基于創新能力培養的機械原理課程教學研究

摘要：《機械原理》是機械類專業中研究機械共性問題的一門主干技術基礎課。針對高職院校培養具有創新能力的技能型人才的需要，指出了傳統教學模式的不足；從教學內容、教學方法、教學手段等方面探討了教學改革的措施。突出了實踐環節的加強及引入項目化教學模式的重要性。課改思路突出以創新能力的培養為導向。

關鍵詞：機械原理課程；創新能力；實踐環節；項目化教學

中圖分類號：G642 文獻標志碼：A 文章編號：1002-2589（2012）33-0254-02

《機械原理》是高職院校機械設計與制造專業學生必修的一門重要的專業基礎課，是機械類專業中研究機械共性問題的一門主干技術基礎課。它在機械工程人員的培養過程中起著承上啟下的關鍵作用，是學生牢固掌握專業技術的重要環節。在基礎課到專業課之間起著無可替代的橋梁作用。

一、機械原理課程的學科現狀

目前的機械原理課程目標具有一定局限性，主要表現在三個方面：第一，在課程內容上，強調學科知識體系的系統性、完整性，造成理論知識偏多偏深，實踐技能不足，理論與實踐脫節。第二，在課程結構上，學習內容受到限制而產生狹隘和滯后的弊端，不利于培養創新能力。在制造業的發展急需具有創新能力人才的今天，學科現狀不能滿足需要。第三，在課程實施上，課程教學基本是一個封閉的過程，最大的弊端是使學生缺乏學習的主動性和對教學質量檢驗的滯后性。

傳統機械原理的教學特點是：教學理論性強、概念抽象，與實際應用有一定距離。授課方式上以教師講授為主，由概念引入知識，以邏輯推理為中心。教學過程中基本沒有學生能力培訓的環節，這對培養學生的實踐、創新能力很不利。同時，傳統的教學模式中，總是先理論后實踐，容易產生實踐與理論分離的現象，教學很難適應職業教育培養的需要。為此，進行教學改革，開展項目教學，按照學生認知規律與實際工作項目的順序來優化教學內容勢在必行。

二、以創新能力培養為導向的《機械原理》課程改革方案

（一）改革教學內容

課程內容的改革不是簡單意義上的增加或刪除，而是在專業化的前提下，優化組合了相關內容的課程；在促進學生全面發展的基礎上，更加注重學生思維整體性的構建。教學內容的改革突出綜合應用知識能力的培養，在此基礎上培養創新能力。圍繞教學內容方面主要做了以下方面的調整。

1.理論課與實驗、實踐課學時的調整

多年來，機械原理課程存在著理論課課時過多，實驗和實踐課課時偏少的現象。我院自機制專業成立以來，每學期理論課和實踐課學時分別為：理論課為70學時，實踐課4學時。近一年，增加一周課程設計時間，但試驗課受條件限制，很少開展。針對這一現狀，在課改方案中制定了新的教學計劃，理論課課時針對模塊化教學的需要，設計為55學時；單獨開設試驗與實踐課程，課內試驗為12學時，此外進行為時2周的課程設計（課外進行）。加強了實踐課時量，強化了學生的動手能力和創新設計的能力，同時，理論課教學也基本滿足學生對理論知識的掌握要求。

2.理論課教學內容的大幅度調整

以前的機械原理教學側重于基本知識點的分析方面。內容上包括：機構的結構分析、運動分析、力的分析、常用機構的設計等方面；機械運轉及速度波動調節和機構的平衡等方面很少涉及。現在，隨著機器向著高速、自動化、精密化方向的發展，機構如何在高速下具有較好的動力性能顯得尤為重要；機構的多樣性創新需要各種機構合理綜合與合理選型。因而，教學內容方面要適當調整。在總的理論課課時減少的情況下，調整的教學內容更接近于工程實際，更具體化。教學內容的安排做到“寬而精”。“寬”就是知識面廣，涵蓋的內容廣；使學生在設計時能做到思路開闊，激發出潛在的創造性。“精”就是對機構設計的基本思路及方法做詳細的闡述，使學生在面對復雜的未知機械產品時，能夠做到觸類旁通。

本著這些原則，課程內容上壓縮了機構的運動分析和力的分析的課時，機構的結構分析保留原有的內容，因為桿組分析法對機構的多樣性設計和創新設計方面，有重要的啟發作用。常用機構的學習中，減少推導性內容，重點介紹機構設計的方法，增加了機構的組合設計、轉子動平衡和機械調速等內容。使整個課程體系更加完整，更加系統，更符合現代工業設計對學生總體知識掌握水平的要求。

3.加強實踐教學，培養學生創新精神和實踐能力

實踐教學包括課程實驗和課程設計。實踐環節是培養學生創新精神，增長創造才干，鍛煉動手能力的有效途徑。在試驗與實踐教學中，始終以基本能力訓練為基礎，以綜合素質培養為核心，以創新精神教育為主線，明確試驗教學任務，更新試驗教學內容，改革試驗教學方法和手段，強化試驗教學考核，提高試驗教學質量。

