基于创新能力培养的机械原理课程教学改革探索

魏军英等

[摘 要]世界正经历着一场关于新概念、新理论、新方法等的新技术革命，为了赢得这场革命的胜利，作为国家综合国力发展基石的机械工业，对创新型人才的渴求与日俱增。针对机械原理课程教学改革问题，构建两大教学模块、三层次能力培养的机械原理教学体系，对其教学内容进行优化调整。重视课余科技活动及科技竞赛，并在教学实践活动中实施，取得了良好的效果，提高了学生的分析问题、综合问题及创新设计能力。

[关键词]教学模块 三层次能力 教学体系 教学内容 创新设计能力

[中图分类号] G714 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2015）04-0160-02

目前，世界正经历着一场关于新概念、新理论、新方法等的新技术革命，为了赢得这场革命的胜利，作为国家综合国力发展基石的机械工业，对创新型人才的渴求与日俱增。机械原理课程是机械类专业的必修的一门技术基础课程，在培养机械方面的创造型人才中将起到不可或缺的重要作用。[1]随着科学技术的发展，虽然机械原理课程的教学内容和方法进行了不少改革，但其教学改革仍面临着极大的挑战。本文结合在机械原理课程教学中的教学实践和体会，探讨机械原理课程的教学改革问题。

一、以机构设计为主线，构建两大教学模块、三层次能力培养的教学体系

机械原理课程主要研究各种机构所具有的一般共性问题、常用机构的性能及设计方法以及机械系统方案设计的问题，不仅注重学生分析问题、解决问题能力的培养，更注重综合问题的能力及创新设计能力的培养，其中分析、综合能力是创新设计能力的基础，分析、综合能力最终是为创新设计能力服务的。因此，学生首先要学会分析问题、综合问题，才能进行创新设计。[2]

根据我校机械原理课程建设的特点，结合理论知识与工程实践之间的密切联系，探讨了我校机械原理课程两大模块——理论教学模块及实践教学模块[3] [4]、三层次能力[5]培养的教学体系的构建，突出对学生综合设计能力、创新思维及创新设计能力的培养，如图1所示。

（一）课堂理论教学模块及相应能力的培养

课堂理论教学模块主要包括动力设计模块、机构设计模块和综合设计模块。

1.动力设计模块主要包括机构的结构分析、机构的运动分析、机械的效率与自锁、机械的平衡、机械的运转及其速度波动的调节等内容。这些模块介绍的是机械系统常用的分析方法，通过学习这个方法可掌握如何进行机构分析，可提高学生的分析能力。

2.机构设计模块包括平面连杆机构及其设计、凸轮机构及其设计、齿轮机构及其设计、齿轮系及其设计、常用机构和组合机构及其设计等。这一部分主要学习常用机构的工作原理及其设计知识，有利于学生综合能力的培养。

3.综合设计模块包括机构的选型与综合、机械系统方案设计等。机构的选型与综合是根据设计题目的要求来选择现有机构或者进行机构组合以进行综合设计，而机械系统方案设计是一项创造性的活动，要求学生运用所学知识和实践经验，充分发挥创造性思维和想象力，灵活运用各种设计方法和技巧，设计出新颖、灵巧、高效的机械系统。这两个模块对于培养学生的综合设计能力、创新设计能力有极其重要的意义。

（二）实践教学模块及相应能力的培养

实践教学模块主要包括实验教学模块、课程设计模块和科技创新模块。

1.机械原理课程实验由基础实验与创新实验组成。该课程实验已经由原来的演示性、验证性实验为主变为综合设计性实验为主，在机构认知实验、机构运动简图绘制等基本实验的基础上增加了机构组合创新实验、机械运动方案创新设计实验等。为了提高学生的实践能力，根据要求开放实验室，学生可利用课余时间在实验室进行创新构思设计，并进行验证。这不仅能提高学生的动手操作能力，还能提高他们的分析问题、综合问题的能力。

2.机械原理的课程设计不再仅仅是给定机构、方案的运动学、动力学分析，而是给出相应的要求及参数，要求学生进行机械运动方案的构思设计，在此基础上进行运动、动力分析并进行方案优化。在课程设计中鼓励学生采用计算机进行辅助设计及三维建模、分析、优化，并动手制作实物样机模型，提高他们的分析综合能力及实践能力。

3.科技创新模块。鼓励、支持学生参加各类科技创新竞赛活动，如山东省大学生机电产品创新设计竞赛、山东省高校机器人大赛、山东省大学生科技创新大赛等。学生根据各种竞赛的主题与要求，结合机械原理理论知识，进行构思设计，并建立虚拟样机或实物模型，将所学理论知识应用到实践中，极大提高了创新设计的能力。

