深化機(jī)械原理課程教學(xué)改革的探討

摘要：從人才培養(yǎng)目標(biāo)出發(fā)，結(jié)合課程的特點(diǎn)和地位，提出了機(jī)械原理課程更加深化的改革方向：教學(xué)內(nèi)容要注重系統(tǒng)性、完整性，適度增加學(xué)科前沿成果和方法；通過(guò)設(shè)計(jì)、制造典型課堂教學(xué)教具、結(jié)合網(wǎng)絡(luò)技術(shù)開(kāi)發(fā)虛擬實(shí)驗(yàn)和利用工程軟件輔助完成課程設(shè)計(jì)任務(wù)豐富教學(xué)手段；采用任務(wù)驅(qū)動(dòng)法推動(dòng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、研究，轉(zhuǎn)變教學(xué)方式為研究型教學(xué)。

關(guān)鍵詞：機(jī)械原理；教學(xué)改革；課程特點(diǎn)

中圖分類(lèi)號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2013）39-0054-03

一、引言

十多年來(lái)，機(jī)械原理課程教學(xué)改革在教學(xué)內(nèi)容的拓展、綜合型實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)、課外科技創(chuàng)新活動(dòng)的參與等方面已取得了豐碩的成果。然而該課程目前仍然存在著諸如理論教學(xué)內(nèi)容以傳統(tǒng)內(nèi)容為主，鮮有新技術(shù)、新理論的注入；實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容改革滯后于理論教學(xué)內(nèi)容改革，并孤立于本知識(shí)點(diǎn)或本課程之內(nèi)，不具有系統(tǒng)性和延續(xù)性；教學(xué)手段以多媒體課件為主，鮮有創(chuàng)新；教學(xué)方式以教師的教為主導(dǎo)，難以調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性等問(wèn)題。因此，機(jī)械原理課程改革不能止步于此，必須不斷深化。探討課程改革的深化方向，以期實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)綜合素質(zhì)高、創(chuàng)新能力強(qiáng)的高級(jí)工程技術(shù)人才的目標(biāo)，是非常值得探究的問(wèn)題。

二、教學(xué)內(nèi)容改革

在培養(yǎng)學(xué)生機(jī)械產(chǎn)品綜合設(shè)計(jì)能力的全局中，機(jī)械原理課程承擔(dān)著培養(yǎng)學(xué)生機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì)的重要任務(wù)。因此課程的教學(xué)內(nèi)容在強(qiáng)調(diào)典型機(jī)構(gòu)基本知識(shí)掌握的同時(shí)，還應(yīng)注重知識(shí)的系統(tǒng)性和完整性，并應(yīng)考慮本課程內(nèi)容與機(jī)械基礎(chǔ)其他系列課程內(nèi)容的有機(jī)銜接，使學(xué)生在剛剛接觸專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課時(shí)就能從機(jī)械產(chǎn)品綜合設(shè)計(jì)的全局角度理解、掌握和創(chuàng)新本課程所涉獵的知識(shí)。為此，課程可以考慮在如下方面進(jìn)行深入改革。

1.課堂教學(xué)內(nèi)容。傳統(tǒng)課堂教學(xué)中，單一機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)、分析要貫穿課程教學(xué)始終。這樣的教學(xué)內(nèi)容設(shè)置不利于學(xué)生養(yǎng)成完整性、系統(tǒng)性思維習(xí)慣，不利于學(xué)生掌握機(jī)械產(chǎn)品整體方案設(shè)計(jì)技能和增強(qiáng)方案創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力。因此，機(jī)械系統(tǒng)整體方案設(shè)計(jì)應(yīng)是教學(xué)的重點(diǎn)。課堂教學(xué)中應(yīng)逐步滲入機(jī)構(gòu)選型、機(jī)構(gòu)組合和變異、機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì)和評(píng)價(jià)方面的內(nèi)容，并使其逐步成為課堂教學(xué)的主導(dǎo)內(nèi)容。此外，還應(yīng)適度增加學(xué)科前沿中重要的新成果和新方法。凝練、精簡(jiǎn)傳統(tǒng)內(nèi)容，增加學(xué)科前沿內(nèi)容，緊跟科技發(fā)展動(dòng)態(tài)，不斷推陳出新，才能培養(yǎng)出創(chuàng)新意識(shí)強(qiáng)、創(chuàng)新思維活躍的創(chuàng)新型人才。

