與機械產品項目相結合的機械原理課程教學改革

劉萬鋒 曾斌

摘? 要：針對目前機械原理教學中存在的不足，提出了與創新項目相結合的機械原理教學方法改革，探索了從建立典型機械創新項目、建立三維軟件的機械原理創新項目、建立開放實驗室、“以賽促學”、融入教師科研項目、優化課程設計教學等方面培養學生創新能力。通過項目的實施，使學生掌握了機械原理課程的基本概念，并提高學生的學習主動性，加強了學生的實踐能力，顯著提升了學生的創新能力。

關鍵詞：機械原理? 教學改革? 創新能力? 機械產品

中圖分類號：TH111? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1672-3791（2020）12（b）-0127-03

Abstract： Aiming at insufficiencies in mechanisms and machine theory teaching at present， the reformation of the teaching method for mechanical principle is provided combined with the innovate design project. The measure includes the establishment of typical mechanical innovation project， three-dimensional software of mechanical innovation project for mechanisms and machine theory， open laboratory， promoting learning through competition， the combination with the teache's scientific research and optimizing course design teaching. The projects are carried out and by these measures， the students master the basic concept of mechanical principle. Many kinds of ability， including the learning motivation， the practical ability， have improved. The knowledge of the theory of machines and ability of innovate design is improved greatly for the students.

Key Words： Mechanical principle; Teaching reform; Innovation capacity; Mechanical product

機械原理以介紹三大常用機構包括連桿機構、凸輪機構、齒輪機構，并對三大常用機構進行結構分析、力分析和運動分析，讓學生具備對簡單機構產品進行方案設計的能力?！皺C械原理”是機械類本科專業的一門專業基礎課[1]，對機械類學生后續課程的學習具有深刻的影響。雖然課程重要，但課程理論性強，讓學生在學習過程中經常感覺到枯燥和無趣。同時由于課程內知識點之間的關聯性強，一旦有部分內容沒有理解，直接會影響到后續課程的學習[2-4]。因此，如何有效地培養學習興趣和提高學習效率，是高校教師的一個非常具有技術性的課題研究方向[5-7]。

湖南文理學院機械工程學院根據自身的學科專業優勢，圍繞學?！暗胤叫?、開放式、國際化”的辦學定位，以促進就業為導向的辦學思路，以新工科理念為引領，始終堅持以學科建設為龍頭，以教學為中心，按照“實基礎、重應用、強能力、出特色”的人才培養目標，在專業辦學過程中，經過多年的沉淀和發展，形成了了一套自己的專業辦學特色。其中，為了實現學生更好的學習效果，學院力促教學團隊的成立，鼓勵教師創建精品課程。《機械原理》作為一門重要的專業基礎課，是最早成立教學團隊和進行線上建設的課程。目前《機械原理》課程除了建設完成豐富的線上資源外，還針對課程特點，形成了與機械產品項目相結合的教學特點，在學生中獲得了一致好評。

1? 與機械產品相結合的機械原理課程教學

1.1 典型機械創新項目的建立

機械創新項目的建立是實現此課題的前提條件。要能針對教學中的重點，進行項目的選擇，恰當地設疑，引導學生主動思維，定向探索問題，建立一些密切聯系工程實際并激發學生創新能力的優秀項目。例如雨刮刷、工業機器人、車門閉合裝置、停車裝置等。通過項目實施，將理論知識與具體機構直接聯系。讓學生觀察典型機構創新項目的結構組成和運動方式，通過對具體機構的觀察和分析，讓學生帶著問題去學習，可極大地提高學生對于機械原理學習的興趣。然而，目前典型機械創新項目還遠遠不夠，還需要從課堂內、外繼續收集材料，并在已經建立的項目上進一步進行篩選，得到更適合、更具代表意義的項目課題。

