培养创新型人才的机械原理课程教学模式改革

张婧　赵坚　张玲莉　汪文津

摘 要 机械原理是机械类各专业的主干技术基础课程，为了适应新时期机械工程学科的发展和人才培养的需要，我们对该课程进行了教学改革的研究与探索。根据专业培养目标和特点，从课程教学内容、教学方法和网络化教学环境构建等几个方面进行了研究与实践，并取得了初步成效。

关键词 机械原理 教学内容 教学方法 网络化 教学改革

中图分类号：G424 文献标识码：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdkz.2016.04.061

Abstract The theory of Machines and Mechanisms is a major technical basic course in various mechanical specialties. The teaching reform is discussed to meet the need of mechanical engineering in the new period of development and personnel training. According to the specialty training aims and characters， the teaching contents， teaching methods and network teaching environment construction and so on several aspects have been investigated and practiced. Preliminary achievements are acquired.

Key words the theory of Machines and Mechanisms； teaching contents； teaching methods； networking； teaching reform

创新型人才就是具有创新意识、创新精神、创新思维、创新能力并能够取得创新成果的人才。①高等教育肩负着培养高素质工程技术人才和创新型人才的重要使命。因此，高等院校机械专业的教学过程要面向国家现代经济发展需求， 重视基本知识和创造性工程实践能力的培养， 才能培养出适应当前发展需要、具有创新能力的高级应用型人才。②③④

机械原理作为机械专业创新型人才培养的主要课程之一，在培养学生的机械设计能力和创新能力方面占有十分重要的地位。机械原理课程为学生从事机械方面的设计、制造、研究和开发奠定了重要的基础， 在培养学生创造性思维以及训练机械工程实践能力等方面具有重要的作用。⑤由于它具有较强的理论性、实践性和应用性，传统的教学模式注重课堂讲授和理论推导，缺乏对学生兴趣、创新思维、工程应用思维的培养。为此，我校机械原理课程从凝练教学内容、调整教学方法、建立自主学习网络教学模式等几方面进行了教学改革的探索与实践。

1 提高教学内容的实用性、系统性

机械原理课程的教学内容多，而学时数却比以前有所减少，这就要求教师必须从实用性出发，根据“能力导向”原则精选教学内容、优化学生知识结构。一方面重点讲解基本理论、基本知识、分析和设计方法，使学生达到灵活掌握的要求；另一方面增加学科前沿中重要的、比较成熟的新成果，使学生对学科发展前沿有所了解，从而激发学生的学习兴趣。以国家级“十三五”规划教材为基础，介绍同一典型机电产品的概念设计、运动学分析、动力学分析，介绍驱动子系统的参数选取和机械零件的工作原理、特点、选用及其设计计算方法等。培养学生初步确定机械运动方案、分析和综合常用机构的能力，使学生树立正确的设计思想，学会运用手册、标准、规范等资料。

机械类课程目前已形成设计、制造两大课程体系，以及由认知性实验、金工实习、生产实习、课程实验、课程设计等构成的实践教学环节。但是各门课程多侧重于自身的完整性，缺乏将知识与技能有机连接的载体和机制，学生学到的知识与技能是孤立和分散的，限制了机械类创新人才的培养。因此，我们结合学校特色和科研项目研究背景，选择了一个典型机电产品为案例，从机械原理课程开始，贯穿相关课程的课堂教学和课程实验。并且作为大学四年级综合实验的一项内容，学生以小组为单位完成用于特定工作的创新产品的设计、分析、制造等工作，完整体验产品的设计与制造全过程，提高了各教学环节的关联度，提高了学生的实际动手能力、分析和解决工程问题的能力、合作学习和协同工作的能力。

2 实现教学方法的多样性

由于机械原理课程具有较强的理论性、综合性和实践性等特点，因此在教学过程中，应该尽量采用灵活多样的教学手段和教学方法来激发学生的学习兴趣，提高学生的学习主动性，提高课堂效率和教学质量。许多学生由于前期理论力学基础不扎实，从而影响了机械原理课程学习的积极性和学习效果。为此，可以从已学过的知识入手，将课堂讲授与学生科技活动相结合。

2.1 设立大作业激发学生学习兴趣

首先，设立机构认知大作业，利用先前学过的知识和手段，从简单问题入手，目的在于激发学生的学习兴趣。学生可以通过观察，选择实际生活或生产中用到的机构，也可以选择科技场馆中展示的机构，对其进行结构分析，利用绘图软件绘制机构的运动示意图，说明其工作原理，计算机构的自由度。例如：起重机变幅机构模型如图1所示。起重机变幅机构利用了双摇杆机构使重物绕回转轴线作径向水平移动，可以提高起重机的生产率，扩大工作范围，改善工作机动性。其机构运动示意图如图2所示，起重机变幅机构是通过原动件摇杆AB运动来改变幅度，进而调整取物装置的工作位置，以适应装卸路线的需要。该机构为平面机构，其中活动构件数为3，低副个数为4，高副个数为0，根据平面机构自由度的计算公式可以得到其自由度为1。

