機(jī)械原理課程教學(xué)質(zhì)量的教學(xué)改革

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摘要：機(jī)械原理是一門研究機(jī)械共性問題的主干基礎(chǔ)課，為學(xué)習(xí)機(jī)械設(shè)計(jì)和從事機(jī)械制造工作提供了必不可少的基礎(chǔ)知識。為了提高教學(xué)質(zhì)量，教學(xué)過程中應(yīng)重視緒論課的作用，調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣；通過完善實(shí)驗(yàn)課程內(nèi)容加深學(xué)生對理論知識的理解，提高其動(dòng)手能力和設(shè)計(jì)創(chuàng)新能力；充分發(fā)揮教學(xué)團(tuán)隊(duì)的作用，實(shí)現(xiàn)科研與教學(xué)的有機(jī)結(jié)合。

關(guān)鍵詞：機(jī)械原理；教學(xué)質(zhì)量；創(chuàng)新能力；教學(xué)團(tuán)隊(duì)

機(jī)械原理是機(jī)械類各專業(yè)必修的一門重要的技術(shù)基礎(chǔ)課程，不僅在本科整個(gè)教學(xué)計(jì)劃中起到承上啟下的作用，而且肩負(fù)著培養(yǎng)機(jī)械類人才的開發(fā)創(chuàng)新能力的重要任務(wù)。主要研究機(jī)械的一般共性問題，旨在使學(xué)生掌握各種常用機(jī)構(gòu)的工作原理、機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)和機(jī)器動(dòng)力學(xué)分析方法，初步具備進(jìn)行機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)方案分析和設(shè)計(jì)的能力，從而為今后從事機(jī)械方面的設(shè)計(jì)、制造和研究奠定知識基礎(chǔ)和工程素質(zhì)，在機(jī)械類專業(yè)的教學(xué)環(huán)節(jié)中具有非常重要的作用。機(jī)械原理課程以往的授課方式主要為課程面授的傳統(tǒng)教學(xué)方式，為了培養(yǎng)學(xué)生的機(jī)械創(chuàng)新思維，提高其實(shí)踐創(chuàng)新能力，機(jī)械原理課程的主要任務(wù)由原來的機(jī)構(gòu)分析轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，需要學(xué)生掌握的內(nèi)容越來越多，而機(jī)械原理課程的教學(xué)學(xué)時(shí)卻進(jìn)行了大幅度的縮減[1]。本校機(jī)械原理的理論授課課時(shí)由原來的56學(xué)時(shí)縮減到48學(xué)時(shí)，為了獲得良好的教學(xué)效果、提高教學(xué)質(zhì)量，本文對機(jī)械原理課程的教學(xué)方式和方法進(jìn)行了一定的改革和探索。

一、重視緒論課的教學(xué)設(shè)計(jì)

