三層次一體化課內外相融合機械原理課程實踐教學的改革

張向紅 韓忠義

摘要：本文分別說明了基礎性實踐、綜合性設計性實踐和創新性實踐在機械原理課程教學中的應用和效果，論述了三層次一體化課內外相融合機械原理課程實踐教學改革的實施與成效。

關鍵詞：機械原理；實踐教學；創新實踐

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2018）46-0176-02

引言

機械原理課程是高等學校工科機械工程類本科生必修的課程之一，在培養學生的機械設計綜合能力方面占有重要的地位。我院機械原理課程的實踐教學主要包括機械原理課程的實驗和機械原理課程設計等教學活動。實驗內容包括“機構認知實驗”、“機構運動簡圖測繪”、“齒輪范成”和“齒輪參數測定”；課程設計集中在1周時間內完成，設計內容為根據題目要求提出運動方案，并進行運動分析和力分析，最后撰寫設計計算說明書。題目有多個方案和多組數據，每位同學的方案、數據都不同。課程的培養目標要與專業培養方案和學院定位保持一致。對于新建應用型本科院校，人才培養目標和培養模式發生了相應的變化，實踐教學的意義也就不言而喻。因此，為培養服務于京津冀的應用型人才，機械原理課程的實踐教學現狀必須改變。我院機械原理課程組教師探索的三層次一體化課內外相融合機械原理實踐教學取得了一定的成績。

一、三層次一體化課內外相融合課程實踐教學體系

1.基礎性實踐。基礎性實踐以機械原理課程的課內實驗教學為主，主要包括機構認知實驗、機構運動簡圖測繪實驗、齒輪范成實驗和齒輪參數測定實驗。其中，機構認知實驗是通過參觀機械原理展示柜，觀察典型機構運動的演示，初步了解機械原理課程所研究的各種常用機構的類型、結構和特點，了解機器的組成原理，加深對機器總體的感性認識。機構運動簡圖測繪實驗培養學生根據實際機器的構造繪制機構運動簡圖的能力。繪制過程中，要拋開具體零件的結構形狀，分析零件與零件之間是否存在相對運動，是否組成構件；各構件之間的相對運動形式怎樣，從而確定運動的類型。通過機構自由度的計算，判定機構是否具有確定運動，以此來說明實際機構的運動特征。齒輪范成實驗使學生掌握用范成法切制齒輪齒廓的基本原理，并觀察齒廓形成過程。了解漸開線齒廓的跟切現象和避免跟切的方法，分析比較標準齒輪和變位齒輪的異同點。齒輪參數測定實驗使學生掌握應用游標卡尺測定漸開線直齒圓柱齒輪基本參數的方法。通過測量和計算，理解齒輪基本參數與基本尺寸之間的關系和漸開線的性質。

2.綜合性設計性實踐。綜合性設計性實踐以課下自選實驗為主，主要包括機構運動方案設計與搭接實驗和機構模型制作。機構運動方案設計與搭接實驗加深學生對機構組成原理的認識，進一步理解平面機構的組成及其運動特性。進行平面機構的搭接，不僅提高了學生的動手能力，還使他們認識到了機構在實際安裝中的運動干涉問題及解決方法。通過機構運動方案的設計培養學生的綜合設計能力。機構模型制作彌補了機構運動方案設計與搭接實驗的不全面性，同時可以保留下來。

3.創新性實踐。創新性實踐主要指以機械原理課程設計為平臺，學生利用1周時間，在教師指導下進行機構運動方案創新設計，并制作機構模型。創新性實踐活動，使學生掌握了一些創新設計的方法，學會如何按照機械設計的基本理論，進行機構運動系統方案的設計，從而提高學生創新意識和工程意識。

4.三層次一體化課內外相融合實踐教學。三層次一體化課內外相融合實踐教學對學生提出了更高的要求，在創新性實踐的基礎上，依托各類機械設計大賽，學生利用課余時間，在教師指導下進行機構創新設計，并最終將設計的圖紙轉化為樣機。

在此過程中，學生首先針對機械設計大賽主題進行市場調研，確定設計產品的市場定位，按照大賽主題的若干要求，通過查閱資料構思解決方案，確定設計目標，進行必要的設計計算，繪制設計圖紙，制造、安裝、調試，直至產品成型。

通過這樣系統的訓練，學生全程參與制作，誘發了學生的求知欲望，加強了動手能力，充分挖掘了學生的潛能，使得學生積極地利用所學知識分析解決問題，不但培養了學生的工程意識和整體設計能力，還大大提高了學生的創新實踐能力。

二、三層次一體化課內外相融合實踐教學的應用

1.基礎性實踐的應用。基礎性實踐首先讓學生參觀機械原理展示柜中各種機構的模型，進行機構的認知，初步了解各種常用機構的結構、類型、特點和運動情況，增強學生的感性認識。在后續的基礎性實踐中，學生在教師的指導下，按照實驗指導書上的要求進行實驗，繪制機構簡圖，模擬齒輪范成過程，測定直齒圓柱齒輪參數，計算機構自由度，觀察標準齒輪和變位齒輪的不同，進行數據處理等等，完成了一系列工程實踐的基本訓練。驗證了課堂教學的理論知識，提高了分析問題和解決問題的能力。這是掌握機械原理課程基本原理的重要環節。

2.綜合性設計性實踐的應用。綜合性設計性實踐主要完成機構運動方案設計與搭接實驗和機構模型制作。通過機構運動方案設計與搭接，對機構運動方案的設計有全面的了解，加深學生對機構組成原理的認識。針對機構搭接的局限性，學生還可以進行機構模型制作，學生作品如圖1、圖2。

3.創新性實踐的應用。創新性實踐是學生進行機構運動方案創新設計，并完成機構模型的制作。以學生自選題目為主。圖3多功能拉桿箱，通過了學院的大學生創新創業訓練項目的驗收。

4.三層次一體化課內外相融合實踐教學的應用。依托全國大學生機械創新設計大賽、全國大學生工程訓練綜合能力競賽等大賽平臺，學生完成方案設計、技術設計和實物制作的全過程。新型范成儀（圖4）獲得全國大學生機械創新設計大賽河北賽區一等獎。

三、三層次一體化課內外相融合機械原理實踐教學應用效果

三層次一體化課內外相融合機械原理實踐教學把基礎性實踐、綜合性設計性實踐和創新性實踐有機地結合起來，為學生提供了更廣闊的創新設計平臺，將知識的灌輸轉變為思考性的學習與設計。在這一過程中，學生們能主動查找資料，鍛煉了他們從各種資料及數據中歸納整理的能力，從而找到了設計的方向，能夠兼顧各個設計參數，提出更合理的設計方案。參與新型范成儀設計的同學感慨，從方案設計、機構設計、功能框架布置到購買材料、機械加工、裝配調試全部親自完成，真正將所學知識應用到實際產品當中。不僅提高了動手能力和設計能力，還培養了團隊的合作精神。通過參賽開闊了眼界，學習了兄弟院校更好的設計項目，提高了綜合素質。

結束語

三層次一體化課內外相融合機械原理實踐教學在機械原理課程教學中取得了初步成效，為學生營造了一個開放式的教學平臺，使學生融入到教學活動中，成為了教學活動真正的主體。

在今后的教學中，對三層次一體化課內外相融合機械原理的實踐教學進行逐步的完善。如何把教學每個階段都滲透到三層次一體化課內外相融合實踐教學中，如何使我院機械原理課程再上新臺階，還需進一步的研究。

參考文獻：

[1]戴莉莉“三層次一體化”在機械設計實踐教學中的應用與研究[D].南昌大學，2009.