基于創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的《機(jī)械原理》課程教學(xué)改革與實(shí)踐

王敏++羅小林

摘 要：《機(jī)械原理》作為機(jī)械類及近機(jī)械類專業(yè)的一門主干專業(yè)基礎(chǔ)課，在培養(yǎng)學(xué)生工程實(shí)踐及創(chuàng)新能力方面具有舉足輕重的地位。項(xiàng)目組以學(xué)院大學(xué)生科技創(chuàng)新中心及校外實(shí)踐教學(xué)基地為紐帶，通過重組課程教學(xué)內(nèi)容、優(yōu)化教學(xué)手段、構(gòu)建分段實(shí)踐教學(xué)、加強(qiáng)創(chuàng)新性師資建設(shè)等手段，旨在促進(jìn)《機(jī)械原理》課程教學(xué)改革與實(shí)踐，培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力。

關(guān)鍵詞：創(chuàng)新型人才 機(jī)械原理 教學(xué)改革

中圖分類號：G64 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）02（b）-0180-03

Reform and Practice of the Mechanical Principle Course Based on the Innovative Talent Training

Wang Min Luo Xiaolin

（College of Mechanical Engineering， Guangdong Polytechnic Normal University， Guangzhou Guangdong ， 510665， China）

Abstract： As a backbone professional basic course of machinery majors，the mechanical principle course has a pivotal position in training studentsengineering practice and innovation ability.With science innovation center and off-campus practice teaching base as linkages， the teaching reform and practice of the mechanical principle course were promoted and the students project practice ability and innovation ability were cultivated through restructuring the teaching content， optimizing the teaching means， constructing piecewise practice teaching and strengthening the construction of innovative teachers.

Key Words： Innovative talents； Mechanical principle； Educational reform

《機(jī)械原理》作為機(jī)械類及近機(jī)械類專業(yè)的一門主干專業(yè)基礎(chǔ)課，承擔(dān)著培養(yǎng)學(xué)生機(jī)械系統(tǒng)整體運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì)的重要任務(wù)，在培養(yǎng)大學(xué)生工程實(shí)踐及創(chuàng)新能力方面具有其他課程所無法比擬的優(yōu)勢。但該課程內(nèi)容缺乏關(guān)聯(lián)性、系統(tǒng)性，學(xué)生無法從整體上順利完成系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì)，也無法從機(jī)械產(chǎn)品綜合設(shè)計(jì)的角度理解該課程所述知識的真正用處。并且由于課時(shí)壓縮及學(xué)生整體素質(zhì)的下滑，使得學(xué)生普遍反映該課程內(nèi)容枯燥難懂，機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)費(fèi)解難明，于是產(chǎn)生了嚴(yán)重的厭學(xué)、畏難情緒，期末考試不及格率大，學(xué)生的創(chuàng)新意識、創(chuàng)新能力培養(yǎng)更無從談起。

多年來，研究人員結(jié)合機(jī)械原理課程理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)兩大模塊，通過合理整合教學(xué)內(nèi)容，優(yōu)化理論教學(xué)；改進(jìn)教學(xué)方式、方法；改進(jìn)作業(yè)方式；構(gòu)建分段實(shí)踐教學(xué)模式；鼓勵(lì)、支持學(xué)生參加科研活動(dòng)及各種科技競賽；強(qiáng)化創(chuàng)新型教師培養(yǎng)等方面的改革，以期激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力。近年來初見成效，學(xué)生學(xué)習(xí)主動(dòng)性提高，不及格率明顯降低，學(xué)生在各級各類有關(guān)機(jī)械創(chuàng)新的大賽中也獲得了較好成績。

1 重組教學(xué)內(nèi)容，優(yōu)化理論教學(xué)

