談工業(yè)設(shè)計專業(yè)機械設(shè)計基礎(chǔ)課程教學(xué)

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［摘要］文章先分析了機械設(shè)計基礎(chǔ)課程在工業(yè)設(shè)計專業(yè)教學(xué)中存在的一些困難和挑戰(zhàn)，并從頂層設(shè)計和系統(tǒng)分析的角度對該課程在佛山科學(xué)技術(shù)學(xué)院的工業(yè)設(shè)計專業(yè)課程體系中的作用進行了定位，并根據(jù)定位選取適當?shù)慕滩膶φn程內(nèi)容進行了取舍；然后探討在課程教學(xué)中采用實例教學(xué)法，通過幾個實例把零散的知識點有機地組合在一起，讓學(xué)生對該課程的知識有一個相對完整的認識和理解，為以后的設(shè)計工作打下基礎(chǔ)；最后對教學(xué)方法和教學(xué)模式進行了探討。該文作者近幾年利用上述教學(xué)思路和方法取得了較好的教學(xué)效果。

［關(guān)鍵詞］工業(yè)設(shè)計；機械設(shè)計基礎(chǔ)；案例教學(xué)；課程定位；對分易；雨課堂

工業(yè)設(shè)計專業(yè)是我國唯一的一個授予工學(xué)學(xué)位但又偏重于設(shè)計教育的工科專業(yè)，其生源是理科學(xué)生，其專業(yè)既可以開設(shè)在機械類學(xué)院也可以開設(shè)在設(shè)計類學(xué)院。機械設(shè)計基礎(chǔ)(機械原理和機械設(shè)計)是一門機械類或近機類專業(yè)的基礎(chǔ)必修課，通過該課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生應(yīng)能初步掌握機械設(shè)計中的基本概念、基本理論和基本方法，為其后續(xù)課程的學(xué)習(xí)和設(shè)計工作打下基礎(chǔ)，因此該課程在整個專業(yè)的教學(xué)體系中具有重要作用。

一、機械設(shè)計基礎(chǔ)課程教學(xué)現(xiàn)狀

工業(yè)設(shè)計專業(yè)在佛山科學(xué)技術(shù)學(xué)院由工業(yè)設(shè)計與陶瓷藝術(shù)學(xué)院的工業(yè)設(shè)計系負責招生和組織教學(xué)，該系有3個專業(yè)：工業(yè)設(shè)計專業(yè)(授予工學(xué)學(xué)位，生源是理科生）、產(chǎn)品設(shè)計專業(yè)（授予藝術(shù)類設(shè)計學(xué)學(xué)位，生源是藝術(shù)生）和數(shù)字媒體專業(yè)。除了少數(shù)幾門課程以外，這2個專業(yè)的課程設(shè)置基本相同，教學(xué)方式也主要采用集中授課（每門課程每周12~16個課時，集中在3~6周內(nèi)結(jié)束課程教學(xué)）。某些設(shè)計類課程是教師先集中講授，根據(jù)課程進度布置設(shè)計任務(wù)給學(xué)生，學(xué)生構(gòu)思設(shè)計方案（作業(yè)），教師進行分散輔導(dǎo)與集中講解，其考核形式以完成設(shè)計類大作業(yè)和研究報告為主。這種教學(xué)方式注重培養(yǎng)學(xué)生的形象思維能力、動手能力、創(chuàng)新能力和發(fā)散思維，講授相對較少而單獨或分組輔導(dǎo)多，學(xué)生相對比較自由，課堂氣氛比較活躍。傳統(tǒng)的機械設(shè)計基礎(chǔ)課程教學(xué)以課堂講授為主，最后通過期末考試的方式組織考核，注重培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維能力。因此對工業(yè)設(shè)計專業(yè)的學(xué)生來說，該課程的學(xué)習(xí)具有一定的難度，而滿堂灌、課堂氣氛比較沉悶的教學(xué)方式，與其他設(shè)計類課程形成了鮮明的對比，學(xué)生的畏難情緒和厭學(xué)情緒比較多，傳統(tǒng)的教學(xué)模式面臨許多困難和挑戰(zhàn)，不得不進行變革。由于面向的學(xué)生和專業(yè)性質(zhì)不同，該課程的教學(xué)定位及內(nèi)容等方面必然不同于機械類及近機類專業(yè)相同和類似課程，如何結(jié)合工業(yè)設(shè)計專業(yè)特點有效地組織教學(xué)是需要解決的一個重要問題。

