基于應用實踐型本科機械原理的教學改革研究

李俏，覃羨烘，王鵬程

（廣東理工學院，廣東肇慶526100）

基于應用實踐型本科機械原理的教學改革研究

李俏，覃羨烘，王鵬程

（廣東理工學院，廣東肇慶526100）

為了適應新建應用實踐型本科院校的教學教育特點，結合我校機械設計制造及其自動化以及機械電子工程專業的人才培養計劃，結合該專業的基礎課《機械原理》的課程特點，對教學的內容、教學的方法、實踐實驗教學這三方面進行了適當的改革，探索適合新建應用實踐型本科院校的教學理念，從而進行有效合理的教與學。

應用實踐型本科；機械原理；課改研究

根據應用實踐型本科院校的教育宗旨：培養有能力、有知識和素質全面發展的高級應用型人才，能面向實踐生產、建設管理、服務一線[1]。相對于其他高等教育，更重視培養一線應用工程師。廣東理工學院自2014年由大專院校升為應用型本科院校后，為了更好地服務于當地機械行業發展的需求，申報了機械設計制造與自動化以及機械電子工程兩個本科專業。傳統的教育目標、教學教育內容和教學方法模式已不能滿足當今應用型人才培養的需要。為了盡快適應本院校本科教育教學工作上的要求和對機械類應用實踐型人才培養的需要，《機械原理》課程的教學必須盡快從專科教育理念向本科教育制度模式轉變[2]。因此，本文鑒于本校《機械原理》的課程特點，主要從教學內容、教學方法和教學實踐實驗環節三大方面進行一定的探索性的教學改革研究。

1 《機械原理》課程教學特征

由于到目前為止，2014級學生是我校第一屆本科學生，因而專業基礎課《機械原理》也就在2015～2016學年下學期才面向7個本科班開設，針對這學期開設教學情況，以及我校學生教師等情況，其課程內容和學習方法等方面有著自身的特點。

1.1 內容多，課時有限，傳統教學方法難以勝任

機械原理課程的特點之一是內容多，圖多，大量的機構運動分析以及運動設計，傳統的板書教學模式很難完美地呈現在學生們的頭腦中；而且，課時往往又很有限，而教學內容又比較多，更難完整系統地使學生掌握、了解機器與機構分析與設計的基本原理與方法，學生步入社會后，不能學以致用，以致對待實際工程問題沒有一定的系統解決方法。這些問題都對教師的教學方法和手段提出了高層次的要求。

1.2 學生基礎差，難以把握重點知識，解決實際問題

機械原理這一學科體系對初學者有一定的要求，只有學好了機械原理才能更好的掌握學習機械原理的理論與方法，而我校的本科生源總體上文化基礎知識相對較差，并且大都是沒有接觸過工程實踐，所以機械原理這門課相對來說入門會比較困難。課程中應用到的各種機構分析、分析方法也是之前所有基礎課當中沒有涉及過的。所以機械原理在我校更是一門“學生難學，老師更難教”的課程。

1.3 教學內容缺乏工程背景[3]

針對我校的性質，所有專業培養方案都應把培養應用實踐型人才放在首位。而大多數學生沒有工程實踐經驗，對課堂上所學的機構結構學、運動學和動力學等內容缺乏必要的感性認識，所以會在一定程度上感到機械原理抽象、難學，所以學生很難完成機構創新這一環節，甚至碰到一些實際工程實例根本無從下手這一現象。所以這一現象與我校的人才培養目標沒有達成很好的銜接，就這給教學內容以及教學方法提出了一定的考驗。

2 豐富教學內容

本校根據專業培養計劃，機械原理該課程授課課時52學時，實驗實踐8學時，總共60課時。顯然，仍然沿用“老師教與學生學”“一對全班”很難滿足當今時代的學生要求以及教學目標。針對機械原理的課程內容，分為“機構結構分析的基本知識”、“機構的運動分析”、“機器動力學”、“常用機構的分析與設計”和“機械系統的方案設計”五大方面[4]，前面三大方面主要在課堂上為學生呈現，課程設計和課程實驗實踐中主要涉及另外兩個模塊。對于連桿機構、凸輪機構設計的圖解法和解析法、機構的演化方法，機構創新設計方法等過于專業性的內容，如斜齒輪的當量齒輪的各個參數的公式、齒輪發生根切的原因以及不產生根切的最小齒數公式的推導過程，可以相對精簡化，要讓學生重點掌握這些專業結論的應用。

