启发式案例教学法在《机械设计》课程教学中的应用

《机械设计》是机械类专业一门重要的技术基础主干课程, 具有很强的实践性和综合性, 也是基础课与专业课衔接的纽带。课程设置目的是让学生能够解决一般的机械工程实际问题, 具备独立设计常见机械机构的能力, 在机械工程专业培养计划序列中占有重要地位。但是, 在《机械设计》课程实际教学过程中暴露出了一些无法回避的问题:课程涉及力学、材料学、工艺学等多个学科领域, 具有概念多、公式多、方法多等特点, 课程学习难度大, 内容枯燥乏味;传统的“填鸭式”教学法在此课程的教学中存在诸多不足, 使学生难以很好地接收专业知识内容;课堂传授的专业知识与实际工程实践差距较大, 导致学生就业后进入状态缓慢;同时, 由于网络的飞速发展, 网络资源为学生提供更多的获取知识渠道, 增强了学习主动性, 与教师课堂教学主导地位不完全相容, 影响了课题主客体的关系。

近年来, 随着教学改革和课程体系建设的不断推进, 对于“如何提高教学质量、培养学生学习兴趣、克服传统教学弊端”等问题逐渐成为教育界关注的焦点。那么, 在《机械设计》教学实践中坚持以人为本, 加强培养创新意识, 要求根据学生的不同特点, 着眼教学各个环节, 运用多种方式着力培养学生的学习主动性, 显得迫切而重要。启发式案例教学法是在案例教学法和启发式教学法有机结合的基础上, 针对具体课程采用具体案例, 以学生为主体, 教师为“发动机”, 激发灵活多样的一种新的教学方法。此方法有利于激发学生创造力, 培养学生分析问题和解决问题的能力, 能够很好地解决《机械设计》教学中存在的问题。

1 实施准备条件

第一, 需要教学实施者改变观念。教师作为一名参与者平等地与学生相处, 尊重学生学习自主性和创造性, 激发学生的求知欲望, 注重培养学生对待科学的进取心和创新意识;第二, 需要有德才兼备的教师队伍。案例式教学对于教师的要求不仅仅是具备专业知识, 而且更加注重教师的品质和教学风格, 要求教师具有开阔的胸怀、谦和、平易近人, 敢于和善于接受学生的不同意见和建议, 同时还要有善于调动学生的积极性, 协调学生沟通障碍的能力。第三, 需要有凸显自由氛围的教学环境。例如教室桌椅呈圆形摆放, 体现出平等、自由交流的氛围特征;要有多媒体教学条件, 提高案例式教学的效率;还要有丰富的图书资料以及先进的网络设施, 确保学生的思维空间得到进一步的扩展。第四, 需要有时代性和科学性的教学案例, 学生从案例中学习总结知识, 所学的知识反过来又具有极强的实践指导性, 加强学生记忆, 符合社会现实需求。第五, 需要教学主管部门的系统化管理和指导, 建立实践性教学的激励机制。

2 在理论教学中的应用

在《机械设计》理论学习过程中, 主要介绍一般通用零部件 (齿轮、轴、轴承等) 的基本设计理论与方法, 涉及到许多抽象的概念和公式, 内容较枯燥。传统的以教师为中心的填鸭式的教学模式, 教师教什么, 学生就学什么, 使学生完全处于被动地位, 课堂气氛不活跃, 往往影响了教学效果。

运用启发式案例教学, 教师可通过案例组织学生, 根据提出的问题进行分组讨论来进一步说明、分析有关理论, 提高学生对于机械设计课程知识的感知度和理解程度, 激发学习情感和思维能力, 使学生对课堂上学到的知识, 形成理性认识和学科认知。例如, 在讲授轴类零件设计时, 可根据轴的受载情况分为心轴、转轴和传动轴, 对应地将学生分成三组, 首先要让每组学生课前查阅资料, 了解各自类型轴的定义、应用场合以及零件的基本参数、运动特性及条件、失效形式、受力分析、强度计算、设计步骤、结构设计等等, 总结出每种轴与其它两种轴的相同点和不同点, 因为每种轴的设计思路相同, 但是设计方法不同, 要求学生根据各自的任务, 从定义·应用·设计掌握每个环节的知识点。同时, 通过对比其它组任务, 也了解另外两种轴的设计, 达到举一反三、融会贯通的效果。教师在此环节中始终充当辅助的角色, 划定讨论议题的界限, 把握解决问题的节奏, 起到“抛砖引玉”的作用。

