基于創(chuàng)新能力培養(yǎng)的機(jī)械原理課程建設(shè)探索

　?。ǖ轮輰W(xué)院，山東 德州253023）
　　摘要：主要對(duì)機(jī)械專(zhuān)業(yè)的機(jī)械原理課程教學(xué)體系進(jìn)行了探索，通過(guò)機(jī)械原理課程的理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)的改革，培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新思維，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)，提高了學(xué)生的機(jī)械設(shè)計(jì)能力和創(chuàng)新實(shí)踐能力。
　　關(guān)鍵詞：機(jī)械原理；教學(xué)；創(chuàng)新
　　機(jī)械原理課程作為機(jī)械類(lèi)專(zhuān)業(yè)中一門(mén)重要的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課，它具有較強(qiáng)的工程性、實(shí)踐應(yīng)用性、創(chuàng)新性，在整個(gè)教學(xué)體系中起著承上啟下的作用。該課程主要講述機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析、運(yùn)動(dòng)分析、力分析和常用機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)原理和應(yīng)用。學(xué)過(guò)這門(mén)課以后，學(xué)生能對(duì)現(xiàn)有機(jī)械的組成和運(yùn)動(dòng)情況進(jìn)行分析，具有運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，組合新的機(jī)構(gòu)及創(chuàng)造出新產(chǎn)品的能力。在培養(yǎng)學(xué)生的機(jī)械設(shè)計(jì)能力和創(chuàng)新思維、創(chuàng)新能力所需的知識(shí)、能力和素質(zhì)結(jié)構(gòu)中占有十分重要的地位。
　　一、基于創(chuàng)新能力培養(yǎng)的機(jī)械原理課程教學(xué)體系的建立
　　目前，國(guó)內(nèi)外高校都十分注重培養(yǎng)大學(xué)生的科技創(chuàng)新和實(shí)踐能力，德州學(xué)院結(jié)合機(jī)械原理的精品課程建設(shè)，以培養(yǎng)和發(fā)展機(jī)械類(lèi)本科生的綜合素質(zhì)和實(shí)踐動(dòng)手能力為目標(biāo)，以創(chuàng)新教育為重點(diǎn)，以“激發(fā)創(chuàng)新興趣，培養(yǎng)創(chuàng)新思維，引導(dǎo)自主實(shí)踐，重在創(chuàng)新過(guò)程”為原則，對(duì)機(jī)械原理課程進(jìn)行了全面的建設(shè)。機(jī)械原理課程建設(shè)總體框架如圖1所示。
　　二、通過(guò)理論教學(xué)模塊培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新思維
　　1.改革理論教學(xué)內(nèi)容，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)和思維
　　隨著企業(yè)對(duì)機(jī)械工程技術(shù)人員的設(shè)計(jì)、創(chuàng)新和新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)能力越來(lái)越重視，機(jī)械原理教學(xué)內(nèi)容也應(yīng)該隨之進(jìn)行改革。以機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)為核心構(gòu)建課程體系和組織教學(xué)內(nèi)容，加強(qiáng)對(duì)連桿機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)、齒輪機(jī)構(gòu)等機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)、應(yīng)用特點(diǎn)的介紹，全面、系統(tǒng)地講授各機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)、動(dòng)力性能。對(duì)與理論力學(xué)重復(fù)的部分如平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析、力分析、剛性轉(zhuǎn)子平衡可適當(dāng)減少課時(shí)，簡(jiǎn)單介紹。
　　在教學(xué)內(nèi)容上適當(dāng)增加一些日常生活中的實(shí)例和工程機(jī)械的結(jié)構(gòu)實(shí)例。講授機(jī)構(gòu)時(shí)先以生活中的應(yīng)用實(shí)例導(dǎo)入，再以各種機(jī)加工機(jī)床的結(jié)構(gòu)作為實(shí)際工程機(jī)械實(shí)例深入學(xué)習(xí)。如講解連桿機(jī)構(gòu)時(shí)，先以常見(jiàn)的推拉門(mén)窗、太陽(yáng)傘等生活實(shí)例應(yīng)用引入，然后進(jìn)一步介紹在牛頭刨床的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。而這些機(jī)床的結(jié)構(gòu)中如牛頭刨床中包含了機(jī)械中的連桿機(jī)構(gòu)、齒輪機(jī)構(gòu)、間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)等，使學(xué)生能夠?qū)⒏行哉J(rèn)識(shí)和理論知識(shí)結(jié)合起來(lái)，提高學(xué)生對(duì)機(jī)構(gòu)有了直觀的認(rèn)識(shí)。
