在機械原理教學中如何培養學生的實踐和創新能力

摘要：以優化學生知識結構、培養實踐和創新能力、提高教學效果為目標，探討機械原理課堂教學、實驗教學、課程設計教學等問題。

關鍵詞：機械原理，教學；學生，實踐能力，創新能力

隨著機械原理課程體系的改革與深化，課程內容在不斷更新和增加，教學學時相對減少，但教學目標沒有降低，反而有所提高，學時與內容形成了突出矛盾。如何提高學生學習的自主性和能動性，使學生在較短時間內既能掌握主要內容，又有一定的基本技能訓練，培養和提高學生的實踐和創新設計能力，成了教學改革的重要課題。

一、根據社會需要，及時更新教學內容

傳授知識與培養能力并重。教學中，不僅要強調課程的基本概念、基本理論和基本方法，而且還要注意促使學生在掌握和運用基本理論和基本方法的過程中，能夠結合具體工程對象思考和研究問題。利用實驗室和大學生科技創新實踐基地的開放條件，組織學生觀看常用機構和科研產品，啟發學生思考和總結，以探索新的設計方法，提高其創新設計能力。

邏輯思維能力和形象思維能力一體化培養。機械原理課程的許多基本理論都經過嚴密的推導和論證，以此來培養學生的邏輯思維能力。在使用的cAI課件中引入栩栩如生的機構運動仿真模型，可以開發學生的形象思維，把抽象的邏輯推理和形象的機構運動時空關系結合起來，促使其建立工程實踐觀念。

力求把分析方法和設計方法與計算機技術結合起來。機械原理中的許多圖解法都具有概念清晰的特點，如機構運動分析和力分析的圖解法、凸輪輪廓設計和基本尺寸確定的圖解法等，而解析法又往往被認為難以給出形象的概念。教學中，通過計算機圖形功能和可視化技術，把許多解析法、數值法的計算過程和計算結果進行可視化處理，使之超出原來圖解法的概念清晰程度，并可以改變參數，做到舉一反三，使學生把機械原理的學習和研究提高到一個新水平。

二、大力推進教學方法改革，實現從注重知識傳授向重視工程素質和創新設計能力培養轉變

轉變教學觀念，牢固樹立以學生為中心的思想。正確認識學生是主體，教師為主導的內涵，充分調動學生學習的積極性和主動性。改革“灌輸式”教學方法，實施啟發式、討論式、研究式教學，達到師生互動，改變被動的“要我學”為學生積極主動參與式的“我要學”。選擇部分課程內容由學生主講，老師總結點評，讓學生撰寫與課程內容相關的小論文、讀書報告等，從而使學生的主體地位得到真正體現。

在課堂教學中，強調結論與過程的統一，堅持感知(具體)一概括(抽象)一應用(實際)的認識過程，使學生的認識活動建立在具體感知的基礎上。用實物、模型、掛圖或多媒體展現機構和機械零部件的結構、工作原理，然后通過抽象概括，得出知識的結論并應用于實際。在這個過程中，使學生的思維得到訓練，既掌握知識，又提高能力。

在課堂教學中，堅持理論聯系實際的學風，把基礎理論與設計實踐緊密結合，不斷將新的概念、新的思維方式和新的研究成果引入課堂，增加課堂信息量，引導學生涉足活躍的學科前沿。

在課堂教學中，講、練結合，安排設計性大作業，如機構運動分析和力分析、凸輪機構設計、機械系統方案設計等，培養學生理論聯系實際的設計思想和創新設計意識。安排學生上機，進行機構的計算機輔助設計，強化學生的計算機輔助設計能力和繪圖能力。

三、改革實驗教學，培養學生的創新意識和動手能力

實驗教學是驗證理論，培養學生動手能力、創新意識和工程素質的重要手段；是提高學生實驗技能，為以后的創新實踐打基礎的工程訓練方法；是以發揮學生主觀能動性為主的現場實踐。為了適應新形勢下對創新人才培養的需求，必須改變以往那種重知識灌輸、輕創新能力培養的實驗教學方式，要對實驗教學內容、教學方法進行改革。

