张慧云 陈黎丽 李志强 文广 王充 郑向华
摘要：针對“机械设计”课堂教学压力大，学生没有学习兴趣的现象，提出问题启发式小组自学的方法，介绍了该方法的小组学习、实施步骤、提出问题的方法和前提条件。通过问题启发式小组自学，激发了学生学习机械设计的动力和学习情感，锻炼了学生的团结协作能力。
关键词：问题启发式;小组;自学
中图分类号：G642.1文献标志码：A
文章编号：2095-5383（2020）04-0104-03
Group Self-Study Method based on Problem Heuristic
—— Take the Course of Mechanical Design as an Example
ZHANG Huiyun， CHEN Lili， LI Zhiqiang， WEN Guang， WANG Chong， ZHENG Xianghua
（School of Intelligent Manufacturing， Chengdu Technological University， Chengdu 611730， China）
Abstract：
In view of the high pressure in the classroom teaching of mechanical design and students have no interest in learning， the group self-study method based on question heuristic was proposed， and the meaning of group learning， implementation steps， methods and prerequisites for asking questions were introduced. Through the application of this method， the students motivation and emotion to learn mechanical design was stimulated， and the students unity and cooperation ability was exercised.
Keywords：
problem heuristic; group; self-study
“机械设计”是机械类及近机类本科专业重要的一门技术基础课，主要介绍机器机械部分设计的基本知识，重点讨论一般尺寸和常用工作参数下通用零件的设计，包括它们的基本设计理论以及技术资料、标准的应用等。在机器设计过程中，先是进行运动设计，然后把抽象的运动简图转换为工程结构图，根据机械设计理论，保证机器在一定的工况条件下和规定的工作时间内，具有正常的工作能力，设计结果呈现为工程图和技术文件，这是“机械设计”课程所承担的任务。[1 ]提高“机械设计”教学质量，使学生掌握机械设计基本理论和方法，是培养机械设计创新人才的重要的一步。
1 我校“机械设计”教学中存在的问题
1）课程的知识点多，未与实际应用紧密结合。教师在课堂上总觉得该讲的知识点很多，上课期间几乎满堂都在讲知识点，容易给学生造成满堂灌的感觉，学生也觉得在课堂上学习量大，似乎抓不住重点内容。在国家提出“大众创业、万众创新”，要求高校培养具有创新创业能力大学生的背景下，深度改革现有的“机械设计”课程教学方法，对提高我校机械类专业人才的培养质量具有重要的意义。[2]为了让学生更好地掌握“机械设计”课程知识，具备应有的工程实践能力，教师应该对学生进行有效引导，提供给学生多样化的学习途径。教学是一个多因素的活动，课程教学应该从单纯的知识灌输，转变为多管齐下的方式。
2）学生课前预习效果不佳。教师都希望学生在上课之前预习，学生一般会对教材浏览一遍，但学生经常理不出头绪，不知道哪些知识点需要掌握，对教学要求感到很茫然，预习效果不佳，无法引起学习兴趣。如果能对学生的课前自学进行很好的引导和启发，让学生在解决问题的过程中进行自学和讨论，在课前就能对很多知识点自行掌握，这样不仅减少了课堂的压力，而且培养了学生自主学习、自主研究的良好习惯。
