“機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)”的探索與實(shí)踐

高志　殷勇輝　章蘭珠

摘要：本文介紹了華東理工大學(xué)在精品課程建設(shè)中，針對“機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)”這一實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)，以培養(yǎng)創(chuàng)新精神、提高綜合素質(zhì)為目標(biāo)的教學(xué)探索與實(shí)踐。為課程設(shè)計(jì)提供了一套行之有效的教學(xué)方法。

關(guān)鍵詞：機(jī)械原理；課程設(shè)計(jì)；探索與實(shí)踐

中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2015）02-0127-02

一、機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)在機(jī)械類專業(yè)教學(xué)中的地位

《機(jī)械原理》課程是機(jī)械類本科專業(yè)的主要技術(shù)基礎(chǔ)課程，研究各種機(jī)構(gòu)和機(jī)器所具有的一般共性問題。在專業(yè)課程體系中具有承上啟下的作用。

機(jī)械原理的研究對象是經(jīng)過簡化上升到理論的機(jī)構(gòu)與機(jī)器，因此，它一方面較物理、理論力學(xué)等理論課程更加結(jié)合工程實(shí)際，另一方面又不同于專業(yè)課。它從種類繁多的機(jī)器中抽象出常用的幾種典型機(jī)構(gòu)。并分別對組成機(jī)器的各部分常用機(jī)構(gòu)從基本知識到運(yùn)動學(xué)、動力學(xué)方面進(jìn)行了詳細(xì)的分析，如：平面連桿機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)、齒輪機(jī)構(gòu)等，學(xué)生通過課程學(xué)習(xí)，可以從理論上掌握各種機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)并對其進(jìn)行分析。

但在教學(xué)過程中，由于受到課程內(nèi)容安排及章節(jié)相互獨(dú)立的限制，學(xué)生很難把所學(xué)的各種機(jī)構(gòu)的知識與一臺整體機(jī)器的工作原理結(jié)合起來。另外，在課程設(shè)計(jì)中，實(shí)現(xiàn)一臺某種功能的機(jī)器的方案是多種多樣的，如何對這些方案進(jìn)行評價(jià)與優(yōu)選，僅靠課堂上講授的內(nèi)容是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。

《機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)》是《機(jī)械原理》課程教學(xué)中的重要實(shí)踐環(huán)節(jié)，其目的是提高學(xué)生“機(jī)械原理”知識的綜合運(yùn)用能力及機(jī)構(gòu)的創(chuàng)新能力，也是實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代機(jī)械原理教學(xué)中以“機(jī)械運(yùn)動方案設(shè)計(jì)”為目標(biāo)的重要組成部分。通過課程設(shè)計(jì)，使學(xué)生融合《機(jī)械原理》課程中所學(xué)的各種機(jī)構(gòu)的相關(guān)知識，較全面、系統(tǒng)地掌握和運(yùn)用機(jī)械原理課程中的基本原理和方法，并得到“根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)、確定機(jī)械運(yùn)動方案、分析和設(shè)計(jì)機(jī)械的能力”及“創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力”的基本訓(xùn)練。

由于各種原因，課程設(shè)計(jì)從形式、內(nèi)容到方法各方面一直在不斷改革和補(bǔ)充完善之中，華東理工大學(xué)經(jīng)過多年的教學(xué)探索和實(shí)踐，在機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)中形成了一套相對完整的教學(xué)方法，在培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐動手能力和創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力中取得了良好的效果。

二、機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)的選題

課程設(shè)計(jì)的選題應(yīng)體現(xiàn)以人為本，以學(xué)生為主的理念，既要改變以往設(shè)計(jì)題目千篇一律的傳統(tǒng)，又要針對學(xué)生的實(shí)際情況，選擇合理的題目?？偟恼f來，課程設(shè)計(jì)題目應(yīng)滿足以下基本要求：

1.綜合性強(qiáng)、難度適中。要求能運(yùn)用到機(jī)構(gòu)原理課程中每章所講授的內(nèi)容，通過課程設(shè)計(jì)將課程中所學(xué)的知識有機(jī)地融合到一起。

2.注重選題的廣泛性，從日常生活、工程實(shí)際、文獻(xiàn)資料和老師的科研工作中廣泛收集合適的課程設(shè)計(jì)題目，不斷擴(kuò)大題目的數(shù)量和類型，形成機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)的基本題庫，如表1所示。

3.注重選題的創(chuàng)新性，鼓勵學(xué)生根據(jù)自己的興趣進(jìn)行選題，同時老師參照各屆機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽的內(nèi)容鼓勵學(xué)生自主選題，由教師確定所選題目是否合適課程設(shè)計(jì)的要求。這樣不僅提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，也豐富了課程設(shè)計(jì)的題目。

三、課程設(shè)計(jì)的前期工作安排

根據(jù)教學(xué)大綱，課程設(shè)計(jì)安排在機(jī)械原理課程教學(xué)同一學(xué)期（通常為第四學(xué)期）的第20周，但對二年級的本科生而言，在一周內(nèi)完成是非常困難的。我們從學(xué)生的實(shí)際情況出發(fā)，進(jìn)行了相關(guān)的探索。

