材料化學(xué)機(jī)械設(shè)計教學(xué)方法初探

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[摘要]機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)課程是河南城建學(xué)院材料化學(xué)本科生專業(yè)開設(shè)的一門工程基礎(chǔ)課程，該課程學(xué)習(xí)的目的在于培養(yǎng)學(xué)生掌握機(jī)械設(shè)計的基本知識、理論和方法。對于培養(yǎng)學(xué)生的抽象思維、工程認(rèn)知能力和創(chuàng)新素養(yǎng)具有重要作用。根據(jù)課程特點(diǎn)和學(xué)生原有知識體系，并結(jié)合在教學(xué)過程中的經(jīng)驗和體會，初步探討了該課程在材料化學(xué)專業(yè)的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和課程設(shè)計方面的改革與實踐。

[關(guān)鍵詞]材料化學(xué)；機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)；教學(xué)方法；教學(xué)內(nèi)容

1機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)課程特點(diǎn)以及教學(xué)過程中遇到的問題

1.1機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)課程特點(diǎn)。機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)課程是以一般尺寸通用零件的設(shè)計為核心的基礎(chǔ)設(shè)計性課程，是一門理論性、實踐性很強(qiáng)的技術(shù)基礎(chǔ)課程。與材料化學(xué)專業(yè)其他課程相比，該課程具有明顯不同的特點(diǎn)。該課程知識面廣，具有“關(guān)系多”、“要求多”、“門類多”、“公式(符號)多”和“圖表多”等特點(diǎn)[1]。“關(guān)系多”指該課程與多門先修課程關(guān)系密切。在課程的學(xué)習(xí)中需要用到高等數(shù)學(xué)、機(jī)械制圖、材料成型基礎(chǔ)、理論力學(xué)等多個先修課程的內(nèi)容來解決通用化的機(jī)械零部件的設(shè)計問題。然而，由于專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)的特殊性，該課程的部分先修課程，如高等數(shù)學(xué)、理論力學(xué)等，同該課程安排在同一學(xué)期進(jìn)行講授學(xué)習(xí)，這就造成課程和知識體系之間不能很好的銜接。“要求多”需要學(xué)生在設(shè)計過程中從零件的強(qiáng)度、剛度、壽命、工藝、經(jīng)濟(jì)性和安全性等諸多方面統(tǒng)籌考慮。“門類多”則是指不同的零部件具有不同的特點(diǎn)，其設(shè)計方法也不盡相同。此外，“公式多”是指計算多，有解析式、半解析式、經(jīng)驗的、半經(jīng)驗的及定義式，不同公式具有不同的應(yīng)用范圍?！胺柖唷薄ⅰ皥D表多”則要求學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中充分認(rèn)識符號物理意義以及圖表的正確識別和應(yīng)用。由于材料化學(xué)專業(yè)學(xué)生在以往的知識構(gòu)架中沒有相關(guān)的概念，學(xué)生學(xué)習(xí)基本符號、公式和相關(guān)設(shè)計計算的難度較大。此外，針對于抽象的機(jī)械構(gòu)型和物理運(yùn)動方式，構(gòu)思并分析其結(jié)構(gòu)和運(yùn)動過程也相對較為復(fù)雜，因此該課程的學(xué)習(xí)具有較大的難度[2]。1.2教學(xué)過程中遇到的問題。以往的機(jī)械設(shè)計課程教學(xué)過程中，老師多以講授和討論的方式進(jìn)行教學(xué)，忽略了材料化學(xué)專業(yè)的知識體系與其他專業(yè)知識架構(gòu)之間的差異和學(xué)生的個體差異。學(xué)生的基本讀圖能力、零件的精度要求、理論力學(xué)中的材料應(yīng)力、應(yīng)變、剛度、強(qiáng)度等多方面基礎(chǔ)均較為薄弱。采用板書、多媒體課件和簡單的實物教具等途徑很難直觀地將抽象的物理概念、機(jī)械構(gòu)型和運(yùn)動過程展現(xiàn)給學(xué)生，進(jìn)而很難在課堂上引發(fā)學(xué)生共鳴，導(dǎo)致教學(xué)效果較差。比如在齒輪傳動章節(jié)，直齒輪的嚙合傳動相對簡單，傳動過程較為容易理解；但是斜齒輪和錐齒輪的傳動過程則相對復(fù)雜，理解起來較為困難。在這一部分的課程學(xué)習(xí)過程中能夠明顯感覺到學(xué)生學(xué)習(xí)狀態(tài)的差異。相對于文字或公式較多的多媒體課件，包含flash動畫、視頻影像的課件內(nèi)容則能夠激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，在一定程度上增加學(xué)生對于復(fù)雜運(yùn)動過程的理解。對于零部件的設(shè)計計算、強(qiáng)度校核等問題，學(xué)生學(xué)習(xí)仍然較為吃力。比如V帶傳動設(shè)計、螺紋連接設(shè)計和強(qiáng)度校核等內(nèi)容，不僅要求學(xué)生從多個角度分析設(shè)計問題，同時計算過程復(fù)雜，一般需要用到多個公式并查詢數(shù)個參數(shù)圖表。這就導(dǎo)致學(xué)生在零件的設(shè)計計算和強(qiáng)度校核的教學(xué)過程中往往不知所云，喪失學(xué)習(xí)興趣，難以達(dá)到人才培養(yǎng)大綱既定的教學(xué)目標(biāo)。重新組織教學(xué)內(nèi)容，設(shè)計合理的教學(xué)方法和教學(xué)過程對于提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)效果顯得至關(guān)重要。

