張婧　趙堅(jiān)　張玲莉　汪文津

摘 要 機(jī)械原理是機(jī)械類各專業(yè)的主干技術(shù)基礎(chǔ)課程，為了適應(yīng)新時(shí)期機(jī)械工程學(xué)科的發(fā)展和人才培養(yǎng)的需要，我們對該課程進(jìn)行了教學(xué)改革的研究與探索。根據(jù)專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)和特點(diǎn)，從課程教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和網(wǎng)絡(luò)化教學(xué)環(huán)境構(gòu)建等幾個(gè)方面進(jìn)行了研究與實(shí)踐，并取得了初步成效。

關(guān)鍵詞 機(jī)械原理 教學(xué)內(nèi)容 教學(xué)方法 網(wǎng)絡(luò)化 教學(xué)改革

中圖分類號：G424 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdkz.2016.04.061

Abstract The theory of Machines and Mechanisms is a major technical basic course in various mechanical specialties. The teaching reform is discussed to meet the need of mechanical engineering in the new period of development and personnel training. According to the specialty training aims and characters， the teaching contents， teaching methods and network teaching environment construction and so on several aspects have been investigated and practiced. Preliminary achievements are acquired.

Key words the theory of Machines and Mechanisms； teaching contents； teaching methods； networking； teaching reform

創(chuàng)新型人才就是具有創(chuàng)新意識、創(chuàng)新精神、創(chuàng)新思維、創(chuàng)新能力并能夠取得創(chuàng)新成果的人才。①高等教育肩負(fù)著培養(yǎng)高素質(zhì)工程技術(shù)人才和創(chuàng)新型人才的重要使命。因此，高等院校機(jī)械專業(yè)的教學(xué)過程要面向國家現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)發(fā)展需求， 重視基本知識和創(chuàng)造性工程實(shí)踐能力的培養(yǎng)， 才能培養(yǎng)出適應(yīng)當(dāng)前發(fā)展需要、具有創(chuàng)新能力的高級應(yīng)用型人才。②③④

機(jī)械原理作為機(jī)械專業(yè)創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的主要課程之一，在培養(yǎng)學(xué)生的機(jī)械設(shè)計(jì)能力和創(chuàng)新能力方面占有十分重要的地位。機(jī)械原理課程為學(xué)生從事機(jī)械方面的設(shè)計(jì)、制造、研究和開發(fā)奠定了重要的基礎(chǔ)， 在培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造性思維以及訓(xùn)練機(jī)械工程實(shí)踐能力等方面具有重要的作用。⑤由于它具有較強(qiáng)的理論性、實(shí)踐性和應(yīng)用性，傳統(tǒng)的教學(xué)模式注重課堂講授和理論推導(dǎo)，缺乏對學(xué)生興趣、創(chuàng)新思維、工程應(yīng)用思維的培養(yǎng)。為此，我校機(jī)械原理課程從凝練教學(xué)內(nèi)容、調(diào)整教學(xué)方法、建立自主學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)模式等幾方面進(jìn)行了教學(xué)改革的探索與實(shí)踐。

1 提高教學(xué)內(nèi)容的實(shí)用性、系統(tǒng)性

機(jī)械原理課程的教學(xué)內(nèi)容多，而學(xué)時(shí)數(shù)卻比以前有所減少，這就要求教師必須從實(shí)用性出發(fā)，根據(jù)“能力導(dǎo)向”原則精選教學(xué)內(nèi)容、優(yōu)化學(xué)生知識結(jié)構(gòu)。一方面重點(diǎn)講解基本理論、基本知識、分析和設(shè)計(jì)方法，使學(xué)生達(dá)到靈活掌握的要求；另一方面增加學(xué)科前沿中重要的、比較成熟的新成果，使學(xué)生對學(xué)科發(fā)展前沿有所了解，從而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。以國家級“十三五”規(guī)劃教材為基礎(chǔ)，介紹同一典型機(jī)電產(chǎn)品的概念設(shè)計(jì)、運(yùn)動(dòng)學(xué)分析、動(dòng)力學(xué)分析，介紹驅(qū)動(dòng)子系統(tǒng)的參數(shù)選取和機(jī)械零件的工作原理、特點(diǎn)、選用及其設(shè)計(jì)計(jì)算方法等。培養(yǎng)學(xué)生初步確定機(jī)械運(yùn)動(dòng)方案、分析和綜合常用機(jī)構(gòu)的能力，使學(xué)生樹立正確的設(shè)計(jì)思想，學(xué)會(huì)運(yùn)用手冊、標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范等資料。

