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机械设计课堂教学法
朱可恒,丁晓红
（上海理工大学机械工程学院,上海200093）
摘 要：机械设计是机械类本科生一门重要的专业基础课.在机械设计课程的课堂上,根据学生注意力的变化规律,有针对性地选择教学方法和技术,理论联系实际,进行知识的拓展和融合,提高学生的学习兴趣,从而使学生更好地掌握基础理论,切实提高机械设计课程的教学效果.
关键词：教学方法；学生注意力；理论联系实际；知识融合
中图分类号：G642.41 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）19-0131-02
作者简介：朱可恒,男,上海理工大学机械工程学院,讲师；丁晓红,女,上海理工大学机械工程学院,教授,博士研究生导师.
机械设计是机械类各专业的一门主干技术基础课程,是机械制图、机械制造、理论力学和材料力学等课程理论成果的荟萃,是把数学力学等基础学科的基本知识与实际结合得到的结晶.要想学好这门课程,必须熟悉上述基础学科的基本理论,这对一部分学生来说,还是有一定难度的.因此,如何在课堂上根据学生特征和学习规律等因素,有针对性地选择教学方法和技术,从而使学生更好地掌握基础理论,为更好地运用于实际设计打下坚实的基础,切实提高机械设计课的教学效果,还是必要的和有意义的.
教学方法指“师生为完成一定教学任务在共同活动中所采用的教学方式、途径和手段”[1].前哈佛大学校长博克认为,与教学内容相比,教学方法对于大学生的影响更加深远.“不管今天的授课内容有多么重要,教师也不能假设学生只要来到了课堂,就一定会记住大部分的教学内容.学习结束后学生能记住多少知识、能形成怎样的思维习惯,并不取决于他们选修了哪些课程,而取决于这些课程是如何讲授的、讲授的质量如何.”[2]教学方法多种多样,可以是讲授、辩论、案例教学、动作演练、播放录像、游戏、小组讨论、情景模拟、角色扮演和实验等.传统的高校教学方法讲授所占的比例较大,几乎只有讲授法[3],针对这一情况,本文以机械设计课程为基础,并以该课程中涉及的一些知识点为例,就如何调动学生情绪、提高学生学习兴趣谈一谈课堂上教学方法运用的一点思考和尝试.
一、关注学生注意力的变化规律
专家发现,随着老师讲课时间的变化,学生的注意力也随之变化.实际上,人的注意力在学习最开始的十分钟,是最集中的,也是学习效率最高的,过了十分钟之后,人的精神会出现怠倦,学习效率下降.
了解学生注意力随课堂教学时间变化的规律之后,我们可以在不同的时间节点合理地安排授课的内容,做到善用宝贵的开始注意力高度集中时间,尽力调节中间注意力下降时段,抓住快下课时注意力上升的最后时段.以机械设计课程中带传动一节的内容为例：带传动的受力分析是其中的重点内容之一,应尽量安排在课堂的开始阶段也就是学生注意力最集中的阶段讲解；随着时间的推移,学生的注意力逐渐下降,再加上带传动的受力分析涉及到一定的公式推导,容易让一部分学生倦怠,因此,这个时候要注意调节学生的情绪,使学生的注意力再度集中起来；到了快下课的时间,抓住学生注意力上升的黄金时段,快速统领这节课的要旨,使学生再次加深带传动内容的整体印象.
至于在课堂学生注意力下降的中间时段如何调动学生的情绪,从而提高注意力,可以有很多种方式,比如前面提到的播放录像、游戏和小组讨论等.到底采用哪一种方式,笔者觉得应该根据讲授的内容设计,与讲授内容相关.具体到带传动这一节的内容,我们可以用推导出欧拉公式的数学家欧拉的有关科学史话解决这一问题,讲欧拉的人生遭遇以及是如何在双目失明的情况下为科学献身.这样做不仅有助于调节学生的注意力,还能把思想教育融于教学之中,帮助其树立正确的世界观并陶冶情操.
二、理论联系实际
美国著名教育家杜威说过：最好的一种教学就是牢牢记住教材和实际经验二者相互联系的必要性,使学生养成一种态度,习惯于寻找这两方面的接触点和相互的联系.理论和实际的联系是理论教学中必须遵循的一个基本规律、基本原则,同时也是具体的教学实施中一种基本、常用的手段,教学中的一个重要问题就是要能够科学地把握并有效地实施这一原则和手段[4].