針對教學內容缺乏工程背景，在講授課程原理與方法時，應著力向學生強調清楚相關的工程實例或工程應用背景，明確設計要求與具體的設計任務，培養具備理論聯系實際，能用課本上學到的知識去處理實際工程問題的能力，這樣更助于提高學生的注意力與興趣。合理設計教學實例，如牛頭刨床的機構設計：牛頭刨床的機構設計包含具有急回特性的導桿機構、凸輪機構、齒輪機構，通過這個實際工程例子可以讓學生全方位地掌握機械原理主要常用機構的設計原理。通過這個實例使學生加深了對四桿機構急回特性、傳力特性及運動連續性的理解，不同主要機構的不同組合能達到的工作結果、各執行構件運動的協調配合關系等。

3 改進教學方法

針對上面我校機械原理這門課程的教學特點，有必要改進現有的教學方法，脫離老師過分依賴單一的PPT，完善多媒體輔助教學系統，對機械原理課程多媒體課件進行一定的探索與實踐。

由于機械原理內容多圖，多機構以及機構之間的演化過程，機構分析過程等等，都不是單一PPT上一張圖片能夠表達得清楚的，因此要開發集圖形、動畫、視頻、文字于一體的機械原理CAI課件。同時，通過創建本校網絡線上教學，線上設置計算題、填空題、判斷題、選擇題等訓練環節，有利于學生線下課前準備與課后的復習和練習，以及老師在網絡學習通道批改作業完成情況，實時了解學生的學習情況，實現交互式教與學，也正適應當下年輕人喜歡網絡學習這一情況。例如線上課件布置的機構設計任務環節，如平面連桿機構的設計、反轉法設計凸輪輪廓等，這些過程可以提供學生對課程設計的機構方案選擇參考。這就需要研究一種集課堂教學、課下學習與訓練于一體的《機械原理》交互式多媒體課件，機械原理交互式多媒體課件充分體現教學規律，集課程介紹、學習指導、習題指導、計算仿真于一體，完整系統地展現給學生。

4 實踐實驗改革

4.1 實驗內容豐富

結合我校課程《機械原理》開設的四個實驗，主要是驗證性實驗，有對機構的認知、平面機構運動簡圖測繪、齒輪加工范成法加工實驗、漸開線直齒圓柱齒輪參數的測定等，從教學實驗的結果來看，大部生學生沒有實際操作，從事實驗內容。為了提高學生對實驗的動手機會，應該減少驗證性實驗，增加一些設計創新性、綜合性的實驗項目。并且，在實驗教學的方法上，必須從傳統的教師示范轉變為學生參與，減少分組人員，確保每個學生能有機會進行動手進行實驗。最后在對實驗的管理上，可以開放實驗室，給學生提供一定的實驗實踐機會。針對以上情況，可以把課程的實驗分為以下三個層次：

4.1.1 認識性實驗

主要的目的是配合課堂教學以及課程進度，為學生展示大量豐富的實際機械、機構模型、機電一體化設備及創新設計實例，使學生對實際機械系統增加感性認識，加深理解所學知識，開闊眼界，拓寬思路，啟迪學生的創造性思維并激發創新的欲望，培養學生最基本的觀察能力、動手能力和創造能力。

4.1.2 研究性實驗[5]

增加引起探究性實驗，學生可以根據實驗室現有的實驗設備，應用課本上所學的知識提出對某一理論衍生出的實驗假設，再通過實驗、探索、分析、研究得出結論，最后驗證假設的正確性。比如實驗室具有基于UG開發的虛擬實驗，采用UG NX機構運動分析模塊Motion進行機構仿真分析，可以極其方便地對機械設計方案進行模擬、修改和優化。通過里面的機構運動仿真實例：曲柄滑塊機構、滑塊聯軸器、橢圓儀、牛頭刨床機構、平面/空間凸輪、平面/空間連桿機構、齒輪等在工程中常用的幾十多種運動機構，通過機構組合可以實現一些虛擬樣機的探究，如：離心調速器、汽車轉向機構、汽車行駛模擬、飛機起落架、電影放映機、鐘表運轉等。同時，學生可以通過改變機構的尺寸以及不同的組合方式，實現不同的運動方式。該實驗可以加深學生對構件的結構、運動副的認識，啟發學生進行運動副的結構探究設計。

