关于机械基础课程教学方法改革的思考与探讨论文
工科院校所开设的机械基础类课程，对学生打好机械工程技术基础，培养分析和解决问题的能力，尤其是培养工程实践动手能力和机械创新设计能力起着重要的作用。但当前机械基础课程教学方法与人才培养要求还存在着一些不相适应的方面。本文针对机械基础类课程的教学方法改革问题，谈谈自己的思路和做法。
一、当前课程教学中存在的主要问题
机械基础课程在工科院校本科教学中受到普遍重视，从国家机械基础课程教学基地建设，到国家精品课程建设，再到国家教学实验示范中心建设，均突显出机械基础课程的重要性，也极大地改善了课程教学条件，丰富了课程教学资源。但当前机械基础课程教学质量却与之不相匹配，突出反映在当前课程教学理念和教学方法上。
1.从教师“教”来看
机械基础类课程教学现状仍处于以教师和课堂讲授为中心的课程教学模式。一是课堂讲授所占学时比例大，缺少讨论课，重视课堂教学，而忽视课外辅助教学和答疑工作，教师与学生的交流较少。二是课堂讲授还普遍为灌输式讲授，讲得多，讲得细，课堂信息量小，内容更新少。三是教学手段单一，依赖PPT电子讲稿讲授，而粉笔黑板和教具用得很少，课堂互动性较差。由此而导致当前的机械基础类课程教学效果普遍为“教师讲得多，学生接受的少，真正掌握的就更少”。
2.从学生“学”来看
绝大多数的学生仍处于以教材为中心的应试式学习状态。一是学生普遍缺乏主动性，不善于自主学习。二是学习方法普遍沿用了中学应试式的学习方法，主要表现为：平时作业靠参考习题解答完成，缺乏独立思考，讨论少，答疑少;考试靠突击复习，死记硬背，缺乏真正理解和掌握;课程学习仅靠一本教材，最多看一些解题指导书，而很少阅读相关专著和研究文献等。三是学习手段单一，不善于利用课程的各种教学资源进行辅助学习，动手实践环节薄弱。由此反映出当前多数学生还缺乏对知识的真正理解和掌握，知识面较窄，思维不活跃，学习能力不强。
3.从教学资源来看
资源利用率不高。精品课程的优质教学资源还存在着共享难的问题，尚未发挥出应有的教学作用。
因此，从整个课程教学质量现状来看，反映出国内“讲三、学二、考一”的课程教学特点。究其原因，主要是课程教学在教学观念和教学目标上仍停留在知识传授的层面上;课程教学与学习方法则停留在灌输式教学和应试式学习上;教师对待课程教学工作还投入不够。
笔者2007年随校教学考察团，对新加坡国立大学及南洋大学进行了教学访问和考察;2008年去日本东京理科大学参加了双边学术交流活动，并对相关课程的教学进行了了解。加之以前对英国和美国部分高校的相关教学也有一些认识，发现：国内在课程教学硬件条件方面并不差，而课程教学资源建设方面甚至优于上述国家，但在课程教学理念、教学方法和教学效果方面却存在明显差距。他们的教师讲得少，讨论多，并设有专门的讨论课;教师只提供讲授提纲或教案，并指定一些参考书，学生主要靠自主学习，要看很多的参考资料;考试题量大，难度大，主要考核学生的知识面和学习能力。所培养的学生知识面宽，思想活跃，学习能力强，反映了国外“讲一、学二、考三”的课程教学特点。因此，转变课程教学观念，改革课程教学方法，促进学生自主学习和培养学习能力是当前国内课程教学改革的关键，也是提高课程教学质量的突破口。
二、课程教学观念的转变与改革思考
当今经济的全球化，科技进步日新月异，各国间的竞争加剧，综合国力集中反映在知识水平和创新上。尤其是计算机、网络多媒体技术的迅猛发展和普及，使知识传播与更新速度明显加快。这对高校的人才培养提出了更高的要求，不仅要培养学生掌握有扎实和宽广的知识基础，而且更要求培养学生具有自我获取知识的能力和知识创新能力。为了适应这一人才培养的要求，首先要转变教学观念，以此推进课程教学方法的改革。
1.教学理念
