基于“卓越工程师”培养计划的《机械原理》课程教学模式改革探讨

龚智强 陈海波 邢 刚

(巢湖学院机械与电子工程学院，安徽 巢湖 23800）

基于“卓越工程师”培养计划的《机械原理》课程教学模式改革探讨

龚智强 陈海波 邢 刚

(巢湖学院机械与电子工程学院，安徽 巢湖 23800）

在应用型本科高校转型的背景下，根据“卓越工程师”培养计划要求，对《机械原理》课程教学的理论和实践等环节进行了分析，探讨了《机械原理》课程教学改革的思路和做法，以实现提高教学质量和学生创新实践能力，培养具有创新性的复合型人才的目标。

机械原理；卓越工程师；创新性；实践教学模式改革

1 引言

“卓越工程师教育培养计划”[1]是国家教育部贯彻落实《国家中长期教育改革和发展规划纲要(2010-2020年）》和《国家中长期人才发展规划纲要(2010-2020年）》的重大改革项目，也是促进我国由工程教育大国迈向工程教育强国的重大举措，旨在培养造就一大批创新能力强、适应经济社会发展需要的高质量各类型工程技术人才，为国家走新型工业化发展道路、建设创新型国家和人才强国战略服务，对促进高等教育面向社会需求培养人才，全面提高工程教育人才培养质量具有十分重要的示范和引导作用。

巢湖学院机械设计制造及其自动化专业已获批为“卓越工程师培养计划”示范专业，学校成立了机械“卓越工程师”班，并对开设的《机械原理》课程进行了试点改革。《机械原理》课程是机械类各专业必修的一门重要的技术基础课程[2]，课程所学的内容乃是有关机械的基础知识，具有很强的理论性、工程性和实践性。为满足各行各业和广大人民日益增长的新需求，就需要创造出越来越多的新产品，故现代机械工业对创造型人才的渴求与日剧增。《机械原理》课程在培养机械方面的创造型人才中起到不可或缺的作用[3]，根据卓越工程师培养计划的需求，结合当前社会对创新人才的需求，对《机械原理》课程的建设提出了更高要求。本文基于机械卓越工程师培养计划和应用型本科高校培养要求，对《机械原理》课程的理论和实践等环节教学模式改革进行了探讨。

2 理论教学模式改革

机械原理课程理论性非常强，内容抽象，涉及的知识面之广。在理论教学过程中，如按传统的教学方法讲授很容易让学生感觉到枯燥乏味，如何能调动学生的学习积极性，是本课程教学方法改革的重要目标。故在理论教学改革中，优化课程内容，以职业能力培养为目标进行优化设计，消除一些冗余内容，加大核心能力培养内容。以实用为原则对理论与实践进行整合，增强学生的学科兴趣。

课程教学过程中，教师提前制作好电子教案和PPT课件，结合板书，采用多媒体教学方式。教学过程中尽可能多地采用实物模型和动画辅助教学，使学生对教学内容更容易理解和掌握，提高教学质量。改进教学方法，更新知识应用举例，充实教学内容，拓宽学生的知识面，调动学生的积极性。结合机械创新设计的方法，将最新机械创新发明成果引入课堂，丰富课堂教学，培养学生对创新方法和创新技巧的学习，引导学生了解学科前沿。

布置设计性大作业，让学生进行机械系统或机构三维模型的设计，制作运动仿真动画，要求学生以小组形式分工完成，并将作业在课堂教学中进行点评，极大地调动了学生积极主动参与课堂教学。

引入双语教学，采用正确流利的英语进行知识的讲解，学生可学习到更多的专业词汇和专业术语。使学生较好掌握机械专业知识的同时，有助于提高学生的英语和专业水平。

随着计算机技术及计算软件的飞速发展，仿真软件在机械设计过程中起着关键性作用，其能将计算结果可视化，通过直观的数据图形分析。在教学过程中，增设现代仿真软件(机械类相关软件）内容的讲授。如在解析法的求解过程，演示MATLAB软件求解机构运动学模型得出仿真曲线[4]；采用Pro/E、UG等三维建模软件建立机构模型，并将其导入到机械动力学仿真软件ADAMS进行运动学和动力学仿真[5]，得出仿真结果，让学生意识到机械仿真软件的重要性，教师实践指导学生操作，提高学生应用先进计算机仿真分析软件的能力。

