工程案例教学在机械设计教学中的应用

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摘要：通过分析高校机械设计课程的特点、任务和作用，并结合工程案例的特点，制定出机械设计课程工程案例教学的步骤，并结合教学实践以升降机为例讲解工程案例教学在机械设计教学中的实施过程。通过教学实践表明工程案例教学效果很好并可提高学生三个方面的能力，即有利于提高学生理论联系实践的能力，有利于提高学生分析、解决问题的能力，有利于提高学生机械创新设计能力。

关键词：工程案例教学；机械设计；应用

作者简介：于克强（1978-），男，黑龙江海林人，黑龙江科技大学机械工程学院，讲师；陈国辉（1979-），男，山东烟台人，黑龙江科技大学机械工程学院，讲师。（黑龙江 哈尔滨 150022）

基金项目：本文系黑龙江科技大学教学研究项目（项目编号：JY13-66）的研究成果。

中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）19-0080-02

机械设计课程是高等工科学校机械类本科专业的一门主干技术基础课，是学习专业课程和从事机械产品设计的必备基础。它对后续相关专业课程的学习起到了承上启下的作用。本课程以机械系统设计为主线，打破传统机械原理课程和机械设计课程的界限，从认知规律出发进行教学内容和实践环节的整合与提高，使基本机械设计知识完备，突出创新设计和现代机械系统总体方案设计的训练。机械设计课程的培养目标是通过课程的学习使学生具有较强的机械创新设计能力、工程实践能力。机械设计课程和其他先修课程最显著的区别是实践性非常强，绝大多数内容与生产、生活实际密切相关。因此很多内容只有结合工程实际的案例讲解才能达到好的教学效果。

一、工程案例教学的特点

工程案例教学的最显著特点是利用工程实际、日常生活实际中典型机械或典型机械的零部件作为讲解相关机械设计内容的一种案例，然后通过案例提出问题，引导学生分析、讨论，最后由教师总结，达到使学生牢固掌握相关内容的目的。在引导学生学习知识的同时给了学生充分的自由，促进了学生的主动性，学生成了教学活动中的主体，改变了教师讲、学生听的传统的以教定学的教学模式，创造了学生主动参与、自主合作、探索创新的新型的学习模式。工程案例教学的特点总结起来有三个特点，即：直观性、典型性、系统性。[1]

二、工程案例教学在机械设计教学中的应用

1.机械设计课程工程案例教学的步骤

（1）工程案例教学前期准备阶段。前期准备阶段包括教师的准备工作和学生的准备工作两个方面。教师的准备工作是精选工程案例，认真了解学生的背景与学习状况，教师在学生学习过程中营造适于讨论的教学气氛，制定工程案例教学进行的计划，并且对于工程案例教学法进行的模式、应该注意的事项以及学生可能会有的反应应事先做好充足的准备与规划。另外，教师应提前给学生列出一些思考题，让学生有针对性地开展准备工作。学生的准备工作是学习前熟悉案例相关的知识点、阅读案例材料，查阅指定的资料和读物，搜集必要的信息。学习中要参与案例的讨论，积极思索，初步形成关于案例中的问题的原因分析和解决方案，学习后要能与同学分享学习的心得。

（2）工程案例教学讨论阶段。讨论阶段包括班级小组讨论和班级集中讨论两个过程。班级小组讨论是将学生划分为几个小组，小组成员要多样化，这样他们在准备和讨论时表达不同意见的机会就多些，学员对案例的理解也就更深刻。通过小组讨论明确小组成员各自的任务，小组成员以自己有效的方式组织活动，教师不进行干涉。班级集中讨论是工程案例教学的中心环节。一般按摆事实、找问题、查原因和做决策这几步进行。[2]班级所分的几个小组各派出1个代表陈述本组对案例的分析和结论，发言时间控制在10分钟，每个小组发言后都应该解答其他小组提出的问题。在课堂讨论结束前，教师要结合课程教学的内容说明该案例所涉及的课本理论，还应就教学目的进行讲解说明，并就有关要点归纳总结。

（3）撰写总结报告阶段。总结报告是学生根据讨论的结果和教师最后总结的内容写一份总结报告。总结报告内容一般由设计思路、基本步骤、得出的结论等构成。

2.机械设计课程工程案例教学的应用

案例是实施案例教学的前提条件之一。案例选择要围绕课程教学目标和专业培养方向，并考虑学生的现状和特点。[3]下面就以机械设计课程中的锥齿轮部分教学实例说明工程案例教学在机械课程中的应用与实践。

