基于應(yīng)用實踐型本科機械原理的教學(xué)改革研究

李俏，覃羨烘，王鵬程

（廣東理工學(xué)院，廣東肇慶526100）

基于應(yīng)用實踐型本科機械原理的教學(xué)改革研究

李俏，覃羨烘，王鵬程

（廣東理工學(xué)院，廣東肇慶526100）

為了適應(yīng)新建應(yīng)用實踐型本科院校的教學(xué)教育特點，結(jié)合我校機械設(shè)計制造及其自動化以及機械電子工程專業(yè)的人才培養(yǎng)計劃，結(jié)合該專業(yè)的基礎(chǔ)課《機械原理》的課程特點，對教學(xué)的內(nèi)容、教學(xué)的方法、實踐實驗教學(xué)這三方面進行了適當(dāng)?shù)母母?，探索適合新建應(yīng)用實踐型本科院校的教學(xué)理念，從而進行有效合理的教與學(xué)。

應(yīng)用實踐型本科；機械原理；課改研究

根據(jù)應(yīng)用實踐型本科院校的教育宗旨：培養(yǎng)有能力、有知識和素質(zhì)全面發(fā)展的高級應(yīng)用型人才，能面向?qū)嵺`生產(chǎn)、建設(shè)管理、服務(wù)一線[1]。相對于其他高等教育，更重視培養(yǎng)一線應(yīng)用工程師。廣東理工學(xué)院自2014年由大專院校升為應(yīng)用型本科院校后，為了更好地服務(wù)于當(dāng)?shù)貦C械行業(yè)發(fā)展的需求，申報了機械設(shè)計制造與自動化以及機械電子工程兩個本科專業(yè)。傳統(tǒng)的教育目標(biāo)、教學(xué)教育內(nèi)容和教學(xué)方法模式已不能滿足當(dāng)今應(yīng)用型人才培養(yǎng)的需要。為了盡快適應(yīng)本院校本科教育教學(xué)工作上的要求和對機械類應(yīng)用實踐型人才培養(yǎng)的需要，《機械原理》課程的教學(xué)必須盡快從專科教育理念向本科教育制度模式轉(zhuǎn)變[2]。因此，本文鑒于本?！稒C械原理》的課程特點，主要從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和教學(xué)實踐實驗環(huán)節(jié)三大方面進行一定的探索性的教學(xué)改革研究。

1 《機械原理》課程教學(xué)特征

由于到目前為止，2014級學(xué)生是我校第一屆本科學(xué)生，因而專業(yè)基礎(chǔ)課《機械原理》也就在2015～2016學(xué)年下學(xué)期才面向7個本科班開設(shè)，針對這學(xué)期開設(shè)教學(xué)情況，以及我校學(xué)生教師等情況，其課程內(nèi)容和學(xué)習(xí)方法等方面有著自身的特點。

1.1 內(nèi)容多，課時有限，傳統(tǒng)教學(xué)方法難以勝任

機械原理課程的特點之一是內(nèi)容多，圖多，大量的機構(gòu)運動分析以及運動設(shè)計，傳統(tǒng)的板書教學(xué)模式很難完美地呈現(xiàn)在學(xué)生們的頭腦中；而且，課時往往又很有限，而教學(xué)內(nèi)容又比較多，更難完整系統(tǒng)地使學(xué)生掌握、了解機器與機構(gòu)分析與設(shè)計的基本原理與方法，學(xué)生步入社會后，不能學(xué)以致用，以致對待實際工程問題沒有一定的系統(tǒng)解決方法。這些問題都對教師的教學(xué)方法和手段提出了高層次的要求。

1.2 學(xué)生基礎(chǔ)差，難以把握重點知識，解決實際問題

機械原理這一學(xué)科體系對初學(xué)者有一定的要求，只有學(xué)好了機械原理才能更好的掌握學(xué)習(xí)機械原理的理論與方法，而我校的本科生源總體上文化基礎(chǔ)知識相對較差，并且大都是沒有接觸過工程實踐，所以機械原理這門課相對來說入門會比較困難。課程中應(yīng)用到的各種機構(gòu)分析、分析方法也是之前所有基礎(chǔ)課當(dāng)中沒有涉及過的。所以機械原理在我校更是一門“學(xué)生難學(xué)，老師更難教”的課程。

1.3 教學(xué)內(nèi)容缺乏工程背景[3]