二、機械設(shè)計基礎(chǔ)課程教學(xué)改革嘗試

（一）課程的定位從系統(tǒng)思維和頂層設(shè)計的角度來看，工業(yè)設(shè)計專業(yè)的教學(xué)活動，其目的就是將學(xué)生培養(yǎng)成具有優(yōu)秀的職業(yè)道德、全面的人文素質(zhì)、復(fù)合型知識結(jié)構(gòu)、創(chuàng)造性設(shè)計思維的設(shè)計人才。按照此人才培養(yǎng)方案，學(xué)生除了要掌握產(chǎn)品設(shè)計的方法和了解在設(shè)計過程中必備的相關(guān)知識外，還應(yīng)具有持續(xù)學(xué)習(xí)、獨立思考以及設(shè)計創(chuàng)新的能力。在佛山科學(xué)技術(shù)學(xué)院的人才培養(yǎng)計劃中，機械設(shè)計基礎(chǔ)是工業(yè)設(shè)計專業(yè)人才培養(yǎng)計劃課程體系中的一個重要環(huán)節(jié)（如圖1所示）。機械設(shè)計基礎(chǔ)課程開設(shè)的主要目的是綜合運用先修課程的有關(guān)知識和技能，通過學(xué)習(xí)機構(gòu)和通用機械零件的基本知識和基本設(shè)計方法，結(jié)合各種教學(xué)實踐環(huán)節(jié)進行機械工程應(yīng)用型知識的基本訓(xùn)練，解決產(chǎn)品設(shè)計中的一些簡單的力學(xué)問題和結(jié)構(gòu)問題，為后續(xù)產(chǎn)品快題設(shè)計、綠色產(chǎn)品設(shè)計、公共設(shè)施設(shè)計等課程學(xué)習(xí)以及畢業(yè)設(shè)計等實踐環(huán)節(jié)打下基礎(chǔ)，并為學(xué)生今后與機械設(shè)計工程師進行有效溝通提供可能。在工業(yè)設(shè)計專業(yè)的人才培養(yǎng)計劃中，該課程起著承上啟下的作用。從課程要求和內(nèi)容深廣度上看，學(xué)生不可能對每個知識點進行深入的學(xué)習(xí)和掌握，因此我們將該專業(yè)的機械設(shè)計基礎(chǔ)定位為一種通識教育，注重引導(dǎo)學(xué)生加深對機械學(xué)科相關(guān)基礎(chǔ)知識的了解和認識，注重知識的應(yīng)用以及與實際設(shè)計的聯(lián)系，以便能將機械專業(yè)的相關(guān)知識融會貫通到工業(yè)設(shè)計的各個方面，為學(xué)生的創(chuàng)新設(shè)計打下專業(yè)基礎(chǔ)。

（二）教學(xué)內(nèi)容的設(shè)計與組織安排佛山科學(xué)技術(shù)學(xué)院工業(yè)設(shè)計專業(yè)沒有單獨開設(shè)本課程的先修課程即工程力學(xué)(理論力學(xué)和材料力學(xué))，而一般的機械設(shè)計基礎(chǔ)僅包含機械原理和機械設(shè)計的有關(guān)知識。學(xué)生如果跳過工程力學(xué)相關(guān)的基礎(chǔ)知識直接學(xué)習(xí)本課程，不僅使其學(xué)習(xí)和理解存在一定的困難，而且所學(xué)知識也缺乏一定的整體性和系統(tǒng)性。為了便于學(xué)生更好地學(xué)習(xí)理解，該課程內(nèi)容除了有傳統(tǒng)的機械原理和機械設(shè)計的相關(guān)知識外，還會涉及理論力學(xué)和材料力學(xué)課程的基本內(nèi)容。理論力學(xué)、材料力學(xué)、機械原理和機械設(shè)計這4門課程是機械類專業(yè)的重要基礎(chǔ)必修課，其中任何一門課程一般都不會少于48學(xué)時，都是令機械類專業(yè)學(xué)生頭疼且不及格率居高不下的課程。課程內(nèi)容多、公式原理多且靈活多變還涉及許多實踐和實驗結(jié)果，對學(xué)生理工科的基礎(chǔ)知識和理解能力要求高。機械原理對空間想象能力和抽象思維能力有較高要求，一直存在學(xué)生難學(xué)教師難教的現(xiàn)象。工業(yè)設(shè)計專業(yè)中的機械設(shè)計基礎(chǔ)課程的課堂教學(xué)僅為48個學(xué)時，要在這么少的學(xué)時內(nèi)完成如此多的教學(xué)內(nèi)容，讓學(xué)生對此有一個相對清楚的了解，即使是作為一門通識課程，也是一件相當有難度和挑戰(zhàn)的事情。根據(jù)課程定位，我們沒有把傳統(tǒng)的工程力學(xué)和機械設(shè)計基礎(chǔ)經(jīng)典教材作為本門課程的教材，而是把阮寶湘主編的《工業(yè)設(shè)計機械基礎(chǔ)》作為課程教材。該教材包含工程力學(xué)和機械設(shè)計基礎(chǔ)2個部分，根據(jù)工業(yè)設(shè)計的特點對上述4門課程的內(nèi)容進行了有效整合，增加了許多日用品和家電產(chǎn)品的實例研究。該課程的任課教師主要根據(jù)教材組織課堂教學(xué)，結(jié)合學(xué)生的具體情況和章節(jié)之間的聯(lián)系及特點對教學(xué)內(nèi)容進行了有機整合。工程力學(xué)部分主要以概念的講解與應(yīng)用教學(xué)為主；機械設(shè)計基礎(chǔ)部分以講授常見機構(gòu)和裝置的特點及應(yīng)用為主。 教師在課堂講授的基礎(chǔ)上采用了實例教學(xué)法，利用一些簡單而常見的設(shè)計實例，比如臺燈、座椅、簡易吊車、秋千和書架等日常用品，按照設(shè)計流程（如圖2所示）完成系統(tǒng)及外觀設(shè)計后需要進行尺寸、結(jié)構(gòu)和材料等的詳細設(shè)計，而關(guān)于尺寸和結(jié)構(gòu)的知識就是本課程的教學(xué)內(nèi)容。可以按照本課程的教學(xué)流程（如圖3所示）來解決尺寸和結(jié)構(gòu)問題，即隨著教學(xué)的推進一步步解決問題，將設(shè)計實例貫穿到整個教學(xué)中。這樣便于將所學(xué)的孤立知識點串在一起，形成一個相對完整的知識體系，加深學(xué)生對課程內(nèi)容的理解和掌握以及提高其應(yīng)用水平。 

