魏軍英等

[摘 要]世界正經(jīng)歷著一場關(guān)于新概念、新理論、新方法等的新技術(shù)革命，為了贏得這場革命的勝利，作為國家綜合國力發(fā)展基石的機械工業(yè)，對創(chuàng)新型人才的渴求與日俱增。針對機械原理課程教學(xué)改革問題，構(gòu)建兩大教學(xué)模塊、三層次能力培養(yǎng)的機械原理教學(xué)體系，對其教學(xué)內(nèi)容進行優(yōu)化調(diào)整。重視課余科技活動及科技競賽，并在教學(xué)實踐活動中實施，取得了良好的效果，提高了學(xué)生的分析問題、綜合問題及創(chuàng)新設(shè)計能力。

[關(guān)鍵詞]教學(xué)模塊 三層次能力 教學(xué)體系 教學(xué)內(nèi)容 創(chuàng)新設(shè)計能力

[中圖分類號] G714 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437（2015）04-0160-02

目前，世界正經(jīng)歷著一場關(guān)于新概念、新理論、新方法等的新技術(shù)革命，為了贏得這場革命的勝利，作為國家綜合國力發(fā)展基石的機械工業(yè)，對創(chuàng)新型人才的渴求與日俱增。機械原理課程是機械類專業(yè)的必修的一門技術(shù)基礎(chǔ)課程，在培養(yǎng)機械方面的創(chuàng)造型人才中將起到不可或缺的重要作用。[1]隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，雖然機械原理課程的教學(xué)內(nèi)容和方法進行了不少改革，但其教學(xué)改革仍面臨著極大的挑戰(zhàn)。本文結(jié)合在機械原理課程教學(xué)中的教學(xué)實踐和體會，探討機械原理課程的教學(xué)改革問題。

一、以機構(gòu)設(shè)計為主線，構(gòu)建兩大教學(xué)模塊、三層次能力培養(yǎng)的教學(xué)體系

機械原理課程主要研究各種機構(gòu)所具有的一般共性問題、常用機構(gòu)的性能及設(shè)計方法以及機械系統(tǒng)方案設(shè)計的問題，不僅注重學(xué)生分析問題、解決問題能力的培養(yǎng)，更注重綜合問題的能力及創(chuàng)新設(shè)計能力的培養(yǎng)，其中分析、綜合能力是創(chuàng)新設(shè)計能力的基礎(chǔ)，分析、綜合能力最終是為創(chuàng)新設(shè)計能力服務(wù)的。因此，學(xué)生首先要學(xué)會分析問題、綜合問題，才能進行創(chuàng)新設(shè)計。[2]

根據(jù)我校機械原理課程建設(shè)的特點，結(jié)合理論知識與工程實踐之間的密切聯(lián)系，探討了我校機械原理課程兩大模塊——理論教學(xué)模塊及實踐教學(xué)模塊[3] [4]、三層次能力[5]培養(yǎng)的教學(xué)體系的構(gòu)建，突出對學(xué)生綜合設(shè)計能力、創(chuàng)新思維及創(chuàng)新設(shè)計能力的培養(yǎng)，如圖1所示。

（一）課堂理論教學(xué)模塊及相應(yīng)能力的培養(yǎng)

課堂理論教學(xué)模塊主要包括動力設(shè)計模塊、機構(gòu)設(shè)計模塊和綜合設(shè)計模塊。

1.動力設(shè)計模塊主要包括機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析、機構(gòu)的運動分析、機械的效率與自鎖、機械的平衡、機械的運轉(zhuǎn)及其速度波動的調(diào)節(jié)等內(nèi)容。這些模塊介紹的是機械系統(tǒng)常用的分析方法，通過學(xué)習(xí)這個方法可掌握如何進行機構(gòu)分析，可提高學(xué)生的分析能力。

2.機構(gòu)設(shè)計模塊包括平面連桿機構(gòu)及其設(shè)計、凸輪機構(gòu)及其設(shè)計、齒輪機構(gòu)及其設(shè)計、齒輪系及其設(shè)計、常用機構(gòu)和組合機構(gòu)及其設(shè)計等。這一部分主要學(xué)習(xí)常用機構(gòu)的工作原理及其設(shè)計知識，有利于學(xué)生綜合能力的培養(yǎng)。

