“機械原理”課堂的有效教學探索

摘要：針對如何提高“機械原理”課堂的教學有效性進行了一些探索，提出了一些措施，包括改進課件、改革教學方式、改革課程設計、作業的設計、基于問題的教學設計等。理論和實踐均證明這些措施是有效的。

關鍵詞：機械原理；課件；課程設計；教學方式

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）23-0058-02

“機械原理”課程是高等學校工科機械工程類高年級本科生的一門必修課，也是主干技術基礎課程之一，主要培養學生的機械設計綜合能力。其研究對象是機械，研究內容是有關機械的基本理論問題，主要包括：[1]機構的結構分析、運動分析和力分析、機械的效率、自鎖、平衡和速度波動的調節、平面連桿機構、凸輪機構、齒輪機構的基本知識和設計方法、其他常用機構的基本知識、機械系統的方案設計。本課程的主要任務是使學生掌握各種基本機構及由它們組成的機械系統的基礎理論、基本知識、分析和設計方法，并具備進行簡單機械系統運動方案設計的初步能力，它在培養學生創造性思維以及機械工程實踐能力訓練等方面均具有極其重要的作用。[2]

可見，該課程的理論性、實踐性都很強。由于教材中使用了大量的公式論述和圖片展示，使得傳統教學中的教師雖然工作非常辛苦，但依然很難把課程講得生動形象。本文就如何提高“機械原理”課堂的教學有效性進行了一些探索和實踐。

一、提高“機械原理”課堂教學質量的一些探索和實踐

1.改進課件

教師向學生傳授知識除了依靠語言講授讓學生聽之外，還要通過上課用的課件讓學生看。課件是教師和學生之間溝通并進行知識傳遞的一個很重要的橋梁。制作“機械原理”課件時，要選擇不同的多媒體手段來展示不同的知識點和教學內容。采用信息量大、節奏較快的視頻，來展示課程開篇、部分章節的技術應用實例和展望等相關內容，以激發學生的學習興趣，擴大學生的視野。根據學生的興趣和專業特點有所區分地收集展示信息、選擇應用實例。除通用的實例外，物流機械設備專業學生可優先選擇如分揀機、包裝機等方面的實際案例。由于含有大量公式和理論性較強的教學內容，所以不太適合使用視頻。因此使用幻燈片來展示“機械原理”課程理論部分。在原理分析、理論推導、例題講解時，采用節奏較慢、可以逐頁顯示的PPT方式（Powerpoint演示），模仿板書教學的情景，把推理的每一步逐行顯示出來，[3]公式每一步用不同的顏色予以區別。為使得學生在課堂上能清楚聽到教師講課的聲音，也為了讓學生能安靜思考，盡量不要用太多的背景音樂和動畫效果。

課堂演示中，還可用三維繪圖軟件把教材中提到的某些重要機構的三維模型顯示出來，并自由地將其旋轉、縮放、拆分，讓學生從多個角度觀察。對各種機構進行運動仿真演示，并可以自由控制仿真的速度、顯示的比例和視圖的方向。用鎖定命令，分別把鉸鏈四桿機構中不同位置的連桿固定進行仿真，即可清楚地展示曲柄搖桿機構、雙曲柄機構、雙搖桿機構間的轉化，說明倒置機構的概念。通過軟件的后處理，精確繪制搖桿的位移、速度、加速度曲線，可更為有效地講述曲柄搖桿機構的急回特性。

當然，課堂的主題依然是教師講授及師生互動，課件只是多媒體教學的一種載體和輔助工具。對于課件的使用方法、播放速度，教師應根據課堂的實際進展情況尤其是學生的反應進行把握。對課件的改進示例如圖1所示。

2.改革教學方式

在教學過程中，筆者認為“機械原理”課程有六個核心知識點：機構自由度計算、機構運動分析計算、機構力分析計算、連桿機構、齒輪機構、凸輪機構，即簡稱為三大計算和三大機構。對“機械原理”課程的基本知識如六個知識點，宜采用系統講授法，在一個相對較短的時間，大容量、高效率地傳遞豐富的知識；對重要章節如機構設計等，可設置習題課，使得學生能綜合運用所學知識并系統掌握；對某些知識點如適用于產品設計的，要求學生分析產品特征和運動特征并練習設計產品，實現課程知識點的融會貫通，以便學生進一步消化吸收所學知識。

課堂上要多采用討論法教學，引導學生積極主動參與，學生每四名組成一個小組并自愿選擇章節內容，到圖書館或上網搜集相應的信息和材料，然后組織和整理，形成課前五分鐘內容介紹的PPT文件。學生演示后，教師再詳細講解相關知識。這樣可以使學生更深刻、更準確地掌握知識。一些重要的理論采用實驗教學與課堂教學相結合的方式，通過實驗和現場教學培養學生理論聯系實踐的能力；聘請專家講授一些相關的前沿問題，激發學生的求知欲望和責任感。充分利用網絡媒體和多媒體課件的優點進行輔助教學，[4]活躍課堂氣氛，增加教學信息量，開闊學生的視野，便于學生理解和掌握課程的重點、難點，提高課堂的教學質量。

