基于实验的机械原理综合训练教学方法探索

白琨

摘要：以新型学科专业建设路径为导向，合肥學院对机械电子工程专业培养方案进行了调整，改变了原有的机械原理培养和教学方式，取消了课内实验，增开了机械原理综合训练课程。文章分析比较了机械原理实验和机械原理综合训练的教学特点，设计了机械原理综合训练的教学内容，在课程设计中融入了实验教学，弥补了机械原理课程0实验的不足，基于实验对机械原理综合训练的教学方法进行了有益的探索。

Abstract： Guided by the path of new discipline construction，Hefei University has adjusted the training program of mechanical and electronic engineering.The original mechanical principle training and teaching methods have been changed.The experiment in class was cancelled and the comprehensive training course of mechanical principle was added.This paper analyzes and compares the teaching characteristics of mechanical principle experiment and mechanical principle comprehensive training.The teaching content of comprehensive training of mechanical principle is designed.Experimental teaching is integrated into the curriculum design.It makes up for the deficiency of no experiment in the course of mechanical principle.Based on the experiment， the teaching method of comprehensive training of mechanical principle is explored.

关键词：机械原理;结合训练;实验;教学方法

Key words： mechanical principle;combined training;experiment;teaching method

中图分类号：G42;G64                                 文献标识码：A                                文章编号：1674-957X（2020）24-0236-02

0  引言

2017年教育部印发了《教育部办公厅关于推荐新工科研究与实践项目的通知》（教高厅函〔2017〕33号）。根据通知精神，在新经济环境下，新型学科专业的建设路径将是：“预测未来人才市场需求——改造升级现有专业——调整完善现有学科”。从单纯“以学科为基础”向注重“以市场为导向”的转变，已经成为高校各类学科专业人才培养的共识。基于此，合肥学院对机械电子工程专业2018级培养方案进行了修定调整，去除了《机械原理》实验，新增设了《机械原理综合训练》。该课程是配合专业基础类学位课程《机械原理》而设立的实践教学课程，定位为课程设计，学时为一周，学分1.5。以往《机械原理》配套有8个学时的实验教学，学分0.5。由此可以看出，无论教学的形式还是学时设置都发生了根本的变化，相应的教学思路和教学内容也进行了根本的改变，从原来的以实验为主、加强学生对专业基础知识的理解为主要目的，改变成现在的以加强学生实际工程设计能力为主，同时让学生了解经典实验原理、加深机械原理感性认识为辅的教学目的。

1  机械原理实验教学的特点

原有的培养方案中机械原理课程设置了理论和实验部分，其教学结构如图1所示。

从在培养体系中的地位看。实验教学服务于理论课教学，所占学分比例较少，以培养学生的感性认知为主。

从教学内容上看。机械原理实验通常以验证型和演示性实验项目为主，教学内容简单、学习形式枯燥、单个实验目标与工程设计不直接关联，导制学生学习的主动性、积极性不强。

从教学时长上看。普遍只有8个学时的实验教学。时长限制了实验内容的安排，只能安排一些简单的演示、验证类实验。

从创新性实验的安排上看。为了契合实验教学需要增加创新性实验内容的教学改革方向，通常机械原理实验会增加“机械运动方案创新设计实验”。这一类实验要求学生首先进行运动方案的设计，其次将可行的运动方案搭接在实验平台上，最后通过电机带动使机构运行起来，进而观察各个构件的动行特点，最终达到强化理论知识的效果。这一实验的设置出发点是好的，但在实际操作过程中受到学时的限制等因素的影响，学生在设计过程中缺少了必要的计算过程，从运动方案的示意图直接过渡到动手搭接，杆件长度的选择、各杆件间的位置关系等都是从随意选取开始的。学生在完成一个方案的搭接过程中，有很大一部分时间浪费在了试错、纠错上。这种方式不符合机构设计的通用步骤，虽然培养了学生的创新意识，但同时也不利于学生建立正确的设计思维。

