浅谈机械设计课程的教与学

郑银环+江连会+燕松山+胡敏

摘 要 从教学体系、教学方法、教学手段等方面对机械设计课程提出了一些具体建议，并从创新能力教育的角度，阐述了教学过程中，针对性地训练学生的计算机辅助设计（CAD）能力是机械类专业机械基础课程教学改革的趋势。

关键词 机械设计 教学体系 教学手段 教学方法 创新能力

中图分类号：G424 文献标识码：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdkz.2017.07.052

本科工程教育中，人才培养改革越来越受到重视。机械设计课程是本科院校机械类、近机类专业的一门重要的技术基础课，它不同于学生前期先修课程中所学的理论力学、材料力学等理论基础课，也不同于机床设计、 夹具设计、汽车设计等后续专业技术课，它处于理论基础课与专业技术课之间，将基础理论与专业技术联系起来。机械设计课程的教学过程同其他任何课程一样，也包括教师与学生两个主体，存在着教与学两个方面。机械设计课程有“内容多、零件类型多、参数、公式、图表多，设计方法难以统一”等特点，学生普遍感觉难以掌握、难以记忆，教师认为不好教， 学生认为不好学。其实仔细分析各章内容，还是可以发现其中的一些规律的。

1 教学体系优化

老师必须明确教学要求，吃透教学内容，做到收放自如。机械设计课程主要研究通用机械零部件的设计，理论基础知识综合应用性强。学生在这一时期刚刚开始知识综合应用训练，一时难以入门。为使学生首先建立设计概念，在教学中设计“使用场合—失效形式—受力分析—强度计算—结构设计”的课程主线，以疲劳强度设计和齿轮传动等主要零部件的强度计算、轴的设计、滚动轴承的选择及组合设计、螺纹连接的强度计算及螺栓组连接的受力分析等内容为内容重点讲授。把机械零件常用材料和选择原则、过盈连接、摩擦轮传动等比较易于理解的某些章节列为一般性内容设为自学。对于因课时调整而引起的教学时间紧张问题，要找准主要问题，精读细讲，搭建知识构架。对于次要问题，科学地组织教学，设置情景模式，鼓励学生自主学习。这样有针对性地教学，逻辑清楚、主次分明， 可使内容重点突出，知识深入浅出。

2 教学方法改进

师生都是课堂主体，在教学活动中扮演不同角色，课堂是师生共有，融洽的师生关系，良好的教学氛围，有利于师生互动交流。作为一名教师，首先必须具有符合身份的道德情操，良好的精神面貌和仪容仪表，摈弃不良语言习惯。讲课语调和笑容应使学生感到舒畅，对待学生态度宽容，尤其是在思考问题的层次和深度上，即使是学生提出很肤浅的问题，教师也绝不能流露出任何不耐的表情，要有不厌其烦的耐心，使学生敢于提问，真正做到德高为范。良好的教学环境和氛围，融洽的师生关系，有助于学生接受知识，加深记忆，理解的潜力也会得到极大的发挥。

充分备课，有的放矢。作为教学活动中处于主导地位的主体——老师，如何最有成效地进行教学，关键是要备好课，包括除教学内容的准备、教学方法设计以及教学课时分配。设计教学方法主要考虑如何提出要讲的问题，怎样进行分析，最后得到什么结论。在教学过程中，可设计何处举例，何处提问，何处总结等等。比如“带传动设计”中的弹性滑动，这是一个非常抽象的概念，是该章的一个难点。弹性滑动是带传动的典型特性，是肉眼观察不到的一种现象，仅按照教材平铺直叙地讲授，学生往往迷惑不解。可以换一种方式，备课时准备简单的小实验，用实验的方法来解释弹性滑动。课堂上可以用一根橡皮筋和一个玩具车的轮子来演示、模拟实验，课后再让学生去实验室做实验。这样学生容易理解和掌握“弹性滑动”的概念，也能理解弹性滑动中的滑动弧、滑动角、静弧、静角等概念。备课的关键在于如何提出启发性的问题，以启发学生的思维和求知欲，把学生的注意力引导到所提的问题上来。课堂总结要简明扼要，条理清楚，便于学生记忆。

课堂教学应充满自信，讲课语言简练、语调抑扬顿挫，用准确的专业术语来表达所讲授的概念和内容，才能使学生对这门课程不感到枯燥乏味。肢体语言和常见的生活事物往往能使深奥的技术问题简单化，自制一些简单教具，如自制四连杆机构、曲柄机构等。讲授斜齿轮螺旋角方向的判定方法时，在黑板上画出两个不同旋向的斜齿轮，面对齿轮，沿着齿轮的轴线方向看，可见侧轮齿向左倾斜的齿轮是左旋齿轮，向右倾斜的齿轮就是右旋齿轮，并可由此引伸出螺纹、蜗杆等零件的旋向判定。又例如对于润滑油粘度与温度的关系问题，用生活必需品食用油来说明等等。这样的课堂，学生能参与其中，感觉形象、生动，课堂气氛活跃，学习主动性高，可达到好的教学效果。