3.綜合設(shè)計模塊包括機構(gòu)的選型與綜合、機械系統(tǒng)方案設(shè)計等。機構(gòu)的選型與綜合是根據(jù)設(shè)計題目的要求來選擇現(xiàn)有機構(gòu)或者進行機構(gòu)組合以進行綜合設(shè)計，而機械系統(tǒng)方案設(shè)計是一項創(chuàng)造性的活動，要求學(xué)生運用所學(xué)知識和實踐經(jīng)驗，充分發(fā)揮創(chuàng)造性思維和想象力，靈活運用各種設(shè)計方法和技巧，設(shè)計出新穎、靈巧、高效的機械系統(tǒng)。這兩個模塊對于培養(yǎng)學(xué)生的綜合設(shè)計能力、創(chuàng)新設(shè)計能力有極其重要的意義。

（二）實踐教學(xué)模塊及相應(yīng)能力的培養(yǎng)

實踐教學(xué)模塊主要包括實驗教學(xué)模塊、課程設(shè)計模塊和科技創(chuàng)新模塊。

1.機械原理課程實驗由基礎(chǔ)實驗與創(chuàng)新實驗組成。該課程實驗已經(jīng)由原來的演示性、驗證性實驗為主變?yōu)榫C合設(shè)計性實驗為主，在機構(gòu)認知實驗、機構(gòu)運動簡圖繪制等基本實驗的基礎(chǔ)上增加了機構(gòu)組合創(chuàng)新實驗、機械運動方案創(chuàng)新設(shè)計實驗等。為了提高學(xué)生的實踐能力，根據(jù)要求開放實驗室，學(xué)生可利用課余時間在實驗室進行創(chuàng)新構(gòu)思設(shè)計，并進行驗證。這不僅能提高學(xué)生的動手操作能力，還能提高他們的分析問題、綜合問題的能力。

2.機械原理的課程設(shè)計不再僅僅是給定機構(gòu)、方案的運動學(xué)、動力學(xué)分析，而是給出相應(yīng)的要求及參數(shù)，要求學(xué)生進行機械運動方案的構(gòu)思設(shè)計，在此基礎(chǔ)上進行運動、動力分析并進行方案優(yōu)化。在課程設(shè)計中鼓勵學(xué)生采用計算機進行輔助設(shè)計及三維建模、分析、優(yōu)化，并動手制作實物樣機模型，提高他們的分析綜合能力及實踐能力。

3.科技創(chuàng)新模塊。鼓勵、支持學(xué)生參加各類科技創(chuàng)新競賽活動，如山東省大學(xué)生機電產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計競賽、山東省高校機器人大賽、山東省大學(xué)生科技創(chuàng)新大賽等。學(xué)生根據(jù)各種競賽的主題與要求，結(jié)合機械原理理論知識，進行構(gòu)思設(shè)計，并建立虛擬樣機或?qū)嵨锬Ｐ?，將所學(xué)理論知識應(yīng)用到實踐中，極大提高了創(chuàng)新設(shè)計的能力。

二、優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，合理選用設(shè)計方法

目前，機械原理課程學(xué)時有所縮減，但對教學(xué)內(nèi)容要求卻有所提高。因此，傳統(tǒng)的教學(xué)內(nèi)容無法適應(yīng)培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新設(shè)計能力的要求。根據(jù)前述的以機構(gòu)設(shè)計為核心組織的教學(xué)體系，應(yīng)加強對各類機構(gòu)的結(jié)構(gòu)、運動、動力及傳力性能及其具體的應(yīng)用介紹。特別是平面連桿機構(gòu)中其位置設(shè)計、齒輪機構(gòu)中齒輪的嚙合原理、凸輪機構(gòu)中凸輪廓線的設(shè)計、輪系中輪系傳動比的計算、機械系統(tǒng)方案的創(chuàng)新設(shè)計，都應(yīng)在課堂上重點講解、討論。而對于與理論力學(xué)課程中所重復(fù)的運動分析、力分析等基礎(chǔ)理論知識與方法以及不太常用的一些方法，可要求學(xué)生通過復(fù)習(xí)鞏固或自學(xué)掌握。

機構(gòu)設(shè)計中常用的設(shè)計方法是解析法和圖解法。隨著計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，在機構(gòu)設(shè)計中采用解析法趨于廣泛。解析法設(shè)計計算精度高、效率高，便于采用計算機對機構(gòu)進行分析和優(yōu)化，能解決很多圖解法難以解決的問題。但圖解法直觀、形象，更利于學(xué)生理解、掌握，對于有些簡單問題，采用圖解法比解析法更快捷有效。因此，設(shè)計中不能完全擯棄圖解法，應(yīng)根據(jù)二者的特點及具體題目的要求合理選用設(shè)計方法。