齿轮传动部分内容是机械设计课程中非常重要的部分，在以往内容的讲解过程中直齿轮和斜齿轮部分学生理解起来相对容易一些，但是锥齿轮部分由于应用相对较少，而且结构相对复杂，所以学生对锥齿轮的内容掌握有些困难。

（1）前期准备阶段。案例选用以往完成的项目中升降机部分为例。该装置是摇动手柄通过锥齿轮将水平运动变为竖直运动，然后通过梯形螺旋机构来使上端转台上升或下降。升降机部分平面图见图1。

授课班级为机电1班，班级共35人。班级大部分学生学习很认真，中等生占70%左右。根据班级学生学习情况将班级分为5组，每组7人，让学生主要针对机构中锥齿轮的工作情况讨论锥齿轮的结构、特点、定位、安装注意事项以及轴交角的作用等内容。在讨论前给学生提出两个思考题：若由安装或制造误差导致两轴心线不垂直即两锥齿轮轴交角∑≠90゜怎么处理？水平轴为什么设计成锥齿轮轴的形式而不是设计成用键联接的形式？另外，让学生预先了解该装置的工作原理和结构特点以及锥齿轮在装置中的作用，并准备好工具进行拆卸升降机。

（2）讨论阶段。首先进行小组讨论阶段，每个小组选出一个组长负责管理，小组里每个成员都要发表意见，针对不同意见进行讨论，然后由组长再进行整理总结拿出最后意见和结论。班级集中讨论阶段主要是将班级的这五个小组集中在一起，让他们每组的组长阐述本组的意见和结论，找出其中的相同点和不同点。对于不同点再进行讨论得出最后的结论，并记录讨论过程。讨论后教师针对讨论情况作出归纳总结，并在此基础上详细讲解有关锥齿轮传动的理论知识。

（3）撰写总结报告阶段。学生根据讨论的过程记录、讨论的结果和教师最后总结的内容写一份包含设计思路、基本步骤、得出的结论等内容的总结报告。

3.工程案例教学方法应用注意事项

（1）好案例是提高工程案例教学效果的基础和前提。在选择案例时一定注意案例的内容和机构要与授课内容紧密相关，且原理和结构简单，学生容易理解，最好是能使学生感兴趣的案例，这样能激发学生的学习兴趣。

（2）工程案例讨论要注重过程。学生由于学习成绩的好坏或对相关知识的掌握程度不同，所以对案例的分析程度和结论会有很多不同点，教师应做好启发、引导学生，营造轻松、和谐的课堂氛围，消除紧张心理，使学生大胆参与案例分析、讨论。特别要注意的是在学生对案例进行分析、讨论过程中，即使学生的分析、回答是错误的，教师也不应急于纠正，而是尽量让学生自己通过讨论、分析得出正确的结论。

（3）要针对讨论过程进行评价。案例分析过程的评价要主要针对讨论过程进行评价，而不能只从最后的结果得出评价结论。主要是针对学生讨论过程中发言次数、认真思考程度、对知识的掌握程度和最后总结报告等内容进行分项打分，最后得出总成绩。

三、工程案例教学在机械设计教学中的意义

工程案例教学引入很多科研项目和工程上的一些应用实例。这些都是和所讲内容密切相关的案例。通过案例分析不仅可以提高学生对所学知识的理解能力，而且可以提高学生分析问题解决问题的能力，帮助学生活学活用所学的知识。

工程案例教学提供了一个轻松、和谐的课堂氛围，而且为学生提供了一个陈述和表达自我思想和观点的机会。学生们在所有案例讨论中了解到所学知识的一些工程应用，无疑对他们将来的职业生涯会有很大帮助。

工程案例教学改变了以往教师一言堂的形式，激发了学生的学习兴趣，提高了教学效果。

四、结束语

教学实践表明，工程案例教学缩短了理论教学与生活实际的差距，把抽象的理论具体化，并可实现三方面能力的提高，有利于提高学生理论联系实践能力，有利于提高学生分析、解决问题的能力，有利于提高学生机械创新设计的能力。通过在黑龙江科技大学机械设计课程的教学实践，表明工程案例教学的融入大大提高了学生的学习兴趣、学习成绩和实践动手能力，在学校举办的慧鱼大赛中学生也取得了骄人的成绩。

参考文献：

[1]金晓怡.机械设计课程案例教学的研究与实践[J].机械制造与研究，2011.6（3）：73-76.

[2]陈建.案例教学法在三维机械设计软件教学中的应用[J].考试，2007，2（7）：119-120.

[3]辛绍杰.案例教学在机械原理课程教学中的应用研究[J].中国校外教育，2010，8（8）：216-217.