3 教学手段多样

机械设计课程内容不仅具有前述的“内容多、难掌握”的特点，而且实践性要求也很高。面对没有实际经验的本科学生，教师应采用多种教学手段组织教学内容，培养学习兴趣，提高教学效果。充分利用动画技术、微课等现代技术和授课形式。例如讲授轴的结构设计时，可利用CAI动画演示轴的设计过程， 层次分明、一目了然，学生理解容易，记忆深刻。但是在讲到蜗杆传动的主平面及蜗杆传动的自锁现象时，仅平面图形是讲不清楚的，可采用实物模型来演示。对于齿轮传动的受力分析，判定各分力的方向时，可以结合板书，在黑板上边画边分析，往往会有事半功倍的效果。因此，在享受现代教学手段便捷的同时，也不能否定传统的教学手段。包括微课在内的任何现代手段都只是一种辅助的教学手段，不能替代教师的作用。

教学活动是一个复杂的互动交流过程，教师在教学充分主导教学进程，也要调动学生的主动学习热情。除通过使用各种教学手段进行外，教师的语言、动作、态度都会对学生产生影响。通过学生的表情、反应、回答问题情况等信息反馈，教师随时调整教学内容、方式和进度，只有内容与手段的最佳匹配，才能收到最佳效果。

学习机械设计课程目的使学生掌握设计理论，并具备应用理论进行机械设计的能力。因此，学生除了要掌握设计理论外，还必须要使理论与实践相结合。机械设计课程的实践性教学内容主要有参观实习、实验、习题课和课程设计。机械设计课程设计是机械设计课程必要的实践教学环节，学生综合运用本课程和其他先修课程的知识，设计机械传动装置和一般机械。通过具体装置、具体零件的设计实践，学生可掌握具体的设计方法，初步具备一般通用机械零部件设计计算的能力。根据教学要求和学时数选择设计题目，题目类型多有助于培养学生的独立工作能力。教师试作时，要注意分析和比较各种结构方案，并将设计中的重点和难点，关键点，错误高发点写入教案。设计过程中集中讲课与分别指导相结合。用2课时讲授设计任务、要求和设计步骤，并对设计题目进行分析。在做装配草图的绘制、画零件图及写设计说明书等任务时，要布置讲课，抓住重点，讲清关键，使学生做到心中有数。对于课程设计的最终成绩评定，应结合平时表现、使用设计资料的能力、設计质量和答辩情况，可以进行量化评分，该量化评分表印在课程设计任务书上。教学实践证明，适当的考核办法能激励学生的主观能动性，对提高课程设计的教学质量有明显的效果。endprint

4 创新能力教育

“要大力培养学生工程实践能力及创新设计能力”是面向21世纪教学改革的要求。机械设计手段一直停留在计算器和绘图板时代，与目前计算机CAD应用技术的发展不相适应。为了改进目前机械设计课程设计中存在的问题，应在机械设计课程中引入创新教育方法，在教学过程中充分发挥教师和学生的主体作用，教师创造性地教，学生创造性地学，将学生培养成为自我开发创造力的主体。

计算机CAD技术的发展，使得机械设计中分析计算量大、复杂、动态的工程问题得以实现，以现代力学作为机械设计理论基础进行设计分析成为可能。具有各种开发语言的CAD应用软件已经成熟，可以在这些CAD平台上进行二次开发，在机械设计课程设计阶段训练学生的CAD技能是大势所趋。因此，机械设计课程教学的新目标之一就是机械设计课程设计与计算机CAD应用技术相结合，充分发挥学生的创新能力。比如，机械设计与CAD技术相结合，一方面可为学生提供计算机应用的实践机会，避免学生因学习计算机知识而忽视专业知识学习。另一方面，CAD三维造型技术的机械零件的结构设计和机构运动仿真，为发挥学生的创新潜力提供了广阔的活动空间。在实际教学过程中，课程设计可以通过不同的方式与计算机应用技术结合，可以从低级到高级循序渐进。教师可以根据学生的实际情况因材施教，鼓励基础一般的学生，完成轴系零件的设计计算后，绘制零件的二维CAD图；对于基础较好的学生，鼓励他们利用计算机辅助设计，在后续的工程实践中或在毕业设计中继续指导他们，开发机械设计平面CAD系统、三维CAD系统等。

5 结束语

教学工作是重点，教学质量是目标。如何在课程教学中提高教学质量，是每个教师面临的重要课题，也是长期任务。实践证明，“机械设计”课程教学方法的改革、使学生尽快地适应专业基础课的学习，提高学习兴趣，解决了课程内容多与课时相对较少的矛盾，课堂教学时间利用率更高了。应用创新能力教育方法，可使学生进一步巩固所学知识，提高分析问题、解决问题的能力，提高工程意识和创新设计能力，从而能够获得更好的教学效果。

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