罗霜 冯莉
重庆交通大学交通运输学院，重庆，400074
摘要：深入分析了机械设计基础课程面临的问题，提出了三条改革措施：设立奖励机制，增加参与者的平时成绩；走下三尺讲台，拉近师生之间的距离；合作学习，以问导学。以齿轮传动设计为例，对改进的教学模式进行了详细分析。结果表明，该方法明显提高了学生的课堂参与度和积极性，加深了学生对课程知识的印象，使其收获颇丰，提高了课堂效率。
关键词：机械设计基础；奖励机制；走下讲台；以问导学
课堂应当强调学生的主体地位，在学习的过程中，理应将学生的学习化被动为主动，让学生在课堂中发现问题、解决问题、发展思维并提升综合素养[1]。长期以来，《机械设计基础》[2]课堂以灌输式教育为主，忽略了师生之间的课堂互动以及学生对知识的直接体验，普遍存在无问、空问的现象，导致学生在课程结束之后转瞬即忘、毫无收获。为了提升课堂效率，机械设计基础教学改革需要坚持学生的主体地位，坚持教师的支持者和引导者身份，以学习为中心，以问题为导向，以问题促进学习。
1 《机械设计基础》教学中的问题
此次的研究对象为重庆交通大学汽车服务工程专业2019级1-4班的学生，共96人。通过其他老师的课堂情况反馈、笔者在前几次教学中的观察以及积极地与学生进行沟通可以发现：第一，只有前面三排的学生上课认真听讲并不时和教师进行互动；第二，后排学生课堂抬头率不高，几乎不参与互动；第三，尽管部分学生知道问题的答案，但是不愿发言；第四，课程难度较大，随着上课时间的推移，学生开始跟不上节奏，学习专注度下降；第五，课后，学生对课堂内容记忆不深，感觉没学到知识。
2 问题破解方法
针对上述问题，笔者制定下列方法以破解上述问题：
（1）设立奖励机制，增加参与者的平时成绩。对每次上课主动参与互动、或被抽点答题且回答正确的学生记录一次课堂活跃情况，并予以增加平时成绩附加分。
（2）走下三尺讲台，拉近师生之间的距离。知识点讲授的过程中不能一直站在讲台上，时不时地走下讲台、走进学生，在教室过道中来回走动，这样不仅能拉近教师与学生之间的距离，还能对不听讲的学生起到震慑的作用，刺激他们参与到知识点的学习与课堂互动中来。
（3）合作学习，以问导学。在知识点讲解，特别是例题讲解时，充当指导者、帮助者和参与者，引导学生独立思考，挖掘题目信息隐含的知识点，分析根据已知条件所能求解的未知参数和答案。
3 齿轮传动教学实例
下面以重庆交通大学《机械设计基础》齿轮传动为例，进行具体分析。
在齿轮传动设计计算时，需要根据齿轮模数和齿数计算齿轮分度圆直径和中心距等参数。尽管学生之前学习过齿轮机构相关内容，但通过课前沟通得知，学生对渐开线正常齿外啮合标准直齿圆柱齿轮的几何尺寸计算几乎忘得一干二净，因此在讲述本章内容前，需要对前述相关知识点进行复习，以唤起学生对该部分内容的记忆，避免学生跟不上节奏而不认真听讲或降低学习兴趣。
齿轮传动的章节目标在于教授学生如何根据已知条件设计一对传动齿轮，因此，下面以“齿轮传动设计计算方法”例题教学为例展开讲述。例题是前述所学知识的串联和综合应用，在讲解例题前，根据《机械设计基础》教材的顺序，依次讲授轮齿的失效形式、设计准则、材料和热处理以及弯曲强度和接触强度的计算。前面三个知识点属文字性叙述，理解性的内容不多，重在记忆，即使基础薄弱的学生也能快速掌握；强度计算部分内容包含公式推导，具有一定逻辑性，但学生只需要记住最终的强度校核公式和设计公式，难度系数不高。
例题：某两级闭式直齿圆柱齿轮减速器用电动机驱动，单向运转，载荷有中等冲击。高速级传动比i＝3.7，高速轴转速n＝745 r/min，传动功率P＝17 kW，试计算此高速级传动。已知小齿轮和大齿轮材料分别为40MnB和ZG35SiMn，且均采用调质热处理。
