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谈谈中职《机械设计基础》课程的教学
作者：王智礼
关键词：中职；机械设计基础；教学
《机械设计基础》课程是中职机械类专业承上启下的主干课程，也是一门密切联系生产实际的技术基础课程。但是学生觉得难学，教师觉得难教。难学在于它综合了许多先修课程，如数学、物理、机械制图、工程力学等的知识，并且要运用这些课程的知识来解决机械设计问题；难教在于它要求教师灵活熟练地运用课程相关知识点，联系实际，把枯燥乏味的书本知识变成学生想学、乐学的工程知识和技能。为摆脱该课程难学难教的困境，笔者认为应做好以下教学工作。
注重理论联系实际，加强直观教学和实训教学
为了提高学生的学习积极性和学习兴趣，学校可以专门设置常用机构和通用机械零件的陈列室，陈列一些来自生产生活实际且有趣的机构和机械零件的模型或实物，如搅面机构、奔马机构、指南车、脚踏水车、水排、机械钟表、各种机械传动机构零件以及一些简易机械等等。在讲授《机械设计基础》的第一课时就让学生参观陈列室，通过参观，提高学生学习这门课程的兴趣，也可以让学生加深对机械的感性认识，为以后学习打下基础。在教学中讲到某个机构或机械零件时，再让学生参观陈列室，使学生对机构和机械零件的认识由感性上升到理性，这样有利于提高教学效果，激发学生的学习兴趣。在课堂教学中要多注意列举一些与生产、生活实际密切相关的例子。如在讲凸轮机构时，列举补鞋机；在讲齿轮机构时，列举玩具汽车和汽车、机床变速箱；在讲各种机械传动和机械零件时，列举自行车和摩托车等，使学生认识到《机械设计基础》课程中所学知识可以直接用于生产实际，服务于生活，让学生感到这门课程很实用。同时，要十分注意加强实训教学，可以设置“机构创意设计”、“齿轮参数测定”、“各种机械传动和减速器的装拆”、“轴承与齿轮的组合设计”等实训项目，通过实训来巩固和加深学生对理论知识的理解，提高教学效果。此外，要注意多利用模型或实物、挂图等直观性的教学辅助工具，讲课时让学生看一些常用机构和机械零件的录像，进一步提高学生的感性认识，复习、巩固《机械设计基础》课程中所学的有关知识。这样，学生就会感受到《机械设计基础》课程很有用，学习兴趣就会大大提高。
尽可能多地采用现场教学，提高学生的感性认识
在教学过程中，有些问题仅仅借助挂图、模型和实物等并不能使学生深刻理解所学知识在生产实践中的作用，所以，一定要抓住学生对车间和现场的好奇心，组织学生到实习车间和生产企业中实地观察，进行现场教学。例如，“轮系”中齿轮的变速、变向问题的教学，我们即便讲得十分细致，学生也只是知其然而不知其所以然，换一组轮系结构学生就很难分析出各轴之间是如何实现传动的。因此，可以组织学生到实习工厂，让学生打开车床的“三箱”，看清车床的结构和组成，演示变速及变向是如何实现的，加深学生对知识的感性认识。通过现场教学和直观教学，使学生把所学知识能够系统地综合起来，达到不断深化以及灵活应用的目的，进而提高学生的理性认识。
培养学生运用数学知识解决《机械设计基础》课程相关问题的能力
在研究解决《机械设计基础》课程中的有关问题时，数学方法是分析、推导、论证和解决相关问题的有效方法之一。在教学中，教师可利用讲练结合的办法，培养学生运用数学知识研究和解决本课程相关问题的能力。例如，“凸轮机构”要用极限、图线、解析、三角等知识来研究分析从动杆速度、加速度、位移以及从动杆末端的轨迹设计出凸轮轮廓曲线。在《机械设计基础》课程中还常常运用数学知识来推导有关公式或从基本公式导出其他关系式，这样既可以使学生获得新知识，又可以帮助他们领会知识之间的内在联系，加深理解。例如，记忆“齿轮机构”中的许多齿轮几何尺寸的计算公式是十分沉重的负担，而且即使背会了也容易遗忘。但如果我们掌握齿轮最基本的几何尺寸计算公式（见下表），再利用数学知识探究各类齿轮之间的内在关系，就会发现斜齿圆柱齿轮、直齿圆锥齿轮和蜗轮蜗杆机构的几何尺寸计算式都不过是以上几个基本公式在不同条件下的变形或演化。所以，只要记住这些基本公式和它们间的相互关系就等于记住了所有齿轮机构的几何尺寸公式。我们还可以通过齿轮参数的变化来制作不同的齿轮。例如，当螺旋角β＝0°（齿线与轴线平行）时，斜齿圆柱齿轮就变成直齿圆柱齿轮；当分度圆锥角δ=0°（母线与轴线平行）时，直齿圆锥齿轮就变成了直齿圆柱齿轮。在学习其他常用机构时，我们也可以找出类似的关系。由此可见，较好的数学功底是理解、分析和解决《机械设计基础》课程相关问题的基础，提高学生的数学应用能力可使教学达到事半功倍的效果。