2 问题启发式小组自学方法在“机械设计”课程教学中的应用
问题启发式小组自学方法是教师在课堂教学之前，先给学生下发一系列的问题，学生以小组为单位对教师下发的问题进行讨论解决，形成学习报告上交给教师。教师根据学生的学习报告，了解其预习情况，对课堂内容进行合理的设计，使课堂教学重点突出，学生参与性强，形成浓厚的教与学的氛围。
2.1 问题启发式自学建立在小组学习的基础之上
以小组为单元进行启发式自学，小组成员在小组长的带领下，互相讨论和监督，而讨论往往会使人产生灵感，一直解决不了的问题有时经过讨论就会茅塞顿开，学生以小组解决问题能提高学习效率，小组成员之间互相学习，团结协作，从而形成很好的学习氛围。
2.2 问题启发式自学的步骤
问题启发式自学要达到很好的学习效果，要按正确的步骤实施，才会事半功倍。
1）教师首先根据教学计划认真备课，根据一周学生要掌握的知识点对学生提出一系列合适的问题，提出问题时语言准确，学生能准确理解问题的实质，不产生歧义。[3]在教师上课的前一周发给学习小组，并且提供一些相关的学习资料，如果问题比较抽象，可为学生联系实验室和实训基地，让学生到现场实际解决。
2）学习小组收到教师下发的问题以后，组织小组同学解决问题，对于简单直接的问题，可以先行解决，不能解决的进行查阅资料，组织讨论解决，最后形成学习报告上交教师。
3）教师对小組上交的学习报告进行评阅，给出小组成绩。并可以据此了解学生的学情，对课堂设计进行调整。大多数学生能自己解决的问题，减少课堂教学时间;学生难以自行解决的问题在课堂仔细讲解。学生对没有解决的问题有浓厚的兴趣，探究的动力很强，教师在课堂上应特别关注，并注意让与学生产生互动，使“机械设计”课堂形成良好的教学氛围。
2.3 提出问题原则与方法
问题启发式自学是学生根据教师提出的一系列问题，通过阅读教材、查询网络资源、参观实验室和实训场地，对问题进行解答。在这个过程中，学生是学习的主体，教师是引导者。在每次问题发放之前，教师应该做好大量的准备工作，抓住教学内容的重点、难点，梳理出知识点，并据此提出一系列合适的问题，然后发放给学生。问题的提出方式很多，根据一段时间的尝试，总结出以下几点启发式提问的方法：
1）直接提问法
即对学生应该掌握或者了解的基本知识点以问题的方式直接提出来。例如“带传动”这一章，就可以直接提出一些问题，什么是带传动？带传动的组成是什么？带传动有哪些基本类型？V带由哪几部分组成？什么是V带的节宽？也可以提出一些与V带设计有关的基本问题，带传动的失效形式和设计准则是什么？V带设计包含哪些内容？通过对问题的解决，让学生知道“带传动”章节要掌握的基本内容。
2）比较式提问法
比较提问可以使学生对容易混淆的知识点引起注意，推动学生积极思考，通过理解分析，找出实质性的区别，对知识点掌握清楚。[3]如“带传动”这一章中，“弹性滑动”和“打滑”这两个概念很容混淆，可以据此设置相互对比的问题：“弹性滑动”和“打滑”有什么区别？学生小组通过对该问题的理解和探究，弄清楚“弹性滑动”是因为带的松边拉力和紧边拉力不同引起的，并且在带传动中，带的紧边和松边总是存在的，“弹性滑动”是不可避免的，而打滑是因为过载引起的，因此是可以避免的。
3）对查标准、手册、图表设置提问
“机械设计”课程是与工程实践紧密联系的课程，学生必须具备查阅标准、手册、图表的能力。因此可以针对这些能力的训练设置问题，例如在“带传动”这一章中给出带的计算功率和小带轮的转速，让学生选出带型和确定出小带轮的直径，就是锻炼学生正确运用普通V带选型图。齿轮设计中，标准、手册、图表的运用非常多，可以针对性设置一些问题，锻炼学生这方面的能力。机械设计中，精度的保证非常重要，需要学生正确地查表来确定尺寸公差和零件表面粗糙度，例如给出带轮、齿轮、轴等一些零件，提出某尺寸的公差应该是多少？某表面的表面粗糙度应该是多少？告诉学生应该查阅哪些图表来解决这些问题，学生通过解决这些问题，有效锻炼查阅标准、手册、图表的能力。