　　同時(shí)在講授各個(gè)機(jī)構(gòu)時(shí)應(yīng)將其彼此聯(lián)系起來(lái)，如介紹凸輪機(jī)構(gòu)的工作原理時(shí)，可以提問(wèn)學(xué)生前面所學(xué)機(jī)構(gòu)中哪些機(jī)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)主動(dòng)件勻速轉(zhuǎn)動(dòng)從動(dòng)件移動(dòng)，學(xué)生就會(huì)能夠?qū)⑦B桿機(jī)構(gòu)中的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)聯(lián)想起來(lái)，然后可以進(jìn)一步聯(lián)想起凸輪機(jī)構(gòu)高副低代后就是連桿機(jī)構(gòu)。接著讓學(xué)生將自己所知道的凸輪機(jī)構(gòu)和兩機(jī)構(gòu)聯(lián)合使用的應(yīng)用實(shí)例舉出一二。這樣將前后所學(xué)內(nèi)容連貫在一起，融合貫通起來(lái)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和創(chuàng)新意識(shí)。
　　2.改革理論教學(xué)方法和手段，強(qiáng)化學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和思維
　　充分利用現(xiàn)代化的教學(xué)手段，增加課堂授課的信息量；在對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行深入研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合機(jī)械原理的教學(xué)內(nèi)容建立以圖片、動(dòng)畫(huà)、錄像資料為主的素材庫(kù)。對(duì)各個(gè)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)、分析及應(yīng)用采用三維動(dòng)畫(huà)演示，運(yùn)用其形象、直觀、生動(dòng)的特點(diǎn)，創(chuàng)造生動(dòng)逼真的教學(xué)環(huán)境，優(yōu)化課堂教學(xué)，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和素質(zhì)。而學(xué)生在學(xué)習(xí)機(jī)械原理以前已經(jīng)進(jìn)行三維實(shí)體軟件的學(xué)習(xí)，大部分三維動(dòng)畫(huà)是由學(xué)生獨(dú)立完成的。這樣將三維實(shí)體軟件的應(yīng)用與專(zhuān)業(yè)理論學(xué)習(xí)結(jié)合起來(lái)，不但使吸引學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，更培養(yǎng)了學(xué)生利用先進(jìn)軟件工具解決具體工程問(wèn)題的能力。學(xué)生拓寬了思路，進(jìn)一步提高了創(chuàng)新意識(shí)。
　　同時(shí)，在德州學(xué)院的教學(xué)網(wǎng)中建設(shè)了機(jī)械原理課程教學(xué)網(wǎng)站，并被學(xué)院評(píng)為優(yōu)秀網(wǎng)站。網(wǎng)站內(nèi)容包含教學(xué)課件、習(xí)題解答、在線復(fù)習(xí)、實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)、學(xué)生創(chuàng)新實(shí)例、師生互動(dòng)平臺(tái)等內(nèi)容。教師可以通過(guò)課程網(wǎng)站對(duì)學(xué)生進(jìn)行答疑，增強(qiáng)了教師與學(xué)生學(xué)習(xí)的互動(dòng)性。同時(shí)教學(xué)網(wǎng)站給學(xué)生提供一個(gè)自學(xué)的平臺(tái)，學(xué)生可根據(jù)個(gè)人興趣進(jìn)行自主性學(xué)習(xí)，從而有效地化解理論課時(shí)少的矛盾。
　　三、通過(guò)實(shí)踐教學(xué)模塊提高學(xué)生的創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力
　　1.設(shè)計(jì)合理的課后大作業(yè)，有助于提高學(xué)生的創(chuàng)新思維
　　在教學(xué)過(guò)程中，除了精選的理論基礎(chǔ)作業(yè)外，可以適當(dāng)有針對(duì)性地布置課后大作業(yè)，規(guī)定一段時(shí)間內(nèi)完成，利用課余時(shí)間分組進(jìn)行評(píng)價(jià)。這些作業(yè)可以來(lái)源于實(shí)際生活，也可以來(lái)源于工程實(shí)際應(yīng)用。通過(guò)完成作業(yè)達(dá)到學(xué)生對(duì)《機(jī)械原理》知識(shí)的綜合應(yīng)用和提高。特別是學(xué)習(xí)到幾種常用機(jī)構(gòu)時(shí)，比如講到連桿機(jī)構(gòu)時(shí)，可以布置自動(dòng)翻書(shū)架的設(shè)計(jì)、爬樓機(jī)器人機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)等題目讓學(xué)生任選其一進(jìn)行設(shè)計(jì)，也可以讓學(xué)生自己設(shè)計(jì)題目進(jìn)行設(shè)計(jì)。既提高了學(xué)生設(shè)計(jì)自主性和創(chuàng)新思維，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，又使不同程度的學(xué)生都能有所收獲。
　　2.積極進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革，提高學(xué)生的創(chuàng)新能力
　　2010年的人才培養(yǎng)改革中，提高了機(jī)械原理實(shí)驗(yàn)課時(shí)量，增加到了12學(xué)時(shí)。近幾年，學(xué)院加大了對(duì)機(jī)械專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)室的投入，增加了創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)設(shè)備的購(gòu)進(jìn)。目前可做機(jī)械原理課程實(shí)驗(yàn)的有機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)室和機(jī)械創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室。目前機(jī)械課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中已由原來(lái)的以演示性、驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為主轉(zhuǎn)變?yōu)橐跃C合性和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)為主?