依据教学考核的评价指标，进行教学督导、问卷调查、学生评教，提高教学质量和改善学生学习效果。

3 实践教学模式改革

实践教学是巩固理论知识和加深对理论认识的有效途径，是培养具有创新意识的高素质工程技术人员的重要环节。按学生的能力培养要求实施模块化教学，提高实践教学所占比例。学生可根据自己兴趣申请在实验室进行实践训练，自行设计要制作的模型，通过实践教学改革可以让学生发挥自己的想象力。通过对实验教学、课程设计、鼓励学生参加机械类比赛的教学模式改革，建立完善的《机械原理》实践教学平台。并可组织学生到企业参加见习，让学生观看各种机械结构的实际应用，启发学生充分思考机器结构原理，并进行总结分析，锻炼创新思维，提高其创新设计能力。深入开展校企合作，以挂职锻炼、科技服务等方式，建立与企业合作培养“双师”队伍的长效机制，以更好地指导学生实践教学，使培养的学生与企业人才需求相适应。针对《机械原理》实践教学，成立工作综合考核领导小组，切实有效地对教学的全过程进行质量监控。

机械与电子工程学院目前拥有机械原理与传动实验室、机器人实验室、机械创新实验室，实验室设有机构创新实验平台(图1）、模块化可拆装串联机器人(图2）、慧鱼创意组合模型等新型的实践教学设备；在课程实验教学中，在原有实验基础上，增设机构创新组合设计、模块化机器人拆装和慧鱼创意组合模型实验，学生可根据实际任务目标在指导教师指导下独立开展结构设计，进行机械结构的搭建和组装。通过对机械结构组成和工作原理的分析，进行创造性设计，搭建机构创新结构，培养学生的机械创新能力，加深了对《机械原理》课程的理解。

其中机构创新组合设计实验台根据机构组成原理和杆组迭加原理设计，可组成性能各异的平面的、空间的组合机构传动系统，学生可以自行动手设计并拼装复杂机械系统的实验平台，有利于培养学生机构传动系统方案的设计能力；学生通过实验进一步掌握机构组成理论，熟悉杆组概念和机械传动的基础知识，为创新设计奠定良好的基础；模块化机器人传动结构包括：行星减速器传动、谐波减速器传动、同步带减速传动连接齿轮减速器驱动、蜗轮蜗杆传动输出结构、直连齿轮减速器同步带传动、锥齿轮减速传动。学生能按照统一接口组合成2/3/4/5/6自由度串联机器人，每种自由度可实现不同尺寸，不同操作的功能。每个模块可以拆撞到螺钉级；慧鱼创意组合模型被教育部高等学校机械基础课程教学指导委员会连续定为全国大学生机械创新设计大赛的指定参赛产品，通过慧鱼模型的使用，不仅可以让学生将多学科多领域的综合知识融会贯通于实验过程中，培养学生的创新意识和创新能力。提高学生的实际动手的能力、创新设计的能力。

《机械原理》课程设计以培养学生的机械运动系统方案设计和分析能力为目标[6]，是学生较系统地掌握及深化《机械原理》课程的基本原理和方法的重要实践性环节，也是培养学生进行机械运动方案设计、机械创新设计以及应用计算机对工程实际中各种机构进行分析和设计的关键环节。机械运动系统方案设计对机械设计成败起着至关重要的作用，是机械创新的关键环节。