应将传统单一知识传授的教学观念，转变为知识、能力、素质加创新四位一体的课程教学观念。从知识教育层面来看，既要让学生掌握课程中经典的、基础性知识，又要融会贯通课程中的分析和解决问题的思想与方法，还要了解本学科和相关学科现代的、先进性的知识和最新发展，开阔学生的视野;从能力培养的层面来看，要着力解决促进学生自主方式学习，加强学生学习能力、实践动手能力及创新能力的培养;从素质教育的要求来看，既要重视学生做人做事基本素质培养，又要加强从事机械工程专业技术的工程素质培养;从创新精神培养角度来看，应着力构建和营造让学生能参与创新设计实践活动或科学研究的教学条件和教学氛围，促进学生的个性发展。基于这一教学理念，机械基础课程教学改革的思路应该是：从系列课程改革出发，进一步明确各课程之间的教学内容分工，通过各环节教学内容协调，加强知识的融合和学生的能力培养;合理设计各教学环节内容与方法，构建理论教学、实验教学、设计训练与工程训练的课程教学新体系，体现“教”与“学”、理论与实践、课内与课外教学相结合的特点，体现四位一体培养的教学理念;强调教师在培养学生学习能力和开发学生创造力潜能上下工夫，促进学生自主学习和个性发展，实现因材施教。
2.教学方法
应将课程教学以教师为中心、课堂为中心和教材为中心的课程教学模式，转变为以教师为主导，学生为主体的教学模式;应将过去课程教学强调教师要“教会”学生的教学方法，转变为要求教师引导学生“学会”，最终达到“会学”的教学方法。这就要求加强教师在整个课程教学中对学生学习的指导作用，建立以课堂讲授为引导，学生课外自主学习和结合讨论与答疑方式学习为核心;以教材内容学习为主导，学生充分利用课程相关教学资源学习为核心;以创新设计活动或科学研究项目为牵引，促进学生自主参与、自主探索研究和自主创新实践学习。因此，教学方法改革的思路应该是：逐步压缩课堂教师讲授的学时比例，增加讨论课，加大实验课学时比例，让学生在讨论、动手中学习，加深对知识的理解和掌握，促进学生发现新问题;加强教师在课程教学中对学生的指导作用，促进教师与学生的交流和讨论;大力推进课程教学与实验资源面向学生的开放使用，让学生能充分利用课程教学资源自主学习。
三、课程教学方法与教学手段改革探讨
改革课程教学方法和教学手段的关键是要改革课堂教学方法，促进学生自主学习，注重学生能力培养。
1.改革课堂教学方法
课堂教学是课程教学中最重要的教学环节，教师的课堂讲授对整个课程教学和学生课程学习起着主导作用。提高教师“教”的质量，关键要改革课堂教学方法，提高课堂讲授对学生课程学习的引导效果，调动学生学习的主动性，同时增大内容信息量，减少讲授学时。
改革课堂教学方法，一要根据课程教学内容特点和学生自主学习的特点精选和组织课堂讲授内容，突出课程内容中分析及解决问题的思想方法，适当引入学科的新发展，开阔学生视野。二要改变以往灌输式、照本宣科式的讲授方法，采用启发式和引导式的.讲授方法。要根据课程教学内容的重点，精心设计出几个主要讲授问题，按照“提出问题、分析问题和得出结论”的讲授层次，形成一环扣一环的讲授主线，要在提出问题的教学设计上下工夫，引人入胜，激发学生思考，产生互动效果。三要将现代多媒体电子教学手段与传统粉笔加黑板和教具手段相结合，辅助于教师的讲授，优化讲授过程，提高讲授效果与信息量。简明扼要的黑板板书，能充分展示教师课堂讲授的要点与主线;教具演示可凝聚学生的注意力，促进学生思考和增强结论可信度;多媒体电子教案可通过动画素材生动形象的进行讲解，增加讲授效果和内容信息量。
例如讲授机械原理“齿轮机构及其设计”一章，共有12节内容。按章节顺序讲授，至少需要8学时，容易导致满堂灌的讲授效果。可换一种讲授方法，先用动画演示让学生了解各种齿轮机构应用、类型及其特点，然后将整章内容归结为三个主要问题讲授：一、直齿轮传动(重点);二、斜齿轮传动(重点);三、圆锥齿轮及蜗杆传动(要点)。针对直齿轮传动重点内容，用板书、教具与多媒体电子教案手段结合，着重讲清直齿轮传动的基本概念、理论及方法，并形成齿廓曲线、齿轮参数、啮合传动及切制变位的讲授主线;而斜齿轮传动和圆锥齿轮及蜗杆传动内容则主要讲清几个要点，采用演化思想将按照同样的主线由直齿轮传动的结论推至，并引导学生得出相应的结论。这样既突出了本章内容的重点和简化分析问题的演化思想及方法，也节省了讲授学时，只需要4个学时即可。之后，可适当补充介绍“侧隙对现代机电产品运动控制的影响及其消除方法”的知识，以扩大学生的视野。