在試驗教學方面，以往實驗課內容偏少，非常不利于培養學生的動手能力和創新能力。且實驗內容多以驗證性實驗為主，學生完全按照指導書提供的步驟進行，缺少主動參與的意識，不利于創新能力的培養。因此，在試驗內容上增加了《機構認知實驗》和《轉子動平衡》等實驗。這些實驗密切聯系實際，既有驗證性實驗，又有創新設計實驗，大大豐富了實驗課的內容。課程設計方面，嘗試增加《械原理課程設計》的內容。通過這一環節，使學生感受到理論與實踐的第一次融合，提高學習興趣。

此外，實踐教學涉及的實驗及課程設計要合理安排，循序漸進地進行。為此，將機械原理中涉及的實驗與實踐分為三個階段，貫穿于教學過程中。各階段的基本內容為：第一階段，機械認知實踐階段，學生通過參觀實訓車間的設備、動手拆裝減速器裝置，了解軸、齒輪、軸承等常用機構與零件，加深對機構的感性認識。第二階段，機械基礎實踐階段，讓學生利用學期內安排的鉗工、車工、機械設計課程設計等環節了解與機械原理相關的內容。這樣，學生一方面能充分利用實習時間，掌握更多知識，又在不占用理論課時的基礎上，加強了實驗、實踐教學效果。第三階段，機械綜合實踐階段，這一階段建立在前面環節的基礎上。例如，機械原理實驗中，前面分別學習了常用機構的設計，也進行了相關的認知實驗，此時可布置一個綜合性的課程設計：用圖解法對牛頭刨床機構進行運動分析、構件受力分析，確定最小傳動角出現的位置，確定原動件的平衡力矩。通過這一階段的實驗設計，使學生綜合解決工程實際問題的能力得到系統的培養與鍛煉。

此外，可以采用靈活方式設計一些綜合實驗，只布置實驗任務與最后要求，而完成實驗任務的過程則由學生自己確定。例如，布置一個能實現將回轉運動轉變為往復運動的設計，方案可以有很多種，讓學生自己設計，并通過實驗驗證其正確性。這樣，學生完成實驗有較大的靈活性，從而為學生的個性發展與創造性的發揮創建一個適宜的環境。

（二）改變傳統教學模式，進行教學方法的改革

課程改革必然導致教學方法的不斷革新。教師在教授基本知識的同時，更應注重培養學生獲取新知識的能力；引導學生自主學習，充分調動學生的主觀能動性，激發創造性思維。教學方法多種多樣，但總的目的只有一個：改善教學效果，提高教學質量。《機械原理》的教學中，對于理論性較強的內容，可以帶著學生層層推進，逐步引導學生領會相關內容。例如矢量圖解法分析速度和加速度的內容，可以改變教學順序，先講相對容易些的速度分析；在熟悉矢量多邊形應用的基礎上再講解復雜的加速度分析，學生就能容易掌握所學知識。對于簡單的概念性較強的內容，要以學生自學為主，輔助以課堂提問，加深學生印象。例如學習四桿機構的演化這部分內容時，可以先介紹曲柄搖桿機構演化成曲柄滑塊機構的方法；再介紹機構演化的基本途徑，接著讓學生自己觀察教材中幾種導桿機構和曲柄滑塊機構的區別，總結這幾種機構是如何由曲柄滑塊機構演變來的。學生在自主學習中很容易發現規律，不僅深刻領會了學習的內容，還對機構的多樣性演變方法有所啟發。

（三）教學手段的多樣化，積極采用項目化教學模式

教學手段方面，開設參與式、啟發式、討論式和研究式教學體系，不斷完善以學生為中心的教學新模式。鼓勵學生探究式學習，基于研究和開發的學習，積極探索利用網絡和多媒體課件的開放性教學新模式，進一步激發學生學習熱情，調動學生學習的主動性和積極性。

教學過程結合教材內容，并根據我院現有的設備，采用基于工作過程的任務驅動模式進行教學。對機械原理中部分知識內容劃分為多個學習子情境，在各個學習情境的教學過程中，真正體現學生的主體地位。學生帶著任務有目的地去學習，查閱資料，聽取教師的理論講解，在交流的過程中獲取資訊；在教師的幫助下進行決策；在計劃、實施的過程中教師給予學生適當的輔導，最后教師參與學生工作成果的檢查與評估。學生在教學過程中，始終處于主體地位，通過真實的工作成果激發學生的創新能力，改善教學效果。

這種以“項目”為主線，將教學內容有機地貫穿在一起是一種十分有效的教學方式，豐富的項目可以拓展學生的視野，使學生體會到企業實踐中的眾多實際問題，有效提升學生應對實際問題、解決機械工程難題的能力。

三、結束語

培養和提高學生的創新思維能力是高等教育改革的一項重要任務。傳統教學計劃，教師拘泥于課本的教學，已難以培養出具有創新能力的實用型人才。在機械原理課程教學中，有必要探索具有特色的課程教學改革之路，為培養具有創新能力的高技能人才服務。

參考文獻：

[1]馬永林.機械原理[M].北京：高等教育出版社，2009.

[2]薛銅龍.機械設計基礎實驗教程[M].北京：中國電力出版社，2009.

[3]張曉玲.機械原理課程設計指導[M].北京：北京航空航天大學出版社，2008.

[4]符煒.機械創新設計構思方法[M].長沙：湖南科學技術出版社，2006.

[5]張晶瑩.高職機械設計基礎項目化教改探索[J].裝備制造技術，2011，（6）.