為培養(yǎng)學(xué)生的分析能力、綜合能力及創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力，研究人員將《機(jī)械原理》課程按照“機(jī)構(gòu)分析”“機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)”和“綜合設(shè)計(jì)”的模塊進(jìn)行劃分，如圖1所示[1]。機(jī)構(gòu)分析模塊主要內(nèi)容包括：機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析、平面機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析、平面機(jī)構(gòu)的力分析、機(jī)械的效率與自鎖、機(jī)械的平衡、機(jī)械的運(yùn)轉(zhuǎn)及其速度波動(dòng)的調(diào)節(jié)等，通過該模塊的學(xué)習(xí)提高學(xué)生分析問題的能力。機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)模塊主要內(nèi)容包括：平面連桿機(jī)構(gòu)及其設(shè)計(jì)、凸輪機(jī)構(gòu)及其設(shè)計(jì)、齒輪機(jī)構(gòu)及其設(shè)計(jì)、齒輪系及其設(shè)計(jì)、其他常用機(jī)構(gòu)、工業(yè)機(jī)器人機(jī)構(gòu)及其設(shè)計(jì)等。綜合設(shè)計(jì)模塊主要內(nèi)容為機(jī)械系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)[2]。學(xué)生通過對機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)及綜合設(shè)計(jì)模塊的學(xué)習(xí)，在結(jié)合自身實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)與理論知識的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，從而培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新思維及綜合設(shè)計(jì)能力。

2 改革教學(xué)方式、方法，優(yōu)化教學(xué)手段

近年來，由于專業(yè)基礎(chǔ)課學(xué)時(shí)受到不同程度的壓縮，所以在有限的課堂教學(xué)時(shí)間內(nèi)，教師基本需“滿堂灌”才能完成教學(xué)計(jì)劃，學(xué)生完全是被動(dòng)地接受。這種單一的灌輸式填鴨式教學(xué)方式，嚴(yán)重束縛了學(xué)生的創(chuàng)新意識。為改進(jìn)這種現(xiàn)狀，機(jī)械原理課堂教學(xué)過程中加強(qiáng)啟發(fā)式、討論式及案例式等先進(jìn)教學(xué)方式的應(yīng)用[3]，并借助現(xiàn)代信息技術(shù)，采用“多媒體課件+黑板+教具”三位一體的教學(xué)手段，強(qiáng)化大學(xué)生進(jìn)行自主學(xué)習(xí)和自我教育的能力，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識及創(chuàng)新能力。

課堂講授過程中，采用“多媒體課件+教具+黑板”三位一體的教學(xué)手段，充分發(fā)揮各自優(yōu)勢，提高教學(xué)質(zhì)量。首先，采用多媒體教學(xué)不僅能節(jié)省板書時(shí)間，而且可根據(jù)教材內(nèi)容，將文字、圖片、聲音、動(dòng)畫等結(jié)合起來，使教學(xué)更形象、生動(dòng)，激活課堂氣氛，提高學(xué)習(xí)效果。特別是機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)等一些難以用語言來描述的教學(xué)內(nèi)容，采用多媒體教學(xué)具有突出的優(yōu)勢。其次，將一些機(jī)構(gòu)的實(shí)物模型和教學(xué)用具帶入課程輔助教學(xué)，使原本枯燥、抽象的教學(xué)難點(diǎn)變得形象生動(dòng)。比如在講授齒輪時(shí)，將齒輪模型帶入課堂，針對實(shí)物進(jìn)行講解，學(xué)生更容易接受[4]。最后，教學(xué)過程中，授課教師也要注意板書教學(xué)的合理運(yùn)用。講解課程習(xí)題的具體運(yùn)算過程時(shí)，使用板書教學(xué)效果更好。比如用矢量方程圖解法求解機(jī)構(gòu)的速度和加速度時(shí)，采用板書教學(xué)，雖然耗時(shí)，但教學(xué)效果好。