針對我校的性質(zhì)，所有專業(yè)培養(yǎng)方案都應(yīng)把培養(yǎng)應(yīng)用實踐型人才放在首位。而大多數(shù)學(xué)生沒有工程實踐經(jīng)驗，對課堂上所學(xué)的機構(gòu)結(jié)構(gòu)學(xué)、運動學(xué)和動力學(xué)等內(nèi)容缺乏必要的感性認(rèn)識，所以會在一定程度上感到機械原理抽象、難學(xué)，所以學(xué)生很難完成機構(gòu)創(chuàng)新這一環(huán)節(jié)，甚至碰到一些實際工程實例根本無從下手這一現(xiàn)象。所以這一現(xiàn)象與我校的人才培養(yǎng)目標(biāo)沒有達成很好的銜接，就這給教學(xué)內(nèi)容以及教學(xué)方法提出了一定的考驗。

2 豐富教學(xué)內(nèi)容

本校根據(jù)專業(yè)培養(yǎng)計劃，機械原理該課程授課課時52學(xué)時，實驗實踐8學(xué)時，總共60課時。顯然，仍然沿用“老師教與學(xué)生學(xué)”“一對全班”很難滿足當(dāng)今時代的學(xué)生要求以及教學(xué)目標(biāo)。針對機械原理的課程內(nèi)容，分為“機構(gòu)結(jié)構(gòu)分析的基本知識”、“機構(gòu)的運動分析”、“機器動力學(xué)”、“常用機構(gòu)的分析與設(shè)計”和“機械系統(tǒng)的方案設(shè)計”五大方面[4]，前面三大方面主要在課堂上為學(xué)生呈現(xiàn)，課程設(shè)計和課程實驗實踐中主要涉及另外兩個模塊。對于連桿機構(gòu)、凸輪機構(gòu)設(shè)計的圖解法和解析法、機構(gòu)的演化方法，機構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計方法等過于專業(yè)性的內(nèi)容，如斜齒輪的當(dāng)量齒輪的各個參數(shù)的公式、齒輪發(fā)生根切的原因以及不產(chǎn)生根切的最小齒數(shù)公式的推導(dǎo)過程，可以相對精簡化，要讓學(xué)生重點掌握這些專業(yè)結(jié)論的應(yīng)用。

針對教學(xué)內(nèi)容缺乏工程背景，在講授課程原理與方法時，應(yīng)著力向?qū)W生強調(diào)清楚相關(guān)的工程實例或工程應(yīng)用背景，明確設(shè)計要求與具體的設(shè)計任務(wù)，培養(yǎng)具備理論聯(lián)系實際，能用課本上學(xué)到的知識去處理實際工程問題的能力，這樣更助于提高學(xué)生的注意力與興趣。合理設(shè)計教學(xué)實例，如牛頭刨床的機構(gòu)設(shè)計：牛頭刨床的機構(gòu)設(shè)計包含具有急回特性的導(dǎo)桿機構(gòu)、凸輪機構(gòu)、齒輪機構(gòu)，通過這個實際工程例子可以讓學(xué)生全方位地掌握機械原理主要常用機構(gòu)的設(shè)計原理。通過這個實例使學(xué)生加深了對四桿機構(gòu)急回特性、傳力特性及運動連續(xù)性的理解，不同主要機構(gòu)的不同組合能達到的工作結(jié)果、各執(zhí)行構(gòu)件運動的協(xié)調(diào)配合關(guān)系等。

3 改進教學(xué)方法

針對上面我校機械原理這門課程的教學(xué)特點，有必要改進現(xiàn)有的教學(xué)方法，脫離老師過分依賴單一的PPT，完善多媒體輔助教學(xué)系統(tǒng)，對機械原理課程多媒體課件進行一定的探索與實踐。

由于機械原理內(nèi)容多圖，多機構(gòu)以及機構(gòu)之間的演化過程，機構(gòu)分析過程等等，都不是單一PPT上一張圖片能夠表達得清楚的，因此要開發(fā)集圖形、動畫、視頻、文字于一體的機械原理CAI課件。同時，通過創(chuàng)建本校網(wǎng)絡(luò)線上教學(xué)，線上設(shè)置計算題、填空題、判斷題、選擇題等訓(xùn)練環(huán)節(jié)，有利于學(xué)生線下課前準(zhǔn)備與課后的復(fù)習(xí)和練習(xí)，以及老師在網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)通道批改作業(yè)完成情況，實時了解學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，實現(xiàn)交互式教與學(xué)，也正適應(yīng)當(dāng)下年輕人喜歡網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)這一情況。例如線上課件布置的機構(gòu)設(shè)計任務(wù)環(huán)節(jié)，如平面連桿機構(gòu)的設(shè)計、反轉(zhuǎn)法設(shè)計凸輪輪廓等，這些過程可以提供學(xué)生對課程設(shè)計的機構(gòu)方案選擇參考。這就需要研究一種集課堂教學(xué)、課下學(xué)習(xí)與訓(xùn)練于一體的《機械原理》交互式多媒體課件，機械原理交互式多媒體課件充分體現(xiàn)教學(xué)規(guī)律，集課程介紹、學(xué)習(xí)指導(dǎo)、習(xí)題指導(dǎo)、計算仿真于一體，完整系統(tǒng)地展現(xiàn)給學(xué)生。

