談工業(yè)設計專業(yè)機械設計基礎課程教學

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［摘要］文章先分析了機械設計基礎課程在工業(yè)設計專業(yè)教學中存在的一些困難和挑戰(zhàn)，并從頂層設計和系統(tǒng)分析的角度對該課程在佛山科學技術學院的工業(yè)設計專業(yè)課程體系中的作用進行了定位，并根據(jù)定位選取適當?shù)慕滩膶φn程內容進行了取舍；然后探討在課程教學中采用實例教學法，通過幾個實例把零散的知識點有機地組合在一起，讓學生對該課程的知識有一個相對完整的認識和理解，為以后的設計工作打下基礎；最后對教學方法和教學模式進行了探討。該文作者近幾年利用上述教學思路和方法取得了較好的教學效果。

［關鍵詞］工業(yè)設計；機械設計基礎；案例教學；課程定位；對分易；雨課堂

工業(yè)設計專業(yè)是我國唯一的一個授予工學學位但又偏重于設計教育的工科專業(yè)，其生源是理科學生，其專業(yè)既可以開設在機械類學院也可以開設在設計類學院。機械設計基礎(機械原理和機械設計)是一門機械類或近機類專業(yè)的基礎必修課，通過該課程的學習，學生應能初步掌握機械設計中的基本概念、基本理論和基本方法，為其后續(xù)課程的學習和設計工作打下基礎，因此該課程在整個專業(yè)的教學體系中具有重要作用。

一、機械設計基礎課程教學現(xiàn)狀

工業(yè)設計專業(yè)在佛山科學技術學院由工業(yè)設計與陶瓷藝術學院的工業(yè)設計系負責招生和組織教學，該系有3個專業(yè)：工業(yè)設計專業(yè)(授予工學學位，生源是理科生）、產品設計專業(yè)（授予藝術類設計學學位，生源是藝術生）和數(shù)字媒體專業(yè)。除了少數(shù)幾門課程以外，這2個專業(yè)的課程設置基本相同，教學方式也主要采用集中授課（每門課程每周12~16個課時，集中在3~6周內結束課程教學）。某些設計類課程是教師先集中講授，根據(jù)課程進度布置設計任務給學生，學生構思設計方案（作業(yè)），教師進行分散輔導與集中講解，其考核形式以完成設計類大作業(yè)和研究報告為主。這種教學方式注重培養(yǎng)學生的形象思維能力、動手能力、創(chuàng)新能力和發(fā)散思維，講授相對較少而單獨或分組輔導多，學生相對比較自由，課堂氣氛比較活躍。傳統(tǒng)的機械設計基礎課程教學以課堂講授為主，最后通過期末考試的方式組織考核，注重培養(yǎng)學生的邏輯思維能力。因此對工業(yè)設計專業(yè)的學生來說，該課程的學習具有一定的難度，而滿堂灌、課堂氣氛比較沉悶的教學方式，與其他設計類課程形成了鮮明的對比，學生的畏難情緒和厭學情緒比較多，傳統(tǒng)的教學模式面臨許多困難和挑戰(zhàn)，不得不進行變革。由于面向的學生和專業(yè)性質不同，該課程的教學定位及內容等方面必然不同于機械類及近機類專業(yè)相同和類似課程，如何結合工業(yè)設計專業(yè)特點有效地組織教學是需要解決的一個重要問題。

二、機械設計基礎課程教學改革嘗試

（一）課程的定位從系統(tǒng)思維和頂層設計的角度來看，工業(yè)設計專業(yè)的教學活動，其目的就是將學生培養(yǎng)成具有優(yōu)秀的職業(yè)道德、全面的人文素質、復合型知識結構、創(chuàng)造性設計思維的設計人才。按照此人才培養(yǎng)方案，學生除了要掌握產品設計的方法和了解在設計過程中必備的相關知識外，還應具有持續(xù)學習、獨立思考以及設計創(chuàng)新的能力。在佛山科學技術學院的人才培養(yǎng)計劃中，機械設計基礎是工業(yè)設計專業(yè)人才培養(yǎng)計劃課程體系中的一個重要環(huán)節(jié)（如圖1所示）。機械設計基礎課程開設的主要目的是綜合運用先修課程的有關知識和技能，通過學習機構和通用機械零件的基本知識和基本設計方法，結合各種教學實踐環(huán)節(jié)進行機械工程應用型知識的基本訓練，解決產品設計中的一些簡單的力學問題和結構問題，為后續(xù)產品快題設計、綠色產品設計、公共設施設計等課程學習以及畢業(yè)設計等實踐環(huán)節(jié)打下基礎，并為學生今后與機械設計工程師進行有效溝通提供可能。在工業(yè)設計專業(yè)的人才培養(yǎng)計劃中，該課程起著承上啟下的作用。從課程要求和內容深廣度上看，學生不可能對每個知識點進行深入的學習和掌握，因此我們將該專業(yè)的機械設計基礎定位為一種通識教育，注重引導學生加深對機械學科相關基礎知識的了解和認識，注重知識的應用以及與實際設計的聯(lián)系，以便能將機械專業(yè)的相關知識融會貫通到工業(yè)設計的各個方面，為學生的創(chuàng)新設計打下專業(yè)基礎。