2教學(xué)內(nèi)容的再組織和教學(xué)方法的探索

2.1教學(xué)內(nèi)容的再組織。材料化學(xué)專業(yè)機(jī)械設(shè)計課程的教學(xué)目的在于培養(yǎng)材料化學(xué)專業(yè)學(xué)生工程知識能力的和創(chuàng)新素養(yǎng)，其專業(yè)目標(biāo)在于培養(yǎng)應(yīng)用型的技術(shù)型人才。因此，在課程教學(xué)過程中沒有必要進(jìn)行復(fù)雜的理論推導(dǎo)過程，只需要讓學(xué)生明白如何使用公式以及公式的適用范圍和情況即可。比如，在滑動軸承章節(jié)中涉及到的“流體動力潤滑理論基本方程”和“油膜承載機(jī)理”的推導(dǎo)過程。這一推導(dǎo)計算過程中涉及到流體力學(xué)、微積分等知識，超出學(xué)生的已有知識范圍。因此在教學(xué)過程中該內(nèi)容可以酌情略去，保留液體動壓油膜形成的必要條件。即只需要讓學(xué)生明白液體動力潤滑軸承正常工作的必要條件。學(xué)生學(xué)完后能夠運(yùn)用這一基本原理進(jìn)行相對應(yīng)的工況分析。經(jīng)過教學(xué)內(nèi)容的重新組織，不僅能夠讓學(xué)生感受到學(xué)有所用，學(xué)以致用，還能夠增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)的信心、獲得感和成就感?；谝陨戏治龊涂紤]，在滿足人才培養(yǎng)目標(biāo)的基礎(chǔ)上，將教材中內(nèi)容進(jìn)行適當(dāng)縮減顯得十分必要[3]。在綜合考量學(xué)生學(xué)習(xí)能力和課時安排的基礎(chǔ)上，摒棄以往的“填鴨式”教學(xué)。以學(xué)生的接受能力為出發(fā)點(diǎn)，在保證知識體系完備的情況下，進(jìn)行教學(xué)內(nèi)容的再組織。輕理論分析，重應(yīng)用實踐，力求講授內(nèi)容少而精，深入淺出，對于提升教學(xué)效果具有重要作用。2.2教學(xué)方法探索。目前，多數(shù)機(jī)械設(shè)計課程的講授仍然采用傳統(tǒng)的教學(xué)方式，即以教師為教學(xué)活動的主體。這一教學(xué)方法存在諸多缺點(diǎn)。比如，“滿堂灌”式教學(xué)過程缺乏互動，學(xué)生被動接受知識，學(xué)生在課堂中的參與度較低，課堂氛圍較差。不僅如此，教師也很難把握學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，也就不能適時調(diào)整教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)進(jìn)度。如果這些問題得不到解決，機(jī)械設(shè)計課程很難取得良好的教學(xué)效果。確保學(xué)生在教學(xué)過程中的主體地位、采用線上線下混合教學(xué)模式以及安排合理的課程設(shè)計對于提升教學(xué)效果具有重要作用。(1)強(qiáng)調(diào)學(xué)生主體，增加課堂互動。學(xué)生始終是教學(xué)的對象和主體，學(xué)生的有效參與是課堂良好教學(xué)效果的保證。如何增加學(xué)生的課堂參與度，將學(xué)生置于課堂的主體地位值得教師在教學(xué)過程中不斷探索和調(diào)整。隨著教學(xué)改革的深入，諸如案例教學(xué)法、問題教學(xué)法等教學(xué)方法不斷涌現(xiàn)，結(jié)合課程特點(diǎn)和章節(jié)內(nèi)容特點(diǎn)，嘗試適用的教學(xué)方法能夠增加師生互動，提升學(xué)習(xí)效果[4-5]。比如在學(xué)習(xí)滾動軸承的組合設(shè)計一節(jié)時，教師先對一個典型的軸系固定形式進(jìn)行講授，拋磚引玉，然后組織學(xué)生分組討論，并分析給出其他組合設(shè)計中軸系時如何實現(xiàn)固定的，最后則由學(xué)生完成其他組合設(shè)計內(nèi)容的講解[6]。