王 波，林其斌

應(yīng)用型本科教育是以培養(yǎng)知識、能力和素質(zhì)全面而協(xié)調(diào)發(fā)展，面向生產(chǎn)、建設(shè)、管理、服務(wù)一線的高級應(yīng)用型人才為目標(biāo)定位的高等教育［1］。與其他高等教育不同，更加注重培養(yǎng)“重基礎(chǔ)、寬口徑”的一線應(yīng)用工程師。隨著現(xiàn)代制造業(yè)的迅猛發(fā)展，培養(yǎng)具有相應(yīng)專業(yè)的業(yè)務(wù)基礎(chǔ)、較寬領(lǐng)域的基礎(chǔ)知識、創(chuàng)新設(shè)計與實踐能力的機械類人才，更好地服務(wù)于地方經(jīng)濟發(fā)展，是普通區(qū)域性應(yīng)用型本科院校機械類專業(yè)人才的培養(yǎng)方向。

滁州學(xué)院2004年由?？圃盒Ｉ秊閼?yīng)用型本科院校，為了服務(wù)當(dāng)?shù)貦C械行業(yè)發(fā)展的需求，申報了機械設(shè)計制造與自動化本科專業(yè)。傳統(tǒng)的教育思想、教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法已不能較好地適應(yīng)應(yīng)用型人才培養(yǎng)的需要。為了盡快適應(yīng)本科教育教學(xué)工作的要求和機械類應(yīng)用型人才培養(yǎng)的需要，《機械原理》課程的教學(xué)正經(jīng)歷著從專科教育向本科教育的轉(zhuǎn)變［2］。加強基礎(chǔ)、提高學(xué)生的工程素質(zhì)及工程實踐能力、培養(yǎng)創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力成為機械專業(yè)本科生《機械原理》課程研究的目標(biāo)［3］。因此，本文從《機械原理》的課程教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和教學(xué)實踐環(huán)節(jié)等方面進行探索性的改革研究。

1 《機械原理》課程特點

《機械原理》課程是一門以機器和機構(gòu)為研究對象的科學(xué)，主要研究機械產(chǎn)品的運動方案設(shè)計，是機械類課程中最能培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的一門課程。本課程主要培養(yǎng)學(xué)生深入了解機械、正確使用機械的工程實踐能力，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造性思維和創(chuàng)新設(shè)計能力，培養(yǎng)學(xué)生結(jié)合教學(xué)內(nèi)容設(shè)計實驗方案和獨立進行實驗操作的實踐能力以及應(yīng)用所學(xué)的基礎(chǔ)理論和現(xiàn)代設(shè)計方法解決工程實際問題的能力，在機械類專業(yè)學(xué)生整個培養(yǎng)計劃中占據(jù)核心地位［4］。

作為一門專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課程，《機械原理》是以高等數(shù)學(xué)、理論力學(xué)、普通物理等課程為基礎(chǔ)，但與這些基礎(chǔ)課相比，但其課程內(nèi)容和學(xué)習(xí)方法等方面有著自身的特點［5］：

1.1 以掌握原理知識為主，并注意實際應(yīng)用

機械原理課程不僅原理知識較多，與實際工程問題結(jié)合得更為緊密，研究對象更有針對性和實際意義，如鉸鏈機構(gòu)、連桿機構(gòu)、凸輪機構(gòu)、齒輪機構(gòu)以及間歇機構(gòu)等等。這些典型機構(gòu)是組成任何復(fù)雜機械系統(tǒng)的基本單元在學(xué)習(xí)過程中，一方面要深刻理解這些原理和方法；另一方面更要注意這些原理和方法在工程實踐中的應(yīng)用。

