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《机械设计基础》教学手段的研究与实践
作者：徐跃增
[关键词] 教学方法创新实践
（一）前言
《机械设计基础》课程是机械零部件设计的基本知识、基本理论及设计方法的技术基础课，它所进行的系统教学过程应当是：由教师进行知识信息输入、通过中间传输机构即教学媒介、由学生接收输出的知识信息、并能使知识信息输出自动反馈的闭环系统。显然，中间传输机构的设计构建，直接影响教学效果。过去，中间传输机构，强调统一的教学管理模式，单一的教学手段，单调的评价标准。教师教学过程呆板，导致学生只学不创新的思维定式。学生为了考试而学习，老师为了考试而授课。究其原因之一，所构建的系统教学过程，不是为了提高学生的设计素质和创新能力，而是墨守成规、本本唯上的毫无生气的书本教育。因此，必须采用先进的中间传输构型。在采取创新的教材、创新的教学方法的同时，要有创新的教学手段。并通过具有创新能力强、理论基础扎实和实践经验丰富的教师传授，才能真正提高学生的应用能力和设计创新能力。
（二）现代教学手段的实践内容
目前，在高职高专所釆用的《机械设计基础》教材中，有些机构和部分机械零件的理论模型依据，是在条件性的假设中得出的，也有借用其它相近公式通过数学演绎得出的。因此，其理论性不是很强。根据高职高专的培养目标，学生通过《机械设计基础》课程系统学习，应该达到的两大基本要求是：掌握机构的选型和机械零件的选用。显然，本课程的理论分析和计算就不应作为讲授的重点要求。在授课中，应当着重于概念的理解，掌握各类基本机构和各类机械零件的共性和个性，熟悉其使用功能和实际运用的技能技巧。
为了满足上述培养目标，需要根据现行《机械设计基础》教材和教学实践经验，结合专业特点，有针对地选择教材的内容，制作多媒体辅助教学课件。例如，平面连杆机构的演化、凸轮机构的工作原理和一些常用传动机构等章节内容，涉及各自的概念较多，出现的图形既多又复杂，特別需要教师在讲解过程中，尽量使这些机构运动起来，学生方能理解和接受。虽然，釆用教具能满足其一部分的要求，但对这些机构和构件的构造原理及其进行变异演化却不能做到。如果将这些内容制作成多媒体课件进行教学，学生学起来就非常轻松。
（三）现代教学手段的实施方案
机械设计基础多媒体辅助教学课件是对《机械设计基础》课程内容的形象化教学的深化。为了进一步培养学生的创新意识，按照教学规律设计具有对话方式的多媒体辅助教学课件，模拟教师与学生间的信息传递。在组织形式上可有几种不同侧重，对同一知识结构，从不同角度、不同广度和深度进行讲授，真正做到因材施教。如下图所示，把教学内容分解并制作成模块式的课件。
例一，绪论的课件模块，通过一组常见机械产品的应用实例图片和视频演示，其内容包括机械零件的制造、金属切削机床传动及其切削加工过程等。从中可以了解机械产品的工作原理、传动特征与设计过程等问题，诱发学生对本课程的初步认识。不仅为本课程的学习打下基础，而且为后续专业课程内容的学习作好准备。同时也使学生对课程在专业和提高产品质量中的重要性、学习的目的性更加明确。
例二，平面连杆机构这个章节的课件内容安排，宜先将连杆机构在实际机械设备中用途，通过图片的方式展现给学生，然后介绍铰链四杆机构的基本形式，三类四杆机构各自的运动特征、区别与判定机构形式的方法，四杆机构的演化条件与形式等内容。而对平面四杆机构的运动设计、曲柄存在的条件等理论性较强的内容可采用传统的教学方法和手段来完成。
例三，将一些传统教学不易描述讲清，学生难以理解，实验中又难以观察到的现象，制作成能直观而形象的展示出空间物体的课件。比如机械零件在变应力作用下的受力分析及疲劳破坏形式，配合表面的磨擦现象及磨损过程，滑动轴承的油压分布，带传动在运动过程中带的应力变化、分布情况及其弹性滑动现象；齿轮的加工过程及范成原理，轮齿表面的失效形式与机理等等。
机械设计基础计算过程比较复杂，釆用多媒体辅助教学课件可建立正确的设计模型，通过选用标准的设计计算程序，可对同一种设计选择不同设计参数进行平行设计计算，并结合计算机辅助设计可大大加快设计进度，使学生把更多精力用于分析问题和结构创新上。
课件的说明、示例可根据不同学生在学习时，由计算机显示教学内容，指定教学顺序，每学完一节都要求学生完成回答由计算机题库提出的相应问题。主要是检查学生掌握知识的程度和本章知识的创新点，并由计算机判定是否进入下一章的学习。
