機械原理課程教學(xué)研究

劉迎娟+毛蕊+劉文杰+馮立艷

摘要：根據(jù)《機械原理》課程的特點，結(jié)合機械類專業(yè)教學(xué)的實際情況，本文從提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣以及提高課程教學(xué)質(zhì)量的角度出發(fā)，對機械原理的課程體系和教學(xué)方法進行了探討研究和總結(jié)歸納。激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和思考主動性，有效提高了該課程的教學(xué)質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：機械原理；教學(xué)；研究

中圖分類號：G648 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B 文章編號：1672-1578（2016）08-0003-01

機械的制造與使用，使人類生產(chǎn)力水平大幅度提高，是人類生產(chǎn)力水平的重要標(biāo)志。工業(yè)、農(nóng)業(yè)、軍工、建筑都離不開機械，走進我們生活的汽車更是各種機械的綜合，極大地改善了人們的生活質(zhì)量。可以說機械加工制造水平標(biāo)志一個國家產(chǎn)業(yè)實力的高低。毫無疑問，不管是對現(xiàn)有的機械進行改造，還是研究設(shè)計新的機械產(chǎn)品，或者是設(shè)備維護等工作，都會涉及各種基本機構(gòu)、機構(gòu)運動原理等內(nèi)容。

所以《機械原理》在全國高等工科院校機械類專業(yè)中，是一門必修的主干技術(shù)基礎(chǔ)課，是由基礎(chǔ)課到專業(yè)課過渡的橋梁，它為今后學(xué)習(xí)《機械設(shè)計》課程奠定基礎(chǔ)，更是人們?yōu)檫M行高級生產(chǎn)活動，培養(yǎng)專業(yè)人才所做的知識準(zhǔn)備。

1.課程特點

"機械原理"課程是一門機械設(shè)計制造及其自動化等專業(yè)的基礎(chǔ)性學(xué)科，具有很強的工程性、實踐性和應(yīng)用性。本課程主要內(nèi)容分為兩大方面：（1）機構(gòu)的組成、運動、動力學(xué)。（2）基本機構(gòu)的分析設(shè)計，例如齒輪機構(gòu)、凸輪機構(gòu)、連桿機構(gòu)、帶傳動、鏈傳動機構(gòu)等等。所以，該課程的學(xué)習(xí)要求學(xué)生掌握機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析、運動學(xué)分析和動力學(xué)分析三方面的理論知識，培養(yǎng)學(xué)生對現(xiàn)有機構(gòu)的理論分析能力。

另外，該課程的目標(biāo)旨在培養(yǎng)學(xué)生具有創(chuàng)新機構(gòu)運動方案的設(shè)計能力，針對不同的設(shè)計任務(wù)，綜合運用各方面的相關(guān)知識，提出多種機構(gòu)運動方案，并進行綜合評價，故該課程又有很強的實踐性。

2.問題分析

該門課程內(nèi)容較多，涉及的知識面廣，理論性強，概念抽象，公式繁雜，與實踐結(jié)合緊密，所以學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中普遍感覺難以掌握。要學(xué)好這門課程，需要具有一定的相關(guān)課程的專業(yè)知識，如高等數(shù)學(xué)、機械制圖、理論力學(xué)等等。作為大學(xué)二年級的學(xué)生來講，比較缺乏實踐知識和實踐經(jīng)驗，對課程中的機構(gòu)結(jié)構(gòu)學(xué)、運動學(xué)和機器動力學(xué)等內(nèi)容缺乏實際驗證，普遍感覺內(nèi)容抽象、難懂。鑒于此，教學(xué)過程中學(xué)生反映出來的問題概括為以下幾點：（1）機構(gòu)運動簡圖雖然能表達(dá)機構(gòu)的運動特性，但是與實際機器相差甚遠(yuǎn)，學(xué)生很難將兩者有效聯(lián)系到一起；

（2）在進行機械系統(tǒng)的方案設(shè)計和完成習(xí)題過程中，經(jīng)常出現(xiàn)與理論知識脫節(jié)，甚至有時候會無從下手；（3）學(xué)生所能提出的運動機構(gòu)方案過于簡單，作業(yè)耗時較長，難以體現(xiàn)教學(xué)成果；（4）學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣有待提高。

3.解決措施

針對"機械原理"這門課程的特點以及學(xué)生們在學(xué)習(xí)過程中遇到的一些普遍難題。在教學(xué)過程中，如何提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高課堂的教學(xué)效率，更大程度地體現(xiàn)學(xué)生的學(xué)習(xí)成果，成為非常重要的問題。現(xiàn)將教學(xué)過程中得到的幾點體會及經(jīng)驗措施論述如下：