機(jī)械類課程目前已形成設(shè)計(jì)、制造兩大課程體系，以及由認(rèn)知性實(shí)驗(yàn)、金工實(shí)習(xí)、生產(chǎn)實(shí)習(xí)、課程實(shí)驗(yàn)、課程設(shè)計(jì)等構(gòu)成的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)。但是各門課程多側(cè)重于自身的完整性，缺乏將知識與技能有機(jī)連接的載體和機(jī)制，學(xué)生學(xué)到的知識與技能是孤立和分散的，限制了機(jī)械類創(chuàng)新人才的培養(yǎng)。因此，我們結(jié)合學(xué)校特色和科研項(xiàng)目研究背景，選擇了一個(gè)典型機(jī)電產(chǎn)品為案例，從機(jī)械原理課程開始，貫穿相關(guān)課程的課堂教學(xué)和課程實(shí)驗(yàn)。并且作為大學(xué)四年級綜合實(shí)驗(yàn)的一項(xiàng)內(nèi)容，學(xué)生以小組為單位完成用于特定工作的創(chuàng)新產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、分析、制造等工作，完整體驗(yàn)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與制造全過程，提高了各教學(xué)環(huán)節(jié)的關(guān)聯(lián)度，提高了學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手能力、分析和解決工程問題的能力、合作學(xué)習(xí)和協(xié)同工作的能力。

2 實(shí)現(xiàn)教學(xué)方法的多樣性

由于機(jī)械原理課程具有較強(qiáng)的理論性、綜合性和實(shí)踐性等特點(diǎn)，因此在教學(xué)過程中，應(yīng)該盡量采用靈活多樣的教學(xué)手段和教學(xué)方法來激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性，提高課堂效率和教學(xué)質(zhì)量。許多學(xué)生由于前期理論力學(xué)基礎(chǔ)不扎實(shí)，從而影響了機(jī)械原理課程學(xué)習(xí)的積極性和學(xué)習(xí)效果。為此，可以從已學(xué)過的知識入手，將課堂講授與學(xué)生科技活動(dòng)相結(jié)合。

2.1 設(shè)立大作業(yè)激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣

首先，設(shè)立機(jī)構(gòu)認(rèn)知大作業(yè)，利用先前學(xué)過的知識和手段，從簡單問題入手，目的在于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。學(xué)生可以通過觀察，選擇實(shí)際生活或生產(chǎn)中用到的機(jī)構(gòu)，也可以選擇科技場館中展示的機(jī)構(gòu)，對其進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，利用繪圖軟件繪制機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)示意圖，說明其工作原理，計(jì)算機(jī)構(gòu)的自由度。例如：起重機(jī)變幅機(jī)構(gòu)模型如圖1所示。起重機(jī)變幅機(jī)構(gòu)利用了雙搖桿機(jī)構(gòu)使重物繞回轉(zhuǎn)軸線作徑向水平移動(dòng)，可以提高起重機(jī)的生產(chǎn)率，擴(kuò)大工作范圍，改善工作機(jī)動(dòng)性。其機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)示意圖如圖2所示，起重機(jī)變幅機(jī)構(gòu)是通過原動(dòng)件搖桿AB運(yùn)動(dòng)來改變幅度，進(jìn)而調(diào)整取物裝置的工作位置，以適應(yīng)裝卸路線的需要。該機(jī)構(gòu)為平面機(jī)構(gòu)，其中活動(dòng)構(gòu)件數(shù)為3，低副個(gè)數(shù)為4，高副個(gè)數(shù)為0，根據(jù)平面機(jī)構(gòu)自由度的計(jì)算公式可以得到其自由度為1。

