抛锚式教学法在机械设计基础教学中的应用探索
中图分类号：G642.4 文献标识码：B
文章编号：1671-489X（2014）18-0101-02
1 引言
机械设计基础是近机类专业一门必修的主干课，是从工程制图、理论力学、材料力学等理论基础课向矿山机械等实践性很强的专业课程过渡的重要课程。正因为此，其涉及的知识内容宽泛、综合性强，学生普遍反映概念繁多，原理难懂，学习难度大[1]。如何调动学生的学习兴趣，且让学生更容易掌握这门课程，一直是该门课程改革的重点。高广娣等[2]基于ADAMS多体动力学软件，将虚拟样机技术应用于教学，将课程中的各种机构以动态的形式引入课堂教学，方便学生对课程的理解，增强了教学效果。张庆玲等[3]基于工作过程，将企业真实产品的生产过程选为教学内容，使得学生更容易掌握所学知识。以上研究改进了知识的表现形式，很好地辅助了学生对知识的学习，但沿用的仍是传统的教学观点――以传授知识为主，一切由教师决定，学生未能主动地参与[4]。如何提高学生课堂上的主动性、创造性，使其真正成为主动获取信息、积极构建知识的主体是该课程教学亟待解决的问题。
抛锚式教学是一种以建构主义学习理论为基础的新兴教学模式，在教学过程中结合相关问题，引导和强化学生的学习兴趣，让学生从问题中思考，带着问题探究，使学习的主动权掌握在学生手中[5]。如何将抛锚式教学法引入到机械设计基础课堂教学中，解决学生在课堂中的被动学习问题，是近期探索的新教学思路，并收到良好的效果。
2 机械设计基础教学中采用抛锚式教学法的必要性
机械设计基础是一门针对非机械专业学生开设的专业基础课程，是融合机械制图、理论力学、材料力学、机械工程材料等多门课程知识于一体的课程。开设这门课程的专业较多，如材料工程、采矿工程、热能工程等。这些专业背景不同，造成学生所具有的理论基础相差较大，整体水平往往不高。如采矿工程专业学生没有学过机械工程材料这门课程，又加上该门课程涉及众多概念、原理，学生学习时普遍具有畏惧感。针对这个问题，教师授课时首先需要帮助学生树立好课程学习的信心。
抛锚式教学，强调选择生活中易接触到的事件为问题，即“锚”。将这种教学方法引入机械设计基础课程教学，就可以以“锚”为导引，将抽象的机构、零件概念具体化、生活化，使学生了解到机械设计基础涉及的知识都是从生活中实际得来，同时又能帮助解释、解决生活和生产中的问题，进而消除学生对机械设计基础的畏惧心理。
课时的限制也使得抛锚式教学适合该门课程的教学。机械设计基础是针对近机类专业，将机械原理（64课时）与机械设计（48课时）两门课程整合，压缩成一门只有48课时的课程。然而课时的压缩并没有减少其涉及的知识面，这使得教师很难在较少的课时内做到将需要细致讲解的地方讲透，让学生对机械课程有着深刻的理解。教学过程中发现，学生对一些章节或某些基础知识尚存在问题，而这些问题在课本上没有详细介绍；又由于课时的原因，无法在课堂上占用大量时间给学生做详细讲解。采用抛锚式教学，可以让学生以研究小组的方式，课下提前整理相关资料、自主学习，进而节省教师课堂中的教学时间。
机械设计基础课程设计对课程的要求，也使得抛锚式教学法更合适于该门课程的教学。机械设计基础课程配套的课程设计，往往以减速器设计为题，涵盖了机械设计基础中齿轮传动、带传动、轴承、轴、螺栓等通用零件的设计与计算，具有很强的综合性。这要求学生在课程的学习中就能够关注全局。但其中所涉及的内容与《机械设计基础》教材[6]的编排顺序并不一致，且每一章都是看似相互孤立的知识体。如何科学地将这些看似零散的知识点化为一个吸引学生注意力的整体是教学的难点。而抛锚式教学法能够很好地解决这个难点。摒弃繁琐的概念堆砌，以实习过程中参观到的井下带式输送机的减速器设计需求为“锚”引出学生的好奇心，并通过镶嵌式教学将课程设计所需的各章知识无形地串联在一起，呈现给学生。