最基本的齿轮尺寸计算公式表
Dk(齿轮上任意位置的直径)=Db(齿轮基圆直径)/COSαk(齿轮上任意位置的压力角的余弦值)
D（齿轮分度圆直径）=M（模数）Z（齿数）
Da（齿轮齿顶圆直径）=D（齿轮分度圆直径）+2ha（齿轮的齿顶高）
Df（齿轮齿根圆直径）=D（齿轮分度圆直径）-2hf（齿轮的齿根高）
P（齿轮的齿距）=M（模数）π（圆周率）
h（齿轮的齿高）=ha（齿轮的齿顶高）+hf（齿轮的齿根高）
a（齿轮传动的中心距）=（Dl（齿轮1的分度圆直径）+D2（齿轮2的分度圆直径））/2
培养学生运用工程力学知识解决《机械设计基础》课程相关问题的能力
学生可以从已知的工程力学定律出发，利用数学的逻辑推理方法来推导和建立本课程的一些规律和理论。如四杆机构的演化，凸轮机构中用反转法来设计凸轮轮廓，行星轮系中用转化轮系法来计算传动比等都建立在相对运动原理的基础上。又如，在研究各种常用机构中各构件的运动及构件间的运动关系时就要用运动学的知识来判断和分析，对常用机械零件进行强度、刚度计算时就要用到强度和刚度的知识。再如，机构的压力角α问题可转化为工程力学中对物体进行受力分析和运动分析的问题。总之，工程力学知识是进行机构和机械零件受力分析、运动分析和强度、刚度计算的基础，也是学好《机械设计基础》课程的关键。
合理安排课堂练习和课外习题是使学生掌握知识的重要途径
为了合理安排课堂练习，使学生掌握解题的技巧，教师应该由简单地布置习题到自己设计习题，不局限于课本及习题册，注重培养学生的学习能力，在设计习题的过程中要注重习题的灵活性，改变学生生搬硬套、机械模仿的毛病。例如，在“轮系”定轴轮系的教学中，可以设计一道综合题，含有内啮合和外啮合圆柱齿轮传动、圆锥齿轮传动、齿轮齿条传动、蜗轮蜗杆传动等内容，讲授时应逐个分段计算，由浅入深，由简到繁，标出各轮的转向，而不应直接计算输出轴的转速及传动比。布置课外习题是巩固教师所讲内容的一种有效方法，是检验教学效果的重要手段，也是提高学生设计、画图、看图和解题能力的重要途径之一。不过，教师在设计课外习题时应该注意题目的难度梯度，难度太高会使大部分学生做不出来，从而失去学习兴趣。学生做错习题也不可怕，可怕的是教师不了解学生的学习情况及出错的原因。因此，《机械设计基础》课程的课外习题应精选多练，并及时进行信息反馈。《机械设计基础》课程的课外习题的布置最好前后具有连贯性，始终围绕一条主线，由简单到复杂，由具体到抽象，理论和实践相结合。合理安排课堂练习和课外习题是学好《机械设计基础》课程必不可少的环节，是重要的教学手段之一。
另外，在教学时还应利用多媒体工具，将一些难以用语言表达的机械运动过程、机械结构和工作原理做成课件，使教学内容更加形象、直观，同时还要改进传统的考核方式，采用标准化试题进行考核。但是，无论采用何种教学方法，均应以提高学生学习兴趣为目的，使学生变被动学习为主动学习，为学好其他机械专业课打下坚实的基础。
中职《机械设计基础》课程是机械类专业的主干课程，地位十分重要。中职学生基础知识掌握有限，实际经验缺乏。因此，有必要加强直观和多媒体教学手段来激发学生的学习兴趣；要根据学生掌握的现有知识摸索一些规律，总结一套使学生易懂、易学、易掌握的教学方法；要深入现场进行教学，理论联系实践，增强学生的感性认识，培养学生的实践技能。教师要不断地探索、研究，使中职《机械设计基础》课程教学更科学、更合理、更有效。
参考文献：
[1]陶本一.学科教育学[M].北京:人民教育出版社，2002．
[2]谢利民，郑百伟.现代教学基础理论[M].上海:上海教育出版社，2003．
[3]乔丽平.浅谈《机械基础》教学[J].职业教育研究，2005，（7）．
[4]李民.谈教学方法的合理选择[J].职业教育研究，2005，（7）．
作者简介：
王智礼（1964—），男，高级讲师，主要从事《机械原理》、《机械设计》和《冷冲模具设计》的教学，研究方向为机械制造技术应用。