2  课程设計教学的特点

调整后的培养方案中机械原理课程取消了实验部分，另外增加了一门独立的课程——机械原理综合训练。整体学分从原来的3.5学分增加到4.5学分。其教学结构如图2所示。

从在培养体系中的地位看。课程设计是独立于机械原理课程，同时又服务于机械原理的课程。所占学分比例较大，以培养学生的综合设计能力为主。

从教学内容上看。“高等学校机械原理课程基本要求”中对机械原理课程设计提出的要求是：“结合一个简单的机械系统，综合运用所学理论和方法，使学生受到拟定机械运动方案的初步训练，并能对方案中某些机构进行分析和设计”[1]。

从教学时长上看。机械原理课程设计通常安排1周或1.5周，是机械原理实验时长的5倍。

从创新性上看。机械原理课程设计教学内容主要是从工程实际出发，根据给定参数，针对某一经典机构进行设计。学生在此过程中重点是学习掌握设计流程、设计方法，受教学时长的影响，对机构进行创新性设计一般不在教学范围内。

3  机械原理综合训练的教学安排

通过对实验教学和课程设计教学的分析、对比发现：实验教学课时少、实验项目之间联系较少、创新性设计实验缺少计算过程;而课程设计虽然教学时间增加了，但是教学内容主要以计算为主，缺少对机构必要的感性认识和实践动手过程。针对此问题，合肥学院机械电子工程专业在机械原理课程设计的基础上融入了机械原理实验，保留了机械原理实验中的机构认识实验、机器拆装实验、齿轮范成原理实验，并以机器拆装实验中所用的冲压机为设计对象，进行冲压机构的设计。这有效的解决了由于取消实验课时而带来的学生感性认识缺乏的问题。机械原理综合训练的教学安排，出发点是将实验教学和课程设计教学融合起来、扬长避短，达到最优的教学效果。以CS-Ⅰ型冲压机及送料装置冲压部件的设计为例，如图3所示。教学流程如图4所示。

机器认识：结合机构认识展柜，通过观察冲压机的运行状态，按工艺动作要求拟定运动循环图;分析该机器中的机构类型，并对各类机构的特点进行简要说明;利用范成仪模拟齿轮的加工过程，并对加工结果进行分析。

冲压机构（4、6、7、8）的设计及运动分析：在SolideWork中设计冲压机构，作机构运动简图;用图解法求出各构件的长度;用图解法分析滑块的速度和加速度。

4  结语

《机械原理综合训练》是合肥学院机械电子工程专业培养学生较强的工程实践能力及创新精神的独立模块之一，是与《机械设计》模块密切联系的一个重要实践环节。本模块重构了教学内容（有别于其他专业为配合机械设计课程而设置的课程内实验），在常规机械原理课程中相对独立的各项实验间建立起联系，突出训练的整体性、综合性和实践应用性，进一步体现理实一体化的理念。通过本模块的的训练，培养学生理论联系实际的设计思想，训练学生综合运用机械原理课程的理论知识，并结合生产实际来分析和解决工程问题的能力。通过制定设计方案、合理选择机构的类型、正确地对机构的运动和受力进行分析和计算，让学生对机构设计有一个较完整的概念，获得计算、制图训练，收集、运用设计资料以及数据处理及误差分析的能力。为进一步学习后续专业模块和今后从事机械设计等方面的工作打下必备的基础。

参考文献：

[1]陆凤仪.机械原理课程设计[M].第2版.机械工业出版社，北京：2011.3.

[2]聂阳文，胡星，闫磊.机械原理实验教学改革探讨[J].中国教育技术装备，2015，7（14）：155-156.

[3]韩二豹.基于分步法的机械原理教学方法探索[J].新技术新工艺，2015，8：105-106.

[4]顾文斌，廖华丽，王延杰.面向工程素质培养的机械原理实验教学改革与创新[J].2018，9（7）：93-97.