辛榮生

(鄭州大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，河南鄭州 450052)

非機(jī)類機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)課程教學(xué)方法的研究

辛榮生

(鄭州大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，河南鄭州 450052)

根據(jù)實際教學(xué)經(jīng)驗，研究了非機(jī)類機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)課程的教學(xué)方法，并提出了重視新內(nèi)容的引入、堅持理論與實際相結(jié)合、強(qiáng)化多媒體課件中的動畫演示等相應(yīng)的教學(xué)措施.

機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ);實踐性;多媒體動畫;靈活教學(xué);教學(xué)方法

0 引言

機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)是研究機(jī)械的組成原理、運動學(xué)和動力學(xué)以及組成機(jī)械的通用零件設(shè)計的學(xué)科.作為一門技術(shù)基礎(chǔ)課程，其內(nèi)容較為繁雜，同時也具有很強(qiáng)的實踐性和應(yīng)用性，所以教學(xué)過程中必須將理論和實踐緊密結(jié)合起來，注重對學(xué)生解決實際問題能力的培養(yǎng).筆者結(jié)合實踐，對非機(jī)類機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)課程的課堂教學(xué)方面進(jìn)行了研究.

1 重視新內(nèi)容的引入

教師應(yīng)對每部分授課內(nèi)容有一個引言，即新內(nèi)容的引入，引言做得好，就能先抓住學(xué)生的注意力，容易引起學(xué)生的興趣和求知欲，促使學(xué)生積極主動地跟著教師的授課思路，獲取新的知識.

根據(jù)日常生活中的常識引出新內(nèi)容，通常是一種行之有效的方法.例如，在講授螺紋的連接時，可以這樣引入:“螺釘和螺栓螺帽我們都見過甚至擰過，我們擰緊螺釘或螺栓螺帽，通常都是順時針擰，只有極少數(shù)情況下是逆時針擰;還有，一般用扳手?jǐn)Q緊螺栓，用的力會越來越大，特別是擰大螺栓會更費勁……這些情況都可以通過下面內(nèi)容的學(xué)習(xí)得到解釋.”這樣就為講解螺紋連接作了引言.

教師在講新內(nèi)容之前，先讓學(xué)生觀看實物、模型和視頻等，使抽象的知識具體化、形象化，能為學(xué)生架起由形象到抽象的“橋梁”.例如，在講授斜齒圓柱齒輪時，對于其齒廓面為螺旋漸開面的情況實在是不容易理解，但只要將一個柔軟的直齒輪齒廓模型斜交圓柱母線并貼到圓柱上，則立刻能讓學(xué)生看到螺旋漸開面的齒廓.這樣往下講授就相對容易一些.

結(jié)合實際提出問題進(jìn)行新內(nèi)容引入，容易抓住學(xué)生求知探微的心理，能使學(xué)生遵循著教師的思路去深入探究問題的實質(zhì).比如在講解超越離合器時可以這樣開場:“同學(xué)們都蹬過自行車，為什么往前蹬能帶動自行車，而往后蹬不能呢?”在這種情況下，教師的講課就會牢牢地吸引住學(xué)生的注意力.

根據(jù)上一章的內(nèi)容引出新內(nèi)容，也是一種很好的方法.例如，學(xué)完齒輪傳動后，接著講輪系這一章時，可以這樣引入:“齒輪傳動有很多優(yōu)點，是應(yīng)用最廣泛的一種機(jī)械傳動.唯一的缺點是:如果一對齒輪要實現(xiàn)大的傳動比或較遠(yuǎn)距離的傳動，它的外廓尺寸將會很大.但是，這一問題我們可以通過增加齒輪的數(shù)目來解決，即由一系列相互嚙合的齒輪來組成傳動，這種傳動系統(tǒng)就是我們下面要一起學(xué)習(xí)的輪系.”

2 堅持理論與實際相結(jié)合

機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)課程內(nèi)容多且實踐性強(qiáng)，而絕大多數(shù)學(xué)生從高中校門直接進(jìn)入大學(xué)，機(jī)械方面的知識基本上是空白，所以教學(xué)應(yīng)避繁就簡、突出重點、深入淺出、聯(lián)系實際.比如，在講解內(nèi)燃機(jī)的傳動原理時，可一邊放映視頻演示內(nèi)燃機(jī)運動過程.一邊介紹內(nèi)燃機(jī)的工作原理:它通過進(jìn)氣、壓縮、點火爆炸，產(chǎn)生強(qiáng)大的推力使活塞做功，再通過連桿帶動曲軸轉(zhuǎn)動，使機(jī)車運轉(zhuǎn).再比如講解鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)時，可使用曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的教具進(jìn)行演示，讓學(xué)生一邊觀察一邊聽講，能使學(xué)生很快弄清曲柄、搖桿等構(gòu)件之間的實際運動情況，理解死點、急回特性等重要知識.接著講到雙搖桿機(jī)構(gòu)的應(yīng)用時，可演示四輪機(jī)動車前輪轉(zhuǎn)向裝置的運動，同時也談一下在我國的歷史長河中為何沒有出現(xiàn)四輪馬車的原因，在古代文官坐轎、武官騎馬，即使是帝王也只能乘坐兩個車輪的鑾駕，這是因為車上沒能安裝雙搖桿轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu).最后可以提出問題:鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的類型與四桿的長度、機(jī)架有關(guān)，當(dāng)四桿的長度滿足什么關(guān)系、機(jī)架如何選擇時，才能得到不同類型的四桿機(jī)構(gòu)呢?當(dāng)學(xué)生處于這種思考和興趣中時，教師接著在課堂中演示自制的教具，分別取不同的桿長比例和不同的構(gòu)件作機(jī)架，就得到了三種基本類型——曲柄搖桿機(jī)構(gòu)、雙曲柄機(jī)構(gòu)、雙搖桿機(jī)構(gòu).在此基礎(chǔ)上再去推導(dǎo)出四桿機(jī)構(gòu)中曲柄存在的條件，進(jìn)一步講明上面演示的結(jié)果.這樣，就化解了學(xué)習(xí)中的難點，同時也使學(xué)生在感性認(rèn)識中掌握了理論，理論與實際相結(jié)合能使學(xué)生對所學(xué)內(nèi)容印象深刻，更能加深記憶.

