谈工业设计专业机械设计基础课程教学
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［摘要］文章先分析了机械设计基础课程在工业设计专业教学中存在的一些困难和挑战，并从顶层设计和系统分析的角度对该课程在佛山科学技术学院的工业设计专业课程体系中的作用进行了定位，并根据定位选取适当的教材对课程内容进行了取舍；然后探讨在课程教学中采用实例教学法，通过几个实例把零散的知识点有机地组合在一起，让学生对该课程的知识有一个相对完整的认识和理解，为以后的设计工作打下基础；最后对教学方法和教学模式进行了探讨。该文作者近几年利用上述教学思路和方法取得了较好的教学效果。
［关键词］工业设计；机械设计基础；案例教学；课程定位；对分易；雨课堂
工业设计专业是我国唯一的一个授予工学学位但又偏重于设计教育的工科专业，其生源是理科学生，其专业既可以开设在机械类学院也可以开设在设计类学院。机械设计基础(机械原理和机械设计)是一门机械类或近机类专业的基础必修课，通过该课程的学习，学生应能初步掌握机械设计中的基本概念、基本理论和基本方法，为其后续课程的学习和设计工作打下基础，因此该课程在整个专业的教学体系中具有重要作用。
一、机械设计基础课程教学现状
工业设计专业在佛山科学技术学院由工业设计与陶瓷艺术学院的工业设计系负责招生和组织教学，该系有3个专业：工业设计专业(授予工学学位，生源是理科生）、产品设计专业（授予艺术类设计学学位，生源是艺术生）和数字媒体专业。除了少数几门课程以外，这2个专业的课程设置基本相同，教学方式也主要采用集中授课（每门课程每周12~16个课时，集中在3~6周内结束课程教学）。某些设计类课程是教师先集中讲授，根据课程进度布置设计任务给学生，学生构思设计方案（作业），教师进行分散辅导与集中讲解，其考核形式以完成设计类大作业和研究报告为主。这种教学方式注重培养学生的形象思维能力、动手能力、创新能力和发散思维，讲授相对较少而单独或分组辅导多，学生相对比较自由，课堂气氛比较活跃。传统的机械设计基础课程教学以课堂讲授为主，最后通过期末考试的方式组织考核，注重培养学生的逻辑思维能力。因此对工业设计专业的学生来说，该课程的学习具有一定的难度，而满堂灌、课堂气氛比较沉闷的教学方式，与其他设计类课程形成了鲜明的对比，学生的畏难情绪和厌学情绪比较多，传统的教学模式面临许多困难和挑战，不得不进行变革。由于面向的学生和专业性质不同，该课程的教学定位及内容等方面必然不同于机械类及近机类专业相同和类似课程，如何结合工业设计专业特点有效地组织教学是需要解决的一个重要问题。
二、机械设计基础课程教学改革尝试
（一）课程的定位从系统思维和顶层设计的角度来看，工业设计专业的教学活动，其目的就是将学生培养成具有优秀的职业道德、全面的人文素质、复合型知识结构、创造性设计思维的设计人才。按照此人才培养方案，学生除了要掌握产品设计的方法和了解在设计过程中必备的相关知识外，还应具有持续学习、独立思考以及设计创新的能力。在佛山科学技术学院的人才培养计划中，机械设计基础是工业设计专业人才培养计划课程体系中的一个重要环节（如图1所示）。机械设计基础课程开设的主要目的是综合运用先修课程的有关知识和技能，通过学习机构和通用机械零件的基本知识和基本设计方法，结合各种教学实践环节进行机械工程应用型知识的基本训练，解决产品设计中的一些简单的力学问题和结构问题，为后续产品快题设计、绿色产品设计、公共设施设计等课程学习以及毕业设计等实践环节打下基础，并为学生今后与机械设计工程师进行有效沟通提供可能。在工业设计专业的人才培养计划中，该课程起着承上启下的作用。从课程要求和内容深广度上看，学生不可能对每个知识点进行深入的学习和掌握，因此我们将该专业的机械设计基础定位为一种通识教育，注重引导学生加深对机械学科相关基础知识的了解和认识，注重知识的应用以及与实际设计的联系，以便能将机械专业的相关知识融会贯通到工业设计的各个方面，为学生的创新设计打下专业基础。
