简析教学改革面向设计机械原理课程教学革新探索和实践

摘要：根据应用型人才的培养目标，结合机械原理课程的地位和作用，提出面向设计的机械原理课程教学改革的思路和方法。围绕培养学生设计能力进行了研究和探索，实践证明，在学生机械设计能力培养方面成效显著。
关键词：机械原理；教学改革；面向设计
1674-9324（2013）36-0213-03
机械原理课程一直是我国机械类专业的一门重要的技术基础课，从机械类课程的体系来看，机械原理课程起着承上启下的作用。力学、机械制图和金工实习等课程使学生有了机械设计的理论基础和初步工程背景，从机械原理课程开始步入培养设计能力和创新意识阶段。因此在面向应用型人才培养的教学改革中，机械原理课程的教学改革一直处于前沿和热点的地位，起着举足轻重的作用。机械原理课程是机械系统设计和机器人技术的重要基础，与现代机械设计密切相关。显然长期以来以机构分析为主的教学模式已不能适应时代对人才培养的要求，尽管人们已经意识到这一点，但目前在机械原理课程中，存在的普遍问题是对设计能力和创新意识培养效果不够明显。
因此，通过对专业培养目标及机械类课程的分析和研究，根据机械原理课程地位、内容和特点，我们提出面向设计的机械原理教学改革的指导思想，即以机构设计为主，具有机械系统方案设计能力为目标。

一、以机构设计为中心，重构教学体系，组织教学内容

由于我国过去传统机械行业主要是以引进先进技术消化吸收为主，机械设计是以经验加经典理论分析计算的模式，因此机械原理课程一直是以机构分析为主的教学体系，它的优点是可以培养学生扎实的机构学理论基础，而忽视了对学生综合设计能力和创新意识的培养。突出问题是学生到了机械系统设计课程及毕业设计时还不具备应有的机构设计能力，21世纪已进入技术创新的时代，现代机械设计需要的是设计和创新能力。过去机械原理课程体系的弊端在近年来应用型人才培养中日显突出。为此，机械原理课程以机构分析为基础，机构设计为主来构建教学体系和组织教学内容。
围绕机构设计展开教学。机械原理课程的重点内容是各种常用机构的设计及应用，以机构设计为中心组织教学内容，对于典型机构，加强机构特性、应用特点讲解，重点讲解机构的组成、演化变异，培养学生的分析问题和创新思维能力。减少和理论力学重合的分析部分内容，系统讲解机构的运动分析和动力分析。避免过去机构设计建模时，单一强调数学方法，善于考虑实际要求和条件，学会运用工程化的建模方法，解决设计问题。机构设计有图解法和解析法，图解法在过去的工程设计中起到过重要的作用。随着计算机技术的发展，现代机械工程设计已进入建模加计算机辅助设计时期，解析法越来越得到人们的重视和认可。但图解法简便直观，有助于学生对基本概念、基本理论的理解。因此，在教学中机构设计以解析法为主，图解法主要用来进行机构分析，为设计服务。现代机械设计发展较快，机械原理课程应能反应机械设计的新成果、新技术，而课程有些内容已显陈旧、没有实际意义。我们针对机械原理课时少、内容多的矛盾，删去课程中一些陈旧、过时的内容，如对连杆机构设计的图解法，删去实验法和图谱法，保留实用的、对机构分析有用的内容。对新成果和新技术的讲解，采用介绍性的方法，让学生了解所学知识的发展前沿，开阔视野、培养学习兴趣和创新意识。
在课堂中适时引入现代设计的技术和方法，使教学改革跟上发展的步伐。现代工程技术中已有多种对机械系统进行计算机辅助设计的方法，解析法是建模加计算机辅助设计。一般课堂教学中，解析法一般讲到建模，学生对解析法的学习处于方法原理阶段。在教学中通过典型机构例子演示编程及工程软件的应用。如在曲柄连杆机构教学中，用解析法建模后，演示用matlab编程，输出构件的运动和动力学分析曲线，向学生讲解机构设计过程。引入动力学分析软件（ADAMS），采用交互式的图形环境，创建参数化的机构模型，再对模型进行运动学和动力学仿真分析。机构设计通过教师快速建模、生动的动画及分析图形的输出，使学生进一步理解机构动态参数化设计过程，认识工程新技术的应用，提高学习的兴趣，增强设计能力。