3 強(qiáng)化多媒體課件中的動畫演示

由于多媒體教學(xué)集聲音、視頻、動畫于一體，有傳統(tǒng)教學(xué)無可比擬的優(yōu)越性，極大地豐富了課堂教學(xué).所以筆者已多年在機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)授課中采用多媒體教學(xué)，特別是通過一些圖形、動畫等，向?qū)W生展現(xiàn)具體、形象、直觀、聲畫并茂的視聽材料，充分調(diào)動學(xué)生的多種感官參與學(xué)習(xí)，將以前傳統(tǒng)教學(xué)方法難于理解的內(nèi)容形象生動地表現(xiàn)出來，能增加學(xué)生的感性認(rèn)識，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，活躍課堂氣氛.

在講解一對漸開線標(biāo)準(zhǔn)齒輪的嚙合點軌跡與公法線重合時，由于內(nèi)容實在難于想象，也很難用語言去表述，致使學(xué)生無法完全理解.對此，可以先在教學(xué)中展示一對直齒輪的嚙合圖形，然后播放多媒體課件中用Flash制作的一對漸開線齒輪相互嚙合運動的動畫給學(xué)生觀看，在這個動畫中將公法線和嚙合點顯著標(biāo)出，這樣放出動畫時，學(xué)生能清晰地觀察到一對齒廓在不同的時刻嚙合時，其嚙合點的確是沿著公法線方向走的，這也為下一步講解漸開線標(biāo)準(zhǔn)齒輪的正確嚙合條件與連續(xù)傳動條件奠定了基礎(chǔ).

在講授用圖解法設(shè)計凸輪輪廓時，將凸輪機(jī)構(gòu)從動件用反轉(zhuǎn)法處理后的運動情況用Flash動畫演示出來，從動件尖端始終與凸輪接觸，由動畫片段可清晰看出尖端的運動軌跡便是凸輪的理論輪廓.這樣，凸輪輪廓的設(shè)計也就轉(zhuǎn)化為從動件尖端運動規(guī)律的確定，因此根據(jù)從動件的位移曲線，很快就能設(shè)計出凸輪輪廓.另外，在講解帶輪機(jī)構(gòu)的彈性滑動時，采用動畫演示，讓學(xué)生看出膠帶是如何在帶輪緣上作彈性滑動以及是由什么原因造成的，由于將靜態(tài)的概念變成生動、形象、直觀的動態(tài)形式，充分發(fā)揮了學(xué)生的觀察力，使學(xué)生更容易理解掌握，因此提高了教學(xué)效果.

4 采用靈活方式進(jìn)行課堂教學(xué)

講授機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)是為了培養(yǎng)學(xué)生了解掌握機(jī)械中的常用機(jī)構(gòu)及通用零件等方面的基本知識，使學(xué)生具有選用、分析與設(shè)計簡單機(jī)械傳動裝置的能力，從而達(dá)到培養(yǎng)適應(yīng)工程實際應(yīng)用人才的目標(biāo).因此，采用好的方法進(jìn)行課堂教學(xué)是非常關(guān)鍵的，這對教學(xué)雙方也是一件愉快的事情.教師不能墨守成規(guī)，必須根據(jù)教學(xué)的內(nèi)容、任務(wù)和對象，大膽嘗試一些新穎有效的教學(xué)方法，培養(yǎng)學(xué)生獨立思考和自主創(chuàng)新的能力.