作為機(jī)械原理的第一堂課，緒論課在整個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)中具有舉足輕重的地位，是貫穿整個(gè)課程內(nèi)容體系的一條主線。良好的緒論課教學(xué)不僅能夠使學(xué)生全面、深入地了解機(jī)械原理課程的重要性以及課程的研究內(nèi)容，同時(shí)可以幫助學(xué)生掌握學(xué)習(xí)機(jī)械原理的科學(xué)方法。通過對緒論課的教學(xué)環(huán)節(jié)加以設(shè)計(jì)，使其形象生動(dòng)并且富有感召力，從而調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，有助于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力[2]。緒論課的教學(xué)方式上，借助多媒體教學(xué)手段，不僅活躍了課堂氣氛，還能夠開闊學(xué)生的眼界，使學(xué)生在較短時(shí)間內(nèi)獲得較大信息量。機(jī)械類專業(yè)以男生居多，大多數(shù)男生對汽車非常感興趣，而且機(jī)械原理課程中對于機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析和運(yùn)動(dòng)分析又是以汽車發(fā)動(dòng)機(jī)為研究對象，因此“投其所好”，采用3D動(dòng)畫演示世界名車的發(fā)動(dòng)機(jī)的工作過程，幫助學(xué)生直觀、生動(dòng)地了解發(fā)動(dòng)機(jī)的工作原理，由此激發(fā)出學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，學(xué)習(xí)效果事半功倍。緒論課的教學(xué)內(nèi)容上，除了闡述清楚機(jī)械原理課程的研究對象、基本內(nèi)容、課程性質(zhì)，以及學(xué)習(xí)該課程的目的和方法外，對授課重點(diǎn)、難點(diǎn)以及課程各章節(jié)的課時(shí)規(guī)劃也進(jìn)行了梳理，便于學(xué)生合理安排學(xué)習(xí)時(shí)間。在已有教學(xué)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，對往屆學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中遇到的困難和常見錯(cuò)誤進(jìn)行總結(jié)，從而幫助本屆學(xué)生避免出現(xiàn)類似錯(cuò)誤，少走彎路。例如，在學(xué)習(xí)機(jī)械原理課程之前，學(xué)生已經(jīng)有了理論力學(xué)方面的知識儲備，在對機(jī)構(gòu)各點(diǎn)的位移、速度、加速度進(jìn)行分析時(shí)，學(xué)生習(xí)慣用理論力學(xué)的思維模式來解決機(jī)械原理中的運(yùn)動(dòng)學(xué)問題。然而，機(jī)械原理與理論力學(xué)在運(yùn)動(dòng)學(xué)分析上的表達(dá)方式和求解方法存在差異，如果不能明確二者之間的區(qū)別和聯(lián)系，學(xué)生非但做不到舉一反三，還容易發(fā)生概念混淆，給學(xué)習(xí)帶來困難。在對移動(dòng)副兩個(gè)構(gòu)件重合點(diǎn)間的速度進(jìn)行求解時(shí)，學(xué)生對于動(dòng)點(diǎn)動(dòng)系的選擇以及牽連角速度的求解存在疑問，機(jī)械原理與理論力學(xué)對相對運(yùn)動(dòng)原理的描述方法不同，因而所選擇的動(dòng)點(diǎn)和動(dòng)系不同，運(yùn)動(dòng)之間的關(guān)系不同，所列的矢量方程也不相同；在對加速度進(jìn)行分析時(shí)，機(jī)械原理采用圖解法來求解矢量方程，通過選擇比例尺繪制矢量圖來確定未知參數(shù)，而理論力學(xué)利用投影法，將矢量等式轉(zhuǎn)化為標(biāo)量等式來進(jìn)行求解[3]。在緒論課教學(xué)中提前指出機(jī)械原理課程與先驅(qū)課程之間的聯(lián)系和區(qū)別，有助于學(xué)生提高學(xué)習(xí)效率。此外，緒論課中對貫穿整個(gè)課程的一些重要概念進(jìn)行了重點(diǎn)講解，包括機(jī)械、機(jī)器、機(jī)構(gòu)、零件、構(gòu)件、運(yùn)動(dòng)鏈等概念。構(gòu)件可以由一個(gè)零件組成，比如計(jì)算機(jī)上的一個(gè)鍵；也可以由若干個(gè)零件組裝而成，例如汽車發(fā)動(dòng)機(jī)上的齒輪和軸通過鍵連接在一起作為一個(gè)整體轉(zhuǎn)動(dòng)即為一個(gè)構(gòu)件；兩個(gè)或者兩個(gè)以上的構(gòu)件通過運(yùn)動(dòng)副連接而構(gòu)成的可相對運(yùn)動(dòng)的系統(tǒng)即為運(yùn)動(dòng)鏈；將運(yùn)動(dòng)鏈中的某一構(gòu)件加以固定使其成為機(jī)架，這種運(yùn)動(dòng)鏈便成為機(jī)構(gòu)，凡是機(jī)構(gòu)都具有確定的運(yùn)動(dòng)，連桿機(jī)構(gòu)、齒輪機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)、棘輪機(jī)構(gòu)等都是常用機(jī)構(gòu)；機(jī)器是能夠?qū)崿F(xiàn)預(yù)期運(yùn)動(dòng)并完成特定作業(yè)任務(wù)的機(jī)構(gòu)系統(tǒng)，相對于機(jī)構(gòu)而言，機(jī)器除具有傳遞運(yùn)動(dòng)和力的功能之外還可以傳遞能量、物料和信息；機(jī)械是機(jī)器和機(jī)構(gòu)的總稱[4]。只有明確了這些基本概念之間的聯(lián)系和區(qū)別，才能更好地體會本課程的學(xué)習(xí)目的和任務(wù)，并且為后續(xù)機(jī)械系統(tǒng)方案的分析與設(shè)計(jì)奠定堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。

