基于“卓越工程師”培養(yǎng)計劃的《機械原理》課程教學模式改革探討

龔智強 陳海波 邢 剛

(巢湖學院機械與電子工程學院，安徽 巢湖 23800）

基于“卓越工程師”培養(yǎng)計劃的《機械原理》課程教學模式改革探討

龔智強 陳海波 邢 剛

(巢湖學院機械與電子工程學院，安徽 巢湖 23800）

在應用型本科高校轉(zhuǎn)型的背景下，根據(jù)“卓越工程師”培養(yǎng)計劃要求，對《機械原理》課程教學的理論和實踐等環(huán)節(jié)進行了分析，探討了《機械原理》課程教學改革的思路和做法，以實現(xiàn)提高教學質(zhì)量和學生創(chuàng)新實踐能力，培養(yǎng)具有創(chuàng)新性的復合型人才的目標。

機械原理；卓越工程師；創(chuàng)新性；實踐教學模式改革

1 引言

“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”[1]是國家教育部貫徹落實《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要(2010-2020年）》和《國家中長期人才發(fā)展規(guī)劃綱要(2010-2020年）》的重大改革項目，也是促進我國由工程教育大國邁向工程教育強國的重大舉措，旨在培養(yǎng)造就一大批創(chuàng)新能力強、適應經(jīng)濟社會發(fā)展需要的高質(zhì)量各類型工程技術人才，為國家走新型工業(yè)化發(fā)展道路、建設創(chuàng)新型國家和人才強國戰(zhàn)略服務，對促進高等教育面向社會需求培養(yǎng)人才，全面提高工程教育人才培養(yǎng)質(zhì)量具有十分重要的示范和引導作用。

巢湖學院機械設計制造及其自動化專業(yè)已獲批為“卓越工程師培養(yǎng)計劃”示范專業(yè)，學校成立了機械“卓越工程師”班，并對開設的《機械原理》課程進行了試點改革。《機械原理》課程是機械類各專業(yè)必修的一門重要的技術基礎課程[2]，課程所學的內(nèi)容乃是有關機械的基礎知識，具有很強的理論性、工程性和實踐性。為滿足各行各業(yè)和廣大人民日益增長的新需求，就需要創(chuàng)造出越來越多的新產(chǎn)品，故現(xiàn)代機械工業(yè)對創(chuàng)造型人才的渴求與日劇增。《機械原理》課程在培養(yǎng)機械方面的創(chuàng)造型人才中起到不可或缺的作用[3]，根據(jù)卓越工程師培養(yǎng)計劃的需求，結(jié)合當前社會對創(chuàng)新人才的需求，對《機械原理》課程的建設提出了更高要求。本文基于機械卓越工程師培養(yǎng)計劃和應用型本科高校培養(yǎng)要求，對《機械原理》課程的理論和實踐等環(huán)節(jié)教學模式改革進行了探討。

2 理論教學模式改革

機械原理課程理論性非常強，內(nèi)容抽象，涉及的知識面之廣。在理論教學過程中，如按傳統(tǒng)的教學方法講授很容易讓學生感覺到枯燥乏味，如何能調(diào)動學生的學習積極性，是本課程教學方法改革的重要目標。故在理論教學改革中，優(yōu)化課程內(nèi)容，以職業(yè)能力培養(yǎng)為目標進行優(yōu)化設計，消除一些冗余內(nèi)容，加大核心能力培養(yǎng)內(nèi)容。以實用為原則對理論與實踐進行整合，增強學生的學科興趣。

課程教學過程中，教師提前制作好電子教案和PPT課件，結(jié)合板書，采用多媒體教學方式。教學過程中盡可能多地采用實物模型和動畫輔助教學，使學生對教學內(nèi)容更容易理解和掌握，提高教學質(zhì)量。改進教學方法，更新知識應用舉例，充實教學內(nèi)容，拓寬學生的知識面，調(diào)動學生的積極性。結(jié)合機械創(chuàng)新設計的方法，將最新機械創(chuàng)新發(fā)明成果引入課堂，豐富課堂教學，培養(yǎng)學生對創(chuàng)新方法和創(chuàng)新技巧的學習，引導學生了解學科前沿。

布置設計性大作業(yè)，讓學生進行機械系統(tǒng)或機構三維模型的設計，制作運動仿真動畫，要求學生以小組形式分工完成，并將作業(yè)在課堂教學中進行點評，極大地調(diào)動了學生積極主動參與課堂教學。

引入雙語教學，采用正確流利的英語進行知識的講解，學生可學習到更多的專業(yè)詞匯和專業(yè)術語。使學生較好掌握機械專業(yè)知識的同時，有助于提高學生的英語和專業(yè)水平。