這一過程不僅能夠活躍課堂氣氛，增加師生互動，防止學(xué)生在課堂上“置身事外”。同時以學(xué)生為主體地位的課堂，顯著增加了學(xué)生在課堂的參與度，提高學(xué)生在課堂上的學(xué)習(xí)效率。(2)線上線下混合教學(xué)模式的應(yīng)用。針對于課程內(nèi)容多，課時安排少的基本情況，采用線上線下混合教學(xué)模式，充分調(diào)動學(xué)生在課外時間的學(xué)習(xí)積極性。借助河南城建學(xué)院“學(xué)在城建”網(wǎng)絡(luò)教育平臺，教師課外在教學(xué)平臺上傳學(xué)習(xí)資料，供學(xué)生課外時間學(xué)習(xí)。部分簡單知識通過這一線上平臺后，作為學(xué)生預(yù)習(xí)或自學(xué)的內(nèi)容。課后，通過平臺上傳相關(guān)習(xí)題測驗，進(jìn)行教學(xué)效果把控。此外，教師在平臺教師端口還可以掌握學(xué)生在課下的學(xué)習(xí)行為，而且能夠?qū)W(xué)生課下學(xué)習(xí)情況進(jìn)行綜合評判。將這一評判結(jié)果與課程的平時成績進(jìn)行掛鉤，進(jìn)而帶動學(xué)生課下參與的積極性。此外，還可以依據(jù)平臺反饋結(jié)果適時調(diào)整后續(xù)課堂的教學(xué)內(nèi)容。(3)重視課程設(shè)計。課程設(shè)計作為機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)課程教學(xué)重要的一個環(huán)節(jié)，其目的在于培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用基礎(chǔ)知識進(jìn)行綜合設(shè)計的能力[7]。基于專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)適當(dāng)調(diào)整課程設(shè)計內(nèi)容，并將其與其他專業(yè)課程進(jìn)行關(guān)聯(lián)，不僅有助于機(jī)械設(shè)計課程的融會貫通，也有利于學(xué)生加深對其他專業(yè)課程的理解。此外，新穎的設(shè)計題目能夠避免學(xué)生從網(wǎng)絡(luò)上直接下載課程設(shè)計結(jié)果。比如，電極材料涂布機(jī)減速器的設(shè)計，這一課程設(shè)計完成的先決條件在于學(xué)生了充分解電極材料涂布機(jī)的基本工作原理和電極材料涂布的工藝參數(shù)，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行相關(guān)設(shè)計參數(shù)的收集。通過參與這一課程設(shè)計，不僅能夠加深其對新能源材料相關(guān)內(nèi)容知識的掌握程度，又能夠滿足機(jī)械設(shè)計課程的綜合能力培養(yǎng)，進(jìn)而達(dá)到既定的教學(xué)目標(biāo)。

3結(jié)論

綜合分析了機(jī)械設(shè)計課程的特點(diǎn)和材料化學(xué)專業(yè)學(xué)生的基本情況，并在此基礎(chǔ)上探討了提升教學(xué)效果的方式和方法?；趯I(yè)培養(yǎng)目標(biāo)，提出進(jìn)行教學(xué)內(nèi)容再組織，精簡理論推導(dǎo)，重視實踐應(yīng)用。通過改進(jìn)教學(xué)設(shè)計、調(diào)整教學(xué)方法、線上線下混合教學(xué)模式、重視課程設(shè)計等途徑加強(qiáng)了學(xué)生在課堂上的主體地位，活躍了課堂氛圍，進(jìn)而提升了教學(xué)效果。

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作者:張帥國 胡繼勇 馬文媛 單位:河南城建學(xué)院