机械设计是一门实践性很强的课程,而课本上主要侧重于理论的介绍.因此,尽量与实际应用联系起来显得特别必要.一方面,可以利用实物图片、动画模拟的零件或机构的运动过程向学生们进行展示,通过图片、声音、动态视频和录像等形式使学生们有个身临其境的感觉和了解.例如在讲齿轮轮齿加工方法的时候,我们把成形法和范成法加工齿轮的现场加工录像放给同学们看.另一方面,在教学过程中讲授基本的理论和观点时,重点讲授清楚理论如何于现实的基础上产生,下工夫讲清理论的来龙去脉,把所讲的理论本身“伸展”开来,在从发生的角度联接现实的同时,还从目的的角度联接实践,真正做到理论与实际的统一.仍然以带传动受力分析中的欧拉公式为例,讲完公式的推导过程之后,不仅让学生们知道欧拉公式奠定了挠性件摩擦的理论基础,还可以联系欧拉公式在现实中除了带传动之外的其他应用,例如在卷扬机、制动器、运输机和钢丝绳摩擦传动等中的应用,同时配一些相关的图片以及应用场合的现场视频.进一步地,可以借用科幻小说家儒勒·凡尔纳在小说《马蒂斯·桑多尔夫》中的描述给同学们设置这样一个场景：已经移去了在两旁撑住船身的支持物,船准备下水了,正在这时一艘快艇出现在人们眼前,原来这艘快艇要进港口,必须经过这艘准备下水的船坞前面.如果这两艘船一条横着,另一条用极高的速度冲过去,快艇一定会被撞沉的.两艘船眼看就要相撞了,似乎已经没有时间,没有方法阻止这场惨剧发生了.突然出现了一个人,他拉住挂在船前部的绳索,飞速地把绳子绕在钉在地里的铁桩上,冒着被摔死的危险,用超人的力气,手拉住绳索大约40秒钟,这40秒的时间,足以让快艇安全地驶过大船,快艇已经脱险了.然后设置一个几分钟的讨论：讨论如何用欧拉公式计算手拉绳索所需要的力,真的需要超人的力气才行吗？这样既可以利用情景活跃同学们的情绪,又能在对船舶带缆这样具体应用的讨论中加深对欧拉公式的理解.
三、进行知识的拓展和融合
机械设计是数学力学等基础学科的基本知识与实际结合得到的结晶,是各个学科的知识相互融合的结果.因此,在机械设计的教学中我们可以适当的进行知识的拓展和融合,这样有助于学生在面对现实问题的时候,进行全面分析、多角度思考以及综合判断,有助于知识的融会贯通.
例如在讲授齿轮传动这一章的内容时,有一个作业题是求外啮合正常齿标准斜齿轮圆柱齿轮的螺旋角的,螺旋角β与法面模数mn和端面模数mt之间的关系为mn等于mtcosβ题中mn等于2,本来通过计算mt该等于2.041,最后可以求出正确的螺旋角.结果有不少同学把mt约等于2,这样一来螺旋角就等于零或π了,显然不对.根据作业出现的情况,我们可以利用高等数学里面的导数和斜率的概念来引导学生理解为什么这么小的数字不能舍掉,画出如图1所示反余弦函数以及反余弦函数导数绝对值在区间[0,1]上的图形,指出在x等于1附近反余弦函数的导数绝对值大、斜率大、变化快,因而输入微小的变化就能引起较大的输出变化.
进一步地,可以利用蝴蝶效应“亚马逊流域的一只蝴蝶扇动翅膀,会掀起密西西比河流域的一场风暴”引导同学们思考非线性现象.最后可以尝试让同学们用马克思主义哲学精髓之一的具体问题具体分析来看待2.041是否能能够约等于2：很多时候,太拘小节会给工作生活带来麻烦,且显得不够大气,但是有些时候,不注意这些小节又可能给个人甚至社会带来很大的损失,到底如何对待,这要求我们时刻用具体问题具体分析的方法指导工作和学习.
四、结语
教学有法,教无定法.在机械设计这门课程的课堂上,只有根据学生特征和学习规律等因素,调节学生的情绪,提高学生的学习兴趣,有针对性地选择教学方法和技术,才能加深学生对理论知识的理解,从而牢固、正确地掌握理论知识,提高运用理论知识分析问题和解决问题的能力,为更好地运用于生产实际打下坚实基础.
参考文献：
[1]顾明远.教育大辞典[M].上海教育出版社,1998：713.
[2]德雷克·博克.回归大学之道———对美国大学本科教育的反思与展望[M].上海：华东师范大学出版社,2008：29.
[3]姚利民,段文彧.高校教学方法改革探讨[J].中国大学教学,2013,（8 ）：60-64.
[4]孙进.教学中理论联系实际问题的研究[J].辽宁工学院学报（社会科学版）,2003,5（5）：71-72.
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