3 構(gòu)建分段實(shí)踐教學(xué)模式

構(gòu)建以培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐和創(chuàng)新能力為目標(biāo)的分段實(shí)踐教學(xué)體系[5]，主要包括實(shí)驗(yàn)教學(xué)、課程設(shè)計(jì)和科技創(chuàng)新三部分[6]，如圖2所示。實(shí)驗(yàn)教學(xué)除包括“機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖測繪”“齒輪參數(shù)測定”等一些驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)外，增設(shè)開放性實(shí)驗(yàn)室，學(xué)生可利用課余時(shí)間在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)；課程設(shè)計(jì)中鼓勵(lì)學(xué)生采用計(jì)算機(jī)進(jìn)行輔助設(shè)計(jì)及三維建模、分析、優(yōu)化，并動(dòng)手制作實(shí)物樣機(jī)模型，以提高他們的綜合分析能力及實(shí)踐能力；以機(jī)械創(chuàng)新大賽和工程訓(xùn)練綜合能力競賽為契機(jī)，積極鼓勵(lì)學(xué)生參加各級各類競賽，激發(fā)他們的學(xué)習(xí)積極性、主動(dòng)性和創(chuàng)造性。

（1）增設(shè)開放式實(shí)驗(yàn)，構(gòu)筑學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐平臺。

把示范性、驗(yàn)證性的實(shí)驗(yàn)，變?yōu)樵O(shè)計(jì)型、綜合型的實(shí)驗(yàn)，并實(shí)行開放式教學(xué)，為學(xué)生進(jìn)行科技制作提供必要的工作條件[7]。在學(xué)院現(xiàn)有大學(xué)生科創(chuàng)中心的示范作用下，爭取創(chuàng)建機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室，組建機(jī)械創(chuàng)新小組、機(jī)械設(shè)計(jì)小組等。

（2）改革課程設(shè)計(jì)，鼓勵(lì)學(xué)生創(chuàng)新。

對“機(jī)械原理”課程設(shè)計(jì)的題目、內(nèi)容及考核方法進(jìn)行改革，探索基于項(xiàng)目形式的課程設(shè)計(jì)教學(xué)模式[8]。課程設(shè)計(jì)過程中，以學(xué)生為主，教師只做適當(dāng)?shù)囊龑?dǎo)；課程設(shè)計(jì)成果也不再局限于設(shè)計(jì)說明書和圖紙，鼓勵(lì)學(xué)生采用計(jì)算機(jī)軟件（比如Pro/E、3Dmax、UG等三維設(shè)計(jì)軟件）設(shè)計(jì)自己所提出的方案，繪制虛擬的三維造型，并通過軟件對方案進(jìn)行模擬仿真。

（3）以機(jī)械創(chuàng)新大賽為契機(jī)，強(qiáng)化學(xué)生創(chuàng)新能力。

積極鼓勵(lì)并組織學(xué)生參與各種機(jī)械創(chuàng)新大賽，如國家機(jī)械創(chuàng)新大賽、省機(jī)械創(chuàng)新大賽、校機(jī)械創(chuàng)新大賽，使學(xué)生在競賽中鍛煉交流，有意識地更新和夯實(shí)基礎(chǔ)知識，培養(yǎng)學(xué)生的自主意識和創(chuàng)新能力。同時(shí)，學(xué)院也制定了相關(guān)政策，鼓勵(lì)學(xué)生參與到教師的科研項(xiàng)目中，學(xué)習(xí)教師在科學(xué)研究過程中的經(jīng)驗(yàn)與成果，以強(qiáng)化學(xué)生的工程意識和工程素質(zhì)，并通過幫助教師解決實(shí)際問題，鍛煉學(xué)生的工程能力和創(chuàng)新能力。實(shí)踐證明，讓學(xué)生參與各項(xiàng)科技創(chuàng)新競賽是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的最有效途徑。機(jī)電學(xué)院的學(xué)生在近幾年的國家級、省級機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽中均獲得較好的成績：第四屆“機(jī)械創(chuàng)新”比賽全國總決賽二等獎(jiǎng)；第五屆“機(jī)械創(chuàng)新”比賽廣東省賽二等獎(jiǎng)3項(xiàng)；第六屆“機(jī)械創(chuàng)新”比賽廣東省賽二等獎(jiǎng)3項(xiàng)。