在理論課程教學(xué)后期，設(shè)立機(jī)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計(jì)大作業(yè)，選題要符合工業(yè)發(fā)展方向和市場需要，一般選用全國大學(xué)生機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽的題目，要求學(xué)生5人一組，綜合利用所學(xué)的知識、方法和工具完成創(chuàng)新設(shè)計(jì)，但是不能為了創(chuàng)新而將機(jī)構(gòu)復(fù)雜化，同時(shí)還要關(guān)注設(shè)計(jì)的可行性和經(jīng)濟(jì)性。最終，提交設(shè)計(jì)說明書1份，說明設(shè)計(jì)意圖、工作原理及機(jī)構(gòu)組成等，并利用三維繪圖軟件完成實(shí)體建模。大作業(yè)經(jīng)教師評閱后，利用課堂時(shí)間進(jìn)行講解和學(xué)生互評。例如：圖3為學(xué)生設(shè)計(jì)的手搖式削面機(jī)的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖，圖4為其三維模型圖。手搖式削面機(jī)運(yùn)用了齒輪機(jī)構(gòu)、曲柄滑塊機(jī)構(gòu)和帶傳動(dòng)。由曲柄滑塊機(jī)構(gòu)控制刀片往復(fù)運(yùn)動(dòng)，使用齒輪齒條機(jī)構(gòu)向上擠壓面團(tuán)，從而實(shí)現(xiàn)削面過程。整個(gè)過程采用手柄驅(qū)動(dòng)，通過齒輪傳動(dòng)和帶傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)的傳遞。

設(shè)立大作業(yè)可以使學(xué)生在學(xué)習(xí)的過程中不局限于書本上的知識，能較好地解決學(xué)以致用、好學(xué)善用的問題，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識和合作精神。

2.2 與學(xué)生科技活動(dòng)形成良性循環(huán)

在機(jī)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計(jì)大作業(yè)中，由教師精心篩選，經(jīng)過個(gè)別指導(dǎo)，使用現(xiàn)代化的設(shè)計(jì)方法完善設(shè)計(jì)作品，繪制成套零件圖和裝配圖，并結(jié)合后續(xù)相關(guān)課程知識，完成實(shí)體加工制作。設(shè)計(jì)的作品可以參加省、市乃至全國性的各類競賽，如全國大學(xué)生機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽、挑戰(zhàn)杯比賽、機(jī)器人大賽和大學(xué)生科研立項(xiàng)等大學(xué)生科技活動(dòng)。

在學(xué)生的科技活動(dòng)中，將會(huì)暴露出學(xué)生對于所學(xué)基礎(chǔ)知識及其應(yīng)用方面的很多問題，可以將這些問題進(jìn)行總結(jié)，并引入到課堂教學(xué)之中，使理論教學(xué)更加生動(dòng)、印象深刻，進(jìn)而為日后的學(xué)生科技活動(dòng)打下良好的基礎(chǔ)。因此，理論教學(xué)和學(xué)生科技活動(dòng)之間互相促進(jìn)，形成了良性循環(huán)。例如：新型擦鞋機(jī)是我校參加第四屆天津市大學(xué)生機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽的參賽作品，圖5為Solidworks繪制的新型擦鞋機(jī)三維實(shí)體圖，圖6為加工得到的實(shí)物樣機(jī)。