3 抛锚式教学法在机械设计基础教学中的实施
抛锚式教学在机械设计基础课程中的具体实施主要体现在以下三个方面。
创设情境、确定问题 授课过程中，根据各章节主要内容，有目的地从现实生活中抽取一些与章节知识点相关的问题。一方面，通过问题将要学习的知识有机地串联在一起；另一方面，通过增加悬念，激发学生对课程学习的兴趣。如在“齿轮机构”章节，涉及齿廓啮合基本定律、正确啮合条件、标准中心距、重合度等看似零散的知识。倘若教学上仅仅是知识的灌输，学生往往会一头雾水，很难将这些知识整合在一起。此处，首先引入这样的问题：家用轿车内变速箱的齿轮是如何传递运动的？引导性地让学生试着回答，在总结学生回答的基础上给学生讲解：齿轮是通过齿廓来实现运动传递的，在传递的过程中，为了保证传动比恒定，必须设计出专门的轮齿齿廓，如渐开线齿廓。以此引入这章课程前两节内容――“齿轮机构的特点和类型”“齿廓实现定角度比传动条件”。
在上课快要结束时，再针对性地给学生布置四个问题：什么样的曲线能够被选用制造轮齿齿廓，为什么？机械手表中的齿轮和汽车变速箱中的齿轮能否啮合传动，为什么？一对齿轮安装的时候，距离近一点儿好，还是远一点儿好，为什么？一对齿轮啮合，如何保证其轮齿的交替啮合？以此，以小组的形式让学生带着问题查找相关资料，将下一节课将要介绍的内容串联起来。这样，学生在学习过程中能够有更多的主动参与，并且有了明确的目标。在下节课，讲授“渐开线齿廓”“渐开线标准齿轮啮合”的时候，便可以以上面的问题引领学生试着回答，并采用镶嵌式教学，在解答问题的过程中引入新的知识点，学生在对这些问题的层层解答过程中逐步掌握了相关重点。 安排学生协作学习 为了锻炼学生的团队合作精神，每次课下问题都将以小组的形式来完成，采取协作式学习。课后，小组将根据问题一起讨论，并分工完成资料的查阅、问题初步答案的整理。学生在协作学习过程中，从最开始的分工，信息的收集、整理、分析，到最终结果的评价，都经过组内学生间相互交流得到。教师尽可能为其提供宽松的环境，通过QQ群的方式，课下协助他们[7]，使学生乐于主动思考。学生通过这种组内讨论，公开自己的学习成果，探讨学习疑惑，多角度寻求解决“锚”中问题的可能办法，完成对相关知识的建构，提高了分析问题、解决问题的能力。与此同时，还培养了学生团队精神和交流能力。
此外，看到不同小组对同一问题所给解答的不同，还让学生意识到思路的转变会产生很多创新性的成果，进而拓展分析问题的视角。
归纳、总结学生问题 在抛锚式教学下，知识点将随着“锚”的解决而被学生逐步掌握。但学生在此学习过程中，特别是课下小组讨论阶段，将会产生很多新的想法及问题。这些问题的及时收集及解答，对学生对知识的理解至关重要，也有利于教师准确把握教学中的薄弱环节。教师需要将相关问题收集、归纳、总结，将其中具有代表性的问题，在课堂上予以简要回答。复杂且重要的问题，可结合现代网络工具，如借助“QQ群论坛”进行解答[7]，以节省课堂教学时间。在网上讨论过程中，因不占用课时，教师可以采用讨论的形式引导学生一同逐步分析、解答问题。这样，一方面锻炼了学生的自我思维能力；另一方面，学生通过自己的努力解决了之前的问题，还会帮助他们进一步增强课程学习的信心。
4 结语
抛锚式教学法在机械设计基础课程教学中的应用，将学生作为学习的主体，通过与生活、生产实践密切结合的“锚”让学生主动探索、主动思考、主动建构知识，增强了学生的理论学习、问题解决能力。此外，抛锚式教学法的应用还有助于激发学生的学习兴趣、团队交流能力、团队协作意识。教学实践表明，2014年对中国矿业大学2012级材料工程专业1、2、3、4班的该门课程实施抛锚式教学法后，学生课堂上的学习兴趣普遍提高，期末平均成绩由上两届的73.8分、74.1分提升至80.5分，教学效果明显，受到学生的欢迎和肯定。