4.1 類比教學(xué)法

在講述各種傳動機(jī)構(gòu)時，如帶傳動、鏈傳動、圓柱齒輪傳動、圓錐齒輪傳動、蝸桿傳動等，每種傳動都是介紹結(jié)構(gòu)、分類、工作原理、參數(shù)計算和應(yīng)用特點.當(dāng)學(xué)生漸漸熟悉了這種分析傳動的方法后，可采用類比法教學(xué).如先讓學(xué)生回顧前面的分析方法，然后用類似的方法來分析接著要講的內(nèi)容，再歸納總結(jié)、參照對比出幾種傳動各自的性能特點和應(yīng)用場合.比如，學(xué)完直齒圓柱齒輪傳動以后，可以用類比法學(xué)習(xí)斜齒圓柱齒輪，在教學(xué)中有意識地強(qiáng)調(diào)這種橫向?qū)Ρ?、循序漸進(jìn)的分析思考問題的方法，以后碰到新的內(nèi)容，學(xué)生也會養(yǎng)成習(xí)慣，先看看結(jié)構(gòu)分類，再分析其工作原理和進(jìn)行參數(shù)計算，歸納總結(jié)出各自的傳動性能特點，了解掌握它們都可以運用在什么場合.從而培養(yǎng)學(xué)生分析問題和解決問題的能力.

4.2 提問教學(xué)法

該方法是教師根據(jù)學(xué)生已有知識或?qū)嵺`經(jīng)驗，提出問題請學(xué)生回答，教師根據(jù)問答情況補充必要的知識內(nèi)容，從而促使學(xué)生積極思考，引導(dǎo)學(xué)生獲取新知識的行之有效的教學(xué)方法，它能使課堂呈現(xiàn)出一種濃厚的探討氣氛.提問教學(xué)法也能給教師提供了解學(xué)生的機(jī)會，并建立教師與學(xué)生互動的平臺.例如在講授蝸桿傳動時，可提出問題:蝸桿導(dǎo)程角與蝸輪螺旋角旋向相同嗎?怎么樣才能讓蝸輪蝸桿正確嚙合?蝸輪蝸桿的傳動比等于兩輪的分度圓直徑反比嗎?這就引出了本堂課的內(nèi)容，引發(fā)學(xué)生的求知欲.要想知道原因，只有認(rèn)真聽講、靜心思索，才能理解和掌握所學(xué)的新知識.

4.3 歸納總結(jié)法

學(xué)完一個章節(jié)后要及時地歸納總結(jié)出本章節(jié)的主要內(nèi)容，使知識成為一個有機(jī)的整體.這樣，既有利于學(xué)生理清思路，又有利于學(xué)生記憶所學(xué)的知識.例如，講完平面機(jī)構(gòu)的各種類型后，可歸納總結(jié)出兩個要點:①根據(jù)曲柄存在條件判斷相鄰兩構(gòu)件間相互轉(zhuǎn)動的角度范圍，取不同構(gòu)件為機(jī)架，可形成不同的運動機(jī)構(gòu);②曲柄為原動件時，從動件可能有急回運動;搖桿或滑塊為原動件時，曲柄從動件一般有死點位置.這樣，就把近十種平面機(jī)構(gòu)的類型、形成原理和運動特性歸納總結(jié)到一起，找出了它們之間內(nèi)在運動規(guī)律的異同點，使得學(xué)生便于掌握.

4.4 適當(dāng)自學(xué)法

課堂講授仍是目前主要的教學(xué)方式，但課時減少后不允許我們對所有課程內(nèi)容做到“一視同仁”，因此對于一些較簡單的教學(xué)內(nèi)容，可適當(dāng)采用讓學(xué)生自學(xué)的方法.例如，螺紋的常用類型、軸轂聯(lián)接、帶傳動的使用維護(hù)、帶輪結(jié)構(gòu)、齒輪結(jié)構(gòu)及減速器等，對于這些一般性內(nèi)容，可以安排學(xué)生自學(xué).為了保證自學(xué)效果，對每部分自學(xué)內(nèi)容都要列出要求和提出問題，并隨后進(jìn)行檢查.

5 結(jié)束語

提高機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)教學(xué)效果的途徑是多種多樣的，教學(xué)方法的改進(jìn)和教學(xué)效果的提高也是無止境的，只要教師平時用心鉆研、不斷探索，多關(guān)注生產(chǎn)和生活中的機(jī)械實例，將教學(xué)理論與實際緊密結(jié)合，采用動畫演示和靈活多樣的教學(xué)方法，充分調(diào)動學(xué)生的課堂興趣和學(xué)習(xí)積極性，引導(dǎo)學(xué)生主動參與、勇于探索，就能更好地提高教學(xué)效果和培養(yǎng)學(xué)生分析問題和解決問題的能力.

Study on Teaching Method of Mechanical Design Foundation Course for Non-Mechenics

XIN Rong-sheng

(College of Material Science and Engineering，Zhengzhou University，Zhengzhou 450052，China)

According to the practical teaching experience，the teaching method of mechanical design foundation course for non-mechenics is researched，and the teaching approaches of emphasizing new content induction，insisting on the combination of practice and theory，and emphasizing cartoon show in multimedia courseware are put forward.

mechanical design foundation;practicality;multimedia animation;agile teaching;teaching method

G642.0

A

1007－0834(2012)01－0061－03

10.3969/j.issn.1007－0834.2012.01.020

2011－11－18

辛榮生(1959—)，男，遼寧撫順人，鄭州大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院副教授，主要研究方向:無機(jī)功能薄膜材料.