基于心智技能培养的机械设计基础教学研究

摘要：笔者在《机械设计基础》教学过程中，发现学生存在理论知识不成体系、知识运用能力差等问题，这些问题是缺乏心智技能的表现，因此，提高心智技能成为提高学生机械设计能力的关键。本文将心智技能培养理论应用于《机械设计基础》教学，提出一种立足于培养学生机械设计心智技能的教学思路，并设计了教学内容及教学模式。

关键词：心智技能；机械设计；机械设计基础；教学研究

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2015）01-0196-02

一、概述

高职教育的侧重点在于学生技能的培养，《机械设计基础》又是一门从理论到实践过渡的课程，因此，其教学评价应该以学生的机械设计技能掌握程度为标准。目前，相关研究表明，高职院校的《机械设计基础》教学普遍存在着学生理论知识弱、动手能力差、知识运用能力差等问题，教学没有能够很好地提高学生的技能水平。机械设计技能属于创造性技能。根据教育心理学的相关理论，创造性技能的获得依赖于心智技能的提高，因此必须在教学中重点进行心智技能的培养，培养学生的创造性思维，提高学生的创造能力以及解决实际问题的能力。

二、心智技能的基本理论

技能分为操作技能和心智技能。操作技能是一种动作技能，由特定的动作方式构成，比如在机械设计的活动中测量齿轮的各种参数、拆装机械装置等。而心智技能是一种思维的技能，是调节和控制心智活动的经验，主要由观察、分析、判断和决策的能力构成，比如在机械设计的活动中计算机械参数、设计机械结构等。心智技能能够指导操作技能的应用。因此，对于《机械设计基础》教学而言，不仅要培养学生的操作技能，还更应该注重心智技能的培养。提高心智技能，可以帮助学生学会分析问题与解决问题的方法，在实际工作中有更高的效率。

三、《机械设计基础》教学中存在的问题分析

目前，《机械设计基础》教学大部分仍以讲授法为主，在教学的过程中，以各种机构设计的理论知识为主要内容进行讲解。由于学生普遍缺乏实际机械结构的工程经验，单纯的讲授方式往往使学生感到茫然不知所措，学生对各种设计理论的适用场景和条件不甚了解，不能真正做到学以致用，在独立进行机构设计任务时会有无从下手的感觉。笔者经过课堂观察、与学生交谈及实训指导等方式进行调查之后发现，学生在独立进行机构设计时存在一些共性问题，主要体现在以下几个方面：

1.理论知识没有形成系统。主要有两个方面：一是先修课程的理论知识没有跟《机械设计基础》联系起来。《机械设计基础》的课程学习，要综合运用到《工程材料》、《工程制图》、《工程力学》、《互换性与技术测量》及《机械原理》等课程的知识，由于这些课程学习时是分开单独学习的，学生在独立进行设计计算时，往往无法运用这些知识，比如不能运用力学知识去校核齿轮、轴及轴承等零件的强度；不能运用互换性原理中的公差知识去设计轴孔配合公差；不能运用工程材料的知识选择零件材料等。二是本课程内各章节知识没有形成有机整体。由于各章节基本上是以机器中不同类型的机构来进行划分的，学生在碰到多机构组合的装置时，往往不知道如何进行设计，比如不知道轴承设计的输入参数应该从轴的设计结果中获取。

2.缺乏查阅资料解决问题的能力。查阅资料解决问题是进行机械设计必备的技能之一。在实际教学过程中，由于教材一般不会强调这方面的知识，学生在这方面的能力相对匮乏。比如在查阅机械设计资料时，遇到图表不能根据横纵坐标查到所需的参数，或者遇到表格不知道表头所指代的参数，遇到新的问题不知道从目录中找到参考资料的位置等。

3.缺乏思考、生搬硬套。学生在进行设计计算时，生搬硬套比较多，机械地套用公式，或者完全按照例题参数进行设计，不考虑自己的设计任务与现有方案的差异，缺乏独立的思考。比如在进行带传动设计时，未直接给出转速（需要用其他参数计算得出），有的学生直接将例题中的转速带入计算。甚至有些学生直接照抄别人的设计结果，数据计算和结构设计都相同。

