机械设计课程教学反思与改革

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机械制造业素有“工业的心脏”之称，它是一切经济部门发展的基础，其发展水平是衡量一个国家工业化程度的重要标志。机械设计是一门培养机械类专业工程技术人才的重要基础课程，它在培养高校学生的综合设计能力、创新能力以及工程实践能力等方面有着至关重要的作用[1]。机械设计课程的主要内容包括机械设计总论（机械零件的强度、摩擦、磨损与润滑等基础知识）、联接的设计、机械传动的设计、轴系零部件的设计以及其他通用零部件的设计等。在该课程的学习过程中，要求学生能综合运用机械制图、机械原理、公差与技术测量、材料力学等先修课程中所学的有关知识与技能，逐步使学生掌握通用零件的设计原理、方法和机械设计的一般规律，从而具有运用所学知识进行新零部件、简单机械装置的改进与开发能力[2]。

1课程教学现状

机械设计是一门基础理论与工程实践紧密结合的设计类课程，它涉及的基础概念多、计算公式推导复杂、章节间的关联性不强、对学生的工程实践经验要求较高，再加之教学计划课时不断紧缩，这些给该课程的教学造成了较大困难。目前，在机械设计课程的教学过程中，普遍存在以下问题：

1.1教学手段单一

由于机械设计课程对学生的抽象思维与逻辑思维要求较高，且其大部分章节均涉及复杂机构的静、动态过程分析，因此，单纯采用PPT形式的静态演示教学方法，很难将这些复杂、枯燥的分析过程生动、形象地阐述清楚。学生学完后只能留下支离破碎的模糊印象，长此以往，导致心中疑问越积越多，以致逐渐跟不上教学进度，最后丧失对该课程的学习兴趣。

1.2忽视课后作业的重要性

教师一般会布置教材上相应章节后的习题让学生在课后练习，然后根据其完成情况，来判断学生对每堂课的重难点知识的掌握情况。然而，由于教材上的习题往往多年都改动不大，部分学生即使对上课所学知识一知半解，也可通过网络等途径找到答案，因此教师无法根据作业情况的反馈，来了解学生对知识点的掌握程度、查找自身在授课时对知识点讲解的不足之处。

1.3实验教学缺乏对学生能力的培养

虽然《机械设计》在高校机械类专业人才培养计划中占有重要地位，但是对其实验教学的重视程度严重不足，以湖南科技大学机械设计制造及其自动化专业为例，开设的实验教学项目有：机械零件认知与分析、减速器拆装与结构分析、JCY机械传动性能综合测试分析等。然而，具体到实际教学环节中，由于实验内容多且课时有限，教师往往忽视学生的主导作用，不会过多阐述实验所利用的理论知识与相关原理，而是直接进行演示操作，学生只需机械式地模仿教师，按照给定步骤完成实验，即可拿到学分。可见实验教学仅仅是走个过场，缺乏对学生的引导，使得学生在创新创造和实际动手等表现上有所欠缺，这也严重脱离了实验的本质目的——通过实验激发学生发现问题、研究问题、独立解决问题的能力[3]。

1.4课程设计题目缺乏创新

课程设计是机械设计课程教学的最后一个环节，其目的是让学生综合运用所学知识进行简单机械产品的设计。然而，目前课程设计的题目过于陈旧、缺乏创新，以湖南科技大学机械设计制造及其自动化专业为例，多年来《机械设计》课程设计的题目均以设计简易二级减速器为主。虽然减速器作为一种典型的通用设备，其结构几乎涵盖了机械设计理论课程中的几种通用零件类型，可以帮助学生加深对理论知识的理解，让学生更快的掌握机械零件设计的设计方法。但由于减速器这类设计题目已经沿用了很多年，其设计思路、方法、步骤早已有标准定式，学生通过网络和相关的教材等途径很轻易就能获得自己所设计类型的减速器的相关的设计模板，然后依葫芦画瓢，完成设计说明书的撰写、减速器装配图、一些重要零件图的绘制。长达三周的《机械设计》课程设计绝大多数学生都是在模仿中完成的，这样的课程设计很难激发学生的创新性思维、提升其综合设计水平，无法体现课程设计教学的价值。

