淺談機械原理教學改革與創新能力培養

摘要：機械原理課程是一門十分重要的專業基礎課程，它具有系統性、理論性和實踐性；主要研究機器與機構，特別是機構的結構、運動及動力學原理及其設計理論與方法。本文探討機械原理教學改革及與創新能力培養的實踐和經驗。

關鍵詞：機械原理；創新能力；教學改革

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2013）33-0054-02

機械原理是機械類學生的主干專業基礎課程，它具有豐富的基礎理論和一定的工程實踐知識，培養學生如何利用這些基礎理論來解決工程實際問題，培養學生的綜合設計能力和創新能力。由于該門課程的實踐性較強，需要學生具有一定的工程實踐經驗，而目前學生普遍地存在著實踐能力差，經驗少，對機械的感性認識不足的現象。這就要求采用某種手段與方法，在課堂教學中逐漸滲透，在實際應用來提高教學質量。本文主要探討應用提高機械原理教學質量和創新能力培養。

一、提高機械原理教學質量的改進方法

1.機械原理課程是研究機構的結構、組成、運動和機器動力學等內容的專業基礎課程。由于當前的大學生生活實踐能力弱，動手能力不足，對機構及機器等現代化設備缺乏足夠認識，所以對機構的運動簡圖與實際機器的理解較難，特別是機構的具體運動機組成上，對缺乏立體感的同軸都構件情況更難理解。在教學方法上，應主要采用如下激勵學生的方法：①采用啟發式教學。結合機構的三維模型講解機構組成及運動，培養學生對機構或機器的理解，提高創新意識。②采用師生互動，類比等教學方法，激發學生的創造性思維。讓學生講解生產生活中曾經遇到過的機器或機構。

2.在教學手段上采取新老教學手段相結合的方式。①采用先進的數字化教學形式。應用三維實體造型軟件，例如Solidworks、Adams、動畫編輯軟件以及實踐動作的視頻技術，使各構件的運動變化及運動形式形象地顯示出來，使原來二維的抽象問題直觀化、形象化，有利于認知深化，激發了學生的學習興趣，很生動地突破了教學重點、難點，提高了教學質量。另外，在這一階段采用與學生軟件操作上的互動的方式，使學生了解軟件建模技術，逐步掌握并運用軟件建立模型，完成部分課后作業，深刻認識機構的傳動特點。②保留傳統的板書講解。媒體講解方式固然使學生能夠形象地理解抽象問題，但在關鍵問題的講解與剖析，特別是具體方法的實現、公式的推導等方面顯示出了嚴重的不足。多媒體教學提高了教學效率，但在方法及公式的推導上講解過快，未給同學留出思考時間。所以在教學手段上，要兩手抓，兩手還要配合默契，從而達到事半功倍的效果。

二、創新意識的培養與鍛煉

“創新是一個民族進步的靈魂，是國家興旺發達的不竭動力”。作為培養人才的基地，各高校對學生創新能力及創新意識的培養高度重視。因此，在教學中不僅要使學生具備堅實的原理基礎知識，還要重視鍛煉學生的工程實踐能力，培養學生的創新意識和創新能力。具體方法和措施如下。

1.以競賽為引導，課堂上努力聯系實際講解各種創新實踐。積極開展和承辦各種機械創新大賽，例如國家機械創新大賽、省機械創新大賽、校級機械創新大賽，使學生在競賽中鍛煉交流，有意識地更新和夯實基礎知識，培養學生的自主意識。組織教師對其設計的項目進行評價，從而活躍學術氛圍。在課堂上也要盡可能地結合創新大賽作品開展學術交流活動。結合典型的創新案例，分析創新亮點，講解創新實例，進行小組討論，培養學生的創新能力的同時，也培養學生的團隊合作精神。

2.作業形式創新，以創新意識創新能力來評判作業。努力改革作業模式，盡量不留固定模式作業，標準答案作業。留以小組調研及創新為目的的培養學生研究興趣的作業。例如，根據中央空調系統的管道污染嚴重，提出清污措施及具體機構；根據汶川地震的嚴重災害，設計機構可以減小傷害或幫助救援；等等。類似的題目不僅鍛煉了學生的設計能力，而且使學生更關注周邊環境，關注我們的社會，從而幫助學生建立起關愛社會、為社會服務的大局觀、世界觀。更可貴的是，學生可以更加清醒地認識到自己所學知識如何用，有多大用處，從而建立自信，產生興趣，使創新能力及水平逐步提高。

3.硬件措施與組織結構。在現有的開放性的機械原理實驗室的基礎上，我校建成了一個開放的機構創新設計實驗室。該實驗室具有小型加工與裝配設備，學生能夠利用簡單設備加工并裝配自己設計的簡單的機構模型，使設計更直觀化，同時也有助于后續課程的學習。組建面向學校學生的機械創新俱樂部、學生機械設計小組，充分發揮團隊作用。課堂上，教師進行創新范例講解，課后師生互動，并指導學生學習有關設計軟件并在計算機上進行創新設計。實踐證明，只有學生理解和參與了整個實踐過程，才能使創新能力有質的提高。

三、虛擬樣機技術在教學與創新中的應用

ADAMS是一款動力學仿真軟件可以快速方便地創建完全參數化的機械系統幾何模型，并進行運動和動力學仿真，而且運動真實形象，學生易于掌握，使學生有更充足的時間進行方案，培養創新能力。ADAMS軟件與機械原理課程緊密相連，給軟件注重的原理及參數分析，而不用更多的去設計零件的具體形狀，完全可以只設計出適當的構件、適當的尺寸參數，就可以建立起模型，對學生理解機構的組成、運動及動力有很大幫助。在上課過程中適當講解虛擬樣機的設計過程，而不僅僅局限在講解整個機構，逐漸讓學生掌握或初步掌握該軟件，并可以利用該軟件完成課后作業，制作動畫及設計參數。并在課程設計階段完成整體機構的設計。在大賽中應用虛擬樣機技術來設計機構方案，分析機構合成運動，通過在ADAMS軟件下的動力學仿真，可以清楚地看到各個構件運動特性及效果，便于更改設計方案，特別是尺寸綜合，在虛擬環境下模擬機構的運動，直到滿足運動要求。這樣可以在很短時間內且不浪費材料制作樣機的前提下，獲得最佳的設計方案，提高效率的同時培養了學生應用知識能力，創新能力和分析能力，提高了學生培養質量。

通過教學討論與工程實踐，在利用機械原理教學平臺及創新實驗室培養學生創新能力方面我們獲得了一些成功的經驗，取得了一定的效果。而培養學生的創新能力是一項長期的系統工程，特別是當前大學生普遍存在著實踐能力弱、動手能力差的特點，這就需要老師與學生的良好互動與配合，堅持理論聯系實際，應用現代化的教學手段方法及技術提高學生的培養質量。在教學過程中將傳統方法與新方法結合，傳統設計與虛擬樣機技術相結合，課堂教學與創新大賽相結合，創新能力培養與實踐能力訓練相結合，走一條綜合教學與培養的改革創新之路。

參考文獻：

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