改革實驗教學內容。實驗內容的設置在考慮到學生的認知規律和創新思維過程的前提下，應將其分為兩個層次來設置。第一個層次是將認知性、驗證性實驗與綜合性實驗相結合，這對于培養學生的形象思維能力和創新意識是非常重要的。技術基礎課較基礎課更加接近工程實際，要理解和掌握技術基礎課程的一些內容，解決工程實際問題和進行創造性的設計。單靠邏輯思維是遠遠不夠的，必須發展形象思維能力。通過實驗，學生可以把機械產品和各種機構的復雜實物形態信息轉化為能夠被人的感觀接收的具有客體特征的信息，然后再將其轉換為適于主體思維進行操作的觀念編碼信息，有了這樣一些信息，在進行機械產品創新設計過程中才能夠做到才思噴涌，舉一反三。第二個層次是分析性、設計性與創新性實驗相結合，這對于激發學生主動參與實踐活動的熱情，培養學生創新思維和動手能力具有很好的促進作用。經歷了一定階段的理論學習和實驗認識，學生已經具備了一定的感性認識和分析問題、解決問題的能力。這時開設一些具有設計性和創新性的實驗，可以充分發揮學生的主觀能動性和創新積極性，挖掘創造潛能，培養創新意識和嚴謹的科學態度，提高解決實際問題的能力，使學生從中學到更多的實驗技能和實驗創新方法。

改進實驗教學方法。要變以教師傳授實驗技能和知識為主的教學方法為以學生為主體的實驗教學方法。學生應根據實驗要求自己設計實驗內容、實驗步驟，教師在實驗過程中主要起引導和啟發作用，留給學生足夠的創新空間，這樣可以充分發揮學生的主觀能動性，真正提高學生利用所學理論知識解決實際問題的能力，提高創新意識和動手能力。

四、改革課程設計模式，培養學生工程設計的整體觀念和創新意識

大多數高校的機械原理和機械設計課程的設計都是單獨進行的，均以消化本課程內容為基本目的。前者側重于機構的分析、設計和機械系統方案設計；后者側重于零件的選材和結構設計。不考慮總體、不考慮多種因素的限制和聯系，達不到各自設計的要求。兩門課程設計融合在一起，變成綜合性課程設計后，可從機械設計的全過程出發，做到課程設計的完整性、系統性和綜合性。兩門課程設計合二為一后，要同時滿足兩者的設計要求。設計內容要能覆蓋兩門課程的主要內容，既要包括機構和機械系統方案設計，又要包括機械傳動裝置和典型零件的設計。

為了提高教學效果，要改變傳統的教學模式，變集中式教學為先分散后集中式教學。將執行機構設計的一部分內容融于機械原理教學中，連桿機構內容講完后，就將課程設計任務布置給學生，要求學生將執行機構用連桿機構組合而成，以后每講完一種機構，學生就可以在原有機構的基礎上進一步改進和創新。最后，學生可通過參觀樣機、查閱資料、討論及教師輔導構思出多種執行機構的運動方案，并對各種執行機構的運動方案進行運動分析和力分析，優選出最佳方案。隨著機械設計課程的進行，當機械傳動部分講完后，就要求學生進行傳動方案的擬定，同時選擇電機，進行傳動裝置運動和動力參數的計算，并對傳動零件進行設計計算。當軸系零部件部分講完后，要求學生完成軸系的結構設計。這些工作讓學生在平時學習過程中借助計算機完成，同時加強對學生結構設計能力的培養。這樣，既可使學生在集中教學時間段內輕松完成課程設計任務，又可使基本設計能力的培養循序漸進，更加扎實，還可以大大改善機械原理和機械設計課程的教學質量，避免理論與實際脫離。

課程設計教學過程中，要重視方案設計能力的培養。通過參觀機械原理陳列柜和安排機械拆裝實習，加強學生對機構功能的感性認識。提供較多的圖樣供設計時參考，處理好繼承與創新的關系。鼓勵學生自主查詢資料、下工廠調研、到實驗室做實驗研究，強化學生的工程意識，培養創新意識和綜合設計能力。

教學改革的重點不在于知識點的取舍，而在于如何通過知識的傳授與運用來激發學生自主學習的能動性和創造欲望，在于通過向學生提供發揮創造力的機會來實現綜合素質的提高。通過機械原理教學改革與實踐，將課程的重點由知識傳授轉變到學生實踐和創新能力的培養上，使學生擺脫為了學習而學習的狀態，由被動學習轉向主動學習，從關注分科學習轉向全科綜合學習，優化了學生的知識結構，提高了綜合素質。