机械设计课程研究性教学模式的实践和探讨

汤迎红 明兴祖

（湖南工业大学机械工程学院 湖南 株洲 412008）

1 研究性教学的内涵

研究型教学起源于美国著名心理学家杜威创立的“问题教学法”,成熟于克伯屈的“设计教学法”，经施瓦布总结，逐渐形成了研究型教学模式，也称研讨式教学模式[1]。研究型教学是一种以“学生为中心”的教学模式，教师以课程内容和学生的学识积累为基础，引导学生创造性地运用知识和能力，自主地发现问题、研究问题和解决问题，在研讨中积累知识、培养能力和锻炼思维的新型教学模式。本文将从教学内容组织、教学模式改革、考核机制优化等方面阐述《机械设计》课程研究型教学模式。

2 教学内容的组织

2.1 教学内容的系统性

机械设计的内容非常繁杂，概念多、公式多，各章内容相对独立，工程背景很强，学习起来比较费劲。这就需要教师在明确教学要求、吃透教学内容的基础上优化整合教学内容，找出课程的系统性和规律性。机械设计课程的教学中,以通用零件作为研究对象,讲授的基本思路是:零件的工作情况分析→失效形式分析→确定设计准则→设计计算(参数的选择)→结构设计。在课堂教学中，重点讲授的内容是机械设计的共性问题和典型零件设计的基本理论和方法。例如，对于“带传动”、“链传动”、“齿轮传动”、“蜗杆传动”和“轴承”等典型通用零件，重点讲授它们的基本设计理论和计算方法[2]。在讲课的过程中要求同学们多对比，找共性，例如“带传动”、“链传动”和“齿轮传动”相互之间的工作环境及优缺点对比？齿轮传动中“直齿轮”、“斜齿轮”是否可以归为一类？斜齿轮传动为什么比直齿轮传动有优势？有了直齿轮和斜齿轮传动，为什么还需要蜗杆传动、锥齿轮传动？通过这些问题的提出，帮助学生更好、更深的掌握传动基本知识。

2.2 教学内容的先进性

研究性教学，本身就是一个知识创新的过程。因此，要求学生应该是在系统介绍本学科经典理论的基础上，将最新的、最前沿的研究陈果引入课堂，引发学生的讨论和质疑，建立新思维、形成新观念、新理论，培养学生的问题意识和批判精神。在教学的过程中结合具体内容，将多种现代设计方法引入到教学的过程中。例如在教学中通过展示减速箱的三维装配及仿真模拟以及轴或齿轮FEA应力云图，引入三维软件应用及有限元分析的基础知识；通过展示运用电子表格软件Excel进行带传动的辅助计算设计，帮助同学们加快设计速度，减少设计误差，更方便的调整设计参数。此外，通过介绍一些已经实现的计算机辅助设计实例，鼓励学生课外利用VB、Matlab等语言自主开发通用零件的辅助设计软件和机械优化方法计算软件。先进设计方法和手段的介绍，旨在提高学生的设计创新能力和工程素质。

3 教学模式的改革

3.1 主体式教学

主体式教学让学生尽可能真正作为主体参与教学活动的各个环节,以兴趣、问题为导向，启发、激励学生的主动实践意识，注重学生质疑力、观察力等素质的培养，增加使学生获得创新成果的机会[3]。在这一过程中，教师布置相关学生首先运用网络、书刊、调查研究等手段收集和分析信息资料，并利用信息资料归纳出解决问题的思路或观点；然后将自己的观点在小组内进行交流，逐步丰富；最后，学生要把自己的收获进行归纳、整理、总结，形成书面材料，并以口头报告的形式，就有关内容向全班发表自己的看法和观点。每个学生都有机会走上讲台，实现由“学习者”到“研究者”角色的转换。例如笔者在滚动轴承的教学中，首先对同学们分组，要求他们查资料了解高速轴承在风力发电机、高速铁路中等方面的应用以及跟踪新型的轴承技术，学生很快就了解到轴承不仅仅有实心滚动体，也有空心圆柱滚子轴承以及最新提出的弹性复合圆柱滚子轴承，从而对轴承滚动体结构以及对应的设计计算准则有了较清晰的认识，极大地激发了他们主动探索轴承技术的兴趣。另外在有些章节的教学中，我建议学生自学，例如“键联接”、“销联接”，在自学的基础上安排一两次课进行答疑和提问。通过这样的方式尽量将课堂时间还给学生，使他们成为课堂的真正主人，在培养探究能力的同时，也给他们提供了一个展示自我的平台，学生的主体意识和个性发展便会得到促进，学生的创新意识和创新能力也就会在潜移默化中得以扎实提高。

