材料化學機械設(shè)計教學方法初探

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[摘要]機械設(shè)計基礎(chǔ)課程是河南城建學院材料化學本科生專業(yè)開設(shè)的一門工程基礎(chǔ)課程，該課程學習的目的在于培養(yǎng)學生掌握機械設(shè)計的基本知識、理論和方法。對于培養(yǎng)學生的抽象思維、工程認知能力和創(chuàng)新素養(yǎng)具有重要作用。根據(jù)課程特點和學生原有知識體系，并結(jié)合在教學過程中的經(jīng)驗和體會，初步探討了該課程在材料化學專業(yè)的教學內(nèi)容、教學方法和課程設(shè)計方面的改革與實踐。

[關(guān)鍵詞]材料化學；機械設(shè)計基礎(chǔ)；教學方法；教學內(nèi)容

1機械設(shè)計基礎(chǔ)課程特點以及教學過程中遇到的問題

1.1機械設(shè)計基礎(chǔ)課程特點。機械設(shè)計基礎(chǔ)課程是以一般尺寸通用零件的設(shè)計為核心的基礎(chǔ)設(shè)計性課程，是一門理論性、實踐性很強的技術(shù)基礎(chǔ)課程。與材料化學專業(yè)其他課程相比，該課程具有明顯不同的特點。該課程知識面廣，具有“關(guān)系多”、“要求多”、“門類多”、“公式(符號)多”和“圖表多”等特點[1]?！瓣P(guān)系多”指該課程與多門先修課程關(guān)系密切。在課程的學習中需要用到高等數(shù)學、機械制圖、材料成型基礎(chǔ)、理論力學等多個先修課程的內(nèi)容來解決通用化的機械零部件的設(shè)計問題。然而，由于專業(yè)培養(yǎng)目標的特殊性，該課程的部分先修課程，如高等數(shù)學、理論力學等，同該課程安排在同一學期進行講授學習，這就造成課程和知識體系之間不能很好的銜接?！耙蠖唷毙枰獙W生在設(shè)計過程中從零件的強度、剛度、壽命、工藝、經(jīng)濟性和安全性等諸多方面統(tǒng)籌考慮?！伴T類多”則是指不同的零部件具有不同的特點，其設(shè)計方法也不盡相同。此外，“公式多”是指計算多，有解析式、半解析式、經(jīng)驗的、半經(jīng)驗的及定義式，不同公式具有不同的應(yīng)用范圍?！胺柖唷薄ⅰ皥D表多”則要求學生在學習過程中充分認識符號物理意義以及圖表的正確識別和應(yīng)用。由于材料化學專業(yè)學生在以往的知識構(gòu)架中沒有相關(guān)的概念，學生學習基本符號、公式和相關(guān)設(shè)計計算的難度較大。此外，針對于抽象的機械構(gòu)型和物理運動方式，構(gòu)思并分析其結(jié)構(gòu)和運動過程也相對較為復雜，因此該課程的學習具有較大的難度[2]。1.2教學過程中遇到的問題。以往的機械設(shè)計課程教學過程中，老師多以講授和討論的方式進行教學，忽略了材料化學專業(yè)的知識體系與其他專業(yè)知識架構(gòu)之間的差異和學生的個體差異。學生的基本讀圖能力、零件的精度要求、理論力學中的材料應(yīng)力、應(yīng)變、剛度、強度等多方面基礎(chǔ)均較為薄弱。采用板書、多媒體課件和簡單的實物教具等途徑很難直觀地將抽象的物理概念、機械構(gòu)型和運動過程展現(xiàn)給學生，進而很難在課堂上引發(fā)學生共鳴，導致教學效果較差。比如在齒輪傳動章節(jié)，直齒輪的嚙合傳動相對簡單，傳動過程較為容易理解；但是斜齒輪和錐齒輪的傳動過程則相對復雜，理解起來較為困難。在這一部分的課程學習過程中能夠明顯感覺到學生學習狀態(tài)的差異。相對于文字或公式較多的多媒體課件，包含flash動畫、視頻影像的課件內(nèi)容則能夠激發(fā)學生學習興趣，在一定程度上增加學生對于復雜運動過程的理解。對于零部件的設(shè)計計算、強度校核等問題，學生學習仍然較為吃力。比如V帶傳動設(shè)計、螺紋連接設(shè)計和強度校核等內(nèi)容，不僅要求學生從多個角度分析設(shè)計問題，同時計算過程復雜，一般需要用到多個公式并查詢數(shù)個參數(shù)圖表。這就導致學生在零件的設(shè)計計算和強度校核的教學過程中往往不知所云，喪失學習興趣，難以達到人才培養(yǎng)大綱既定的教學目標。重新組織教學內(nèi)容，設(shè)計合理的教學方法和教學過程對于提升學生的學習興趣和學習效果顯得至關(guān)重要。