二、优化教学内容，合理选用设计方法

目前，机械原理课程学时有所缩减，但对教学内容要求却有所提高。因此，传统的教学内容无法适应培养学生创新设计能力的要求。根据前述的以机构设计为核心组织的教学体系，应加强对各类机构的结构、运动、动力及传力性能及其具体的应用介绍。特别是平面连杆机构中其位置设计、齿轮机构中齿轮的啮合原理、凸轮机构中凸轮廓线的设计、轮系中轮系传动比的计算、机械系统方案的创新设计，都应在课堂上重点讲解、讨论。而对于与理论力学课程中所重复的运动分析、力分析等基础理论知识与方法以及不太常用的一些方法，可要求学生通过复习巩固或自学掌握。

机构设计中常用的设计方法是解析法和图解法。随着计算机技术的飞速发展，在机构设计中采用解析法趋于广泛。解析法设计计算精度高、效率高，便于采用计算机对机构进行分析和优化，能解决很多图解法难以解决的问题。但图解法直观、形象，更利于学生理解、掌握，对于有些简单问题，采用图解法比解析法更快捷有效。因此，设计中不能完全摈弃图解法，应根据二者的特点及具体题目的要求合理选用设计方法。

三、重视课外科技活动，提高学生的创新设计能力

（一）鼓励学生参与教师的科研项目

在机械原理教学中，鼓励教师把科研活动、科技创新的理念融合到课堂的教学过程中，加强对学生创新设计能力的培养。在各理论教学模块中，教师可结合自己的科研项目开展相关机构创新的教学内容，积极开展课堂讨论，鼓励学生发现问题，分析问题，解决问题。结合所学机械原理理论知识，鼓励学生参与教师的科研课题，将理论与实践结合起来。这样既应用、巩固了所学专业知识，又提高了自己的创新设计能力和实践能力。

（二）参加各种科技创新竞赛活动

为了促进学生积极参加各种科技创新实践活动，提高其综合及创新设计能力，根据学校的实际情况与发展的需要，建立了三个层次的大学生课外科技创新活动的组织机构。[6]领导层：由学校领导和有关职能部门与知名专家教授组成，负责发展规划、活动开展、资金筹集、工作协调、评比表彰等。管理与服务层：由学校教务处、科研处、各学院教学管理部门组成，负责教学过程的具体设计、组织实施、质量监控等。具体实施层：由共青团、学生会、学生社团等组成，负责学生课外科技创新实践活动的规划与实施。

（三）实践效果

目前，各种科技创新竞赛已经成为大学生素质教育的重要项目。在课题组相关老师参与和指导下，学生一般在学习机械原理课程中或者结束该课程后，参加各种机械设计、创新设计竞赛。近几年大赛中，在全国大学生机械创新设计大赛中获二等奖2项，全国大学生过程装备创新与实践大赛中获三等奖1项，山东省大学生机电产品创新大赛中获一等奖9项，积极参加校级科技立项18项，院级科技立项29项。这些荣誉和奖项极大鼓舞了学生参加科研创新实践的积极性，提高了他们综合设计、创新设计的能力。

四、结语

创新精神与实践能力的培养是高校素质教育的重要环节。本文针对机械原理课程教学改革问题，结合教学实践和经验，积极探索、构建了两大教学模块、三层次能力培养的机械原理课程教学体系，优化调整了教学内容，并鼓励、支持学生参加科研活动、各种科技竞赛。通过课题组成员在教学过程、科研活动中的实践，极大提高了学生分析问题、综合问题及创新设计、实践的能力，取得了良好的效果。

[ 注 释 ]

[1] 孙桓，陈作模，葛文杰.机械原理[M].北京：高等教育出版社，2006.

[2] 陈文华，陈秀宁.“机械原理”课程改革的实践与探索[J].机械工业高教研究，2001（1）：71-74.

[3] 穆塔里夫.阿赫迈德，朱颖.我校机械原理课程教学改革的若干探索与实践[J].高等理科教育，2003（5）：32-34.

[4] 王会.基于创新能力培养的机械原理课程建设探索[J].职业时空，2012（4）：108-109.

[5] 黄昌华，郭庚田，白彩琴.采用三层次培养方案进行机械原理课程教学改革[J].清华大学教育研究，1995（1）：47-49.

[6] 魏军英，王静，王吉岱.工科大学生科技创新实践能力培养体系的建设研究[J].中国电力教育，2014（1）：14-15.

[责任编辑：钟 岚]