2.實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容。（1）課程設(shè)計(jì)：伴隨著強(qiáng)調(diào)機(jī)械系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)的課程內(nèi)容改革的實(shí)施，作為實(shí)踐環(huán)節(jié)之一的課程設(shè)計(jì)，必須將以機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析為主轉(zhuǎn)成以機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì)為主。課程設(shè)計(jì)的任務(wù)不能僅局限于對(duì)牛頭刨床、插床等機(jī)械系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析，而應(yīng)對(duì)有特定功能要求的機(jī)械系統(tǒng)進(jìn)行整體運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì)。當(dāng)然設(shè)計(jì)任務(wù)也要對(duì)典型機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)、運(yùn)動(dòng)特性分析等內(nèi)容進(jìn)行強(qiáng)化，不過(guò)不應(yīng)過(guò)分強(qiáng)調(diào)利用圖解法設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)和對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析，應(yīng)鼓勵(lì)學(xué)生利用工程軟件如ADAMS、Matlab等完成相應(yīng)設(shè)計(jì)任務(wù)[1]。這樣既訓(xùn)練了學(xué)生使用工程設(shè)計(jì)、分析軟件的能力，又使學(xué)生掌握在機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)和分析方面更為精確、使用更廣泛的解析法。（2）實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容：為增強(qiáng)學(xué)生的綜合設(shè)計(jì)能力和提高學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容需在傳統(tǒng)驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上增添綜合型和創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)。這兩類(lèi)實(shí)驗(yàn)要以機(jī)械系統(tǒng)整體運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì)為訓(xùn)練核心，拓展驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)的廣度、深度和難度，更具有應(yīng)用性、系統(tǒng)性和綜合性。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的設(shè)計(jì)應(yīng)以強(qiáng)化學(xué)生形成機(jī)械系統(tǒng)的整體觀念，使學(xué)生能夠感知包括機(jī)械原理在內(nèi)的機(jī)械基礎(chǔ)系列課程，如機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)械制造、幾何精度和互換性、機(jī)-電一體化等的基礎(chǔ)理論知識(shí)在機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的綜合運(yùn)用，并向?qū)W生展示機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì)在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的突出地位。

三、教學(xué)手段改革

教學(xué)手段是“教”與“學(xué)”之間的媒介，直接影響教學(xué)效率、教學(xué)效果和教學(xué)質(zhì)量。

1.課堂教學(xué)手段。歷經(jīng)十多年的教學(xué)手段改革，電子教案、多媒體課件和多媒體動(dòng)畫(huà)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于課堂教學(xué)中，這些多媒體教學(xué)手段在節(jié)省板書(shū)時(shí)間、提高教學(xué)效率、緩解學(xué)時(shí)縮短壓力、調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣等方面優(yōu)點(diǎn)突出。不過(guò)，要講解如此之多典型機(jī)構(gòu)的機(jī)械原理課堂上卻從未見(jiàn)教師使用過(guò)任何典型機(jī)構(gòu)教具給同學(xué)現(xiàn)場(chǎng)演示機(jī)構(gòu)的演化過(guò)程或運(yùn)動(dòng)特性等知識(shí)要點(diǎn)。學(xué)過(guò)化學(xué)的人一定會(huì)記得化學(xué)課上教師當(dāng)場(chǎng)演示化學(xué)試劑在化學(xué)器皿內(nèi)熱烈的化學(xué)反應(yīng)，這種現(xiàn)場(chǎng)的視覺(jué)沖擊，使學(xué)生對(duì)現(xiàn)象產(chǎn)生深刻的印象和對(duì)現(xiàn)象本質(zhì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的探究欲望。與此類(lèi)似，如果在機(jī)械原理課堂上，教師能夠通過(guò)機(jī)構(gòu)教具現(xiàn)場(chǎng)演示鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)過(guò)程，演示利用鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)演化出曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，并且繼續(xù)演化出導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)、搖塊機(jī)構(gòu)、定塊機(jī)構(gòu)等其他類(lèi)型四桿機(jī)構(gòu)的過(guò)程，一定能夠輕松觸發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，幫助學(xué)生深刻理解、掌握所學(xué)知識(shí)點(diǎn)，還能夠激發(fā)出學(xué)生創(chuàng)新設(shè)計(jì)的激情。