通过把启发式案例教学法引入《机械设计》课堂教学中, 一是可以让每个学生都动起来, 克服传动课堂教学中“老师讲, 学生听”的惰性氛围。二是让学生理解机械零件的设计是以工程应用背景为依据, 合理运用力学、材料学等学科的相关知识, 通过完整的设计步骤来完成零件设计。三是打破固有观念, 建立以学生发现问题、解决问题为主导, 教师配合、指导为辅的教学模式, 加强学生的主人翁地位;四是把每个重要知识点作为工程实践教学, 让学生切实感受到课堂教学“来源于工程, 服务于工程”的指导思想, 增强学生学习的学科认同感;五是培养学生的团队合作意识, 每组只有一个任务, 要在所有人共同努力下完成, 做到资源共享、优势互补。

3 在实践教学中的应用

《机械设计》实践教学中的课程设计是培养学生机械设计能力的重要实践环节, 常规做法是:理论课堂教学完成后设计减速器。课程设计题目单一, 限制了学生自主设计的思维空间, 难以发挥学生主观能动性, 不利于创新能力的培养。

为此, 课程设计可结合教师承担的工程项目展开, 选取比较典型的机械传动机构 (包含轴、轴承、轮系等基础零件) , 例如, 在升降横移式立体停车库的传动机构设计中, 涉及到轴、链轮、齿轮、轴承及轴承座等零件的设计, 老师可给学生提供工程设计的一般流程。首先, 让学生先查资料清楚传动机构的工作原理, 适当地引入现代工程上采用的创新设计理论、优化设计理论、有限元设计和可靠性设计等理论, 用SOLIDWORKS、MDT等软件对执行机构和传动机构进行运动分析的方针及方案比较, 采用有限元设计方法对轴系零部件进行强度计算、刚度计算等。然后, 根据工况确定电机的最大额定功率, 结合系统速度给定范围, 得出齿轮减速比和轴的最大扭矩, 从而完成各部件的计算和设计工作。这些方法减少了学生的设计计算量, 提高了设计的准确度和精确度, 大大提高了学生的空间想象力, 激发了学生进行创新设计的兴趣。

在实践教学中运用启发式案例教学, 一是增强了课程设计的实践性、趣味性和课堂教学的理论性、严谨性相融合而互补, 以起到激发学生兴趣, 调动其学习积极性的作用;二是学生能主动领悟知识, 让学生切身体会到理论知识与实际应用的联系与差距;三是结合教师所承担的科研项目, 避免了学生以往单纯的从书本、网络上抄袭, 提高了学生的创新能力;四是通过课程设计中的实际案例, 让学生有了接触工程实践的经历, 增加了学生择业时的目的性, 减少了学生毕业后走向工作岗位时的盲从。

在《机械设计》教学实践中引入启发式案例教学法, 是高校教学改革的一个微小环节, 也是一个不断总结、不断探索的过程, 它是设置此专业课程高校所面临的共同课题。启发式案例教学法旨在培养学生创新意识, 以人为本, 推进素质教育。启发式案例教学并不是全盘否定已有的教学方法, 也未必适用其它课程教学, 没有一定的模式, 其目的就是要提高学生的学习兴趣, 引导学生积极思维, 培养学生的创新能力, 为培养新世纪需要的工程技术人才奠定基础。

摘要：《机械设计》课程涉及多个学科领域, 学习难度大, 传统的教学方法难以达到理想的教学效果。在《机械设计》课程的理论教学和实践教学中引入启发式案例教学方法, 对于提高学生自主学习能力, 增强学生创新意识具有很好的意义。

关键词：机械设计,启发式案例教学,教学改革