4 實踐實驗改革

4.1 實驗內(nèi)容豐富

結(jié)合我校課程《機械原理》開設(shè)的四個實驗，主要是驗證性實驗，有對機構(gòu)的認(rèn)知、平面機構(gòu)運動簡圖測繪、齒輪加工范成法加工實驗、漸開線直齒圓柱齒輪參數(shù)的測定等，從教學(xué)實驗的結(jié)果來看，大部生學(xué)生沒有實際操作，從事實驗內(nèi)容。為了提高學(xué)生對實驗的動手機會，應(yīng)該減少驗證性實驗，增加一些設(shè)計創(chuàng)新性、綜合性的實驗項目。并且，在實驗教學(xué)的方法上，必須從傳統(tǒng)的教師示范轉(zhuǎn)變?yōu)閷W(xué)生參與，減少分組人員，確保每個學(xué)生能有機會進行動手進行實驗。最后在對實驗的管理上，可以開放實驗室，給學(xué)生提供一定的實驗實踐機會。針對以上情況，可以把課程的實驗分為以下三個層次：

4.1.1 認(rèn)識性實驗

主要的目的是配合課堂教學(xué)以及課程進度，為學(xué)生展示大量豐富的實際機械、機構(gòu)模型、機電一體化設(shè)備及創(chuàng)新設(shè)計實例，使學(xué)生對實際機械系統(tǒng)增加感性認(rèn)識，加深理解所學(xué)知識，開闊眼界，拓寬思路，啟迪學(xué)生的創(chuàng)造性思維并激發(fā)創(chuàng)新的欲望，培養(yǎng)學(xué)生最基本的觀察能力、動手能力和創(chuàng)造能力。

4.1.2 研究性實驗[5]

增加引起探究性實驗，學(xué)生可以根據(jù)實驗室現(xiàn)有的實驗設(shè)備，應(yīng)用課本上所學(xué)的知識提出對某一理論衍生出的實驗假設(shè)，再通過實驗、探索、分析、研究得出結(jié)論，最后驗證假設(shè)的正確性。比如實驗室具有基于UG開發(fā)的虛擬實驗，采用UG NX機構(gòu)運動分析模塊Motion進行機構(gòu)仿真分析，可以極其方便地對機械設(shè)計方案進行模擬、修改和優(yōu)化。通過里面的機構(gòu)運動仿真實例：曲柄滑塊機構(gòu)、滑塊聯(lián)軸器、橢圓儀、牛頭刨床機構(gòu)、平面/空間凸輪、平面/空間連桿機構(gòu)、齒輪等在工程中常用的幾十多種運動機構(gòu)，通過機構(gòu)組合可以實現(xiàn)一些虛擬樣機的探究，如：離心調(diào)速器、汽車轉(zhuǎn)向機構(gòu)、汽車行駛模擬、飛機起落架、電影放映機、鐘表運轉(zhuǎn)等。同時，學(xué)生可以通過改變機構(gòu)的尺寸以及不同的組合方式，實現(xiàn)不同的運動方式。該實驗可以加深學(xué)生對構(gòu)件的結(jié)構(gòu)、運動副的認(rèn)識，啟發(fā)學(xué)生進行運動副的結(jié)構(gòu)探究設(shè)計。

4.1.3 自主創(chuàng)新實驗

除了上面的兩大類實驗項目，還提供了各種機械零部件、電機、傳輸零部件、聯(lián)接零部件等，為學(xué)生打造一個自主創(chuàng)新的平臺。學(xué)生可以自由組裝現(xiàn)有的各種常見的機構(gòu)比如機器中常用的機械手、推剁機、傳送帶等，自主設(shè)計能實現(xiàn)一定運動的機構(gòu)，實現(xiàn)學(xué)生自己一些創(chuàng)新的想法，實現(xiàn)他們頭腦中的機構(gòu)以及機器。該類型實驗可以減少常有的實驗的枯燥感，增加學(xué)生的學(xué)習(xí)創(chuàng)新興趣，聯(lián)系實際，充分理解課本上講過的機構(gòu)的運動理論知識。