4 加強(qiáng)基礎(chǔ)作業(yè)，增加課程小論文

機(jī)械原理教學(xué)過程中除完成常規(guī)習(xí)題作業(yè)外，適當(dāng)布置幾篇小論文。例如：在講授機(jī)械原理緒論部分涉及到機(jī)械發(fā)展的歷史，雖然這不是機(jī)械原理課程的核心內(nèi)容，但了解機(jī)械發(fā)展的歷史對學(xué)生進(jìn)一步學(xué)習(xí)相關(guān)課程是有幫助的，故該部分內(nèi)容可布置相應(yīng)的課程論文。讓學(xué)生完成課程小論文，一方面可培養(yǎng)學(xué)生撰寫科技論文的能力，另一方面又能夠使學(xué)生從被動(dòng)學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)化為主動(dòng)學(xué)習(xí)，學(xué)生在進(jìn)行相關(guān)資料檢索、整理、分析的過程中，既加深了對機(jī)械原理課程的了解，又能從中體會到機(jī)械原理課程的奧妙與樂趣，從而激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣。

5 加強(qiáng)創(chuàng)新型師資建設(shè)，促進(jìn)創(chuàng)新型人才培養(yǎng)

俗話說“嚴(yán)師出高徒”，所以，創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)關(guān)鍵在教師，只有建立一支創(chuàng)新型指導(dǎo)教師隊(duì)伍，才能培養(yǎng)出合格的創(chuàng)新人才。本著“請進(jìn)來，走出去”的原則，建立專任教師和兼職教師相結(jié)合的高水平師資隊(duì)伍。一方面聘請企事業(yè)單位具有豐富經(jīng)驗(yàn)的工程技術(shù)人員出任兼職教師，開設(shè)專題講座，講授專業(yè)概論、學(xué)科前沿，指導(dǎo)學(xué)生實(shí)踐實(shí)習(xí)、課程設(shè)計(jì)和畢業(yè)設(shè)計(jì)等教學(xué)環(huán)節(jié)。另一方面，更為重要的是制定相關(guān)激勵(lì)政策，鼓勵(lì)教師主持參與教研和科學(xué)項(xiàng)目研究，組織教師到企事業(yè)單位或科研院所學(xué)習(xí)、培訓(xùn)、工程現(xiàn)場實(shí)踐等，以提高教師自身的工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新思維能力。教師在教科研中形成的新思想、新方法，及創(chuàng)造的新成果會潛移默化地滲透給學(xué)生，進(jìn)而激發(fā)起學(xué)生們的創(chuàng)新精神和創(chuàng)新欲望。只有教師的教學(xué)能力和創(chuàng)造性思維能力活躍起來，才能保證創(chuàng)新教育的順利開展，促進(jìn)創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)。

6 結(jié)語

《機(jī)械原理》課程在培養(yǎng)學(xué)生機(jī)械綜合設(shè)計(jì)能力、創(chuàng)新能力和解決實(shí)際問題的動(dòng)手能力中占有十分重要的地位。采用“多媒體課件+教具+黑板”三位一體的教學(xué)手段，保證教學(xué)效果。以機(jī)電學(xué)院大學(xué)生科技創(chuàng)新中心為紐帶，鼓勵(lì)學(xué)生參加各級各類大學(xué)生科技創(chuàng)新競賽；鼓勵(lì)學(xué)生參與教師的教學(xué)和科研項(xiàng)目，以多元化的實(shí)踐模式促進(jìn)學(xué)生工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。以校外大學(xué)生實(shí)踐教學(xué)基地為依托，加強(qiáng)創(chuàng)新型師資建設(shè)，開展創(chuàng)新性教育，提高學(xué)生運(yùn)用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)解決工程實(shí)際問題的能力和實(shí)踐動(dòng)手能力，促進(jìn)創(chuàng)新型人才培養(yǎng)。

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