在理论课程教学后期，设立机构创新设计大作业，选题要符合工业发展方向和市场需要，一般选用全国大学生机械创新设计大赛的题目，要求学生5人一组，综合利用所学的知识、方法和工具完成创新设计，但是不能为了创新而将机构复杂化，同时还要关注设计的可行性和经济性。最终，提交设计说明书1份，说明设计意图、工作原理及机构组成等，并利用三维绘图软件完成实体建模。大作业经教师评阅后，利用课堂时间进行讲解和学生互评。例如：图3为学生设计的手摇式削面机的机构运动简图，图4为其三维模型图。手摇式削面机运用了齿轮机构、曲柄滑块机构和带传动。由曲柄滑块机构控制刀片往复运动，使用齿轮齿条机构向上挤压面团，从而实现削面过程。整个过程采用手柄驱动，通过齿轮传动和带传动实现运动的传递。

设立大作业可以使学生在学习的过程中不局限于书本上的知识，能较好地解决学以致用、好学善用的问题，培养学生的创新意识和合作精神。

2.2 与学生科技活动形成良性循环

在机构创新设计大作业中，由教师精心筛选，经过个别指导，使用现代化的设计方法完善设计作品，绘制成套零件图和装配图，并结合后续相关课程知识，完成实体加工制作。设计的作品可以参加省、市乃至全国性的各类竞赛，如全国大学生机械创新设计大赛、挑战杯比赛、机器人大赛和大学生科研立项等大学生科技活动。

在学生的科技活动中，将会暴露出学生对于所学基础知识及其应用方面的很多问题，可以将这些问题进行总结，并引入到课堂教学之中，使理论教学更加生动、印象深刻，进而为日后的学生科技活动打下良好的基础。因此，理论教学和学生科技活动之间互相促进，形成了良性循环。例如：新型擦鞋机是我校参加第四届天津市大学生机械创新设计大赛的参赛作品，图5为Solidworks绘制的新型擦鞋机三维实体图，图6为加工得到的实物样机。

以大学生科技活动为平台，使学生运用所学知识进行了全面的、整体的、深刻的训练，可以增强学生的综合素质，培养学生的创新精神与实践能力。机械原理课程教学为大学生科技活动奠定了良好的理论基础；大学生科技活动又使机械原理课程教学得到了延伸。

3 建立自主学习网络教学模式

随着计算机技术的不断进步，网络资源的广泛应用，使得课程教学网站的建立更加便捷，学生可以充分利用校园网进行自我提高。机械原理课程的教学网站可以将电子课件、教案、课程素材、学习重点与难点、典型例题、自测题库、课程实验和课程设计指导书等大量学习资料放在网站上，可以满足学生复习、考研、扩大知识面等各种学习需要。在日趋完善的校园宽带网络平台的基础上，结合Web的开放式技术和协同设计技术，构建机械原理交互式网络教学平台，实现网上答疑、在线讨论、创新园地等专栏，为学生创造了良好的网络学习环境。

4 结束语

通过对机械原理课程的教学改革与实践探索，我们根据“能力导向”原则凝练了教学内容，提高了各教学环节的关联度，采用了灵活多样的教学方法，建立了适合我校特点、可持续发展的学生课外科技活动机制，将课堂教学与网络自学紧密结合在一起，教学效果得到了明显的提高。

在机械原理课程教学内容和教学方法的改革过程中，培养了学生兴趣驱动、主动实践和锐意创新等意识，全面提高了学生的工程实践能力和综合素质，为我国制造业的振兴和可持续发展培养高素质的工程技术人才提供了新思路。

基金项目：天津市普通高校本科教学质量与教学改革研究计划项目（D01-0802）；天津城建大学教学改革项目（JG-1423）

注释

① 钟秉林.国际视野中的创新型人才培养[J].中国高等教育，2007（3）：37-40.

② 严新平，谢峻林，李志峰.应用型创新人才培养的构思[J].理工高教研究，2009.28（1）：74-77.

③ 王丽燕.教师实践共同体：专业发展的平台[J].河北师范大学学报（教育科学版），2010.12（8）：26- 29.

④ 刘庆运，钱瑞明.基于创新能力培养的机械原理课程教学[J].教育教学论坛，2012（16）：33-34.

⑤ 教育部高等学校机械基础课程教学指导分委员会.高等学校机械基础系列课程现状调查分析报告暨机械基础系列课程教学基本要求[M].北京：高等教育出版社，2012.1.