2课程教学改革

针对机械设计课程教学目前存在的问题，并结合教学实践过程中的体验，本文从理论教学、实验教学、课程设计这三方面提出改革措施，以期改善教学效果。

2.1理论教学

（1）多种教学方法与手段相结合机械设计课程涉及较多的概念、公式、机械传动过程、机器工作原理、零部件的机构分析等，课程内容略显枯燥，学生容易产生厌学情绪。启发式、讨论式的教学方法是一种让学生主动参与到教学环节中来，从而激发其学习兴趣的有效方式[4]。教师可在课堂上提一些启发性问题，鼓励学生运用所学知识自由讨论、分析问题；或者由学生自己提问题，然后由其他同学来解答，最后由教师点评分析。例如，在学习链传动时，可结合自行车链传动，来讨论链传动的优缺点、适用场合、脱链现象及其原因；在学习带传动时，可结合洗衣机带传动，来分析带传动应力分布情况、如何避免传动带打滑。此外，教师在教学中可采用多种手段相结合——板书、PPT及相关视频在课堂上交替应用，可改变传统教学模式导致的教师苦于教、学生苦于学的局面。例如，在带传动、齿轮传动、蜗杆传动的教学过程中，教师可在课程开始前，先播放与这些零部件加工制造过程相关的视频，并在课后组织学生绘制其三维模型，借助分析软件进行简单的静动态分析，这样可改变以往满屏（黑板）枯燥的公式推导和文字概念讲解，以此增加学生的兴趣，帮助其更好、更有效地掌握理论知识。（2）课后作业丰富多变课后作业是检验教学质量的重要手段。在布置课后作业时，教师不要囿于课程教材后的习题，而应该做到内容丰富多变，打破“一切以考试为中心”的应试教育弊端。教师可整理一些既符合教学要求又与学生日常生活相关的题目作为课后作业，例如，可将简易减速器的设计作为一项课后习题，组织学生自由分组、大胆探索、共同完成，让学生体会到学有所用，进而激发学习乐趣。同时，还可适当采用师生“换位”形式，让学生来“教学”。例如，在准备学习齿轮时，教师可提前布置课后作业，让学生自由分组进行课后学习，然后每组针对课后作业制作一个时长约5分钟的PPT在课堂上讲解。这样既能锻炼学生的自主学习能力，还能让学生在讲解中发现其自身的不足与错误，使其对相应知识点的理解更加透彻、深刻。只有做到内容、形式丰富多变，完善考核机制，建立师生间的有效反馈渠道，才能真正凸显课后作业的价值。

2.2实验教学

随着社会经济和科学技术的发展，作为培养高素质创新型人才教学体系的重要组成部分——实验教学的重要性日益突出[5]，其改革已刻不容缓。根据机械设计制造及其自动化专业的实际发展情况，实验教学改革主要从主观和客观——教师和实验平台建设两方面入手。在实验平台建设上，要结合学校自身情况，进一步加强学校与企业的合作，积极引进新型实验设备，建设现代化实验平台。同时，淘汰老旧仪器和不具实际价值的过时实验题目，开设新型实验。用以建立健全与当下人才培养模式相配套的实验教学机制，体现实验教学的教学价值，促进人才培养水平的提高。

2.3课程设计

随着工业技术的高速发展，对高校机械类人才的培养提出了更高的要求。要求学生不仅掌握全面的专业知识，还要求学生具有创新能力和解决工程实际的能力。而《机械设计》课程设计是机械类大学生第一次进行较全面、规范的设计训练，以培养学生综合运用专业知识、解决工程实际设计问题的能力，这对其后续的毕业设计、以后走向工作岗位进行产品研发设计均具有重要意义[6]。但目前《机械设计》课程设计的仍沿袭传统的人才培养模式，显然已经不适应技术的高速发展，《机械设计》课程设计的改革势在必行。为了提高《机械设计》课程设计的教学质量，首先必须优化课程设计题目。在紧扣教学目标的同时，要使题目保持与时俱进，且使其具有灵活性、实用性、综合性，既让学生能学有所用，又使所设计的产品不脱离生产实际。例如，可将课程设计与全国大学生机械创新设计大赛、全国大学生工程训练综合能力竞赛等影响力较大的机械类科技竞赛结合起来，每年的课程设计题目根据科技竞赛的主题来确定（如：无碳小车、纸箱包装机、钱币分拣机），然后再遴选一些优秀的设计作品，来参加本年度或下一年度的相应竞赛项目。一般这些机械类科技竞赛的主题反映了目前社会的需求，又突出未来科技的发展方向，这类题目新颖和多样化，对学生专业知识的储备和综合能力的应用有更高的要求，能激发学生的创新动力，提升其工程设计与实践能力，改善课程设计教学效果。

3结语

在机械设计课程教学改革中，我们要结合时代特点，并立足于我国当前科技发展对工程技术人才的培养需求。在理论教学过程中，我们要丰富教学方法与内容，改善教与学的质量，激发学生学习乐趣，开发学生创新性思维；在实践教学中，我们要培养学生的主观能动性，提升学生的知识运用水平、综合设计能力以及工程实践能力。力争为学生后续从事其他专业知识的学习、机械产品的设计研发打下良好基础。

作者:邓辉 刘德胜 石磊 曹平 单位:湖南科技大学智能制造研究院 湖南科技大学机电工程学院

参考文献

[1]谢江,娄晨辉,李兰.机械设计[M].北京:国防工业出版社,2009.

[2]濮良贵,陈国立,吴立言.机械设计[M].北京:高等教育出版社,2016.

[3]赵又红,谭援强.机械基础实验教程[M].湘潭:湘潭大学出版社,2013.

[4]王翀,张亚.论启发式教学在高校课堂中的应用[J].当代教育理论与实践,2013,5(2):95-96.

[5]金悦,杨培林,陈晓南.机械设计基础综合实验教学的实践与探讨[J].验室研究与探索,2014,33(9):231-235.

[6]李天箭,丁晓红.创新创业教育在机械设计课程设计环节中的探索实践[J].实验技术与管理,2016,33(4):22-24.