3.改革課程設計

傳統的“機械原理”課程設計題目主要局限于牛頭刨床機構、蜂窩煤沖壓成型機及自動打印機等。[5]為了兼顧課程教學要求又體現專業特色，有必要對課程設計題目進行改革，對于具有物流特色的機械設計制造及其自動化專業，主要采用起重機、分揀機、自動升降臺等能體現物流特色的典型機構和設備進行課程設計。在四年內每年課程設計的題目不重復，每位學生的設計參數規定完全不同，盡量避免學生相互抄襲。

在課程設計之前要求學生必須參加一些實驗課，如“機械創新實踐教學”。實驗課上利用學校提供的“慧魚”模型，要求學生把各種組件適當的組裝起來，從而得到不同的機構。比如組裝成將曲柄的勻速轉動轉化成搖桿的變速擺動的曲柄搖桿機構、組裝成將曲柄的勻速轉動轉化成滑塊的直線移動的曲柄滑塊機構，以及組裝成運動形式更加多樣和復雜的五桿機構、六桿機構等。通過這些鍛煉，明顯增加了學生動手實踐的機會和學生學習的積極性，因而課程設計效果也明顯增強。[5]

4.作業的設計

培養創新能力要循序漸進，需要平時的勤學苦練以獲得堅實的基本功，這不是短期內就能達到的。對于六大知識點的習題，尤其如圖解法和解析法等，需要學生多加練習。比如“機構的運動分析”章節的內容，學生學習起來往往感到有些困難。教師就可采用課前安排復習理論力學相關內容，課堂講授運動分析的解題步驟和方法，課后習題練習和輔導的方式教學。對于解析法可安排一些編程訓練，逐步熟悉相關設計。以上方式，有效鍛煉了學生的綜合能力。除了教材上的作業外，還應適當布置來源于實際生活的大作業題，這相當于小型的課程設計。這種大作業題目要因人而異，使不同層次的學生都能進行設計并有所收獲。[6]

5.課堂教學中的問題設計

讓學生提出問題可有效培養學生的創新能力，問題可激發靈感。在課堂教學中，引進基于問題驅動的教學方式，培養學生發現問題、分析問題、解決問題的能力，使學生的科學素養和學以致用的能力得到鍛煉。教師往往給定問題，也可讓學生自己提出問題，引導學生從不同角度理解所講述的知識要點。

（1）解釋性問題。[7]例如在講解“連桿機構”之前，先告訴學生公交車的車門就是一個連桿機構，然后提出問題：“這個開關門機構是如何由連桿組成的？為什么采用這種機構？能采用別的連桿機構嗎？”然后帶著問題進行授課。在學習相關內容之前給學生拋出有實際應用的問題，能激起學生強烈的好奇心和興趣；在授課完成之后，再讓學生回答前面提出的問題，這樣學生可以更加深刻地理解、吸收并消化相應知識。

（2）啟發性問題。采用啟發式提問教學，學生先思考，再請教師更正、補充，啟發學生思維，循序漸進，最后教師小結，對各個回答進行比較，這樣可以引導學生積極主動地參與到課堂互動教學中，不斷思考和探索新知識，從而加強創新思維訓練。例如在講解機構的動力學分析時，給出一道帶有機構的運動簡圖的題目，要求學生用剛學過的相關知識把該機構的各個加速度求出來。

二、結論

對提高“機械原理”課堂的教學有效性和教學質量的問題進行了探索，包括對課件的改進、教學方式改革、課程設計改革、作業的設計、基于問題的教學設計等。理論和實踐均證明：這些措施可明顯促進教師和學生之間的交流與互動，擴大學生視野，激發學生學習興趣，加強創新思維訓練，提高學生的科學素養和學以致用的能力，從而有效提高“機械原理”課堂教學質量和教學有效性。

參考文獻：

[1]孫桓，陳作模，葛文杰.機械原理[M].第七版.北京：高等教育出版社，2006.

[2]教育部高等學校機械基礎課程教學指導分委員會機械原理課題組.關于深化“機械原理”課程實踐教學改革的建議[EB/OL].[2010-03-07].http：//www.edu.cn/wyta_9650/20100307/t20100307_454601.shtml.

[3]李紹青，魏常武.利用多媒體技術提高《機械原理》教學質量[J].裝備制造技術，2009，（10）：175-176.

[4]王衛民.《機械原理》課程改革探索及實踐[J].科技創新導報，2011，（6）：177.

[5]管鋒，周傳喜.《機械原理》課程實踐性環節的教學改革與實踐[J].長江大學學報（社會科學版），2011，34（4）：121-122.

[6]劉玉，蔣紅旗.基于創新能力培養的《機械原理》作業的設計[J].黑龍江科技信息，2011，（1）：178.

[7]王聰慧.強化問題意識的“機械原理”課程教學模式探索[J].長春理工大學學報，2011，6（10）：162-163.

（責任編輯：孫晴）