4.对设计参数缺乏宏观把握。对设计参数缺乏宏观把握主要表现在课程设计的过程中。由于学生缺乏工程经验，对所设计的机构没有在大脑中形成一个宏观的概念，对其尺寸和参数也没有感性的认识，因此在设计出现明显不合理，甚至错误时，不能及时发现，直到设计后期，甚至绘图时才发现问题，已经没有足够的时间修改，影响设计成绩。比如在设计减速器时传动比分配不合理，导致制图时发现结构比例不协调等。

5.制图能力弱。制图能力弱同样是主要表现在课程设计的过程中，课程设计的最后都要求学生把自己设计的装置按照国家标准要求的工程制图样式表达出来，在这一过程中出现了很多问题。主要是因为学生对工程制图的标准掌握不够，比如标题栏格式、零件简化画法、螺纹的绘制、壳体相贯线的绘制等经常出现错误。

综合上述问题分析可以看出，学生在创造能力及设计思维上相对较弱，实际上通过平时作业和操作实践，学生基本都能完全掌握单一零件的设计，比如设计带传动、设计齿轮机构、轴的结构设计等，但却在需要整合运用这些知识技能时出现了问题。这实际上就是因为心智技能的匮乏，因此，培养心智技能是提高学生机械设计能力的关键。

四、心智技能培养在《机械设计基础》教学中的应用

1.机械设计心智技能形成分析。根据冯忠良教授的研究，心智技能的形成是阶段性的，其过程分为原型定向、原型操作和原型内化三个阶段。原型定向阶段以理论知识传授为主，让主体掌握技能操作的原理；原型操作阶段通过实践让主体熟练掌握操作技能，为原型内化奠定基础；原型内化阶段在主体大脑中形成内化的思维模式，使主体能够灵活运用操作技能解决实际问题。

根据上述理论，结合《机械设计基础》教学的实际情况，机械设计心智技能的形成阶段如图1所示。

机械设计心智技能的形成分为三个阶段：掌握基本理论、熟悉常用设计和综合设计计算三个阶段。在整个学期的教学过程整体上按照三个阶段进行划分，同时每个章节的教学同样按照三个阶段进行，甚至具体到每次课都尽可能遵循心智技能形成的过程进行，如此不断反复强化，才能提高心智技能。

在整个学期的教学过程中，掌握基本理论、熟悉常用设计和综合设计计算三个阶段的主要教学内容是：（1）讲授常用机构和通用零部件的工作原理、设计、应用等知识；（2）讲授常用机构和通用零部件的设计步骤，通过课内实训，大作业等方式加以巩固；（3）指导学生综合运用所学知识，独立进行机构设计，总结设计中出现的问题，形成经验反馈。

而在具体某个机构或零件设计的教学过程中也应遵循三阶段原则，教师首先讲授机构或零件的工作原理。然后按照设计步骤让学生动手练习，在此过程中不断发现和改正出现的问题，再通过针对性布置大作业及课内实训进行巩固。最后提出一些设计案例，组织学生进行分组讨论，培养独立设计的能力。

2.教学内容及教学模式。在前述理论研究的基础上，《机械设计基础》的教学内容分为理论教学内容、实训教学内容和讨论教学内容。其中，理论教学内容针对机械制造专业学生必须具有通用零部件和常用机构的初步分析能力和设计能力而设置，对教材中的内容进行简化，重点讲授平面连杆机构、凸轮机构、带传动、齿轮传动、滚动轴承、轴、减速器等内容。实训教学内容与理论教学的重点相呼应，包括平面运动简图的测绘、机构的结构及特性分析、渐开线直齿圆柱齿轮参数的测定、轴系结构设计、机械传动装置的拆除和结构分析、机械创新设计。讨论教学内容则针对常用机构和零件的设计中存在不确定性的部分，例如平面连杆机构、凸轮机构、带传动、齿轮传动、轴等，这些机构或零件的设计往往需要学生在一定范围内去选取参数，经常会让学生不知如何进行，因此进行讨论和总结是有必要的。

五、小结

笔者通过教学实践发现，结合心智技能形成的阶段性理论进行《机械设计基础》课程教学，起到了积极效果，一方面在心智技能培养理论的指导下，教师在教学过程中会注重培养学生的心智技能，另一方面学生的学习兴趣更浓，效果也更好。但由于课时限制、教师经验等因素，教学质量仍有很大的上升空间。在后续教学过程中，仍需要不断地进行尝试和总结，探索更高效的心智技能教学方法，培养出更高素质的高技能人才。

参考文献：

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