三、重視課外科技活動，提高學(xué)生的創(chuàng)新設(shè)計能力

（一）鼓勵學(xué)生參與教師的科研項目

在機械原理教學(xué)中，鼓勵教師把科研活動、科技創(chuàng)新的理念融合到課堂的教學(xué)過程中，加強對學(xué)生創(chuàng)新設(shè)計能力的培養(yǎng)。在各理論教學(xué)模塊中，教師可結(jié)合自己的科研項目開展相關(guān)機構(gòu)創(chuàng)新的教學(xué)內(nèi)容，積極開展課堂討論，鼓勵學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題，分析問題，解決問題。結(jié)合所學(xué)機械原理理論知識，鼓勵學(xué)生參與教師的科研課題，將理論與實踐結(jié)合起來。這樣既應(yīng)用、鞏固了所學(xué)專業(yè)知識，又提高了自己的創(chuàng)新設(shè)計能力和實踐能力。

（二）參加各種科技創(chuàng)新競賽活動

為了促進學(xué)生積極參加各種科技創(chuàng)新實踐活動，提高其綜合及創(chuàng)新設(shè)計能力，根據(jù)學(xué)校的實際情況與發(fā)展的需要，建立了三個層次的大學(xué)生課外科技創(chuàng)新活動的組織機構(gòu)。[6]領(lǐng)導(dǎo)層：由學(xué)校領(lǐng)導(dǎo)和有關(guān)職能部門與知名專家教授組成，負責(zé)發(fā)展規(guī)劃、活動開展、資金籌集、工作協(xié)調(diào)、評比表彰等。管理與服務(wù)層：由學(xué)校教務(wù)處、科研處、各學(xué)院教學(xué)管理部門組成，負責(zé)教學(xué)過程的具體設(shè)計、組織實施、質(zhì)量監(jiān)控等。具體實施層：由共青團、學(xué)生會、學(xué)生社團等組成，負責(zé)學(xué)生課外科技創(chuàng)新實踐活動的規(guī)劃與實施。

（三）實踐效果

目前，各種科技創(chuàng)新競賽已經(jīng)成為大學(xué)生素質(zhì)教育的重要項目。在課題組相關(guān)老師參與和指導(dǎo)下，學(xué)生一般在學(xué)習(xí)機械原理課程中或者結(jié)束該課程后，參加各種機械設(shè)計、創(chuàng)新設(shè)計競賽。近幾年大賽中，在全國大學(xué)生機械創(chuàng)新設(shè)計大賽中獲二等獎2項，全國大學(xué)生過程裝備創(chuàng)新與實踐大賽中獲三等獎1項，山東省大學(xué)生機電產(chǎn)品創(chuàng)新大賽中獲一等獎9項，積極參加校級科技立項18項，院級科技立項29項。這些榮譽和獎項極大鼓舞了學(xué)生參加科研創(chuàng)新實踐的積極性，提高了他們綜合設(shè)計、創(chuàng)新設(shè)計的能力。

四、結(jié)語

創(chuàng)新精神與實踐能力的培養(yǎng)是高校素質(zhì)教育的重要環(huán)節(jié)。本文針對機械原理課程教學(xué)改革問題，結(jié)合教學(xué)實踐和經(jīng)驗，積極探索、構(gòu)建了兩大教學(xué)模塊、三層次能力培養(yǎng)的機械原理課程教學(xué)體系，優(yōu)化調(diào)整了教學(xué)內(nèi)容，并鼓勵、支持學(xué)生參加科研活動、各種科技競賽。通過課題組成員在教學(xué)過程、科研活動中的實踐，極大提高了學(xué)生分析問題、綜合問題及創(chuàng)新設(shè)計、實踐的能力，取得了良好的效果。

[ 注 釋 ]

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

[2] 陳文華，陳秀寧.“機械原理”課程改革的實踐與探索[J].機械工業(yè)高教研究，2001（1）：71-74.

[3] 穆塔里夫.阿赫邁德，朱穎.我校機械原理課程教學(xué)改革的若干探索與實踐[J].高等理科教育，2003（5）：32-34.

[4] 王會.基于創(chuàng)新能力培養(yǎng)的機械原理課程建設(shè)探索[J].職業(yè)時空，2012（4）：108-109.

[5] 黃昌華，郭庚田，白彩琴.采用三層次培養(yǎng)方案進行機械原理課程教學(xué)改革[J].清華大學(xué)教育研究，1995（1）：47-49.

[6] 魏軍英，王靜，王吉岱.工科大學(xué)生科技創(chuàng)新實踐能力培養(yǎng)體系的建設(shè)研究[J].中國電力教育，2014（1）：14-15.

[責(zé)任編輯：鐘 嵐]