4.1.3 自主創新實驗

除了上面的兩大類實驗項目，還提供了各種機械零部件、電機、傳輸零部件、聯接零部件等，為學生打造一個自主創新的平臺。學生可以自由組裝現有的各種常見的機構比如機器中常用的機械手、推剁機、傳送帶等，自主設計能實現一定運動的機構，實現學生自己一些創新的想法，實現他們頭腦中的機構以及機器。該類型實驗可以減少常有的實驗的枯燥感，增加學生的學習創新興趣，聯系實際，充分理解課本上講過的機構的運動理論知識。

4.2 課程實踐設計主觀化

在學校以及現在工作后接觸到的《機械原理》課程設計都太單一了，比如牛頭刨床機構設計應用之廣泛，基本上就是繪制機構運動簡圖、圖解法分析其中的導桿機構部分的運動參數、根據凸輪機構中的推桿運動規律用圖解法設計凸輪機構的實際輪廓，最后再詳細編寫完整整個課程設計的說明書，導致現在學生在課程設計時沒有自己思維想法，都是參考，千篇一律，缺乏創新，導致學生產生不了太大的興趣。所以在課程設計這方面也必須有一定的改革，以學生老師兩者分工明確、主設計在學生，老師在過程中適當提出建議性的意見，之后學生完成課程設計課題的確立以及編寫設計任務書等。必要時還可以讓學生學會ADAMS仿真軟件，可以對機構方案進行仿真分析，驗證自己設計的機構能否能到預期的效果。最后，改變把所有的圖紙和說明書裝檔案袋結束課程設計這一過程，適當增加答辯環節。答辯可以分為改變以往的個人答，針對課程設計分組進行的過程，可以一個組一個組地進行討論答辯，學生可以就自己擅長的方面進行回答問題，不僅可以提高整個團隊的合作精神，還適當減少學生的緊張感，最后老師根據整組以及個人的的整個過程的表現，給出一個合理的成績。

5 總結

當今，由于我國處在一個現代化工業快速發展的時代，這就決定了我國的工業制造不再需要一般型人才，而是大批具有創新精神的開拓創新型的工程業界精英。而《機械原理》作為塑造卓越機械工程師的主要課程之一，就非常有必要進行一定方面的探究改革研究，不僅要重視整體課程體系的特點、課程內容以及教學方法方面的改革研究，更應在整體教學過程中加強創新能力的培養。本文詳細說明了前面幾大方面的一些探究性改革研究，但對學生的創新意識的提高還應該再深入的研究。并且，作為機械專業核心課程的任課教師，必須重視起自己各方面的提升，不斷與時俱進，改進教學方法，適應新時代高教教師的要求。

[1]劉迎春.應用型人才培養目標定位及其知識、能力、素質結構的研究[J].中國大學教學，2004（10）：56-57.

[2]鮑莉，康紅艷.《機械原理》課程教學研究與實踐[J].重慶科技學院學報，2010（18）：178-179.

[3]孫恒，陳作模，葛文杰.機械原理[M].北京：高等教育出版社，2013：1-4.

[4]景作軍，王宇，陳睿，等.以實例教學為驅動的機械原理課程教學[J].科教導刊（上旬刊），2016（03）：97-98.

[5]王波，林其斌.應用型本科機械原理課程教學改革研究與實踐[J].2013，15（2）：111-125.

Teaching Reform Research of Mechanical Principles Based on Applied Principle of Undergraduate

LI Qiao，QIN Xian-hong，WANG Peng-cheng
（Guang Dong Polytechnic College，Zhaoqing Guangdong 526100，China）

In order to adapt to the characteristics of the teaching of the newly applied practice-oriented colleges and universities，this paper summarizes the characteristics of the basic course“Mechanical Principle”base on the personnel training objectives of the mechanical design and manufacturing and automation and mechanical and electrical engineering，teaching content，teaching methods，practice and experiment teaching are reformed which is exploring the teaching ideas for newly-built practical undergraduate colleges，so as to get the effective and reasonable teaching and learning personnel training objectives.

application practice undergraduate；mechanical principle；curriculum study

G420

A

1672-545X（2017）03-0205-03

2016-12-28

廣東理工學院教學研究與改革項目（項目編號：JXGG2016011）

李俏（1990-），女，江西贛州人，碩士研究生，主要研究方向：數字化設計與制造。