组织课程设计指导教师应到企业考察，并邀请企业技术人员作为课程设计合作指导教师参与指导课程设计。

课程设计选题可根据相关企业实际进行选题，学生的课程设计与企业相接轨，采取由学生自主选题或由指导教师布置一定难度的题目，学生可根据自己的兴趣，由3～5名学生作为一个小组来完成。鼓励学生自主选题，学生可分工合作，并进行讨论，设计出合理的机构传动方案，极大地培养了学生对课程所学知识的应用能力和创新能力。

提高学生的创新性能力应当鼓励学生参加各种形式的竞赛或比赛，使学生深刻理解和应用机械原理知识去分析和解决实际中遇到的问题，设计出具有创新性的作品，以提高课程教学效果和学生创新能力。学校加大了获奖学生和指导教师的奖励，充分调动了学生参与比赛的积极性。

目前机械类在校生可参加的比赛有：全国大学生机械创新设计大赛、全国大学生工程训练综合能力竞赛、挑战杯大赛，机器人大赛等，这些比赛可极大锻炼学生创新能力，开展创新类比赛，激发了学生学习机械原理的兴趣，提高了学生参加创新活动的积极性。

2011年，在全国大学生工程训练综合能力竞赛中，巢湖学院朱同文等同学组成的代表队获得安徽省赛第二名，全国二等奖；2013年学校3支代表队均获得省一等奖，其中一支代表队获得国家一等奖；2015年学校6支代表队获一等奖和二等奖各3项，国家三等奖2项；2015年“尚和杯”中国机器人大赛暨RoboCup公开赛，学校获得了一等奖3项。

学生通过参加以上各类比赛，将机械原理的理论知识与实践有机结合起来，培养学生的创新意识，锻炼了学生的实际动手能力，提高学生创新设计能力。在设计创新作品的同时，将设计的作品写成专利，增强学生知识产权保护意识，提高了学生专利写作能力。

4 总结

分析了目前《机械原理》教学过程中的一些问题，探讨了课程理论教学、实践教学的教学模式改革，推进《机械原理》课程建设发展。激发学生学习机械原理的兴趣，增强学生分析问题和解决问题的能力，使理论知识与实践应用相结合，极大提高学生的实践动手和创新能力。

参考文献：

[1]教育部关于实施卓越工程师教育培养计划的若干意见（教高[2011]1号文）.

[2]杨家军.机械创新设计与实践[M].武汉∶华中科技大学出版社，2014：2.

[3]孙桓，陈作模，葛文杰.机械原理[M].北京：高等教育出版社，2013：3.

[4]李增刚.ADAMS入门详解与实例[M].北京：国防工业出版社，2014：101.

[5]郭仁生.机械工程设计分析和MATLAB应用[M].北京：机械工业出版社，2014：82.

[6]王强，张东生，孙书民.机械原理课程设计[M].重庆：重庆大学出版社，2015：1.

DISCUSSION ON TEACHING REFORMS OF“PRINCIPLES OF MACHINERY”BASE ON THE TRAINING PLAN FOR“EXCELLENT ENGINEERS”

GONG Zhi-qiang CHEN Hai-bo XING Gang
（School of Mechanical and Electronic Engineering，Chaohu College，Chaohu Anhui 238000）

Under the background of application-oriented undergraduate colleges and universities，according to the requirements of the training plan for“excellent engineer”，this paper analyzes the teaching theory and practice of Principles of Machinery and discusses the idea and practice in that to improve the teaching quality and students′innovation capacity and to cultivate inter-disciplinary talents with innovation.

Principles of Machinery；excellent engineers；innovation；the reforms of practical teaching modes

G423.07

A

1672-2868（2015）06-0136-04

责任编辑：陈 凤

2015-09-11

安徽省质量工程项目-卓越人才培养计划项目(项目编号：2012zjjh042）；安徽省高等学校自然科学研究重点项目(项目编号：KJ2015A246）；巢湖学院博士科研启动资助项目(项目编号：KYQD-201403）；巢湖学院校级科研项目(项目编号：XLY-201403）

龚智强(1983-），男，江西高安人。巢湖学院机械与电子工程学院，讲师。研究方向：机器人机构学。