导致将轴承卡死？如何调整轴承游隙？轴承如何安装、拆卸？通过机械设计“轴系部件设计与分析”实验课对轴系各零件结构与尺寸，轴各零件的安装、定位、固定等等是否合适等进行分析，作出书面报告。学生在发挥能动性的同时获得了成就感。并且在课堂教学的适当时候布置机械设计课程大作业：在学习完本课程后，提交一项简单的、同时具有较完整设计过程的机械产品报告。endprint

3.3 现代教育技术和传统教学手段相结合，切勿一味借助多媒体

多媒体教学是现代教育的重要手段。通过多媒体演示，可以极大激发学生的学习兴趣，有利于教学难点的突破，提高学生学习积极性，从而提高学习效率[5]。例如进行滚子链条结构的教学，先以实物图片展示滚子链条并设置问题：滚子链条主要由哪几部分组成？它们之间如何连接？这时生活经验丰富且动手拆装过链条的同学就会积极发言，当然有大部分同学对链条的具体结构并不十分清楚。这时以动画形式演示链条链节的形成：外链板和销轴过盈配合形成外链节，内链板和套筒过盈配合形成内链节，内外链节间隙配合形成一个链节即铰链。动画有先有后，演示了连接形成与装配过程，各零件颜色分明，一目了然。这时多媒体发挥了传统教学方法无法比拟的优势，也正由于此，部分教师在教学中过分依赖多媒体，大量信息在短时间内展示，致使学生往往抓不住重点、主次，对教学内容过后即忘，教学效果往往不理想。

因此，在进行多媒体课件设计与运用过程中应做到以下几点：（1）既要注重更新前沿信息，又要考虑学生的知识储备与认知水平；（2）多媒体课件表现形式要丰富多彩，不能全篇文字，图片、视频、动画运用要恰当；（3）注重与传统教学手段如板书的结合，对一些公式作必要的板书推导，重要概念、结论写在黑板上，起归纳总结作用。另外，多媒体和板书运用的多与少应做到对学生印象的最大化、教学效果的最优化。

4 结束语

教学实践表明，案例教学法有生动、直观、密切联系实际等特点，在机械设计教学中只要精心选择机械案例，采用灵活的教学方法并借助于现代媒体技术就可以很好地解决传统教学中遇到的问题，可以有效地将课堂教学、创新理论和实践有机结合起来，能够充分调动学生学习的积极性，提高学生实际动手能力和探索、合作、创新能力，达到机械设计课程改革既定的教学目标。

参考文献

[1] 黄传辉. 机械设计课程教学的改革与实践[J]. 徐州工程学院学报，2006，21（8）：94-95

[2] 王志伟，孟玲琴. 基于能力培养的机械设计课程教学方法探索[J]. 河南机电高等专科学校学报. 2012，20（2）：90-93

[3] 金晓怡. 机械设计课程案例教学的研究与实践[J]. 机械制造与研究，2010（10）：73-76，126