用双手带动大脑

机械设计作为机械专业的一门重要课程，承担了让学生了解专业研究对象、掌握机构运动基本原理的任务。作为机械专业的专业基础课，机械设计要为后续的专业课打下坚实的基础，现在本科的机械设计教学都以课堂教学为主，单纯的教师讲解较枯燥，学生即使掌握了知识也只是纸上谈兵，面对实际机构的分析还是无从下手。

传统的课堂教学以教师讲授为主，单一的教学模式使学生容易感觉枯燥，上课注意力不能集中；特别是近机类专业的学生，机械设计这门课对他们来说就更抽象和枯燥。作为一门对象感、应用性很强的课程，如何提高教学质量，本专业的老师们作了一系列教学尝试，将课堂搬进实验室，让机构走进课堂，把课堂的主体让给学生，把单纯的教师讲转变为主要是学生动手做。结果表明，这样的结合实践的教学使学生不再感觉枯燥，自身的参与提高了学生的学习热情，加深了对专业知识的理解，教学效果显著。

在教学改革实践中，针对机械设计的每个章节，至少设计一次学生参观或者做实验的环节。其中，机构的运动简图及自由度的计算、平面连杆机构、凸轮机构、带传动、联轴器和离合器这些章节的实践环节主要以参观实物机构、零件为主；齿轮机构、轮系、轴及轴毂联接、轴承等章节安排了轴系搭建、减速器拆装等实践环节。下面就针对轴系搭建和减速器拆装如何配合课堂教学进行介绍。

机械设计这门课程主要介绍了几种典型传动机构和通用零件，其中轴系零件是很重要的一块内容，而轴系的结构设计又是这章的重点和难点，以往教学会给学生一些轴系装配图改错，学生只会单纯地记忆这些易错点，对为什么错可能根本不理解，例如，零件缺少周向固定的错误，如果直接对照轴系实物讲，联轴器忘了用键联接，学生就能通过转动轴，发现联轴器无法同步运动，这样既直观又加深了记忆。本教研组在这个环节上设计了轴系的搭建实验，让学生自己动手搭建一个轴系，教师点评，学生一直改到轴系正确为止。

图1 轴系试验箱

图2 轴系搭建实验

在这个过程中，学生会直接感受轴承是怎么运动的，怎么选择的，轴上零件是如何安装、定位的，这样，上课讲的那些理论会直观地呈现在学生面前，教师讲一节课，不如让学生自己动手十分钟来得效果好。理论只有被应用了，才能被理解。

而且，学生在搭建过程中会犯错误，通过教师点评，自己改进结构，自然而然地就会运用课堂上所讲的理论知识，或者通过其他途径查阅资料，学生在参与过程中能更深刻地理解轴系结构设计的要求，加强记忆。而且轴系的结构多种多样，遇到的问题不尽相同，这样充分调动了学生参与的积极性，锻炼了他们解决实际问题的能力，解决了以往教师在讲台上讲，学生在下面打瞌睡的问题。

此外，几十个学时的机械设计讲完之后，如何将这些机构和零件的章节全面联系起来，形成知识体系呢？这就要靠一个具体的、典型的机器展现。本教研组选取了减速器为对象，在课程结束后，让学生拆装减速器，实现知识的整合。

减速器里包括课程里讲的齿轮、轴系、轴承这些典型零件，学生通过拆减速器，可以了解一个具体机器的组成，感受轴系和齿轮、轴承的运动，拆完后要求学生再复原减速器，学生就需要调用机械设计的知识，进行安装、调整。在这个过程中，零件的安装、拆卸、定位、固定和润滑密封等知识都得以展现，有些知识点可以让他们具体感受，比如：转动齿轮感受齿轮的啮合，锥齿轮为什么要锥顶重合才能正确传动，上下箱体联接为什么用螺栓不用螺钉，这些问题都可以通过观察得出结论；有些比较难以讲解的，比如：在轴系改错中，为什么轴承是脂润滑的时候要用挡油环，挡油环装在什么位置？润滑和密封方式如何选择？为什么减速器箱底不是一个平面？对照减速器，这些问题都可以化抽象为具象，将理论转为应用。

图3 减速器拆装实验室

图4 减速器拆装实验

另外一些章节，可以设置讨论题，积极调动学生的参与性。比如，绪论里综合介绍部分，可以设置讨论题，让学生在零件机构陈列室里找出十种零件，写出它们的常用材料和功能；平面连杆机构这章，可以要求学生结合生活经验列举一些四杆机构的实例，如抽水机、牛头刨床、雷达俯仰机构等。这样才能把理论联系实践，枯燥变得生动。

现在的工作岗位对于学生的创新性要求很高，如何培养学生的创新精神，这是众多学校都在努力探索的。针对这个问题，对于部分对机械设计感兴趣、学得比较好的学生，本专业新开设了后续选修课程——机械创新实验。在实验课程教学中，给学生提供各类零件，让学生通过自己搭建机构，实现预定的运动，并结合pro-E对机构运动进行仿真。这个实验课程可以让这部分学生有更多动手的空间，发挥创新性，对机械设计课程是很好的延展。

图5 机械创新实验

图6 教师指导创新实验

通过一系列机械设计教学改革措施，使机构走进课堂，理论融于实践。我们发现，只有调动学生动手参与才能让枯燥的机械专业知识更易于掌握，告别纸上谈兵，使知识学有所用，这样的教学才真正适合学生。