（三）教學(xué)方法的改革任課教師除了利用傳統(tǒng)的PPT、動畫和視頻等開展多媒體教學(xué)外，積極探索教學(xué)方法和教學(xué)模式改革，以適應(yīng)新的教學(xué)形勢和要求。比如充分利用對分易和雨課堂的優(yōu)勢合理組織課堂教學(xué)，在制作PPT時利用雨課堂設(shè)計一些課堂測試用的客觀題（主要是單選題、多選題以及判斷題），在課堂教學(xué)中利用雨課堂播放PPT，學(xué)生在手機上也能同時看到PPT，這樣就可以根據(jù)課程進度隨時進行課堂測試（如圖4所示），實時掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)狀況，并針對學(xué)生中存在的問題進行及時調(diào)整，活躍課堂氣氛和提高抬頭率與教學(xué)效果。教師利用對分易來進行考勤、課堂提問、作業(yè)提交以及網(wǎng)絡(luò)測試（如圖5所示）。課前一兩分鐘利用對分易進行簽到，課程教學(xué)中利用隨機或者點名方式提問并將回答結(jié)果記錄到系統(tǒng)中，編寫了30~50道客觀題放到對分易中對各章進行了組卷，在每一兩章結(jié)束后進行網(wǎng)上課程測試，課中或課后讓學(xué)生將課堂練習(xí)提交到系統(tǒng)中。最后通過對分易和雨課堂系統(tǒng)將簽到、提問、作業(yè)、課堂測試以及在線測試等分別生成2個平時成績表，并將這2個表和學(xué)生的平時作業(yè)成績進行綜合形成最終的平時成績，作為課程考核的一個重要組成部分。教師在教學(xué)中除了利用現(xiàn)代的教學(xué)手段外，還根據(jù)課程定位以及學(xué)時少、內(nèi)容多的課程特點，對課程內(nèi)容進行了新的整合，通過幾年的課堂教學(xué)實踐，基本形成了一套相對比較有效的教學(xué)方法。其基本教學(xué)組織方式如下：利用雨課堂進行課前測試或課堂提問；課堂講授方式比較靈活多樣，根據(jù)教學(xué)內(nèi)容的具體特點來選擇，如表1所示；布置課后作業(yè)和預(yù)習(xí)內(nèi)容，并設(shè)置相應(yīng)的問題。

三、結(jié)論

機械設(shè)計基礎(chǔ)課程的任課教師在幾個年級的教學(xué)實踐中逐步對教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)方式進行了改革，把該課程改為一門以擴大學(xué)生知識面、夯實其專業(yè)基礎(chǔ)為主要目標的通識課程，并根據(jù)教學(xué)內(nèi)容的不同分別組織教學(xué)。其中所采用的實例教學(xué)法，通過實例把許多零散的知識點有機地組合在一起，讓學(xué)生對整個知識體系有一個相對完整的認識和理解。從學(xué)生學(xué)習(xí)情況來看，課程考試情況、課堂的活躍程度以及抬頭率都得到了改善，學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性與效果也得到了相應(yīng)的提高。今后隨著實驗室建設(shè)的進一步開展和實驗設(shè)備的到位，會在課程外增加一些實驗和創(chuàng)新設(shè)計單元，進一步加深學(xué)生對課程知識的理解和掌握，發(fā)揮其主觀能動性，增強其解決實際問題的能力和創(chuàng)新設(shè)計能力。

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作者：安軍 范勁松 單位：佛山科學(xué)技術(shù)學(xué)院機電工程學(xué)院