4）对计算方法设置提问
机械设计中，不同零件的设计有相应的计算方法，计算方法是设计合理性的保证，学生必须掌握这些方法。对此设置相应的问题，引导学生对这些计算方法进行探索学习，例如，轴的直径怎么确定？轴承设计中，选择轴承型号的依据是什么？怎么根据弯曲疲劳强度和接触疲劳强度来设计齿轮？学生通过解决这些问题，对设计中的不同零件的计算方法进行自学理解。
5）提出问题时考虑知识的融合
产品的设计过程是综合知识的应用，除了“机械设计”基本理论和方法以外，还与“材料力学”“工程材料”“机械制造工艺”“公差配合与技术测量”等课程有关，因此在提出问题时，应该考虑知识的融合，使学生把机械设计与其他课程结合起来综合运用，设计出的产品才会更合理。[4]例如加工中退刀槽、键槽、砂轮越程槽等问题，装配中定位的问题，轴承的正反装问题，与密封有关的问题，零部件的布置等问题，都可以引导学生把“机械设计”和其他课程融合起来，培养学生对知识的综合应用能力。[5]2.4 问题启发式自学的前提条件
1）在获取知识的过程中，问题经常会引起求知的欲望，激发大脑的兴奋度。[2]人们经常为了解决问题自觉地查阅资料，和周围的人进行讨论探究，问题解决能获得精神上的成功感和满足感。如果学习目的不明确，往往在学习中感觉收获不大，但是如果带着问题去学习和探究，问题解决以后，也就达到了学习目的。
2）大学生大都是成年人，有一定的理解能力和理论基础，也善于利用现代的一些学习方法进行学习。目前精品教材丰富，网络资源不断更新，相关课程的精品课程有名师讲解，学校的实验室大多已经开放，实习场地也可以进行参观，学生可以利用这些资源解决学习中的一些问题。
3）对问题启发式自学效果进行考核
根据成都工业学院的“机械设计”教学大纲，平时成绩占40%，可以用来对学生的自学效果进行考核。学习小组对教师下发的问题解决以后形成报告，发给教师，教师可以根据解决问题的效果进行评价，给出学生的平时成绩，这样可以激发学生的学习动力和学习情感。
3 结语
问题启发式学习法在新加坡各高校中应用非常广泛，新加坡共和理工学院对所有课程的教学都采用了启发式教学方法，在全世界得到了很好的反响，许多国家都派教师到新加坡学习教学理论和教学方法[6]。成都工业学院“机械设计”课程在以前的期末考试中，卷面不及格的同学多达40%以上，2016级材料科学专业在采用问题启发式小组自学法以后，期末考试通过率明显提高，卷面不及格率降至24.3%。
教师要想提高教学质量，就需要研究教学。[7]培养学生的自学能力是培养学习能力的最高境界，能为以后的终身学习奠定良好的基础。“机械设计”课程通过启发式自学，让学生在教师上课之前解决一些问题，从而减少了课堂的学习压力，形成良好的课堂氛围。学生在自学的过程中，小组之间相互讨论，相互督促，相互理解，激发了学生的学习情感，提高了学生学习机械设计的热情，使学生在该课程的学习中达到了很好的效果，并且增进了学生之间的友谊，锻炼了学生的团队协作能力。
参考文献：
[1]张永安.我国机械设计教学现状的思考及建议[J].中国大学教育，2013（6）：35-36.
[2]文广，王付军，刘平平，等.基于校企合作的机械设计课程教学方式探讨[J].机械设计，2018，35（S2）：316-318.
[3]张红梅，郭刚，屠义强，等.“问题式”教学法在《机械设计基础》教学中的应用[J].机械管理开发，2011（6）：179-180，182.
[4]熊禾根.基于知识融合的“机械设计”教学方法研究[J].中国大学教育，2012（12）：58-59.
[5]董骁健，李帅.浅谈机械制造工艺中的合理化机械设计[J].山东工业技术，2019（5）：11.
[6]刘超群.新加坡以“学生为中心”的教育教学改革之启发[J].交通职业教育，2018（4）：46-47.
[7]郝瑞琴，韩泽光.增强教学魅力提高机械设计教学质量[J].机械设计，2018，35（S2）：261-263.
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