1.2 學(xué)生難以把握重點知識以及實際問題的求解方法

對于大多數(shù)沒有工程實踐經(jīng)歷的同學(xué)來說，這門課程的入門比較困難，特別是各種機構(gòu)的實際運動狀態(tài)和效果，僅憑幾幅平面圖或照片是很難講解清楚的。另外，機構(gòu)的設(shè)計、分析方法也是同學(xué)們從沒有接觸過的。這些都是機械原理課程的難點所在。學(xué)生也普遍反映《機械原理》是一門“老師難教，學(xué)生難學(xué)，機構(gòu)原理聽得懂，創(chuàng)新機構(gòu)難下手”的課程。

通過以上分析討論可以看出，在教學(xué)過程中，不斷更新教學(xué)手段和方法，探索《機械原理》教學(xué)改革的新路，對于激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、提高教學(xué)水平、適應(yīng)應(yīng)用性人才培養(yǎng)有著重要的現(xiàn)實意義。

2 豐富教學(xué)內(nèi)容

傳統(tǒng)的機械原理課程內(nèi)容是建立在純機械系統(tǒng)分析與設(shè)計的基礎(chǔ)上。課程體系則是以機構(gòu)的分析為主，側(cè)重對機械的認知及其性能的分析。所以其課程教學(xué)內(nèi)容選擇、課堂講授和課外訓(xùn)練等教學(xué)環(huán)節(jié)也是緊緊圍繞知識的掌握而進行的，并長期形成了自我封閉的教學(xué)內(nèi)容和體系，這不僅使其內(nèi)容相對較陳舊，而且導(dǎo)致與相關(guān)課程在內(nèi)容上存在有較大的重復(fù)或脫節(jié)。

針對我校的本科生源總體上文化知識相對較差這一實際情況以及根據(jù)我校培養(yǎng)高素質(zhì)應(yīng)用型本科人才的需要，機械原理課程應(yīng)以增強學(xué)生創(chuàng)新能力、提高分析和解決問題能力為課程建設(shè)目標(biāo)，該課程由原來課堂授課課時72學(xué)時壓縮到54學(xué)時。顯然，仍然沿用灌輸式、面面俱到傳統(tǒng)的教學(xué)手段已很難完成教學(xué)任務(wù)，難以提高教學(xué)質(zhì)量。為此，我們將教學(xué)內(nèi)容分化為5個模塊，及“機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析”、“平面機構(gòu)的運動分析”、“常用機構(gòu)及其設(shè)計”、“機械系統(tǒng)動力學(xué)”和“機械系統(tǒng)的方案設(shè)計”五大知識模塊，其中在課堂上著重講解前三大模塊，其他兩個模塊的的知識主要在課程設(shè)計和課程實踐中講解，充分利用課堂時間講授重點知識。適當(dāng)刪除一些在工程實際中基本不再使用或已失去指導(dǎo)意義的內(nèi)容、與先修課程內(nèi)容重復(fù)的部分和一些繁瑣的公式推導(dǎo)，重點培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用現(xiàn)代設(shè)計方法和手段，進行機構(gòu)分析、綜合與仿真等解決工程實際問題的思維方法和基本技能。如連桿機構(gòu)設(shè)計的圖譜法和實驗法、連桿機構(gòu)力分析等。精簡一些理論上已很成熟或?qū)I(yè)性過強的內(nèi)容，如略去齒輪傳動中無側(cè)隙嚙合條件、根切的形成過程和不根切最小齒數(shù)公式推導(dǎo)過程，重點突出結(jié)論的應(yīng)用。