1.2 基于三維軟件的機械原理創新項目的建立

“機械原理”課程中需要學生完成機構的運動分析，而動態分析需要學生具有較強的空間思維能力，而這恰恰是學生所欠缺的能力?，F在隨著三維軟件的普遍使用，學生具備熟練的三維繪圖能力是社會對學生的一個基本要求，將機構簡圖中枯燥的圖形使用三維軟件進行繪制，并通過仿真以生動具體、形象逼真的形式再現給學生，使學生更容易理解、更有興趣。例如，建立三維的連桿機構、齒輪機構、凸輪機構及一些間歇運動機構，讓學生能夠立體地了解三大機構并進行運動仿真訓練。并要求學生找尋日常生活中的常用機構，如汽車車門關閉系統、窗戶關閉裝置、家用攪面粉機等，要求學生觀察生活中存在的機構并繪制三維圖形，既培養了學生理論學習中對機構的深刻認識，還強化了學生的三維繪圖能力。

基于此，在教學中，以工程應用為主線，以三維軟件為教學平臺，對《機械原理》課程內容進行整體優化，加以創新處理，突出理論和實踐的結合，處理好傳統與先進、理論與實際應用之間的關系，挖掘學生的潛能，突出學生工程實踐能力和創新設計能力的培養。授課時以講明概念、基本原理為原則，邊講邊練，講授、示范、練習相結合。如通過一個具體的實例，讓學生完成方案設計的全過程，培養學生應用三維軟件進行零件的三維建模能力，讓學生將理論和實踐有機地結合在一起。這樣既傳授了三維軟件的使用方法，又融合了《機械原理》的相關知識，使教學過程生動逼真，學生的綜合實踐能力得以迅速提高。

以往的設計學生通過想象，是否能夠實現是一個未知數，采用三維軟件后，學生可以將自己的設計成果模擬出來，判斷設計的正確與否。但是機械原理課程改革中，既要培養利用計算機解決工程實際問題的能力，又不能把課程變成單純的計算機課程。注意力主要放在機械問題上，以及能夠使用合適的三維軟件解決工程問題。由于學生的三維軟件掌握能力參差不齊，使用的三維軟件多種多樣，如何指導學生熟練掌握三維軟件以及使用到機械原理課程中，成為亟待解決的問題。

1.3 開放實驗室的建立

機械原理課程性質偏理論性，這樣課程往往顯得單調，因此，以機械創新項目為基礎的機械原理教學改革，主要應強調參與，強調動手實踐能力，重視實驗的趣味性和實用性以加強學生的學習興趣，能激發興趣、培養工程素養、鍛煉工程技能。然而創新項目的實施往往需要大量的經費投入，這對于此項目長期的實施將會帶來大的困難。在學院存在完備的創意之星機器人套件，創意之星模型能夠作為多功能教學演示器材使用，針對機械原理中典型的機構及傳動方式和創新點進行了形象的演示。已經有大批學生參與實驗前提下，建立一個開放式實驗室，允許有興趣的同學隨時進入實驗室，完成結構件的拼裝，將自己的機構創意實現，完成機械創新項目的實施。這有助于學生直觀、快速地掌握各個知識點具有良好的促進作用，同時能激發學生的創新思維和創新能力。

同時，學院大力加強實驗室建設。目前學院設有8個開放實驗室：機器人工作室、慧魚創新實驗分室、數控DIY實驗分室、機構創新實驗室、智造空間及1個學生作品制造室、2個CAD/CAM實驗分室，大學生可在教師引導下自主地完成大學生創新訓練計劃項目、全國機械創新設計大賽項目、“挑戰杯”全國大學生課外學術科技作品競賽項目等課外科技活動;學院在現有的科技創新作品的基礎上，鼓勵學生自創自建實驗室，目前學院新建的3D打印實訓室，其中的3D打印機，全部由學生自己設計、制作和裝配，學生可以在該實驗室學習制作3D打印機及學習相關的3D打印技術，不僅有效地降低了實驗設備的成本，學生的創新能力也得到了有效提高。近幾年，學生在此實驗室為平臺，根據自己的課余時間和實驗需求，進行相關實驗及科技作品的設計制作。

