与机械工程相结合的大学物理教学设计

徐洁如 徐迅

摘 要 大学物理作为理工科专业的一门基础课，如何与专业课深入结合，满足专业建设需求，是大学物理教学改革的重要内容。本文以机械工程专业为例，将大学物理理论与实际工程相结合，在教学中融入工程实例，设计了凸轮机构从动件运动规律分析、伺服电机减速机齿轮传动、离心式水泵能量转换分析、热泵系统利用废热采暖、电容电感式传感器等教学实例。用工程实例讲述物理理论，实现以专业为导向的大学物理教学。

关键词 大学物理;机械工程;专业结合;教学设计

近年来，教育部积极引导地方高校向应用型技术型本科院校转型。大学物理作为理工科专业的一门基础课，如何与专业衔接，满足专业建设需求，是教学改革的重要内容。很多学者在教学、教材创新方面进行积极的尝试并取得了一定的成果[1-7]。笔者多年来从事大学物理教学工作，教学团队参与编写了《大学基础物理学》[8]。该教材为贯彻落实教育部卓越人才培养计划，根据工程技术人才培养的目标和要求，对教学内容进行了重新编排，在教材的架构上进行了大胆的尝试，突破了传统教材的框架和内容体系，针对不同专业提供了不同的选讲模块，各专业可根据后续专业课程选择任意组合，以期适应工程技术人才培养的特点。笔者在学院承担机械工程专业《大学基础物理学》的教学任务，认为目前的教材，虽按专业需求调整了教学侧重点，但教材中缺乏工程实例支撑，使理论教学与工程应用脱节。迫切需要在教学中引入工程实例，用工程实例讲述物理理论。然而，工程实例大多较为复杂，涉及跨章节跨学科理论知识的综合运用，直接引入课程对学生难度过大，反而适得其反。因此，深入研究工程中的物理理论，从中提炼与课程中知识点相关联的实例，帮助学生更深刻的理解理论并了解其专业实用性，具有很强的现实意义。

本文从运动学、刚体力学、流体力学、热力学、电磁学等几个方面，开展与机械工程相结合的教学设计，为大学物理与专业相结合的教学改革提供思路。

1 “质点运动学”结合凸轮机构运动分析

凸轮机构是机械传动领域常用的机构之一，由凸轮、从动件和机架三个基本构件组成。凸轮是一个具有曲线轮廓或凹槽的构件，当它运动时，通过其上的曲线轮廓与从动件的高副接触，使从动件获得预期的运动。

一凸轮机构如图1所示。凸轮以匀角速度ω转动，从动件从A 点开始上升，当凸轮转过角δ1时，从动件到达最高点B'，位移达最大值h，该过程称为推程;随后凸轮继续转过δ2，因凸轮的BC段轮廓向径不变，从动件停在最远位置不动，此过程称为远停程;凸轮又继续转过δ3，从动件由最远位置B'回到A 点，该过程称为回程;最后，凸轮继续转过δ4，从动件停在A 处不动，称为近停程。如此往复循环。

6 结语

将工程实例引入大学物理课程，是实现大学物理与专业结合，满足专业建设需求的重要途径。但工程实例大多较为复杂，涉及跨章节跨学科理论知识的综合运用，直接引入课程对学生难度过大，反而适得其反。本文以机械工程专业为例，深入研究工程中的物理理论，从中提炼与课程知识点相关联的实例，设计了凸轮机构运动规律分析、伺服电机减速机齿轮传动系统、离心泵送水系统、热泵系统、电容电感式传感器等教学实例，帮助学生更深刻的理解物理理论并了解其专业实用性， 为大学物理与专业相结合的教学改革提供思路。

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