隨著科學(xué)的發(fā)展，學(xué)科間的交叉和滲透，本學(xué)科也出現(xiàn)了許多新的理論和研究方法，涉及的領(lǐng)域也不斷擴大。為了讓同學(xué)及時了解學(xué)科的發(fā)展動態(tài)，提高學(xué)習(xí)積極性，在授課過程中適時地將這些信息傳達給同學(xué)，培養(yǎng)他們的專業(yè)興趣和拓展視野。如微型機械、納米機械、機器人技術(shù)等機械學(xué)科最新發(fā)展動態(tài)、研究內(nèi)容和成果，以及機械學(xué)科在航空航天、深海作業(yè)、生物工程等領(lǐng)域的應(yīng)用等。同時，CAD、CAE技術(shù)的發(fā)展和成熟為現(xiàn)代機械設(shè)計提供了有力的技術(shù)支撐，將三維虛擬樣機技術(shù)、參數(shù)化設(shè)計技術(shù)和計算機運動仿真技術(shù)結(jié)合在《機械原理》中一同講授，使學(xué)生既可以及時掌握最先進的機械設(shè)計手段，加快設(shè)計進程，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。但引入這些內(nèi)容，僅限于介紹基本概念和基本思路，“點到為止”，目的是激發(fā)學(xué)生主動獲取知識的求知欲望和深入探索的熱情。

3 改進教學(xué)方法

在傳統(tǒng)的知識傳授方式下，學(xué)生始終處于被動接受的地位，嚴重限制了學(xué)生的思維能力，壓制了其創(chuàng)新精神，這不利于學(xué)生主動獲取知識和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。教會學(xué)生獲得知識的方法比傳授知識更重要。通過機械原理的教學(xué)活動，把理論知識與生產(chǎn)實踐相結(jié)合，與學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)相結(jié)合。將傳統(tǒng)課堂傳授知識的灌輸式教學(xué)觀念轉(zhuǎn)變到用教師講授的知識去發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的創(chuàng)新式觀念上。采用有效的教學(xué)方法和手段，有利于課程目標(biāo)的實現(xiàn)，有利于培養(yǎng)一批以理性思維代替?zhèn)鹘y(tǒng)思維，具有較強分析和解決問題能力的創(chuàng)新人才，具體方法如下：

3.1 盡量與工程實際相結(jié)合

隨著計算機的普及，機械原理中增加了許多解析法的內(nèi)容，例如，平面連桿機構(gòu)和凸輪機構(gòu)的設(shè)計兩章中，教科書都用了很多篇幅介紹作圖法和解析法。事實上，對于平面連桿機構(gòu)，利用作圖法或圖譜曲線，已經(jīng)可以滿足一般工程設(shè)計的需要，解析法所能解決的位置對應(yīng)（或軌跡點）并沒有超過作圖法所能解決的范圍，只是精度有所提高而已，所以我們在教學(xué)中側(cè)重作圖法。而凸輪機構(gòu)的情況恰恰相反，隨著數(shù)控機床的大量應(yīng)用，凸輪（或靠模原型）現(xiàn)在多用線切割加工，早以改變了傳統(tǒng)的加工方法，因此用解析法算出凸輪的廓線坐標(biāo)值就顯得重要了，所以教學(xué)中側(cè)重解析法。

3.2 加強分析討論

一般的教材中，對公式的推導(dǎo)大都作了較詳盡的介紹，但公式中參數(shù)的變化對機構(gòu)性能和結(jié)構(gòu)的影響介紹得較少，所以學(xué)生大都只會死套公式，不會靈活應(yīng)用。我們除對少數(shù)重要公式作必要的推導(dǎo)外，將注意力主要放在對公式的討論上。例如，齒輪的設(shè)計參數(shù)，其齒數(shù)、齒寬系數(shù)對齒輪傳動的結(jié)構(gòu)影響較大，因此應(yīng)作詳盡的討論。

3.3 注意演化引導(dǎo)

對普通蝸桿傳動來說，就其原理來說，完全可看作斜齒輪－螺旋傳動－蝸桿傳動演變而得到，因此普通蝸桿傳動就其本質(zhì)來說，仍可看作是一對斜齒輪傳動，所以也有法面、端面、軸面之分，這是它們的共性，由于演變本身的特點，就使蝸桿傳動有了自己的特性。這樣引導(dǎo)容易使學(xué)生理解斜齒輪傳動與蝸桿傳動的異同點，對蝸桿傳動的結(jié)構(gòu)參數(shù)、失效形式、選材原則有清晰的輪廓。所以具體講解時，就用不著再對設(shè)計公式多作介紹，只要將重點針對蝸桿傳動的特點，講清楚設(shè)計時應(yīng)注意的事項就可以了。