二、培养工程意识和系统观念

机械原理课程使学生开始接触专业及机械设计类问题，对培养工程意识和系统观念至关重要。
机械原理课程机构内容部分，各章是一种不同的、独立的机构。在课程中，机构是由线段和符号构成的平面图形、机构分析和设计多为数理计算，内容是孤立的、静止的。由于学生又缺乏实践知识和工程背景，学习起来感觉枯燥，机械原理课程一直以来被认为是难学的课程。机构来源于机械，因此，我们在教学中采用从机械系统入手，提取和分析常用机构，进而设计机构的教学思路。在每种机构的讲解前，先搜集并放映一些典型机构系统的动画实例，使学生先了解该种机构在机械系统中的位置和作用，进行机构分析时，单一、静止和孤立的机构变为机械系统中动态的机构，通过机械系统学习机构，了解机构的工作原理、作用，不但有助于分析理解机构，重要的是认识了系统中的机构。再进入机构设计环节时，学生容易用动态开放的思维、系统的观念进行思考，有利于培养学生机构运动方案设计能力。另外在教学中，尽可能多的引进相关的工程实例，介绍机构的应用，开阔视野。同时启发学生到生活中找机构应用实例和需要设计或改进的小课题，通过讨论课、小作业等形式，从多环节培养学生工程意识。

三、合理安排实践教学，培养工程实践能力

实践教学是培养学生工程设计能力的重要环节。机械原理课程由理论教学、实验教学和课程设计三部分构成。应注意机械原理教学中理论教学与实践教学的关系，合理安排实践教学。
实验教学是培养学生动手能力和工程实践能力的重要环节，还有助于形象思维能力的培养。以前实验课时间由实验老师安排，没有注意实验的时效性，实验应该与理论课同步进行，才能保证教学效果。例如：机构运动简图绘制是难点内容，“机构的测绘和分析实验”应尽量安排在课后尽快进行，学生是刚开始接触这门课程，及时配合实验，对教学能起到事半功倍的作用。机械原理课程设计是培养学生设计能力的重要环节，内容主要有机构运动方案的选择和设计计算，要求用解析法完成。机构运动方案设计最能体现灵活性和创新性的关键所在。过去机械原理课程设计安排在课程之后，时间较紧，学生主要时间和精力用于建模、编程等内容，一些学生对计算机编程不熟，更是草草了之。课程设计达不到培养设计和创新能力的目标。为此我们将课程设计的题目从开课就布置给学生，让学生带着问题去学，有充分的时间进行机构运动方案设计的思考，鼓励学生进行开放性思维，提出较多机构方案进行比较和选优。改革后的课程设计教学，从教和学的层面都从系统机构设计问题展开，且贯穿于整个教学过程中，有效保证了设计质量。另外，在教学过程中，鼓励学生观察实际生活和工程实践中的机构，根据教学节奏自拟课程设计题目，培养观察和发现问题的能力的同时，有效提高了学生的兴趣并激发出设计冲动和创新意识。

四、将培养创新能力贯穿教学始终

创新是设计的灵魂。在教改中将创新能力培养确定为我校机械原理课程教改的主要目标之一，着重研究创新思维方式的培养。通过分析影响大学生创新思维的教育学因素，在机械原理的教学中，将创新思维方式的培养贯穿于理论教学、实践教学整个教学环节，从教学内容、教学方法多方面改革，全方位源于：毕业论文致谢词范文www.618jyw.com
营造创新环境，通过改变传统继承式教育模式，避免满堂灌的套路式教学，多用启发式、讨论式教学方法，激活学生的思维。将创造性思维方式贯穿于教学过程中，培养学生创新意识和发散思维能力等。运用多媒体立体化教学培养学生形象思维能力。给实践性教学环节提供足够的时间和空间，为学生营造创新环境，激发创新兴趣。鼓励学生参加机械设计竞赛，提高、彰显和检验创新能力。我校自浙江省第一届机械创新设计大赛开始参赛，且连年在大赛中获奖。近两年来，在我校学生“全国三维数字化创新设计大赛”中取得一等、二等和三等奖的好成绩。图1为2010年全国一等奖作品风火队—“大力水手”号挖掘机的虚拟样机，图2为2011年全国一等奖作品“开拓者探险车”的总体设计图。
五、小结
面向设计的机械原理的教学改革在我校已进行多年了，几年来，学生学习兴趣不断提高，学生越来越能接受新的教学模式，从学生的学习热情和考试成绩，以及连年机械设计大赛中逐年取得的好成绩，证明我校机械原理课程教学改革在培养学生的设计能力方面是有效和成功的。
参考文献：
申永胜.机械原理教程[M].北京：清华大学出版社，1999.
黄昌华，郭庚田，白彩勤.采用三层次培养方案进行机械原理课程教学改革[J].清华大学教学研究，1995，（01）：47-49.
[3]郭卫东.机械原理课程教学方法和手段的改革与实践[J].太原理工大学学报（社会科学版），2008，（26）：56-59.
基金项目：本文得到“2010年度浙江省机械原理精品课程”项目的资助
作者简介：张蔚，女，博士，副教授。