Applying problem-based learning in the series course of machine design
Zhang Liyan, Zhang Youchen
Beijing university of chemical technology, Beijing, 100029, China
Abstract: In training on students' comprehensive design ability, engineering practice ability and innovative designing ability, the courses of principle of mechanic and machine design play an important role. However, traditional teaching methods restrict this effect. Applying problem-based learning in the courses is suggested in the paper. The implementation is discussed, which is setting problems from major field, course project, innovation activities and experiments.
Key words: engineering quality; Problem-Based Learning(PBL); principle of mechanic; machine design
工程素质包括工程知识、工程意识和工程能力等，这些都是工程技术人员必备的素质，也是高校工科教育的重点之一。适应新时期的要求，机械类专业的学生应该具备的工程能力包括综合设计能力、工程实践能力、创新设计能力，机械设计系列课程在这些能力的培养中起着至关重要的作用。一般机械设计过程分为4个阶段：产品规划、方案设计、技术设计、生产施工，它是一个相互关联的整体过程。其中方案设计阶段包括功能原理设计、执行机构的选型与构型、方案分析与评价、绘制机构运动简图等，这些内容主要在机械原理课程中讲述；技术设计阶段用到的零件强度设计、结构设计，主要在机械设计课程中讲述；在设计过程中用到的创新技法在机械创新设计中讲述。这些课程的内容琐碎、繁杂、工程背景强，在传统教学中，教师虽然很认真、很辛苦地讲解每个知识点，但学生却对所学知识模糊不清，不知道该如何应用。
基于问题式学习(Problem-Based Learning，PBL)是通过提出问题，引起学生的兴趣，进而展开学习的一种教学模式，强调将学生置于精心设计的问题情境中，通过共同解决实际问题学习相关的知识，形成解决问题的技能，培养理论联系实际的自觉性以及主动学习的能力，最重要的是激发学生的创新意识及创新能力。
1 基于问题式学习的教学理念
在传统的教学理念中，过分强调知识的传授和灌输，将学生的学习过程看作是对外部刺激的被动反应，忽视了学生自主学习能力及创新能力的培养。基于问题式学习的教学模式，通过精心选取实际工程问题，激发学生的兴趣，引导他们主动思考，探究问题背后的理论知识及解决方法。这种教学模式，将教学过程的主体由教师转变为学生，充分调动学生的自主学习能力，给学生提供更宽松、更广阔的思维空间，由此激发他们的创新意识，培养创新能力。当然，教师的指导作用也不容忽视，首先要分析教学目标，提出问题，启发引导学生解决问题。在教学过程中为学生树立机械产品设计的整体意识和工程概念，强调揭示各部分之间的联系及在工程设计中的应用。
2 设计问题环境
2.1 树立产品设计的整体观念和工程意识
上好绪论课十分重要，在机械原理绪论课中，笔者以一个典型的工程机械产品为例，讲解机械产品设计的全过程，提出问题，布置任务。例如，以包装机为例，通过功能分析，分解动作，提出动作如何实现？运动如何实现？可以在课堂上提问，让学生大胆想象；然后将这些问题作为课后作业，让学生查阅相关资料，写出认识机械的读书笔记。同时，教师将此实例贯穿于整个教学活动中，通过装料机构的实现引出连杆机构的设计，由热封机构的实现引出凸轮机构的设计，还包括机械设计课程的中齿轮、轴系部件、带传动、螺栓连接等。这样，学生在学习各部分内容时，就会有整体概念，知道这部分内容在产品设计中的作用，树立正确的设计观念，另外，也消除了学生由于缺乏工程背景而对机械设计产生陌生感和恐惧感，从而尽快熟悉一般机械设计的方法、步骤，提高学习的主动性、积极性。
2.2 根据专业方向设置问题环境
在教学过程中，教师提出的问题应结合学生的专业方向，这样不仅能激发学生对本专业的兴趣，有利于以后的学习，而且能更早、更快地走进实验室，接触专业教师，培养工程意识。例如，结合注塑机中的合模机构，提出如下问题：注塑机对合模机构有哪些要求？常用的合模机构有哪些？能否提出其他实现方法？学生通过查阅资料，到专业实验室观察，互相讨论，在认识了专业机械的同时，会产生很多疑问，他们带着这些疑问回到课堂中，教师因势利导，引出连杆机构的动力特性、死点、增力机构等。
以螺杆挤出机的发展为例，笔者设计的教学过程为：通过让学生了解螺杆挤出机的发展历史，以案例的形式分析在其发展中使用的创新思维及技法。学生通过查阅资料及专业书籍，向专业教师请教，发现了从单螺杆到双螺杆、从定螺距到变螺距等发展过程，总结了其中的创新技法。2.3 将验证性实验转变为设计性实验，学生自己发现问题
传统实验项目中包括很多验证性实验，课堂上，教师先讲解基本原理，然后到实验室验证，学生做实验的兴趣不大，收获也不大。在机械原理中，齿轮根切是学生较难理解的部分，我们将范成实验教学进行了改进，先让学生自学齿轮加工一节，自己设计实验，通过加工不同齿数的齿轮，自己发现根切的问题，找出其原因。学生自己先做实验，对所学的知识有了直观认识，激发了学习兴趣，再回到课堂上学习，就会对新知识深刻理解而且容易掌握。
2.4 结合课程设计提出问题
将实践教学环节与课堂教学紧密结合，会产生事半功倍的效果。课程设计是学生综合应用学过的机械基础系列课程知识，解决工程设计问题，它最贴近工程实际，是培养学生综合设计能力、创新设计能力的重要环节。为了培养学生机械产品设计的整体意识，我们已经将机械原理和机械设计的课程设计合二为一，学生需要完成从产品的功能分析、原理实现、执行机构的选型构型，到传动方案的制订、传动零部件的强度计算、结构设计的机械产品设计全过程，再到编制计算说明书，绘制机械系统运动方案简图、传动部件装配图、典型零件工作图等全过程的学习。这样带来的问题是间隔时间长，学生在前面学习的知识有的忘记了，再加上没有现成的步骤可以参考，等靠现象严重、前松后紧，质量难以保证。针对这种情况，我们将课程设计题目作为问题提前布置给学生，前面提到的包装机就是我们课程设计的题目之一。在课程开始时，学生就明确了课程设计的任务，要解决的问题，授课的过程变成了解决问题的过程。学生学习的积极性被调动起来，提问的多了，提出的想法也多了，达到了预期的目的。(责任编辑：南粤论文中心)转贴于南粤论文中心: http://www.nylw.net(代写代发论文_毕业论文带写_广州职称论文代发_广州论文网）