二、完善實(shí)驗(yàn)課程內(nèi)容

機(jī)械原理實(shí)驗(yàn)與理論教學(xué)有密切的聯(lián)系，是重要的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)[5]。通過實(shí)驗(yàn)課，加強(qiáng)學(xué)生的感性認(rèn)識、鞏固基本概念、理解基本原理、掌握機(jī)構(gòu)分析和綜合設(shè)計(jì)的基本方法。機(jī)械原理實(shí)驗(yàn)注重培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力和獨(dú)立分析解決問題的能力，對培養(yǎng)其創(chuàng)新思維和綜合素質(zhì)起著關(guān)鍵作用[6]。為此，本課程將實(shí)驗(yàn)課由原來的8學(xué)時(shí)增至16學(xué)時(shí)，在已有的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，增加了參觀實(shí)驗(yàn)以及綜合性、設(shè)計(jì)性創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)。在教學(xué)過程中發(fā)現(xiàn)很多學(xué)生對于常用機(jī)構(gòu)不熟悉，對機(jī)械還缺乏感性的認(rèn)識，面對課本上的平面圖形，難以對各種機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)特性以及機(jī)械的組成形成形象、直觀的畫面。通過增設(shè)參觀實(shí)驗(yàn)，帶領(lǐng)學(xué)生參觀機(jī)械原理陳列室，向其展示大量豐富的機(jī)構(gòu)模型、真實(shí)機(jī)械以及機(jī)電一體化設(shè)備，幫助學(xué)生對抽象的運(yùn)動(dòng)、具體的機(jī)構(gòu)獲得較全面、清晰的認(rèn)識和理解。新增加的組合機(jī)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)通過對實(shí)際機(jī)構(gòu)的應(yīng)用設(shè)計(jì)和搭接加深對不同機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)特性的理解。通過對實(shí)際機(jī)構(gòu)的應(yīng)用設(shè)計(jì)和搭接，加深對不同機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)特性的理解；通過對典型機(jī)構(gòu)的組裝，掌握活動(dòng)連接、固定連接的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)，培養(yǎng)實(shí)際動(dòng)手能力和現(xiàn)場應(yīng)變能力；通過實(shí)驗(yàn)的多方案設(shè)計(jì)培養(yǎng)發(fā)散思維和創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力[7]。此外，還增設(shè)了“機(jī)構(gòu)仿真設(shè)計(jì)綜合實(shí)驗(yàn)”，將ADAMS軟件引入實(shí)驗(yàn)教學(xué)，學(xué)生采用軟件建立機(jī)構(gòu)模型，通過預(yù)設(shè)邊界條件并加以仿真分析，得到機(jī)構(gòu)特定點(diǎn)在運(yùn)動(dòng)過程中的位移、速度和加速度、作用力等的變化曲線，從而確定其運(yùn)動(dòng)特性。在此基礎(chǔ)上，根據(jù)仿真結(jié)果對機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行優(yōu)化，整合實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有資源進(jìn)行實(shí)物搭接和動(dòng)畫演示，采用儀器對機(jī)構(gòu)指定點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)曲線進(jìn)行測量，并將其與仿真結(jié)果進(jìn)行比對。學(xué)生在仿真模擬與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的過程中充分體會到自主探究學(xué)習(xí)的樂趣，獲得成就感，既培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新設(shè)計(jì)意識和能力，又激發(fā)出學(xué)生的求知欲和探索欲。此外，采用ADAMS三維軟件設(shè)計(jì)、分析機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，不僅求解迅速、避免了煩瑣的計(jì)算過程，而且補(bǔ)充了圖解法、解析法的不足，有效解決學(xué)生對機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)特性不容易理解和掌握的問題，并且為后續(xù)的課程設(shè)計(jì)打下良好的基礎(chǔ)。

三、發(fā)揮教學(xué)團(tuán)隊(duì)的作用

在訊息迅猛發(fā)展的今天，僅僅憑借教師個(gè)人的學(xué)習(xí)和探索是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，教學(xué)團(tuán)隊(duì)在教學(xué)中的作用和地位日益彰顯，是提高教學(xué)水平和教學(xué)質(zhì)量的重要保障。為此，本校組建了一支知識技能互補(bǔ)、梯隊(duì)結(jié)構(gòu)合理的機(jī)械原理教學(xué)團(tuán)隊(duì)。通過教學(xué)團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)教學(xué)經(jīng)驗(yàn)交流和知識共享，一方面為青年教師配備教學(xué)導(dǎo)師，老教師言傳身教，青年教師通過助課等方式認(rèn)真學(xué)習(xí)老教師的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，老教師指導(dǎo)青年教師提升教學(xué)技能，充分發(fā)揮教學(xué)名師的示范引領(lǐng)作用；另一方面，老教師通過與青年教師的交流與討論獲得學(xué)科最新前沿動(dòng)態(tài)，更新觀念和知識。此外，教學(xué)團(tuán)隊(duì)中每位教師的研究方向不同，通過了解和學(xué)習(xí)其他教師的研究課題，并將其與課程各章節(jié)內(nèi)容進(jìn)行匹配，將課本理論知識與工程實(shí)踐相結(jié)合，讓學(xué)生充分感受到學(xué)以致用的樂趣，豐富的研究課題便于實(shí)現(xiàn)科研與教學(xué)的相互結(jié)合。

四、結(jié)語

在機(jī)械原理的教學(xué)過程中，通過對緒論課的教學(xué)內(nèi)容和方式進(jìn)行設(shè)計(jì)，幫助學(xué)生深入理解本課程的性質(zhì)和目的，同時(shí)掌握科學(xué)的學(xué)習(xí)方法，提高學(xué)習(xí)效率；通過合理規(guī)劃實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，有效提高學(xué)生的綜合分析能力和創(chuàng)新能力，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性；通過組建教學(xué)團(tuán)隊(duì)提高教師的業(yè)務(wù)水平，豐富教學(xué)資源，將科研與教學(xué)有機(jī)結(jié)合。總之，需要不斷探索新的教學(xué)手段和方式、不斷反思，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，以期在教學(xué)實(shí)踐中不斷提高教學(xué)質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)：

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[3]方俊，吳小平.機(jī)械原理與理論力學(xué)中運(yùn)動(dòng)學(xué)部分的比較與總結(jié)[J].教育教學(xué)論壇，2013（52）:96-97.

作者：劉雨薇 單位：中國礦業(yè)大學(xué)（北京） 機(jī)電與信息工程學(xué)院