隨著計算機技術及計算軟件的飛速發(fā)展，仿真軟件在機械設計過程中起著關鍵性作用，其能將計算結(jié)果可視化，通過直觀的數(shù)據(jù)圖形分析。在教學過程中，增設現(xiàn)代仿真軟件(機械類相關軟件）內(nèi)容的講授。如在解析法的求解過程，演示MATLAB軟件求解機構運動學模型得出仿真曲線[4]；采用Pro/E、UG等三維建模軟件建立機構模型，并將其導入到機械動力學仿真軟件ADAMS進行運動學和動力學仿真[5]，得出仿真結(jié)果，讓學生意識到機械仿真軟件的重要性，教師實踐指導學生操作，提高學生應用先進計算機仿真分析軟件的能力。

依據(jù)教學考核的評價指標，進行教學督導、問卷調(diào)查、學生評教，提高教學質(zhì)量和改善學生學習效果。

3 實踐教學模式改革

實踐教學是鞏固理論知識和加深對理論認識的有效途徑，是培養(yǎng)具有創(chuàng)新意識的高素質(zhì)工程技術人員的重要環(huán)節(jié)。按學生的能力培養(yǎng)要求實施模塊化教學，提高實踐教學所占比例。學生可根據(jù)自己興趣申請在實驗室進行實踐訓練，自行設計要制作的模型，通過實踐教學改革可以讓學生發(fā)揮自己的想象力。通過對實驗教學、課程設計、鼓勵學生參加機械類比賽的教學模式改革，建立完善的《機械原理》實踐教學平臺。并可組織學生到企業(yè)參加見習，讓學生觀看各種機械結(jié)構的實際應用，啟發(fā)學生充分思考機器結(jié)構原理，并進行總結(jié)分析，鍛煉創(chuàng)新思維，提高其創(chuàng)新設計能力。深入開展校企合作，以掛職鍛煉、科技服務等方式，建立與企業(yè)合作培養(yǎng)“雙師”隊伍的長效機制，以更好地指導學生實踐教學，使培養(yǎng)的學生與企業(yè)人才需求相適應。針對《機械原理》實踐教學，成立工作綜合考核領導小組，切實有效地對教學的全過程進行質(zhì)量監(jiān)控。

機械與電子工程學院目前擁有機械原理與傳動實驗室、機器人實驗室、機械創(chuàng)新實驗室，實驗室設有機構創(chuàng)新實驗平臺(圖1）、模塊化可拆裝串聯(lián)機器人(圖2）、慧魚創(chuàng)意組合模型等新型的實踐教學設備；在課程實驗教學中，在原有實驗基礎上，增設機構創(chuàng)新組合設計、模塊化機器人拆裝和慧魚創(chuàng)意組合模型實驗，學生可根據(jù)實際任務目標在指導教師指導下獨立開展結(jié)構設計，進行機械結(jié)構的搭建和組裝。通過對機械結(jié)構組成和工作原理的分析，進行創(chuàng)造性設計，搭建機構創(chuàng)新結(jié)構，培養(yǎng)學生的機械創(chuàng)新能力，加深了對《機械原理》課程的理解。

其中機構創(chuàng)新組合設計實驗臺根據(jù)機構組成原理和桿組迭加原理設計，可組成性能各異的平面的、空間的組合機構傳動系統(tǒng)，學生可以自行動手設計并拼裝復雜機械系統(tǒng)的實驗平臺，有利于培養(yǎng)學生機構傳動系統(tǒng)方案的設計能力；學生通過實驗進一步掌握機構組成理論，熟悉桿組概念和機械傳動的基礎知識，為創(chuàng)新設計奠定良好的基礎；模塊化機器人傳動結(jié)構包括：行星減速器傳動、諧波減速器傳動、同步帶減速傳動連接齒輪減速器驅(qū)動、蝸輪蝸桿傳動輸出結(jié)構、直連齒輪減速器同步帶傳動、錐齒輪減速傳動。學生能按照統(tǒng)一接口組合成2/3/4/5/6自由度串聯(lián)機器人，每種自由度可實現(xiàn)不同尺寸，不同操作的功能。每個模塊可以拆撞到螺釘級；慧魚創(chuàng)意組合模型被教育部高等學校機械基礎課程教學指導委員會連續(xù)定為全國大學生機械創(chuàng)新設計大賽的指定參賽產(chǎn)品，通過慧魚模型的使用，不僅可以讓學生將多學科多領域的綜合知識融會貫通于實驗過程中，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力。提高學生的實際動手的能力、創(chuàng)新設計的能力。

《機械原理》課程設計以培養(yǎng)學生的機械運動系統(tǒng)方案設計和分析能力為目標[6]，是學生較系統(tǒng)地掌握及深化《機械原理》課程的基本原理和方法的重要實踐性環(huán)節(jié)，也是培養(yǎng)學生進行機械運動方案設計、機械創(chuàng)新設計以及應用計算機對工程實際中各種機構進行分析和設計的關鍵環(huán)節(jié)。機械運動系統(tǒng)方案設計對機械設計成敗起著至關重要的作用，是機械創(chuàng)新的關鍵環(huán)節(jié)。