（四）采用现代教学手段的效果
采用多媒体辅助教学，不但能实现预期的教学目标，而且可以引导学生深入到设计联想的空间中，发挥自己的潜能，实现机构的创新。尤其对于复杂的机械结构，能很快搞清楚其工作原理。并能根据使用功能，分清楚其属于何种机构类型；在毕业设计中，当选定设计题目后，能根据使用功能，组合出多种结构方案进行优化比较；在工作岗位上，能很快掌握所操作机器的性能、特点，并能进行一些技术改造、机构革新和简单机械的设计。
釆用《机械设计基础》多媒体辅助教学手段，利用计算机的多种功能特性，对学生进行讲授，达到了教材内容创新和教学方法创新所预期的目的。在教学过程中实现了复杂问题简单化，微观过程宏观化的效果，大大提高了学生思考问题的主动性，取得了良好的效果。
多媒体辅助教学课件的功用有两个方面：管理教学和辅助教学。管理教学主要是通过反馈学生信息，实现布置批改作业、命题、评分、教学效果的智能化评价等。辅助教学主要是模拟教学活动。如机构的选型可根据其使用功能进行分类。学生掌握一定类型的基本机构，通过简单的迭加、组合、变异、演示等环节的学习和训练，便能对一般的机械运动，选择出合适的机构，满足运动的要求。对一般的机械，能选择出合适的零件。学生的实际动手能力明显增强。
评价机械设计基础多媒体辅助教学的授课效果，需要进行测验程序化设置。可直接通过计算机自动生成的基本训练题，釆取人机对话或根据学生的不同程度随机选题组卷。以检查学生对所学知识的掌握程度。
（五）应用现代教学手段的启示
现代辅助教学手段并非彻底取代传统教学手段。传统的教学手段也有其好的一面，在实施教学过程中，不能完全依赖于多媒体教学。否则，会影响学生思维空间的发展。
使用现代教学手段教学，可以使学生不受时空的限制，及时得到事物的空间信息。有些教学内容，涉及的问题广，距离现实生活远，教学难度大，且不易被学生接受；也有些现象，学生很难感知或者无法感知，通过借助于现代教学手段使传输的内容信息能发生远近、速度以及大小变换，从而降低了教学难度，学生容易吸收和消化。
课件是课堂教学的辅助手段，目的是优化课堂结构，提高教学效果。因此，在课件内容的组织及制作时，仍不能脱离一些传统的教学原则，使得教师有充分发挥面授口述的优点。
在多媒体教学过程中，要考虑学生生理和心理上的客观因素及学生接受知识的规律，不能将课件只作视频用，应留给学生有思考和做笔记的时间，使学生在课堂上有与老师交流、互动的机会。
教学是一种艺术，教学本身就应渗透着艺术，课件也应是教学与艺术的完美结合。但过多的与教学主题内容无关的插图应尽量避免，否则容易引起学生注意力分散。尤其是针对高职高专的工科类学生，课件更应该强调实用性。
（六）结论
新世纪是一个从工业社会向知识社会转化的社会。它的显著特点就是：变革与创新。《高等教育法》第五条规定：高等教育的任务是培养具有创新精神和实践能力的高级专门人才，也是发展科学、技术、文化，促进社会主义现代化建设的创新人才的培养途径。因此，怎样通过具体的课程教学，培养学生的创新素质、创新思维和创新人格，激发学生有心创新、有力创新、是我们努力奋斗的方向。
现在各高等职业学院，在全日制的教学过程中，都把运用以计算机多媒体技术为核心的现代教学方法和手段作为教学改革、提高教学质量的突破口。多媒体技术的运用，使教学手段现代化产生新的飞跃。以黑板、粉笔这种传统的教学手段已难以独立维持。多媒体辅助教学，使教学方法更加灵活，教学手段更加先进，教学内容更加丰富，教学效果更加显著。
机械设计基础课程教学需十分重视和充分应用各种教学方法和手段，发挥不同教学方法的长处，以现代教学手段并配合有传统的黑板教学手段，以增大课堂信息量、以提高学生的学习热情和效率，提高教学水平和教学效果有着十分重要的意义。
参考文献：
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[2]陈庭吉.机械设计基础[M].北京：机械工业出版社，2002．7.
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[4]郭师虹等.启发式问题教学与创新思维的培养[J].西北工业大学学报，社会科学版，2001，3：80-81.