提高機械原理教學質量的幾點思考

高江紅++馬銀忠

摘要： 為了提高機械原理教學質量，針對課程特點，本文從提煉機械原理課程共性知識，把握與前驅、后續課程的連續性，將項目教學法應用到機械原理教學中，課堂教學和在線教育互為補充等方面，提出了機械原理教學的改進方向和方法，為提高機械原理課程的教學質量提出了一些新的思路。

Abstract： In order to improve teaching quality of Mechanical Principle， aimed at the characteristics of this course， this paper abstracts the generic knowledge of Mechanical Principle， grasps the continuity of the precursor and follow-up courses to apply the teaching methods in the teaching of Mechanical Principle， make classroom teaching and online education complement each other， put forward the direction and method of improving the teaching of Mechanical Principle and provide some new ideas for improving the teaching quality of Mechanical Principle.

關鍵詞： 機械原理；教學質量；共性知識；項目教學；在線教育

Key words： Mechanical Principle；teaching quality；common knowledge；project teaching；online education

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2016）30-0135-03

0 引言

《機械原理》課程是機械類各專業必修的一門重要的技術基礎課程，其不僅擔負著為學生學習后續相關技術基礎課程和專業課程奠定良好基礎的重要作用，而且負有培養機械類高級工程技術人才的機械技術工作能力和開發創新能力的重要任務，為學生今后從事機械設計、研究和開發創新奠定必要的基礎。

通過這門課程的學習，要求學生掌握機構學和機器動力學的基本理論、基本知識和基本技能，學會常用基本機構的分析和綜合方法，初步具有進行機械系統運動方案分析和機構設計的能力，為學生學習后續課程和新的科學技術，打下堅實的基礎。

這門課程通常在本科二年級時開設，機械原理課程一方面較物理、理論力學等理論課程更結合工程實際，另一方面，它又與講授專業機械的課程有所不同，它不具體研究某種機械，而只是對各種機械中的一些共性問題和常用機構進行探討。[1]目前的教材一般理論分析多，實踐應用較少，學生在初學時普遍感到抽象難懂，難以入門，在課程設計環節往往難以將所學理論知識付諸實際。因此，如何提高機械原理教學質量一直是教研組研究的重要內容，根據多年的教學檢驗并結合機械原理教研成果，本文探討了提高機械原理教學質量的幾點思考。

1 課程共性知識的提煉

機械原理教材中的一些基本的研究方法和知識點通常貫穿于各章節內容中，在授課過程中將這些方法總結、歸納融會貫通形成講授體系，幫助學生找到這些章節的內在聯系，建立完整的理論體系，從而更好地掌握機械原理的基本的研究思路和方法。

例如貫穿機械原理課程始終的“反轉法”，在平面連桿機構設計中，無論是剛體導引機構還是函數生成機構的設計，都可以采用“機構倒置的方法”來設計，即通過選取不同的構件為“機架”，把問題轉化為求解“機架”的固定鉸鏈點進行解決。又如在凸輪輪廓曲線的設計中，通過給整個機構加上一個與凸輪角速度大小相等，方向相反的公共角速度，將凸輪反轉固定，假想為“機架”，然后按照從動件與凸輪的相對運動關系求出凸輪輪廓曲線。而在推導周轉輪系傳動比時，也是通過給整個機構加上一個與行星架角速度大小相等，方向相反的公共角速度，將行星架反轉固定為“機架”，把周轉輪系轉化為定軸輪系進行求解。[2]上述的轉換機架法、運動倒置法從根本原理講是一致的，都是相對運動原理在機構分析與綜合中的應用。在學生第一次碰到這個概念時，就將這個原理講透徹，以后在應用“反轉法”時又適當重復，以加深學生對這一方法的理解應用。

又例如在機械原理中壓力角的概念，壓力角的本質是從動件所受的力和受力點速度方向的夾角，在連桿機構、凸輪機構和齒輪機構中均是機構傳力性能的一個重要指標，[3]在每一章講到壓力角時，應把連桿機構、凸輪機構和齒輪機構中的定義聯系起來講，比較它們的共性和表述的不同，從而加深學生的理解。