，F(xiàn)在的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中除保留了機(jī)械原理的認(rèn)知實(shí)驗(yàn)、機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖的繪制、齒輪齒廓范成原理實(shí)驗(yàn)等基本實(shí)驗(yàn)外，增加了平面機(jī)構(gòu)創(chuàng)意組合實(shí)驗(yàn)、機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)方案創(chuàng)新設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、輪系創(chuàng)意組合實(shí)驗(yàn)、慧魚(yú)創(chuàng)意組合實(shí)驗(yàn)等實(shí)驗(yàn)。規(guī)定了必修實(shí)驗(yàn)的個(gè)數(shù)為5個(gè)，除此之外為選修實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目和學(xué)生自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。為了提高學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力，我們將機(jī)械創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室對(duì)外開(kāi)放，學(xué)生可以根據(jù)自己的實(shí)驗(yàn)設(shè)想和具體方案，用現(xiàn)有的儀器設(shè)備，利用業(yè)余時(shí)間去實(shí)驗(yàn)室將自己的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)構(gòu)思進(jìn)行驗(yàn)證。整個(gè)過(guò)程都是由學(xué)生親力親為，不但提高了學(xué)生對(duì)各種儀器的綜合操作技能，同時(shí)也加強(qiáng)了他們獨(dú)立思考、分析解決問(wèn)題的能力和創(chuàng)新精神。
　　3.積極進(jìn)行課程設(shè)計(jì)改革，鼓勵(lì)學(xué)生大膽創(chuàng)新
　　為了體現(xiàn)專(zhuān)業(yè)特色，同時(shí)又兼顧課程教學(xué)理論知識(shí)，我們對(duì)機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)的題目、內(nèi)容和考核方法進(jìn)行了改革。課程設(shè)計(jì)題目避免重復(fù)，設(shè)計(jì)內(nèi)容不光要有圖紙和設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)，還鼓勵(lì)學(xué)生要采用計(jì)算機(jī)軟件對(duì)自己所設(shè)計(jì)的方案進(jìn)行三維虛擬造型，進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真及可行性驗(yàn)證。學(xué)生們對(duì)三維虛擬造型都很感興趣，學(xué)習(xí)Pro/E等三維設(shè)計(jì)軟件的積極性也較高。通過(guò)這一環(huán)節(jié)的訓(xùn)練，不僅提高了學(xué)生對(duì)三維設(shè)計(jì)軟件的熟悉程度，而且還調(diào)動(dòng)了他們的創(chuàng)新積極性，擴(kuò)大了他們的思考空間，激勵(lì)他們改進(jìn)設(shè)計(jì)，大膽創(chuàng)新。課程設(shè)計(jì)的考核還鼓勵(lì)學(xué)生做出所設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)的實(shí)物，若方案可行并有實(shí)物模型做出的則課程設(shè)計(jì)成績(jī)?cè)u(píng)定為優(yōu)秀，鼓勵(lì)學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐，提高自身的實(shí)踐能力。
　　4.科技創(chuàng)新模塊以科技設(shè)計(jì)競(jìng)賽為載體，促進(jìn)學(xué)生創(chuàng)新素質(zhì)提高
　　德州學(xué)院大力支持廣大學(xué)生參與各類(lèi)科技文化競(jìng)賽活動(dòng)，制訂了《德州學(xué)院大學(xué)生科技文化競(jìng)賽管理辦法》、《德州學(xué)院創(chuàng)新學(xué)分和技能學(xué)分認(rèn)定辦法》等，對(duì)學(xué)生在第一課堂外實(shí)施的一系列創(chuàng)新和技能活動(dòng)中取得的創(chuàng)新或技能成果給予一定的學(xué)分和物質(zhì)獎(jiǎng)勵(lì)，大大提高了學(xué)習(xí)的創(chuàng)新意識(shí)。而競(jìng)賽都要求在符合大賽主體與內(nèi)容的前提下，學(xué)生自行選擇設(shè)計(jì)題目。設(shè)計(jì)大賽一般要求提交模型或樣機(jī)，因此參賽學(xué)生不僅要構(gòu)思，還要設(shè)計(jì)、制作和調(diào)試。將創(chuàng)新構(gòu)思和實(shí)踐能力緊密結(jié)合起來(lái)。所以在競(jìng)賽的具體實(shí)施過(guò)程中，從查資料、繪制圖紙、撰寫(xiě)說(shuō)明書(shū)到自己親手制作，以及作品的調(diào)試以及最后的競(jìng)賽答辯，學(xué)生們經(jīng)歷了各個(gè)環(huán)節(jié)，對(duì)創(chuàng)新所需的實(shí)踐能力進(jìn)行了全方位的訓(xùn)練。
　　
　　四、結(jié)論
　　經(jīng)過(guò)幾年的機(jī)械原理課程的建設(shè)，取得了較好的效果。機(jī)械原理課程被評(píng)為德州學(xué)院優(yōu)秀課程。通過(guò)機(jī)械原理課程的學(xué)習(xí)，一方面，培養(yǎng)了學(xué)生獨(dú)立思考問(wèn)題、分析問(wèn)題的主動(dòng)性；另一方面，也激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高了他們的工程意識(shí)和創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力。
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