以大學(xué)生科技活動(dòng)為平臺，使學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識進(jìn)行了全面的、整體的、深刻的訓(xùn)練，可以增強(qiáng)學(xué)生的綜合素質(zhì)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神與實(shí)踐能力。機(jī)械原理課程教學(xué)為大學(xué)生科技活動(dòng)奠定了良好的理論基礎(chǔ)；大學(xué)生科技活動(dòng)又使機(jī)械原理課程教學(xué)得到了延伸。

3 建立自主學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)模式

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷進(jìn)步，網(wǎng)絡(luò)資源的廣泛應(yīng)用，使得課程教學(xué)網(wǎng)站的建立更加便捷，學(xué)生可以充分利用校園網(wǎng)進(jìn)行自我提高。機(jī)械原理課程的教學(xué)網(wǎng)站可以將電子課件、教案、課程素材、學(xué)習(xí)重點(diǎn)與難點(diǎn)、典型例題、自測題庫、課程實(shí)驗(yàn)和課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書等大量學(xué)習(xí)資料放在網(wǎng)站上，可以滿足學(xué)生復(fù)習(xí)、考研、擴(kuò)大知識面等各種學(xué)習(xí)需要。在日趨完善的校園寬帶網(wǎng)絡(luò)平臺的基礎(chǔ)上，結(jié)合Web的開放式技術(shù)和協(xié)同設(shè)計(jì)技術(shù)，構(gòu)建機(jī)械原理交互式網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)上答疑、在線討論、創(chuàng)新園地等專欄，為學(xué)生創(chuàng)造了良好的網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)環(huán)境。

4 結(jié)束語

通過對機(jī)械原理課程的教學(xué)改革與實(shí)踐探索，我們根據(jù)“能力導(dǎo)向”原則凝練了教學(xué)內(nèi)容，提高了各教學(xué)環(huán)節(jié)的關(guān)聯(lián)度，采用了靈活多樣的教學(xué)方法，建立了適合我校特點(diǎn)、可持續(xù)發(fā)展的學(xué)生課外科技活動(dòng)機(jī)制，將課堂教學(xué)與網(wǎng)絡(luò)自學(xué)緊密結(jié)合在一起，教學(xué)效果得到了明顯的提高。

在機(jī)械原理課程教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法的改革過程中，培養(yǎng)了學(xué)生興趣驅(qū)動(dòng)、主動(dòng)實(shí)踐和銳意創(chuàng)新等意識，全面提高了學(xué)生的工程實(shí)踐能力和綜合素質(zhì)，為我國制造業(yè)的振興和可持續(xù)發(fā)展培養(yǎng)高素質(zhì)的工程技術(shù)人才提供了新思路。

基金項(xiàng)目：天津市普通高校本科教學(xué)質(zhì)量與教學(xué)改革研究計(jì)劃項(xiàng)目（D01-0802）；天津城建大學(xué)教學(xué)改革項(xiàng)目（JG-1423）

注釋

① 鐘秉林.國際視野中的創(chuàng)新型人才培養(yǎng)[J].中國高等教育，2007（3）：37-40.

② 嚴(yán)新平，謝峻林，李志峰.應(yīng)用型創(chuàng)新人才培養(yǎng)的構(gòu)思[J].理工高教研究，2009.28（1）：74-77.

③ 王麗燕.教師實(shí)踐共同體：專業(yè)發(fā)展的平臺[J].河北師范大學(xué)學(xué)報(bào)（教育科學(xué)版），2010.12（8）：26- 29.

④ 劉慶運(yùn)，錢瑞明.基于創(chuàng)新能力培養(yǎng)的機(jī)械原理課程教學(xué)[J].教育教學(xué)論壇，2012（16）：33-34.

⑤ 教育部高等學(xué)校機(jī)械基礎(chǔ)課程教學(xué)指導(dǎo)分委員會(huì).高等學(xué)校機(jī)械基礎(chǔ)系列課程現(xiàn)狀調(diào)查分析報(bào)告暨機(jī)械基礎(chǔ)系列課程教學(xué)基本要求[M].北京：高等教育出版社，2012.1.