总之，课堂讲授要优化教学手段，讲授内容要简单，突出思想方法，注重学习方法引导，讲授深度要降低，知识广度要增大，课堂讲授理解度达到60%～70%即可，可给学生自学留一些空间。
2.转变学生学习方法
提高学生“学”的质量关键，就是要改变学生应试式学习，促进学生自主式学习。可采取如下改革措施：
(1)创建开放式课程学习环境，提供丰富的课程教学资源，促进学生自主学习。工程实践感性知识是学生学习和理解机械基础课程内容的重要基础。学生借助于课程教学模型、实物，并辅助于多媒体教学课件学习，有助于学生自主学习，提高学习效果。为此，可将机械基础课程理论教学中各种传统的教学资源如教学内容展柜、机构电动模型柜、机械零件陈列柜、教具和实物，自助式课程教学实验台，课外学习参考书和设计手册以及CAI课件、电子教案、网络课程等教学资源集于一室，实施全天开放，使学生能随到随用，又可作为学生课程自修、答疑、讨论、设计和研究等课外学习活动的开放式课程教学环境，成为学生自主学习的“超市”。
(2)加强课外教学环节对学生自主学习方法的引导。对于机械基础课程的学习，第一，要建立学生对机械的感性认识，可作为第一项课外作业，要求学生针对教材学习内容，熟悉课程的各种教学资源，利用教学资源自主动手感知相关的教学模型和实物，并做到模型实物及其名称和相应图形对应认知，打好自主学习机械基础类课程的感性知识基础。第二，设计编制供学生多层次训练的课外作业题目，引导学生学习。以往课程习题或作业题目主要是针对基本理论与方法的验证、理解和掌握练习而设计的。题目来源局限于传统机械制造领域，涉及技术领域面较窄，缺乏实际应用背景和启迪创新的情景说明，不利于学生能力培养。课外作业进行改革，可设计四种类型作业题目：一类是基本练习题目。对传统的练习题目按知识点的理解和掌握训练的要求，经优化精选编排成作业卡的形式，并配有一些引导做题的“想一想”问题，以确保学生对基本内容的理解和掌握的训练，要求学生必做。二类是电算分析与设计题目。针对解析法内容，设计计算机辅助分析与设计大型作业题目，要求学生分组独立编程上机完成计算，并提交分析设计计算报告，培养学生的CAD能力。三类是综合应用题目。从现实生活和工程实际中选编一些具有工程背景的综合性的分析与设计题目，由学生自行设定参数进行分析与设计，以加强学生分析和解决工程实际问题的训练，供学生选做或讨论。四类是开放性创新设计题目。此类题目只给出主题和内容要求，引导学生通过实践调研、观察分析及查阅资料，发现需要解决的实际问题而提出具体的设计题目，其设计目标、设计要求及设计参数完全由学生自行根据实际需要确定，以加强学生创新设计和探索性学习训练，供学生按兴趣选做。第三，加强教师的课外答疑环节，促进和学生的学习交流，了解学生学习状况，帮助学生解决学习上遇到的困难和问题。此做法在启发和指导学生学习方法和创新设计活动等方面效果明显，值得推广。
3.加强学生能力培养
建设多方位的实践教学平台，加强实验教学、课程设计训练和课外科技活动是当前机械基础课程教学改革的重要内容，也是培养学生能力的重要手段。
(1)建设工程设计认知与实验教学资源和环境，丰富学生工程设计感性知识，提高工程素质。我校创建的机械创新设计教学与实践中心收集了内燃机、冲床、自动包糖机、三维雕刻机、工业机器人和汽车等15种典型的传统与现代真实机器，经必要解剖并配之挂图，形成了典型真实机器总体展示，对学生进行机械系统设计认知和机械综合应用设计案例教学;收集了多种实现同一功能而不同传动系统方案的典型实际设计产品，进行机械系统运动方案创新设计实例展示教学;将柴油机和二级减速器等典型机械产品以设计图纸、零件的各道加工工序照片、加工工件实物及工艺卡片等方式进行展示教学，以增强学生结构及工艺过程设计能力;收集了50余种巧妙设计的工具、玩具、家电等产品，形成了机械创新设计实例展示教学，以启迪和丰富学生的创新思维和创新设计技法;建立了机械创新设计模型制作实验室，为学生将自己的创新设计变为模型、实物创造了亲自动手实验的条件。这一教学环境已在学生的工程设计认知直观教学、机械综合应用设计和机械创新设计教学中发挥了重要的教学作用，效果十分明显。同时也加强了机械基础课程之间的教学内容和机与电知识的融合，弥补了理论课教学内容存在的不足。