1.4“以賽促學”方式的建立

湖南文理學院機械工程學院基于本科4年課程體系的承接關系，結合各類學科競賽要求的專業基礎素養和課程知識，構建了“分年級引導，各年級參與”和“雙向選擇，全程指導”的學科競賽指導機制，即針對各類學科競賽對專業知識的要求，分年級進行引導和鼓勵，一至四年級均對應相關的學科競賽，鼓勵大一的學生參與全國制圖競賽、全國三維數字化創新設計大賽，培養其基礎設計能力;大二學生以工程訓練大賽為導向，結合金工實習逐漸引導學生從虛擬設計到科技產品的制作，逐步形成產品設計的理念;大三學生以“機械創新設計大賽”為載體，引導學生自主完成虛擬樣機設計（計算機設計及仿真）—實物樣機（在微型數控機床上制作）—小型作品（在機床上制作）;鼓勵大二至大四學生結合自己的情況，自主參加挑戰杯、互聯網+等比賽;同時，學生及學生團隊與指導教師進行雙向選擇，要求指導教師全程指導學科競賽，廣泛吸引學生的參與及激發學生學習的主動性。在以學科競賽為驅動的人才培養機制下，機械工程學院的學生廣泛參與各類學科競賽，加強了學生綜合能力素質培養，促進了學生的應用能力的有效發展。

而對于機械原理課程的學習，學院結合該專業形成的良好的學科競賽氛圍，將《機械原理》課程的學習與學科競賽進行融合，通過學科競賽驅動《機械原理》課程的學習。例如：鼓勵學生參與全國制圖競賽、全國三維數字化創新設計大賽、機械創新設計大賽，并結合各類比賽，逐漸引導學生從虛擬設計到科技產品的制作，逐步形成產品設計的理念;在以學科競賽的驅動下，學生會帶著問題去學，并將課程中知識融入學科競賽中，顯著了增強了對《機械原理》中知識點的理解，加強了學生綜合能力素質培養，促進機械原理課程學習。

1.5 融入教師科研項目

將教師科研與《機械原理》課程教學相融合，具體體現如下：（1）大力鼓勵學生參與教師的課題研究，深入專業知識學習，提升專業素養和科研基礎能力。如該專業李志剛老師與湖南坤鼎數控科技有限公司的攪拌摩擦焊數控設備關鍵技術研究與試制項目中，本科生共計20余人參與了該項目的研究。（2）倡導教師將科研工作與大學生創新創業訓練有機融合。學院的部分大學生創新創業訓練就直接來源于教師的科研內容，如曾強文同學的國家級研創項目《自適應智能包裝機》、劉玄寧同學的國家級研創項目《自動存取包裹機》、黃勇同學的國家級研創項目《智能遙控嬰兒車》等就分別來源于不同教師的在研項目。（3）將教師的橫向課題融入學生的理論教學和實踐教學。教師將自己的企業課題與教學緊密結合，以實際問題為導向，通過協作研究、立項創新，加強學生專業知識和創業知識在實踐中的運用，促進該課程的學習效果。

1.6 優化機械原理課程設計

從創新創業能力培養角度，優化重組實驗內容，把行業創新應用貫穿到課程設計中。依托省級機電大學生教育教學中心，構建項目驅動式課程設計教學。精選大量來自企業的真實項目，項目經過標準化和模塊化，有效抽取技術知識點和行業知識點。采用一個實際的開發案例來組織課程設計，將案例的各關鍵技術環節分散到課程設計中，建立“自然認知—方法實踐—綜合分析—探索創新”循序漸進的機械原理課程設計教學模式。

2? 結語

《機械原理》課程對于學生的機械方面知識和創新能力培養都具有重要的意義，有效地提高學生的《機械原理》課程學習效果是一個具有挑戰性的事情。該文采用建立典型機械創新項目、建立三維軟件的機械原理創新項目、建立開放實驗室、“以賽促學”和融入教師科研項目、優化課程設計教學等方面培養學生創新能力。通過機械創新項目的實施，強化學生的計算機輔助設計能力與創新意識培養，并通過各種實踐科技活動培養學生的工程動手能力并初步具有機構分析和設計機構的能力，達到提高學生的創新意識和創新能力。

參考文獻

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