SolidWorks 軟件在機械原理課程教學創新改革中的應用

摘要：本文針對應用型高校機械原理課程，剖析傳統教學抽象且實踐不足之弊后，深入挖掘 SolidWorks 軟件價值。其三維建模與運動仿真功能，直觀呈現知識，助力學生創新實踐，豐富教學資源并融合理論實踐。依應用型人才培養定位，規劃教學內容涵蓋機構多方面分析與設計，創新教學法含項目驅動、案例教學、翻轉課堂，構建實踐環節涉及實驗與課程設計改革。總之，SolidWorks 軟件應用于機械原理教學，全面提升教學質量，有力推動應用型高校機械專業人才培養進程，為教學改革提供有效路徑與有力支撐。

關鍵詞：SolidWorks 軟件；機械原理；教學創新；應用型高校

中圖分類號：TB"""""" 文獻標識碼：A""""" doi：10.19311/j.cnki.16723198.2025.13.079

0 引言

機械原理作為應用型高校機械類專業的核心基礎課程，在培養學生機械設計能力和創新思維方面具有極為重要的地位[1]。傳統的機械原理課程教學主要以理論講授為主，輔以簡單的教具演示和二維圖形分析，存在教學內容抽象、學生理解困難、實踐教學環節薄弱等問題。隨著計算機技術的飛速發展，三維 CAD 軟件在機械設計領域得到了廣泛應用。SolidWorks 軟件作為一款功能強大、易于學習的三維機械設計軟件，將其引入機械原理課程教學中，能夠為課程教學創新改革提供有力支持，使教學過程更加直觀、生動、高效。

1 傳統機械原理課程教學存在的問題

1.1 教學內容抽象

機械原理課程涉及眾多抽象的概念、復雜的機構運動分析和力學計算，如平面連桿機構的運動特性、凸輪機構的輪廓設計、齒輪機構的嚙合原理等。傳統教學主要依靠教師的口頭講解和黑板繪圖，難以讓學生形成直觀的認識，學生往往只能死記硬背公式和概念，對知識的理解和掌握不夠深入。

1.2 學生空間想象力不足

機械原理課程要求學生具備較強的空間想象力，能夠理解各種機構在三維空間中的運動形式和相互關系。然而，由于缺乏有效的輔助教學手段，許多學生在學習過程中難以在腦海中構建準確的機構模型，對機構的運動分析和設計感到困惑，限制了學生對課程內容的學習和創新能力的培養。

1.3 實踐教學環節薄弱

傳統機械原理課程的實踐教學主要以驗證性實驗為主，實驗設備有限且操作相對固定，學生只能按照給定的實驗步驟進行操作，缺乏自主設計和創新的機會。這種實踐教學模式難以激發學生的學習興趣和主動性，無法滿足培養學生綜合實踐能力和創新精神的要求[2]。

2 SolidWorks 軟件的功能特點及在機械原理課程教學中的優勢

2.1 SolidWorks 軟件的功能特點

（1）強大的三維建模能力：SolidWorks 軟件能夠快速、準確地創建各種復雜的三維機械零件和裝配體模型，支持參數化設計，可方便地對模型進行修改和優化。通過三維建模，學生可以直觀地觀察機械零件和機構的形狀、結構以及它們之間的裝配關系，有助于提高學生的空間想象力和對機械結構的認知能力[3]。

（2）運動仿真功能：該軟件具備出色的運動仿真模塊，可以對機械機構進行運動模擬分析。用戶可以設置機構的運動參數，如轉速、位移等，觀察機構在運動過程中的運動軌跡、速度、加速度等特性，并生成動畫視頻[4]。這為機械原理課程中的機構運動分析教學提供了生動、直觀的教學手段，使學生能夠更好地理解機構的運動規律[5]。

（3）易于學習和使用：SolidWorks 軟件具有友好的用戶界面和操作便捷性，其操作命令和功能模塊布局合理，易于初學者學習掌握[6]。同時，軟件提供了豐富的在線教程和幫助文檔，方便學生在學習過程中隨時查閱和學習，降低了軟件學習的門檻，有利于在課程教學中推廣應用。

2.2 SolidWorks 軟件在機械原理課程教學中的優勢

（1）增強教學直觀性：利用 SolidWorks 軟件的三維建模和運動仿真功能，可以將抽象的機械原理知識以直觀的三維模型和動態動畫形式展示給學生[7]。例如，在講解平面連桿機構時，可以通過建立連桿機構的三維模型，并進行運動仿真，讓學生清晰地看到連桿的運動軌跡、鉸鏈點的速度變化等，使學生能夠更加直觀地理解機構的運動特性，降低了學生的學習難度。