（二）教学内容的设计与组织安排佛山科学技术学院工业设计专业没有单独开设本课程的先修课程即工程力学(理论力学和材料力学)，而一般的机械设计基础仅包含机械原理和机械设计的有关知识。学生如果跳过工程力学相关的基础知识直接学习本课程，不仅使其学习和理解存在一定的困难，而且所学知识也缺乏一定的整体性和系统性。为了便于学生更好地学习理解，该课程内容除了有传统的机械原理和机械设计的相关知识外，还会涉及理论力学和材料力学课程的基本内容。理论力学、材料力学、机械原理和机械设计这4门课程是机械类专业的重要基础必修课，其中任何一门课程一般都不会少于48学时，都是令机械类专业学生头疼且不及格率居高不下的课程。课程内容多、公式原理多且灵活多变还涉及许多实践和实验结果，对学生理工科的基础知识和理解能力要求高。机械原理对空间想象能力和抽象思维能力有较高要求，一直存在学生难学教师难教的现象。工业设计专业中的机械设计基础课程的课堂教学仅为48个学时，要在这么少的学时内完成如此多的教学内容，让学生对此有一个相对清楚的了解，即使是作为一门通识课程，也是一件相当有难度和挑战的事情。根据课程定位，我们没有把传统的工程力学和机械设计基础经典教材作为本门课程的教材，而是把阮宝湘主编的《工业设计机械基础》作为课程教材。该教材包含工程力学和机械设计基础2个部分，根据工业设计的特点对上述4门课程的内容进行了有效整合，增加了许多日用品和家电产品的实例研究。该课程的任课教师主要根据教材组织课堂教学，结合学生的具体情况和章节之间的联系及特点对教学内容进行了有机整合。工程力学部分主要以概念的讲解与应用教学为主；机械设计基础部分以讲授常见机构和装置的特点及应用为主。 教师在课堂讲授的基础上采用了实例教学法，利用一些简单而常见的设计实例，比如台灯、座椅、简易吊车、秋千和书架等日常用品，按照设计流程（如图2所示）完成系统及外观设计后需要进行尺寸、结构和材料等的详细设计，而关于尺寸和结构的知识就是本课程的教学内容。可以按照本课程的教学流程（如图3所示）来解决尺寸和结构问题，即随着教学的推进一步步解决问题，将设计实例贯穿到整个教学中。这样便于将所学的孤立知识点串在一起，形成一个相对完整的知识体系，加深学生对课程内容的理解和掌握以及提高其应用水平。
（三）教学方法的改革任课教师除了利用传统的PPT、动画和视频等开展多媒体教学外，积极探索教学方法和教学模式改革，以适应新的教学形势和要求。比如充分利用对分易和雨课堂的优势合理组织课堂教学，在制作PPT时利用雨课堂设计一些课堂测试用的客观题（主要是单选题、多选题以及判断题），在课堂教学中利用雨课堂播放PPT，学生在手机上也能同时看到PPT，这样就可以根据课程进度随时进行课堂测试（如图4所示），实时掌握学生的学习状况，并针对学生中存在的问题进行及时调整，活跃课堂气氛和提高抬头率与教学效果。教师利用对分易来进行考勤、课堂提问、作业提交以及网络测试（如图5所示）。课前一两分钟利用对分易进行签到，课程教学中利用随机或者点名方式提问并将回答结果记录到系统中，编写了30~50道客观题放到对分易中对各章进行了组卷，在每一两章结束后进行网上课程测试，课中或课后让学生将课堂练习提交到系统中。最后通过对分易和雨课堂系统将签到、提问、作业、课堂测试以及在线测试等分别生成2个平时成绩表，并将这2个表和学生的平时作业成绩进行综合形成最终的平时成绩，作为课程考核的一个重要组成部分。教师在教学中除了利用现代的教学手段外，还根据课程定位以及学时少、内容多的课程特点，对课程内容进行了新的整合，通过几年的课堂教学实践，基本形成了一套相对比较有效的教学方法。其基本教学组织方式如下：利用雨课堂进行课前测试或课堂提问；课堂讲授方式比较灵活多样，根据教学内容的具体特点来选择，如表1所示；布置课后作业和预习内容，并设置相应的问题。
三、结论
机械设计基础课程的任课教师在几个年级的教学实践中逐步对教学内容与教学方式进行了改革，把该课程改为一门以扩大学生知识面、夯实其专业基础为主要目标的通识课程，并根据教学内容的不同分别组织教学。其中所采用的实例教学法，通过实例把许多零散的知识点有机地组合在一起，让学生对整个知识体系有一个相对完整的认识和理解。从学生学习情况来看，课程考试情况、课堂的活跃程度以及抬头率都得到了改善，学生学习的积极性与效果也得到了相应的提高。今后随着实验室建设的进一步开展和实验设备的到位，会在课程外增加一些实验和创新设计单元，进一步加深学生对课程知识的理解和掌握，发挥其主观能动性，增强其解决实际问题的能力和创新设计能力。
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作者：安军 范劲松 单位：佛山科学技术学院机电工程学院