3.4 引導(dǎo)學(xué)生自學(xué)

除了搞好課堂講解外，應(yīng)該引導(dǎo)學(xué)生進行有效的自學(xué)，發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性。其中包括：課前自學(xué)，教師預(yù)先告知學(xué)生下次講課的內(nèi)容、重點所在，有意識地出些思考題，以使學(xué)生自學(xué)有較強的針對性，提高預(yù)習(xí)的效果；課后自學(xué)，教師除精選作業(yè)，還引導(dǎo)學(xué)生將所學(xué)的知識加以整理和消化。例如，學(xué)生在學(xué)完各種傳動機構(gòu)后，列出一些表格，讓學(xué)生翻書或者查資料來比較各類傳動的特點。以使學(xué)生通過各類傳動的互相比較，自己的主動搜集，對所學(xué)的知識加以深刻的理解；課內(nèi)自學(xué)，教師有意識地在課堂上安排小塊內(nèi)容、小塊時間自學(xué)，自由討論，改變學(xué)生長時間被動聽課的狀態(tài)，活躍課堂的氣氛，其實際效果要比教師連續(xù)講解好得多。

4 強化實踐教學(xué)

4.1 課程實驗層次化

《機械原理》實驗一般是以單一的驗證性實驗為主，為了破除學(xué)生對創(chuàng)造發(fā)明的神秘感，開闊視野，提高創(chuàng)新思維能力，在實驗教學(xué)內(nèi)容上，減少驗證性項目，開設(shè)設(shè)計性、綜合性實驗項目。在實驗方法上，實現(xiàn)由示范性、驗證型向參與型、研究型轉(zhuǎn)變。在管理上，突出以學(xué)生為主，對實驗室進行開放，為學(xué)生提供更多的實踐機會。為此，我們把課程實驗分為三個層次：

4.1.1 認知性實驗

主要是為了使學(xué)生對機械的運動和動力狀況產(chǎn)生一些感性的認識。本層次實驗主要以典型行業(yè)機械為實驗對象，如減速器、內(nèi)燃機等。學(xué)生首先要熟悉機器的使用說明書，仔細觀察機器的總體結(jié)構(gòu)，并觀察機器的運動，從而明確機器的總功能；然后仔細觀察機器的各個工作部分，理解機器的工作原理，討論并完成功能分析和各個部分結(jié)構(gòu)圖的繪制；最終分組討論完成繪制本機的機構(gòu)簡圖。通過此類實驗，可以鍛煉提高學(xué)生觀察能力、動手能力和知識綜合應(yīng)用能力，同時接觸了解典型機械產(chǎn)品的工作原理，拓寬了知識面。

4.1.2 探究性實驗

主要使學(xué)生思考和研究在改變實驗條件下，機械的運動和動力狀況。我們實驗是基于UG開發(fā)的虛擬實驗，采編了在工程中常用的幾十多種運動副的形式，學(xué)生在計算機上拆出各個構(gòu)件，仔細觀察構(gòu)件的結(jié)構(gòu)，再將構(gòu)件組裝到一起，觀察構(gòu)件之間的接觸和相對運動情況，確定運動副的類型。同時，學(xué)生通過改變機構(gòu)的尺寸，實現(xiàn)不同的運動方式。該實驗可以加深學(xué)生對構(gòu)件結(jié)構(gòu)、運動副的認識，啟發(fā)學(xué)生進行運動副的結(jié)構(gòu)設(shè)計。