笔者在例题讲解时，不采用传统灌输式教学方法，而是通过师生互动交流探讨的方式，一步步引导学生完成设计计算。
读完题目之后，笔者走下讲台，在学生中间来回走动，以敦促他们参与到例题学习中来。并在几分钟之后引导他们思考：设计齿轮传动，首先我们需要知道齿轮的材料及热处理工艺，那么，通过题目中的已知条件，我们可以得到哪些相关信息？抛出问题之后，可以听到明显的翻书声音，大部分学生都能够自觉查阅教材相关内容，说出“齿轮接触疲劳和弯曲疲劳极限”、“得到软齿面齿轮”等相关回答。
接下来进一步提问：对于闭式软齿面齿轮传动的设计准则是什么？抛问的同时，在学习通上面以此问发布随堂练习，并要求学生立即回答。两分钟后查看学生答案，其结果比较令人满意，大多数学生参与了此题的回复且答案基本正确，即按照接触疲劳强度确定传动的尺寸，然后验算齿根弯曲疲劳强度[2]。于是笔者在PPT上展示按照齿面接触疲劳强度进行设计的齿轮设计公式，如图1所示。
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紧接着，根据题目中“两级减速器”、“电动机”、“载荷有中等冲击”和齿轮材料等关键词，引导学生查询设计公式里面的载荷系数K和齿宽系数d以及弹性系数ZE，并根据题目中的已知条件计算小齿轮传递的扭矩T1。如此一来，便计算出小齿轮的最小分度圆直径，然后通过提问和引导的方式，按照齿轮设计流程和几何计算公式，和学生一起确定了高速级齿轮传动，如图2所示。
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在按接触疲劳强度确定传动的尺寸，还要对齿根弯曲疲劳强度进行验算。笔者又给出了齿根弯曲疲劳强度的校核公式，其中，仅有应力修正系数YSa和齿形系数YFa未知。然后继续提问：如何得到应力修正系数和齿形系数？注意到部分学生在翻阅教材之后，随机抽点了一位学生与笔者互动，该生也很快做出了回答：根据齿轮齿数查询图11-8和11-9。在听到回答之后，其他同学也开始翻书并找到了该图所在位置，确定了这两个系数的取值。最后，根据校核公式验算齿根弯曲疲劳强度，如图3所示。
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通过在学生中间来回走动并结合合作学习、以问导学的例题教学模式，取得了比较满意的结果，比单纯地在讲台上讲解、发问的方式更加理想。
（1）学生参与度高、互动强。超过80%的学生能够参与到例题学习中来，并且在笔者抛问之后可以自觉翻阅教材找到答案所在，半数左右的学生能够开口把答案讲出来。
（2）课堂效率高、学生收获丰。通过与学生的交流得知，他们作为主题参与并完成了例题求解，具有一定的自豪和成就感，对教材知识有比较深刻的印象和记忆，并表示以后遇上类似的习题可以独立完成。
4 结语
针对机械设计基础课程出现的师生互动不强、课堂沉闷、效率低等一系列问题，制定了三条破解方法：设立奖励机制，增加参与者的平时成绩；走下三尺讲台，拉近师生之间的距离；合作学习，以问导学。该教学模式回归了学生的主体地位，提升了课堂活跃程度、互动性强，提高了课堂效率，激发了学习兴趣，获得了学生的好评。
参考文献
[1]赵萍萍. 在学“问”中创造生成——以“三元一次方程组的解法”为例[J]. 数学教学通讯,2018(26):59-60.
[2]杨可桢，程光蕴，李仲生，钱瑞明. 机械设计基础 第七版. 北京：高等教育出版社，2020.