（2）培養學生創新設計能力：SolidWorks 軟件支持參數化設計和虛擬裝配，學生可以在軟件中自由設計和修改機械機構，進行創新設計實踐。在課程教學中，教師可以布置一些開放性的設計任務，讓學生利用 SolidWorks 軟件進行機構創新設計，并通過運動仿真驗證設計的可行性[8]。這樣可以激發學生的創新思維，培養學生的自主學習能力和創新設計能力，使學生更好地適應現代機械設計的需求。

（3）豐富教學資源：SolidWorks 軟件擁有龐大的標準件庫和豐富的材料庫，在教學過程中，教師可以方便地調用這些資源構建教學模型，豐富教學內容。同時，學生也可以利用這些資源進行課程設計和創新實踐，拓寬學生的設計視野，提高學生的工程素養。

（4）促進理論與實踐相結合：通過 SolidWorks 軟件的實踐應用，學生可以將機械原理課程中的理論知識與實際的機械設計和運動分析緊密結合起來。在學習過程中，學生不僅能夠掌握理論知識，還能夠學會如何運用軟件工具進行機械設計和分析，提高學生的綜合應用能力和解決實際問題的能力，為學生今后從事機械設計工作奠定堅實的基礎。

3 基于SolidWorks軟件的機械原理課程教學內容設計

3.1 機構運動學分析教學內容

在應用型高校的機械原理課程教學中，機構運動學分析從基礎起步。教師先細致講解利用 SolidWorks 構建常見平面機構（如鉸鏈四桿、曲柄滑塊、凸輪機構）三維模型的步驟，從草圖繪制到零件裝配，助力學生掌握基礎建模方法。隨后進行運動仿真設置，結合實例闡述驅動電機添加、運動副定義及參數設置意義，開展運動模擬分析。引導學生將觀察到的位移、速度、加速度等運動參數變化規律與理論對比，加深理解。布置適量作業與實驗項目，要求學生對給定或自行設計簡單機構分析，撰寫報告，著重考查基本概念與操作掌握情況，以此培養學生自主學習與實踐動手能力，為后續專業學習筑牢根基。

3.2 機構動力學分析教學內容

考對于機構動力學分析，在學生有一定運動學基礎后展開。先引入慣性力、摩擦力、驅動力矩等基本概念與理論。利用 SolidWorks 相關插件或第三方軟件時，從單自由度機構切入，詳細講解質量屬性、摩擦系數等參數設置，以及受力、功率消耗等參數計算，讓學生建立直觀認識。通過分析如小型農用機械等實際案例的動力學特性對設計運行的影響，使學生理解其重要性。組織小組討論與案例分析，選取本地企業或生活常見機械產品為案例，讓學生探討并提出可行方案，培養團隊協作與工程應用能力，使其更好適應本地相關行業工作需求。

3.3 機構創新設計教學內容

對于應用型高校的機械原理課程，機構創新設計圍繞應用型人才培養開展。專題講座介紹簡單實用的創新方法（如常見機構演化、組合、變異），并強調 SolidWorks 在其中的應用，如參數化設計優化機構尺寸、虛擬裝配輔助組合創新并驗證可行性。布置項目時，結合本地產業或生活需求（如為本地工廠設計物料搬運機構、社區健身設施設計運動機構），學生分組完成。從實地調研了解需求，到方案構思、模型設計與運動仿真分析，最后提交報告與模型。組織作品展示評價，邀請本校教師與本地企業工程師參與，從多方面評價指導，激發學生創新熱情與競爭意識，為其就業與職業發展創造有利條件。

4 SolidWorks軟件的機械原理課程教學方法創新與重構實踐教學環節

4.1 教學方法創新

（1）項目驅動教學法：在機械原理課程教學中，將課程教學內容分解為若干個項目任務，如機構運動分析項目、機構創新設計項目等，以項目為導向組織教學。在每個項目中，教師首先提出項目任務和要求，引導學生進行項目分析和方案設計，充分考慮學生的基礎和實際應用場景，例如在機構運動分析項目中，選擇本地企業常用的簡單機械機構作為分析對象。然后學生利用 SolidWorks 軟件進行項目實施，完成機構建模、運動仿真、設計優化等工作，過程中教師加強對學生操作的指導和問題的解答，幫助學生克服困難。最后進行項目總結和評價，重點關注學生在項目中對知識的掌握程度、實踐能力的提升以及團隊協作等方面的表現，通過項目驅動教學法，充分調動學生的學習積極性和主動性，培養學生的綜合應用能力和團隊協作能力，使其更好地適應應用型人才的培養要求。