4.1.3 自主開放式實驗

為了提高學(xué)生的實際動手能力以及創(chuàng)新能力，我們?yōu)閷W(xué)生提供了各種機械零部件、電機、傳輸零部件、聯(lián)接零部件等。主要實驗內(nèi)容涉及動手搭建機構(gòu)，設(shè)計機構(gòu)并實現(xiàn)機構(gòu)的運動，使自己的設(shè)計可以得到實現(xiàn)，體現(xiàn)自己對運動設(shè)計的能力。本實驗可提高參加者的動手能力、機械設(shè)計能力以及對機構(gòu)運動的理解能力。

4.2 課程設(shè)計自主化

傳統(tǒng)的《機械原理》課程設(shè)計教學(xué)環(huán)節(jié)中設(shè)計題目類型較單一，訓(xùn)練內(nèi)容基本上是圍繞系統(tǒng)方案設(shè)計、機構(gòu)運動簡圖繪制、凸輪或連桿機構(gòu)的圖解法和解析法設(shè)計、編寫課程設(shè)計說明書等進行。但千篇一律的內(nèi)容，使學(xué)生感覺這一訓(xùn)練環(huán)節(jié)枯燥無味，激不起學(xué)習(xí)興趣，同時也束縛了學(xué)生的思維，使得學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性未得到充分發(fā)揮。

我們提倡以學(xué)生自主設(shè)計為主，教師輔助指導(dǎo)，學(xué)生和教師協(xié)商完成一個設(shè)計任務(wù)申請表，落實設(shè)計的任務(wù)、分析和設(shè)計的方法、進度安排等。然后，由學(xué)生自主進行調(diào)研、設(shè)計計算，同時要求學(xué)生對設(shè)計問題提出2～3個方案構(gòu)思并進行比較。教師要及時針對出現(xiàn)的問題進行引導(dǎo)，必要時組織相關(guān)人員進行討論。還為學(xué)生提供了ADAMS軟件和機構(gòu)運動方案創(chuàng)意設(shè)計實驗儀，學(xué)生可以根據(jù)自己的情況進行計算機仿真或?qū)嵨锝M裝，驗證自己設(shè)計的機構(gòu)運動情況。最后，學(xué)生需提交設(shè)計計算說明書并進行答辯。答辯以6個學(xué)生為一組，學(xué)生首先要在規(guī)定的設(shè)計時間內(nèi)對自己的設(shè)計進行陳述，然后，回答同學(xué)和老師所提出的問題。課程設(shè)計的成績根據(jù)學(xué)生的設(shè)計、答辯、提出問題等方面的情況，由其他同學(xué)和教師確定。

5 結(jié)束語

隨著技術(shù)的進步和我國現(xiàn)代化進程的加快，傳統(tǒng)的機械原理的課程體系、教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法已不能較好地適應(yīng)新形勢下對技術(shù)應(yīng)用型人才培養(yǎng)的需要。本文結(jié)合應(yīng)用型人才的培養(yǎng)目標(biāo)，對《機械原理》課程教學(xué)內(nèi)容、方法及實踐教學(xué)等方面進行了探索，并在實際的教學(xué)過程中取到較好的教學(xué)效果，但在學(xué)生的創(chuàng)新能力的培養(yǎng)等方面上有待進一步的研究。

［1］ 劉迎春.應(yīng)用型人才培養(yǎng)目標(biāo)定位及其知識、能力、素質(zhì)結(jié)構(gòu)的研究［J］.中國大學(xué)教學(xué)，2004（10）：56－57.

［2］ 鮑莉，康紅艷.《機械原理》課程教學(xué)研究與實踐［J］.重慶科技學(xué)院學(xué)報，2010（18）：178－179.

［3］ 趙京，魏姍姍.機械原理課程的教學(xué)改革實踐［J］.化工高等教育，2007（18）：34－36.

［4］ 鄭文緯，吳克堅.機械原理［M］.北京：高等教育出版社，1996：1－8.

［5］ 孫恒，陳作模，葛文杰.機械原理［M］.北京：高等教育出版社，2006：1－4.