3.1 提煉共性知識。針對該課程的學(xué)習(xí)重點和學(xué)習(xí)難點，教師應(yīng)在對課程內(nèi)容深入理解的基礎(chǔ)上，緊緊圍繞本課程的教學(xué)目的，抓住主線，縱觀全局，提煉出分布在各章節(jié)中的共性知識。例如：該課程中多次采用"反轉(zhuǎn)機構(gòu)法"這一方法處理機構(gòu)問題：a）鉸鏈四桿機構(gòu)的三種基本類型為：雙曲柄機構(gòu)、曲柄搖桿機構(gòu)、雙搖桿機構(gòu)，這三種機構(gòu)類型轉(zhuǎn)換的實質(zhì)是機架變換，即以不同的構(gòu)件作為機架，也就是僅僅改變了參考坐標(biāo)而已。b）凸輪機構(gòu)中凸輪輪廓曲線的設(shè)計也是依據(jù)"反轉(zhuǎn)法"原理：假設(shè)凸輪靜止不動，保證凸輪與從動件相對運動不變，從動件尖頂?shù)倪\動軌跡即是凸輪的輪廓曲線。這些知識的共性點是均運用了理論力學(xué)中的相對運動理論。通過對共性知識的提煉研究，以共性知識所研究的基本方法和思路為主線，提綱挈領(lǐng)，將不同內(nèi)容貫穿起來，既理清了思路，由節(jié)省了教學(xué)時間，提高了教學(xué)和學(xué)習(xí)效率。

3.2 利用現(xiàn)代技術(shù)優(yōu)化教學(xué)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，利用圖、文、聲、像的多媒體教學(xué)已走入課堂，它改變了傳統(tǒng)的教學(xué)模式，不僅減少了教師的工作量，而且通過計算機形象逼真的演示，還可提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，進一步提高教學(xué)質(zhì)量。針對該課程的特點，在采用多媒體技術(shù)的基礎(chǔ)上，利用CAD技術(shù)優(yōu)化教學(xué)，例如：在講述平面連桿機構(gòu)時，傳統(tǒng)教學(xué)中往往采用圖片及flash 動畫演示機構(gòu)及其運動過程。通過CAD技術(shù)，可以借助三維建模軟件（ 如CATIA、Pro /E、UG、Solid Edge、Solid Works 等） 來完成這種演示。在三維建模軟件中可以很方便地更改各桿件的長度，使學(xué)生清楚地看到桿長條件和曲柄存在與否的直接聯(lián)系；也可以選擇不同的構(gòu)件做機架，觀察機構(gòu)的演化過程； 還可以任意裝拆、放大或者縮小各種機構(gòu)，加深學(xué)生對各種機構(gòu)空間結(jié)構(gòu)及其組成的理解；并且可以根據(jù)實際情況任意旋轉(zhuǎn)、改變對機構(gòu)模型的觀察方向，增強實體感。使教學(xué)中的各知識點更加清晰、生動、形象，增加學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，大大提高課堂教學(xué)質(zhì)量。

3.3 理論與實踐相結(jié)合，增加學(xué)生實踐經(jīng)驗。教學(xué)過程中，采用理論與實踐相結(jié)合的方法既可以使教學(xué)內(nèi)容顯得生動有趣、通俗易懂，又有利于提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。例如：在曲柄搖桿機構(gòu)中原動件可以是曲柄（ 如攪拌機） 也可以是搖桿（ 如縫紉機） ，介紹其死點和通過死點的方法時，可以以縫紉機或者火車車輪為例進行詳細(xì)介紹，加深學(xué)生的印象。

3.4 增加實踐教學(xué)，提高教學(xué)效果。理論知識應(yīng)該與工程實踐密切結(jié)合，即根據(jù)實際的生產(chǎn)要求，對機構(gòu)進行正確選型、組合，從而設(shè)計出滿足實際要求的機器產(chǎn)品。為了鞏固理論知識，增強實踐能力，在學(xué)期末會進行一個簡單的機械系統(tǒng)方案設(shè)計，滿足了課堂教學(xué)與課程設(shè)計相結(jié)合。

3.5 提高教師科研教研水平。本課程是一門實踐性很強的專業(yè)基礎(chǔ)課程，教師只有深刻掌握了這些實踐知識，有較豐富的工程實踐經(jīng)驗，具備分析和解決工程實際問題的工藝知識和能力，才能在課堂教學(xué)中做到靈活運用。提高教師對現(xiàn)代工程技術(shù)的應(yīng)用水平，能使教師把課本知識與工程技術(shù)相結(jié)合，不僅可以豐富課堂教學(xué)，而且可以提高教師的科研及社會服務(wù)能力。

4.結(jié)論

作為一門機械專業(yè)的技術(shù)基礎(chǔ)課，機械原理課程是培養(yǎng)機械類專業(yè)人才的重要基礎(chǔ)課程，是進一步學(xué)習(xí)其他專業(yè)課程的橋梁，在學(xué)科體系中起承上啟下的作用。本文針對實際教學(xué)經(jīng)驗，對機械原理課程教學(xué)作了一定的研究。首先分析了該課程的特點，針對其特點，闡述了教學(xué)過程中遇到的一些主要問題，最后針對問題，提出了相應(yīng)的解決措施。

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[5] 馮立艷.機械原理[M]. 北京：機械工業(yè)出版社， 2011.

作者簡介：

劉迎娟（1986-）女，碩士，助教，主要研究方向為機構(gòu)學(xué)與機械動力學(xué)。