組織課程設計指導教師應到企業(yè)考察，并邀請企業(yè)技術人員作為課程設計合作指導教師參與指導課程設計。

課程設計選題可根據(jù)相關企業(yè)實際進行選題，學生的課程設計與企業(yè)相接軌，采取由學生自主選題或由指導教師布置一定難度的題目，學生可根據(jù)自己的興趣，由3～5名學生作為一個小組來完成。鼓勵學生自主選題，學生可分工合作，并進行討論，設計出合理的機構傳動方案，極大地培養(yǎng)了學生對課程所學知識的應用能力和創(chuàng)新能力。

提高學生的創(chuàng)新性能力應當鼓勵學生參加各種形式的競賽或比賽，使學生深刻理解和應用機械原理知識去分析和解決實際中遇到的問題，設計出具有創(chuàng)新性的作品，以提高課程教學效果和學生創(chuàng)新能力。學校加大了獲獎學生和指導教師的獎勵，充分調(diào)動了學生參與比賽的積極性。

目前機械類在校生可參加的比賽有：全國大學生機械創(chuàng)新設計大賽、全國大學生工程訓練綜合能力競賽、挑戰(zhàn)杯大賽，機器人大賽等，這些比賽可極大鍛煉學生創(chuàng)新能力，開展創(chuàng)新類比賽，激發(fā)了學生學習機械原理的興趣，提高了學生參加創(chuàng)新活動的積極性。

2011年，在全國大學生工程訓練綜合能力競賽中，巢湖學院朱同文等同學組成的代表隊獲得安徽省賽第二名，全國二等獎；2013年學校3支代表隊均獲得省一等獎，其中一支代表隊獲得國家一等獎；2015年學校6支代表隊獲一等獎和二等獎各3項，國家三等獎2項；2015年“尚和杯”中國機器人大賽暨RoboCup公開賽，學校獲得了一等獎3項。

學生通過參加以上各類比賽，將機械原理的理論知識與實踐有機結(jié)合起來，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識，鍛煉了學生的實際動手能力，提高學生創(chuàng)新設計能力。在設計創(chuàng)新作品的同時，將設計的作品寫成專利，增強學生知識產(chǎn)權保護意識，提高了學生專利寫作能力。

4 總結(jié)

分析了目前《機械原理》教學過程中的一些問題，探討了課程理論教學、實踐教學的教學模式改革，推進《機械原理》課程建設發(fā)展。激發(fā)學生學習機械原理的興趣，增強學生分析問題和解決問題的能力，使理論知識與實踐應用相結(jié)合，極大提高學生的實踐動手和創(chuàng)新能力。

參考文獻：

[1]教育部關于實施卓越工程師教育培養(yǎng)計劃的若干意見（教高[2011]1號文）.

[2]楊家軍.機械創(chuàng)新設計與實踐[M].武漢∶華中科技大學出版社，2014：2.

[3]孫桓，陳作模，葛文杰.機械原理[M].北京：高等教育出版社，2013：3.

[4]李增剛.ADAMS入門詳解與實例[M].北京：國防工業(yè)出版社，2014：101.

[5]郭仁生.機械工程設計分析和MATLAB應用[M].北京：機械工業(yè)出版社，2014：82.

[6]王強，張東生，孫書民.機械原理課程設計[M].重慶：重慶大學出版社，2015：1.

DISCUSSION ON TEACHING REFORMS OF“PRINCIPLES OF MACHINERY”BASE ON THE TRAINING PLAN FOR“EXCELLENT ENGINEERS”

GONG Zhi-qiang CHEN Hai-bo XING Gang
（School of Mechanical and Electronic Engineering，Chaohu College，Chaohu Anhui 238000）

Under the background of application-oriented undergraduate colleges and universities，according to the requirements of the training plan for“excellent engineer”，this paper analyzes the teaching theory and practice of Principles of Machinery and discusses the idea and practice in that to improve the teaching quality and students′innovation capacity and to cultivate inter-disciplinary talents with innovation.

Principles of Machinery；excellent engineers；innovation；the reforms of practical teaching modes

G423.07

A

1672-2868（2015）06-0136-04

責任編輯：陳 鳳

2015-09-11

安徽省質(zhì)量工程項目-卓越人才培養(yǎng)計劃項目(項目編號：2012zjjh042）；安徽省高等學校自然科學研究重點項目(項目編號：KJ2015A246）；巢湖學院博士科研啟動資助項目(項目編號：KYQD-201403）；巢湖學院校級科研項目(項目編號：XLY-201403）

龔智強(1983-），男，江西高安人。巢湖學院機械與電子工程學院，講師。研究方向：機器人機構學。