2教學內(nèi)容的再組織和教學方法的探索

2.1教學內(nèi)容的再組織。材料化學專業(yè)機械設(shè)計課程的教學目的在于培養(yǎng)材料化學專業(yè)學生工程知識能力的和創(chuàng)新素養(yǎng)，其專業(yè)目標在于培養(yǎng)應(yīng)用型的技術(shù)型人才。因此，在課程教學過程中沒有必要進行復雜的理論推導過程，只需要讓學生明白如何使用公式以及公式的適用范圍和情況即可。比如，在滑動軸承章節(jié)中涉及到的“流體動力潤滑理論基本方程”和“油膜承載機理”的推導過程。這一推導計算過程中涉及到流體力學、微積分等知識，超出學生的已有知識范圍。因此在教學過程中該內(nèi)容可以酌情略去，保留液體動壓油膜形成的必要條件。即只需要讓學生明白液體動力潤滑軸承正常工作的必要條件。學生學完后能夠運用這一基本原理進行相對應(yīng)的工況分析。經(jīng)過教學內(nèi)容的重新組織，不僅能夠讓學生感受到學有所用，學以致用，還能夠增強學生學習的信心、獲得感和成就感?；谝陨戏治龊涂紤]，在滿足人才培養(yǎng)目標的基礎(chǔ)上，將教材中內(nèi)容進行適當縮減顯得十分必要[3]。在綜合考量學生學習能力和課時安排的基礎(chǔ)上，摒棄以往的“填鴨式”教學。以學生的接受能力為出發(fā)點，在保證知識體系完備的情況下，進行教學內(nèi)容的再組織。輕理論分析，重應(yīng)用實踐，力求講授內(nèi)容少而精，深入淺出，對于提升教學效果具有重要作用。2.2教學方法探索。目前，多數(shù)機械設(shè)計課程的講授仍然采用傳統(tǒng)的教學方式，即以教師為教學活動的主體。這一教學方法存在諸多缺點。比如，“滿堂灌”式教學過程缺乏互動，學生被動接受知識，學生在課堂中的參與度較低，課堂氛圍較差。不僅如此，教師也很難把握學生的學習情況，也就不能適時調(diào)整教學內(nèi)容和教學進度。如果這些問題得不到解決，機械設(shè)計課程很難取得良好的教學效果。確保學生在教學過程中的主體地位、采用線上線下混合教學模式以及安排合理的課程設(shè)計對于提升教學效果具有重要作用。(1)強調(diào)學生主體，增加課堂互動。學生始終是教學的對象和主體，學生的有效參與是課堂良好教學效果的保證。如何增加學生的課堂參與度，將學生置于課堂的主體地位值得教師在教學過程中不斷探索和調(diào)整。隨著教學改革的深入，諸如案例教學法、問題教學法等教學方法不斷涌現(xiàn)，結(jié)合課程特點和章節(jié)內(nèi)容特點，嘗試適用的教學方法能夠增加師生互動，提升學習效果[4-5]。比如在學習滾動軸承的組合設(shè)計一節(jié)時，教師先對一個典型的軸系固定形式進行講授，拋磚引玉，然后組織學生分組討論，并分析給出其他組合設(shè)計中軸系時如何實現(xiàn)固定的，最后則由學生完成其他組合設(shè)計內(nèi)容的講解[6]。這一過程不僅能夠活躍課堂氣氛，增加師生互動，防止學生在課堂上“置身事外”。同時以學生為主體地位的課堂，顯著增加了學生在課堂的參與度，提高學生在課堂上的學習效率。(2)線上線下混合教學模式的應(yīng)用。針對于課程內(nèi)容多，課時安排少的基本情況，采用線上線下混合教學模式，充分調(diào)動學生在課外時間的學習積極性。借助河南城建學院“學在城建”網(wǎng)絡(luò)教育平臺，教師課外在教學平臺上傳學習資料，供學生課外時間學習。部分簡單知識通過這一線上平臺后，作為學生預習或自學的內(nèi)容。課后，通過平臺上傳相關(guān)習題測驗，進行教學效果把控。此外，教師在平臺教師端口還可以掌握學生在課下的學習行為，而且能夠?qū)W生課下學習情況進行綜合評判。將這一評判結(jié)果與課程的平時成績進行掛鉤，進而帶動學生課下參與的積極性。此外，還可以依據(jù)平臺反饋結(jié)果適時調(diào)整后續(xù)課堂的教學內(nèi)容。(3)重視課程設(shè)計。課程設(shè)計作為機械設(shè)計基礎(chǔ)課程教學重要的一個環(huán)節(jié)，其目的在于培養(yǎng)學生運用基礎(chǔ)知識進行綜合設(shè)計的能力[7]?；趯I(yè)培養(yǎng)目標適當調(diào)整課程設(shè)計內(nèi)容，并將其與其他專業(yè)課程進行關(guān)聯(lián)，不僅有助于機械設(shè)計課程的融會貫通，也有利于學生加深對其他專業(yè)課程的理解。此外，新穎的設(shè)計題目能夠避免學生從網(wǎng)絡(luò)上直接下載課程設(shè)計結(jié)果。比如，電極材料涂布機減速器的設(shè)計，這一課程設(shè)計完成的先決條件在于學生了充分解電極材料涂布機的基本工作原理和電極材料涂布的工藝參數(shù)，在此基礎(chǔ)上進行相關(guān)設(shè)計參數(shù)的收集。通過參與這一課程設(shè)計，不僅能夠加深其對新能源材料相關(guān)內(nèi)容知識的掌握程度，又能夠滿足機械設(shè)計課程的綜合能力培養(yǎng)，進而達到既定的教學目標。

3結(jié)論

綜合分析了機械設(shè)計課程的特點和材料化學專業(yè)學生的基本情況，并在此基礎(chǔ)上探討了提升教學效果的方式和方法。基于專業(yè)培養(yǎng)目標，提出進行教學內(nèi)容再組織，精簡理論推導，重視實踐應(yīng)用。通過改進教學設(shè)計、調(diào)整教學方法、線上線下混合教學模式、重視課程設(shè)計等途徑加強了學生在課堂上的主體地位，活躍了課堂氛圍，進而提升了教學效果。

參考文獻

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作者:張帥國 胡繼勇 馬文媛 單位:河南城建學院