(2)加强课程实验教学，培养学生用实验技术及方法分析、设计及研究机械的能力和工程素质。可将机械基础课程教学实验分为四种类型：一是机械测绘及认知系列实验。通过对真实机械系统机构运动简图与零件结构图测绘及尺寸参数的识别，达到对真实机械的系统、结构及工艺的认知、表达及性能分析，进而达到进行反求设计的能力，这也是机械基础类实验课必修内容之一。二是机械性能测试综合性系列教学实验。通过用实验测试技术和研究方法对某类机械实验台的运动学及动力学参数测定，以及对机械的工作能力及可靠性等性能测试，以培养学生机械分析、设计和研究的实验技能，属于机械基础类实验课的核心内容。三是机械创新设计实验，能将学生自己的创新设计作品亲自动手制作为实物或模型，可配合机械创新设计竞赛活动开设;四是开放型教学实验，利用学科建设和科研已有实验条件面向优秀学生开展科学研究需要而提供的开放性实验，由学生根据研究项目需要申请开设。机械基础课程实验教学应独立设课，系统训练，应占课程总学时的30%以上。
(3)加强课程设计训练，培养学生的机械综合设计能力。机械原理和机械设计课程设计均为独立设课的实践性教学环节。其中机械原理课程设计应以实用机械系统运动方案设计为内容，侧重学生的机构综合应用和机械系统运动方案创新设计的能力训练。机械原理课程设计题目应具有趣味性和实用性，如“幻觉式游戏机的设计”、“网球训练发球机的设计”等设计题目，供学生选择设计，同时应鼓励学生自选设计题目或结合机械创新设计竞赛选题设计。机械原理课程设计需分散进行，题目需要提前布置，设计指导关键在于教师要调动学生设计的主动性和引导学生进行设计方案的讨论。而机械设计课程设计仍以传统的减速器设计为内容，有助于加强学生对机械工作能力及结构设计的基本能力训练。
(4)开展课外机械创新设计竞赛活动，培养学生创新意识和创新能力。机械创新设计竞赛活动是机械基础类课程第二课堂的教学实践活动，学生从自主选题，到创新设计，再到模型制作，是一个创新实践全程训练的过程。能使学生综合运用所学知识进行机械创新构思、巧妙解决问题和实践动手等能力获得全面锻炼。该活动以机械装置及机电产品的创新设计为内容，由学生自主选题，自主设计完成，而教师主要是辅助答疑和与学生讨论方式进行指导。近年来我校学生完成的机械创新设计作品先后获得全国大学生机械创新设计大赛多项奖励，并申报多项国家发明专利及实用新型专利，极大地鼓舞了学生机械创新的积极性。
(5)采用项目立项研究方法，让部分优秀学生参与科学研究实践训练。以国家级和校级大学生创新实验计划项目为牵引，由学生自主选题、写立项研究申请报告，进行答辩立项，并完全由学生负责实施项目研究和经费支配。学生通过研究鲜活的科学和探求新知识实践活动，有助于学生自主探索研究和创新能力的培养。在研究过程中，学生需要做大量的实践调研和查阅分析相关研究文献，自学和扩展许多相关知识，并要动手做试验，研究能力得到了很大的锻炼，不仅完成了有应用价值的实物作品，而且还发表了论文，申请了专利。
总之，机械基础课程教学方法的改革，应注重学生能力的培养。要引导学生充分利用课程的教学资源与环境，并采用多种学习手段和途径，以自主方式学习;要创造条件让学生在讨论、动手实践和参与创新活动及科研活动的过程中学习，真正有效地提高学生的学习质量，提高学生的能力和素质。
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