首页 -> 2008年第5期
机械设计课程实施研究型教学模式的探讨
作者：杨恩霞 应丽霞
[关键词]机械设计，研究型教学，创新能力。
[中图分类号]TH12 [文献标识码]A[文章编号]1005-4634(2008)05-0440-03
机械设计课程是工科院校一门重要的专业基础课，该课程的综合性和实践性都很强，它要求学生要具备将所学知识应用到工程实践中去的能力。但由于机械设计课程内容的广泛性与学时的局限性之间的矛盾，影响了学生掌握更多的有关机械设计知识，限制了学生分析、构思和设计能力的培养。同时传统的教学模式相对单一、学生理解费力会使得学生对该门课程的学习失去信心，最终影响到学生的学习效果及工程素质的培养。因此，针对传统教学的不足，在机械设计教学中找出一种全新的教学理念是十分必要的。而研究型教学作为一种教学理念，是对应于一般的以传承知识为中心的传授式教学而提出的，以培养学生的创新精神和创新能力为目的，融学习与研究为一体的教学体系，通过教学与研究、实践的结合，引导学生创造性地运用知识和经验，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，同时养成科学研究的精神和科学态度[1]。本文基于研究型教学模式对机械设计课堂教学进行以下几个方面的探讨，旨在培养和提高学生的创新能力。
1教学内容强调系统性与研究性
机械设计课程内容多而杂，各部分相对比较独立、零散，相互之间联系差、重点不明显，各种概念、名词、公式、图线、表格、数据众多，一般性公式的推导过于冗长，孤立的介绍各种机械零件的知识和设计方法，缺乏系统性和共性介绍，缺乏工程应用实例和背景介绍。因此，不少学生在学习中有畏难情绪。为解决这一问题，需要在吃透全部课程内容基础上进行内容的优化整合，教师在组织教学活动中，对不同的机械零部件进行归纳与总结，找出课程的系统性和规律性，从而使学生掌握其基本内容，同时培养学生综合分析的能力。
1.1课程内容的系统性
从课程整体内容来看，每一章基本上是研究一种机械传动或一种通用机械零部件。从单章内容的组成上来看，可分为基本知识、基本理论和基本技能三个方面。从每章研究问题的方法和步骤来看，大致可由二条线贯串起来：一条线是基本知识线，包括功能、特点、类型、应用与维护；另一条线是分析设计线，包括工作原理、失效形式、设计准则、材料及热处理选择、受力分析、强度计算、设计步骤、结构设计。由于各章研究的具体对象不同，其解决问题的方法和步骤也不尽相同，但总的来讲不会脱离这两条线。在课程安排上，机械传动和机械零部件的讲解按照这二条线组织教学，可使表面互不相关的、不同的机械传动和不同的机械零部件在设计思路上得到统一，从而加强课程的整体性、系统性，增强知识的逻辑性、条理性，消除零乱感，便于学生理解和掌握，使学生能将各部分内容有机地串联起来，成为一个整体。值得注意的是教师应把授课重点放在分析设计线上，分析各个内容之间的因果关系和相互影响，同时还要注意强调横向进行比较，即对不同的机械传动、不同的机械零部件之间的差别进行强调，有利于培养学生综合分析问题的能力。
1.2课程内容的研究性
学以致用是研究型教学追求的目标。这就要求教师在设计教学内容时，还应以科研为先导，把科研引入教学，在教学内容中反应机械设计学科发展的前沿动态和研究趋势，充分体现机械设计教学内容的研究性特点；另一方面需要指导和组织学生进行研究性课题研究，研究性课题的设计更强调其可探索性、实践运用性和创新性。如组织学生阅读与教学内容相关的科研和教学论文，再结合教学内容引导学生撰写科技小论文；组织学生到工厂参观、调查，写出专题调查报告，提出改进旧设备的方案和措施；在课程设计中鼓励学生做有科研背景的题目，要求学生运用三维软件的零件设计和智能装配功能，对机械进行原理分析、动态干涉检查、运动过程模拟，并且要鼓励学生拓展思维，大胆创新。