1.在機(jī)械原理前期教學(xué)中，突出“機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖”的重要性，通過“機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖”及“機(jī)構(gòu)的組合”兩個課程實(shí)驗(yàn)，加強(qiáng)學(xué)生針對實(shí)驗(yàn)機(jī)構(gòu)繪制機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖的能力。其目的在于，機(jī)械原理教學(xué)是以“機(jī)械運(yùn)動方案設(shè)計(jì)”為總體目標(biāo)，而機(jī)構(gòu)運(yùn)動方案設(shè)計(jì)是以機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖的形式體現(xiàn)的，因此，培養(yǎng)學(xué)生“機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖”的繪制能力是為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)奠定基礎(chǔ)。

2.盡早告知學(xué)生機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容、任務(wù)和要求，向?qū)W生公示機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)的基本題庫。這一工作通常在期中后進(jìn)行，只需通知學(xué)生從網(wǎng)絡(luò)下載相關(guān)資料即可。掌握這些信息，有利于學(xué)生進(jìn)行前期資料查找和準(zhǔn)備，有利于學(xué)生開展自主選題和大學(xué)生創(chuàng)新活動。

3.在課程教學(xué)的最后一次課（通常在16周），講授針對機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)的相關(guān)課程教學(xué)“機(jī)械的運(yùn)動方案及機(jī)構(gòu)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)”，這樣不僅使課程教學(xué)中的各部分知識能夠聯(lián)系起來，而且也為課程設(shè)計(jì)做好知識準(zhǔn)備。

4.在課程設(shè)計(jì)中，考慮到課程設(shè)計(jì)的時間和難度，以3名學(xué)生為一組，通過集體討論，開發(fā)思路提出各種設(shè)計(jì)方案，培養(yǎng)同學(xué)們的團(tuán)隊(duì)精神和協(xié)作能力。學(xué)生的組隊(duì)工作，均在16周前完成。

通過上述安排，學(xué)生在開展課程設(shè)計(jì)前，對機(jī)械原理整體教學(xué)要求形成具體的認(rèn)識，有足夠時間進(jìn)行課程設(shè)計(jì)相關(guān)的準(zhǔn)備工作，為提高課程設(shè)計(jì)質(zhì)量奠定了基礎(chǔ)。

四、課程設(shè)計(jì)的流程

由于機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)是大學(xué)生的第一次課程設(shè)計(jì)，學(xué)生針對自己的設(shè)計(jì)題目，往往不知如何著手，因此，需要一套明確的流程來引導(dǎo)學(xué)生順利開展設(shè)計(jì)工作，如圖1所示。

五、對編寫設(shè)計(jì)說明書的要求及指導(dǎo)意見

機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)的質(zhì)量最終以設(shè)計(jì)說明書的形式體現(xiàn)出來，而如何編寫一份高質(zhì)量的設(shè)計(jì)說明書也是學(xué)生面臨的主要問題之一，因此，在課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書中，對設(shè)計(jì)說明書的編寫提出了詳細(xì)的要求和指導(dǎo)意見，主要包括以下內(nèi)容：

1.封面：包括設(shè)計(jì)題目、設(shè)計(jì)者、指導(dǎo)教師和設(shè)計(jì)時間。

2.設(shè)計(jì)任務(wù)的分析：設(shè)計(jì)任務(wù)書、設(shè)計(jì)條件和設(shè)計(jì)要求。

3.原動件的選擇與比較。

4.傳動機(jī)構(gòu)的方案分析與設(shè)計(jì)。

5.執(zhí)行機(jī)構(gòu)的方案分析與設(shè)計(jì)。

6.機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動方案的擬定和比較：要求擬定三種運(yùn)動方案。并對三種方案進(jìn)行優(yōu)化分析，確定最終的機(jī)構(gòu)運(yùn)動方案。

7.對設(shè)計(jì)中的所用方法及其原理進(jìn)行簡要說明，列出必要的計(jì)算公式和計(jì)算結(jié)果，畫出相關(guān)的機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動方案布置圖、機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖、制定機(jī)械系統(tǒng)的運(yùn)動循環(huán)圖。

8.對所選機(jī)構(gòu)運(yùn)動方案的運(yùn)動、動力分析與設(shè)計(jì)。

9.設(shè)計(jì)小結(jié)：總結(jié)設(shè)計(jì)中的創(chuàng)新之處與心得體會，說明在設(shè)計(jì)過程中三人具體分工安排情況。

10.列出主要參考資料。

六、結(jié)束語

機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)的主要目的是融合課程知識，激發(fā)學(xué)生的動手能力與創(chuàng)新精神，作為機(jī)械類本科學(xué)生的第一次課程設(shè)計(jì)，在選題、任務(wù)安排、設(shè)計(jì)內(nèi)容與指導(dǎo)方法上形成一套行之有效的方法顯然是非常重要的。

經(jīng)過對機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)的探索和實(shí)踐，使得學(xué)生在獲取信息能力、創(chuàng)新能力、協(xié)作能力和學(xué)習(xí)熱情上都得到了不同程度的提高。同時我們感到，如何將機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)中對學(xué)生的階段培養(yǎng)與大學(xué)階段整體的創(chuàng)新教育、創(chuàng)新精神與實(shí)踐能力的培養(yǎng)結(jié)合起來，是需要進(jìn)一步探索和研究的方向。

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