3.2 启发式教学

随着现代教育观念的普及，启发式教学思想更加科学化，已经超越了方法层次，而上升为一种建立大现代教育理论基础上的教学普遍法则。启发式教学按照“教为学服务”的原则，从学员原有的认知结构出发，精选教学内容，创设问题情境，运用多种方法，唤起学员的学习兴趣，诱发学员积极的同步思维，使其处于最佳的思维状态[3]。例如：在学习机械疲劳强度时，列举学生身边熟悉的疲劳破坏的实例，例如提示姚明的脚伤是否为交变应力引发的疲劳破坏？包括同学们英俊帅气的脸在岁月中老去是否也类似如此？在 “轴”这一章节，解释有传动路线经过的轴段才受到转矩的作用时，用生活中柠毛巾的现象说明：只有受到扭矩的两手之间毛巾才被拧干。

3.3 研讨式教学

机械设计课程设计涉及知识面广，除了机械设计的基本理论和方法外，还涉及到公差、加工制造、制图、材料及材料力学的诸多知识，学生普遍感到难度大，所完成的课程设计作业问题较多。为了较好的解决这个问题，首先调整授课顺序，结合课程设计顺序安排教学，先讲带传动、齿轮传动、轴、滚动轴承等章节，并且提前布置的课程设计任务，在每个章节根据课程设计的内容完成对应的设计题目，这样老师和学生都有充分的时间更好的完成这项学习要求。课程设计分组时一般以学生以寝室为单位，集体设计讨论，每完成一个阶段的设计计算，就组织一次课堂报告，并由部分学生代表和指导老师组成评委当场提问并进行评分，及时解决设计中存在的问题。为提高图纸的质量，指导老师组织对部分图纸进行集中点评，和学生一起来找问题。作为指导老师只进行提示性解答。例如针对转配图中的尺寸标注，可以提示“装配图中应该标注哪些尺寸？”，具体的答案由学生给出。在指导的过程中，考虑到学生班级人数较多，可以考虑多名老师参与指导，建议每位老师具体指导的学生不超过十人。实践表明，这种讨论形式，激活了学生思维，深化他们对问题理解，同时，在这一环节中，通过交流、研讨，同学们逐步学会客观分析和辩证思考，逐步养成敢于质疑的良好思维品质。

4 评价考核机制的优化

在学生的学习成绩评定中，改变期末书面考试一次定终身的做法，将考试贯穿于机械设计课程的全过程，加大平时成绩所占比例，平时成绩的评定与学生平时参与教学过程、科研实践活动、各种机械设计大赛挂钩。在考试方法上打破传统的闭卷考试方式，变单一的知识点测试为主体的能力测试，充分发挥学生的优势和潜能。这样可以加强对学生学习过程和应用能力的检查与评定，克服传统考试中题目的限时性、定向性、唯一性、单纯性的弊端,突出培养学生的能力,激发学生的学习自主性,鼓励学生的个性发展以及培养其创新意识和创造能力,避免学生处于被动学习的状态和陷入考前突击的误区[4]。

5 结束语

研究型教学是教师带领学生以探索未来或未知问题为主,主要培养训练未来人文社会观念和全面能力(简称PHA教育模式)[5]。实现这一目标的过程中关键是教师，教师的教学以研究型为主，在研究型教学的处于主导地位,从传统传授知识的角色转化为传授学习方法和科学研究方法、传授科学观和科学态度的角色，从教育者角色转变成学习者、创造者的角色。学生的学习以研究型学习为主，在研究型教学的处于主体地位。学生在教师的指导下以类似科学研究的方法进行主动学习，主动的发现问题,设计解决问题的最佳方案,在学习的过程中形成科学态度和创新品格，形成良好的社会责任心和专业事业心。

[1]郭海涛，王晓明，张丙芳加强研究型教学,培养创新型人才张荣怀[J].山西医科大学学报:基础医学教育版，2010,5(12)5)：481-482.

[2]龙有亮，谈机械设计课程教学的方法和艺术[J].广西大学学报，2008(5)：43-44.

[3]张文娜，熊飞丽，研究型教学模式实践与探讨——基于《传感器与测试技术》[J].当代教育论坛，2011，3：50-52.

[4]黄秀琴，“机械设计”课程教学改革的研究与实践[J].常州工学院学报，2006，6(19)79-81.

[5]李乐山，高等学校进行研究型教学的方法与意义[J].西安交通大学学报：社会科学版，2008，1(28)92-96.