（二）教學內容的設計與組織安排佛山科學技術學院工業(yè)設計專業(yè)沒有單獨開設本課程的先修課程即工程力學(理論力學和材料力學)，而一般的機械設計基礎僅包含機械原理和機械設計的有關知識。學生如果跳過工程力學相關的基礎知識直接學習本課程，不僅使其學習和理解存在一定的困難，而且所學知識也缺乏一定的整體性和系統(tǒng)性。為了便于學生更好地學習理解，該課程內容除了有傳統(tǒng)的機械原理和機械設計的相關知識外，還會涉及理論力學和材料力學課程的基本內容。理論力學、材料力學、機械原理和機械設計這4門課程是機械類專業(yè)的重要基礎必修課，其中任何一門課程一般都不會少于48學時，都是令機械類專業(yè)學生頭疼且不及格率居高不下的課程。課程內容多、公式原理多且靈活多變還涉及許多實踐和實驗結果，對學生理工科的基礎知識和理解能力要求高。機械原理對空間想象能力和抽象思維能力有較高要求，一直存在學生難學教師難教的現(xiàn)象。工業(yè)設計專業(yè)中的機械設計基礎課程的課堂教學僅為48個學時，要在這么少的學時內完成如此多的教學內容，讓學生對此有一個相對清楚的了解，即使是作為一門通識課程，也是一件相當有難度和挑戰(zhàn)的事情。根據(jù)課程定位，我們沒有把傳統(tǒng)的工程力學和機械設計基礎經典教材作為本門課程的教材，而是把阮寶湘主編的《工業(yè)設計機械基礎》作為課程教材。該教材包含工程力學和機械設計基礎2個部分，根據(jù)工業(yè)設計的特點對上述4門課程的內容進行了有效整合，增加了許多日用品和家電產品的實例研究。該課程的任課教師主要根據(jù)教材組織課堂教學，結合學生的具體情況和章節(jié)之間的聯(lián)系及特點對教學內容進行了有機整合。工程力學部分主要以概念的講解與應用教學為主；機械設計基礎部分以講授常見機構和裝置的特點及應用為主。 教師在課堂講授的基礎上采用了實例教學法，利用一些簡單而常見的設計實例，比如臺燈、座椅、簡易吊車、秋千和書架等日常用品，按照設計流程（如圖2所示）完成系統(tǒng)及外觀設計后需要進行尺寸、結構和材料等的詳細設計，而關于尺寸和結構的知識就是本課程的教學內容。可以按照本課程的教學流程（如圖3所示）來解決尺寸和結構問題，即隨著教學的推進一步步解決問題，將設計實例貫穿到整個教學中。這樣便于將所學的孤立知識點串在一起，形成一個相對完整的知識體系，加深學生對課程內容的理解和掌握以及提高其應用水平。 

（三）教學方法的改革任課教師除了利用傳統(tǒng)的PPT、動畫和視頻等開展多媒體教學外，積極探索教學方法和教學模式改革，以適應新的教學形勢和要求。比如充分利用對分易和雨課堂的優(yōu)勢合理組織課堂教學，在制作PPT時利用雨課堂設計一些課堂測試用的客觀題（主要是單選題、多選題以及判斷題），在課堂教學中利用雨課堂播放PPT，學生在手機上也能同時看到PPT，這樣就可以根據(jù)課程進度隨時進行課堂測試（如圖4所示），實時掌握學生的學習狀況，并針對學生中存在的問題進行及時調整，活躍課堂氣氛和提高抬頭率與教學效果。教師利用對分易來進行考勤、課堂提問、作業(yè)提交以及網絡測試（如圖5所示）。課前一兩分鐘利用對分易進行簽到，課程教學中利用隨機或者點名方式提問并將回答結果記錄到系統(tǒng)中，編寫了30~50道客觀題放到對分易中對各章進行了組卷，在每一兩章結束后進行網上課程測試，課中或課后讓學生將課堂練習提交到系統(tǒng)中。最后通過對分易和雨課堂系統(tǒng)將簽到、提問、作業(yè)、課堂測試以及在線測試等分別生成2個平時成績表，并將這2個表和學生的平時作業(yè)成績進行綜合形成最終的平時成績，作為課程考核的一個重要組成部分。教師在教學中除了利用現(xiàn)代的教學手段外，還根據(jù)課程定位以及學時少、內容多的課程特點，對課程內容進行了新的整合，通過幾年的課堂教學實踐，基本形成了一套相對比較有效的教學方法。其基本教學組織方式如下：利用雨課堂進行課前測試或課堂提問；課堂講授方式比較靈活多樣，根據(jù)教學內容的具體特點來選擇，如表1所示；布置課后作業(yè)和預習內容，并設置相應的問題。

三、結論

機械設計基礎課程的任課教師在幾個年級的教學實踐中逐步對教學內容與教學方式進行了改革，把該課程改為一門以擴大學生知識面、夯實其專業(yè)基礎為主要目標的通識課程，并根據(jù)教學內容的不同分別組織教學。其中所采用的實例教學法，通過實例把許多零散的知識點有機地組合在一起，讓學生對整個知識體系有一個相對完整的認識和理解。從學生學習情況來看，課程考試情況、課堂的活躍程度以及抬頭率都得到了改善，學生學習的積極性與效果也得到了相應的提高。今后隨著實驗室建設的進一步開展和實驗設備的到位，會在課程外增加一些實驗和創(chuàng)新設計單元，進一步加深學生對課程知識的理解和掌握，發(fā)揮其主觀能動性，增強其解決實際問題的能力和創(chuàng)新設計能力。

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作者：安軍 范勁松 單位：佛山科學技術學院機電工程學院