4.2 課程實踐設(shè)計主觀化

在學(xué)校以及現(xiàn)在工作后接觸到的《機械原理》課程設(shè)計都太單一了，比如牛頭刨床機構(gòu)設(shè)計應(yīng)用之廣泛，基本上就是繪制機構(gòu)運動簡圖、圖解法分析其中的導(dǎo)桿機構(gòu)部分的運動參數(shù)、根據(jù)凸輪機構(gòu)中的推桿運動規(guī)律用圖解法設(shè)計凸輪機構(gòu)的實際輪廓，最后再詳細編寫完整整個課程設(shè)計的說明書，導(dǎo)致現(xiàn)在學(xué)生在課程設(shè)計時沒有自己思維想法，都是參考，千篇一律，缺乏創(chuàng)新，導(dǎo)致學(xué)生產(chǎn)生不了太大的興趣。所以在課程設(shè)計這方面也必須有一定的改革，以學(xué)生老師兩者分工明確、主設(shè)計在學(xué)生，老師在過程中適當(dāng)提出建議性的意見，之后學(xué)生完成課程設(shè)計課題的確立以及編寫設(shè)計任務(wù)書等。必要時還可以讓學(xué)生學(xué)會ADAMS仿真軟件，可以對機構(gòu)方案進行仿真分析，驗證自己設(shè)計的機構(gòu)能否能到預(yù)期的效果。最后，改變把所有的圖紙和說明書裝檔案袋結(jié)束課程設(shè)計這一過程，適當(dāng)增加答辯環(huán)節(jié)。答辯可以分為改變以往的個人答，針對課程設(shè)計分組進行的過程，可以一個組一個組地進行討論答辯，學(xué)生可以就自己擅長的方面進行回答問題，不僅可以提高整個團隊的合作精神，還適當(dāng)減少學(xué)生的緊張感，最后老師根據(jù)整組以及個人的的整個過程的表現(xiàn)，給出一個合理的成績。

5 總結(jié)

當(dāng)今，由于我國處在一個現(xiàn)代化工業(yè)快速發(fā)展的時代，這就決定了我國的工業(yè)制造不再需要一般型人才，而是大批具有創(chuàng)新精神的開拓創(chuàng)新型的工程業(yè)界精英。而《機械原理》作為塑造卓越機械工程師的主要課程之一，就非常有必要進行一定方面的探究改革研究，不僅要重視整體課程體系的特點、課程內(nèi)容以及教學(xué)方法方面的改革研究，更應(yīng)在整體教學(xué)過程中加強創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。本文詳細說明了前面幾大方面的一些探究性改革研究，但對學(xué)生的創(chuàng)新意識的提高還應(yīng)該再深入的研究。并且，作為機械專業(yè)核心課程的任課教師，必須重視起自己各方面的提升，不斷與時俱進，改進教學(xué)方法，適應(yīng)新時代高教教師的要求。

[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]孫恒，陳作模，葛文杰.機械原理[M].北京：高等教育出版社，2013：1-4.

[4]景作軍，王宇，陳睿，等.以實例教學(xué)為驅(qū)動的機械原理課程教學(xué)[J].科教導(dǎo)刊（上旬刊），2016（03）：97-98.

[5]王波，林其斌.應(yīng)用型本科機械原理課程教學(xué)改革研究與實踐[J].2013，15（2）：111-125.

Teaching Reform Research of Mechanical Principles Based on Applied Principle of Undergraduate

LI Qiao，QIN Xian-hong，WANG Peng-cheng
（Guang Dong Polytechnic College，Zhaoqing Guangdong 526100，China）

In order to adapt to the characteristics of the teaching of the newly applied practice-oriented colleges and universities，this paper summarizes the characteristics of the basic course“Mechanical Principle”base on the personnel training objectives of the mechanical design and manufacturing and automation and mechanical and electrical engineering，teaching content，teaching methods，practice and experiment teaching are reformed which is exploring the teaching ideas for newly-built practical undergraduate colleges，so as to get the effective and reasonable teaching and learning personnel training objectives.

application practice undergraduate；mechanical principle；curriculum study

G420

A

1672-545X（2017）03-0205-03

2016-12-28

廣東理工學(xué)院教學(xué)研究與改革項目（項目編號：JXGG2016011）

李俏（1990-），女，江西贛州人，碩士研究生，主要研究方向：數(shù)字化設(shè)計與制造。