（2）案例教學法：收集和整理與本地企業生產實際或日常生活相關的機械原理應用案例，如本地農機廠中的傳動機構、社區健身器材中的凸輪機構等，將這些案例引入課堂教學。在案例教學過程中，教師首先介紹案例的背景和工程需求，然后利用 SolidWorks 軟件對案例中的機構進行三維建模和運動仿真分析，展示機構的工作原理和設計要點，過程中注重引導學生思考如何將理論知識應用到實際案例中。最后，引導學生對案例進行討論和分析，提出自己的見解和改進方案，培養學生的工程思維和創新能力，讓學生明白機械原理在實際中的廣泛應用，提高學生解決實際問題的能力。

（3）翻轉課堂教學法：將部分教學內容制作成教學視頻，如 SolidWorks 軟件的操作教程、機構運動分析的理論講解等，充分考慮學生的自主學習能力和基礎，視頻內容制作得簡潔明了、重點突出，讓學生在課前通過網絡平臺自主學習。在課堂教學中，教師主要針對學生在課前學習中遇到的問題進行答疑解惑，組織學生進行小組討論、項目實踐和成果展示等活動，鼓勵學生積極分享自己的學習心得和實踐經驗，通過翻轉課堂教學法，充分發揮學生的主體作用，提高課堂教學效率，培養學生的自主學習能力，使學生逐漸養成主動學習和探索知識的習慣。

4.2 重構實踐教學環節

4.2.1 實驗教學改革

在實踐教學環節，實驗教學改革多管齊下。一方面，設計貼合學校條件與學生水平的綜合性實驗，像機械傳動及多桿機構相關實驗，要求學生借助機械原理知識與 SolidWorks 軟件，獨立完成機構設計至結果分析全程，教師適時指導，助力綜合實踐能力養成。另一方面，開放實驗室并完善管理與安全規程，學生依興趣需求，利用實驗室資源與軟件自主設計實驗、操作分析，教師定期檢查指導，激發自主與創新能力，促其在實踐中進步。此外，構建科學評價體系，考量實驗方案合理性、模型準確性、仿真正確性及報告質量等，以評促學，使學生重視實驗，切實掌握知識技能，提升實驗教學成效，為應用型人才培養夯實基礎[9]。

4.2.2 課程設計改革

機械原理課程設計環節對學生能力提升意義重大。首先，要求學生運用 SolidWorks 開展機構設計分析，任務書依應用型高校目標與學生實際設定，兼具實用與挑戰，涵蓋選型、計算、建模、仿真及繪圖等任務，助學生系統掌握知識技能，提升設計與工程素養，為職業發展奠基。其次，強化過程管理，定期檢查進度質量，及時解困，組織中期匯報答辯，讓學生展示成果、交流互動，鍛煉表達與應變能力。最后，激勵創新設計，對創新方案加分獎勵，以機制激發創新意識與能力，培育工程創新精神，使學生在課程設計中釋放創造力，產出特色實用作品，更好地適應未來機械工程領域需求[10]。

5 結論與展望

在應用型高校的機械原理課程教學中，SolidWorks 軟件的引入帶來了全方位的變革與提升。從教學內容的設計上，充分考慮了學生的基礎與未來職業需求，使理論知識與軟件應用緊密結合，讓學生在掌握機械運動學、動力學原理的同時，能熟練運用 SolidWorks 進行建模、仿真與創新設計，為其專業素養的提升奠定了堅實基礎。創新的教學方法激發了學生的學習熱情與主動性，項目驅動促使學生在實踐中成長，案例教學讓學生貼近實際工程，翻轉課堂培養了學生的自主學習能力。實踐教學環節的構建則進一步強化了學生的動手能力與創新思維，實驗教學改革為學生提供了更多探索空間，課程設計改革則鍛煉了學生的綜合設計與團隊協作能力。通過教學實踐的檢驗，學生在學習興趣、知識掌握程度、實踐操作技能以及創新設計能力等方面均取得了顯著進步，表明 SolidWorks 軟件在機械原理課程教學中的應用是成功且極具推廣價值的。未來，仍需持續關注行業發展動態與教育技術的更新，不斷優化基于 SolidWorks 軟件的教學體系，以更好地服務于應用型高校機械專業人才的培養，為機械工程領域輸送更多高素質、創新型的專業人才。

參考文獻

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