2教学方法强调互动式与研讨式
研究型教学需要活跃的课堂学术氛围，为此课堂教学需要采用互动式、研讨式的教学方法，特别是要善于激发学生听课的热情和积极性，使他们不仅带着耳朵和眼睛上课，而且是带着大脑上课[2]。
2.1如何实现互动式教学
互动式的教学方法，就是学生对老师提出的问题要有响应，学生和老师之间要有对话和交流，通过互动式教学可以及时地了解学生对所学知识的理解与掌握程度，随时调整教学方式和节奏，确保学生能接受每一个新的知识点。互动式教学方法与灌输式教学方法最大的差别就是师生关系由单向传授的关系转变为双向互动的关系，学生在课堂上思想不能开小差，不知道教师在什么时候提问，也不知道会问些什么问题，使学生在课堂上积极思考、主动回答问题，实现了教与学的互动。
为实现互动式教学，首先需要尊重学生在教学活动中的主体地位，灌输式教学方法强调教师在教学活动中的主导作用，互动式教学方法强调学生在教学活动中的主体地位；其次需要精心设计能够启发学生思维的问题，在不同的阶段提不同的问题，还要考虑在什么地方设疑，教师要善于引导[3]。例如当讲到齿轮传动可以把转动变成直线移动时，可以提问还有没有其它传动形式也能达到相同目的呢？这样就会把带传动、链传动、螺旋传动等和齿轮齿条传动联系在一起了。通过不同传动方式的想象和重新组合搭配，就可以得到两个或更多可能的答案、设想或解决方式，为机械创新设计提供多种可能。所以教师在课堂上不只是传授知识，更重要的是引导学生去探索未知领域，在学习中学会发现和创新。
2.2如何实现研讨式教学
问题提出后，接下来就是分析问题和解决问题。研究型教学模式的特点之一就是重视对问题的探究，通过对重大实际问题和理论问题的研讨、探究，使学生获得相关知识，实现理论与实践相结合；提倡和鼓励争论，允许怀疑，倡导标新立异，不求答案的唯一性。解决问题的过程中，先有定性分析，在定性分析的基础上再作定量分析，再就是要有结论和讨论，讨论可以是有结论的，也可以是没有结论的，没有结论的就要学生自己去思考。通过讨论使学生明白有些结论的局限性，逐步培养学生敢于提出问题，敢于表达自己的观点。例如当课程讲到提高螺栓联接疲劳强度的措施一节时，可以让学生讨论对于受轴向变载荷作用的气缸盖螺栓组联接，在静强度满足的情况下，螺栓是粗容易断裂还是细容易断裂？讨论开始一部分同学认为螺栓越粗越容易断裂，另一部分同学却认为螺栓越细越容易断裂，为什么？后一部分同学通过理论公式证明减小螺栓刚度可以提高螺栓联接的疲劳强度，从而出现了腰状杆螺栓和空心螺栓的设计[4]。像这样结合工程实际问题的研究讨论，一方面会引起学生的好奇心和探索欲；另一方面，也给学生留下了足够多的时间去探究原因，这对爱动脑筋爱钻研的学生来讲是一次很好的锻炼机会，进而增加学生的学习兴趣，激发他们的想象力与创造力。
3教学手段强调先进性
机械设计中一些抽象的概念、一些具体零件的结构组成，单凭教师口头讲解未必能使学生真正领会其内在实质，若恰当采用先进的多媒体教学手段，可以展示各类不易观察的零件内部结构与动态特征，机械设计多媒体课件精选了大量机械产品的应用实例照片和录像，内容涉及机械制造、工程机械、建筑机械、轻工机械等,使学生认识、了解进而理解这些机械产品的工作原理、组成与特征等，充分发挥了视觉和听觉有机结合的综合优势。先进的教学手段可以帮助解决以下几个问题。
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