此外還有機械原理課程中常用到的“當量分析法”以及運動分析和動力分析中的“矢量多邊形”方法等等[4]。在講解相關的內容時，用共性知識將不同的內容貫穿起來，使學生觸類旁通，逐漸理清思路，加深理解。

2 課程內容之間的聯系性

機械原理與前驅課程如理論力學等的內容關系密切，前驅課程的思維方法對機械原理課程也很有幫助，授課時把前驅課程中所學過的理論與機械原理要講述的問題和內容聯系起來，有助于引導學生積極思考。例如在平面機構的運動分析一章中，采用矢量方程圖解法進行機構的運動分析時，所采用的基本原理是理論力學中的剛體平面運動和點的復合運動原理；而在平面機構力分析一章中，確定運動副中的摩擦和反力，采用的是理論力學中的機構靜力學模型，等等。[5]在這部分內容學習時，學生往往對“矢量方程圖解法”感到困惑，可以在授課之前，布置學生將理論力學的相關內容復習一下，課上再分別幫助學生復習一下，加深學生對于這部分知識的理解，從而更好地開展機械原理部分的學習。

此外，機械原理也是后續課程機械設計的基礎。例如，機構力分析確定的運動副中的反力，是機械設計中構件結構設計的依據，也是確定軸承強度、剛度的理論依據。再如機械設計課程中關于蝸桿蝸輪和螺旋傳動設計時提及自鎖概念也和機械原理課程中的摩擦密切相關。另外，機械原理課程中介紹的關于斜齒輪、錐齒輪等的當量齒輪也是后續齒輪強度設計的設計依據。[6]在授課時，將這些聯系與應用總結、展示給學生，使學生了解各門課程之間的聯系，在應用機械原理課程所學知識時注意融會貫通，培養自己運用所學的基本理論和方法去發現、分析和解決工程實際問題的能力。

3 基于項目實踐的教學

普通高等學校機械類各專業的《機械原理》課程，內容通常包括三部分：機構的結構分析、機構運動學和機器動力學，從課程間的關系來看，《機械原理》課程是以《理論力學》為基礎的。而在《機械原理》的教學中，也較易出現工科教學理科化的現象，傳統的機械原理教學方法容易導致知識僵化，很多同學在學習之后不知道這個知識點在何種情況下使用。為了提高基礎知識解決實際問題的可應用性，同時為了激發學生主動學習的興趣，在課程理論教學的基礎上增加項目教學內容，是提高課程教學質量的有效途徑。項目教學是通過完成一個整體的項目而實施的教學活動，它可以是圍繞一個大項目，展開一個個小項目，而每個小項目都是大項目中一個個內容的分解，最后在小項目都完成的情況下，保證大項目目標的完成。項目教學可以充分發掘學生的創造潛能，提高學生解決實際問題的綜合能力。

在機械原理授課過程中，以某一項目為主線精心設計教學，項目選擇時應當盡量涵蓋課程中涉及的多種典型機構和知識點，從而有利于學生通過運用所學知識完成學習內容。[7]授課伊始即將設計任務布置下去。通過教師對教學內容的分析，先將教學任務進行分解，把要講授的知識蘊含于學生所需完成的任務之中，讓學生通過項目設計從而掌握所學知識。這樣，學生在學習完機械原理這門課程后，也完成了一個大的項目，在學習的過程中將各知識點聯系在一起，形成了一個較完整的知識體系。

教師在授課過程中，也可引入一個項目案例進行講解。例如：在機械原理的學習過程中，可選擇內燃機作為主項目，內燃機中囊括了機械原理常用的三大機構：連桿機構、凸輪機構和齒輪機構，所以該項目又可細分為連桿機構、凸輪機構和齒輪機構等多個子項目。在講解平面機構的動力分析時，可以內燃機中的曲柄連桿機構的受力分析和配氣機構的動力學分析為案例，在講解機械的平衡時，可以單缸和多缸內燃機的曲軸的平衡為案例，等等。這樣，通過一個實際的項目案例，幫助學生掌握了基礎知識和技能，還可以通過案例舉一反三，拓展知識，培養學生自主學習和知識應用的能力。

此外，授課教師在課程講解時要緊扣實例，例如：在講解連桿機構時，可結合日常生活中的雨傘，餐桌椅的折合裝置，汽車上的雨刮器和轉向機構、車門啟閉機構、風扇搖頭裝置等進行講解，講解齒輪系的時候，可結合鐘表講解時針、分針、秒針的設計原理，還可介紹汽車變速器的工作過程等等，這些案例貼近生活，學生容易接受和理解，也能激發學生的學習興趣和求知欲。

4 兩種教學模式的交互

目前的機械原理課程授課形式大部分還停留在教師灌輸、學生被動接受的模式，提不起學生學習的興趣和動力，而且在提倡素質教育的形勢下，機械原理的課時不斷被壓縮，這些都對基于課堂的傳統教學模式提出了挑戰。國家精品開放課程共享系統中心網站（即愛課程網）將在線課堂與面對面教學模式相結合，把學習效率低下的教師單向灌輸的傳輸知識方式轉變為激發學生學習興趣，引導學生主動學習的教學模式，對提高機械原理教學質量，深化課程改革起到了積極的促進作用。

國家精品開放課程共享系統中心網站具有友好的用戶界面，為師生用戶提供了較完整的學習支持系統。任課教師可通過在線咨詢、QQ群、個人郵箱等將教學信息及時、準確地傳達給學生，包括課前要求學生觀看視頻和相應知識點預習，布置一些簡單練習，課后布置學生完成在學習平臺上每一個知識點配備的對應在線的自測題和離線作業，另外，學生在觀看視頻、完成練習時如果遇到問題，可以在系統中實時咨詢老師或與同學進行討論。[8]利用在線教學中靈活組合的豐富的功能模塊，將課堂深度教學與在線自主學習結合。一方面，學生的學習不再局限于有限的課堂教學時間，可自由支配學習時間，完成基礎內容的自學和自測；另一方面，與傳統的教學模式相比，完成一個知識點的學習，學生要付出更多的自主學習的時間。在線教育使學生成為教學過程的參與者，使學生從被動接受變為主動學習。

部分學生缺乏較強的自我約束能力，常常會在網絡學習中出現拖延癥。為了促進學生自主學習，規定學生需要完成一系列學習活動，才可獲得相應的學分，比如，學生需要在截至時間之前完成系統中相關的預習、自測和練習，及時提交，否則當次練習為0分，累計一定次數，則無法取得本課程的學分，同時系統對學生的學習過程進行實時記錄。

作為任課教師，在機械原理共享課程建設時，首先要保證教學資源的完整性，教學資源應包括教學錄像、PPT講義，課程教案、備課筆記、教學設計及知識點匯總、思考題、作業參考答案、題庫或卷庫、學科前沿研究的熱點等。其次是教學資源的豐富性，豐富性是指盡可能增加不同種類的教學資源，不僅有文本資源、圖片和動畫、還有視頻資源等，豐富的教學資源有助于開闊學生視野，激發學習的熱情和興趣。

現代機械工業對創造型人才的需求與日俱增，機械原理課程在培養創造型人才的過程中起著不可或缺的重要作用。提高機械原理課程教學質量的關鍵是激發學生的學習主動學習的能力。教師的教學應當重視培養學生的創造性思維以及知識應用的能力，調動學生的主觀能動性，使教與學融為一體。從多年的教學實踐中，筆者體會到教師一定要深入理解教學內容，提煉出教材的共性知識，重視課程之間的聯系性，同時授課時要緊密聯系實際案例，科學地混合運用不同的教學媒介，多方面、多渠道地激發學生主動學習的熱情，真正做到有的放矢，從而提高機械原理的教學質量。

參考文獻：

[1]孫桓，陳作模，等.機械原理[M].八版.北京：高等教育出版社，2013.

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[4]王躍進.機械原理[M].二版.北京：北京大學出版社，2009.

[5]朱理.機械原理[M].二版.北京：高等教育出版社，2010.

[6]濮良貴，陳國定，等.機械設計[M].九版.北京：高等教育出版社，2013.

[7]徐愛群，段福斌.機械原理項目教學模式探索[J].浙江理工大學學報，2012（29）：26-30.

[8]李爽，陳建中.結構化學國家級精品資源共享課建設與思考[J].中國大學教育，2014（8）：20-23.