2.實(shí)踐教學(xué)手段。（1）開(kāi)發(fā)虛擬實(shí)驗(yàn)：在計(jì)算機(jī)技術(shù)高度發(fā)達(dá)的今天，在制造出實(shí)體機(jī)械產(chǎn)品之前，完全可以對(duì)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、制造、測(cè)試等過(guò)程在計(jì)算機(jī)構(gòu)造的虛擬開(kāi)發(fā)環(huán)境中進(jìn)行數(shù)字化模擬，即所謂的虛擬設(shè)計(jì)、虛擬制造。與此相仿，虛擬實(shí)驗(yàn)就是在計(jì)算機(jī)構(gòu)造的虛擬環(huán)境中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)[2]。相比傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)，虛擬實(shí)驗(yàn)具有實(shí)驗(yàn)范圍大，實(shí)驗(yàn)方法、過(guò)程多樣化，安全性高，場(chǎng)地、設(shè)備投入小，容易調(diào)動(dòng)實(shí)驗(yàn)者興趣等優(yōu)點(diǎn)。加上網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的參與，虛擬實(shí)驗(yàn)可以突破時(shí)間、空間和地域的限制，只要手邊有一臺(tái)可以聯(lián)網(wǎng)的電腦，實(shí)驗(yàn)者即可進(jìn)入實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。將信息技術(shù)與專(zhuān)業(yè)知識(shí)相結(jié)合開(kāi)發(fā)的虛擬實(shí)驗(yàn)變革了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ剑鋵?shí)驗(yàn)內(nèi)容的設(shè)計(jì)及實(shí)驗(yàn)開(kāi)設(shè)方式值得探討。（2）工程設(shè)計(jì)類(lèi)軟件應(yīng)用于課程設(shè)計(jì)中：商業(yè)軟件已廣泛用于產(chǎn)品研發(fā)設(shè)計(jì)的各個(gè)環(huán)節(jié)是毋庸置疑的事實(shí)。然而，因害怕學(xué)生對(duì)課程中的基本理論和基本方法缺少足夠的應(yīng)用訓(xùn)練，在課程設(shè)計(jì)中阻止學(xué)生使用商業(yè)軟件也是事實(shí)。這樣做不僅扼殺了學(xué)生的創(chuàng)造性，而且不利于培養(yǎng)學(xué)生對(duì)未來(lái)工作的適應(yīng)性。適當(dāng)提倡學(xué)生利用工程設(shè)計(jì)類(lèi)軟件輔助完成課程設(shè)計(jì)任務(wù)，例如：利用AutoCAD進(jìn)行圖解法的機(jī)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)；利用ADAMS進(jìn)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)分析和機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)；利用C語(yǔ)言等計(jì)算機(jī)語(yǔ)言或Matlab等工程計(jì)算軟件進(jìn)行諸如凸輪基圓半徑選取等理論計(jì)算，既可以磨煉學(xué)生的軟件操作技能，又可以使學(xué)生有更多的時(shí)間、精力用于方案設(shè)計(jì)訓(xùn)練。（3）教學(xué)方式和方法改革。多少年來(lái)，機(jī)械原理課程教學(xué)一直采用說(shuō)教式“教”和接受式“學(xué)”的教學(xué)方式。教學(xué)過(guò)程以教師為主，教師主動(dòng)灌輸，學(xué)生被動(dòng)接受。這種教學(xué)方式扼殺了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和積極性，泯滅了學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)[3]。因此將教學(xué)方式轉(zhuǎn)變成“以學(xué)生為主體、以教師為主導(dǎo)”的互動(dòng)式研究型教學(xué)方式是教學(xué)改革的又一重要任務(wù)。在教學(xué)活動(dòng)中，教師為主導(dǎo)，作精講引導(dǎo)，開(kāi)展啟發(fā)式教學(xué)；學(xué)生為主體，自主學(xué)習(xí)、研究探索和進(jìn)行個(gè)性化的實(shí)踐活動(dòng)。整個(gè)教學(xué)過(guò)程是師生交往、共同發(fā)展的互動(dòng)過(guò)程。這種教學(xué)方式能夠培養(yǎng)學(xué)生良好的自學(xué)能力，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維，提高學(xué)生提出問(wèn)題、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。將教學(xué)過(guò)程設(shè)計(jì)成一個(gè)個(gè)任務(wù)的完成過(guò)程，學(xué)生在完成任務(wù)的過(guò)程中探求知識(shí)，培養(yǎng)技能，發(fā)展個(gè)性。為此，在課堂教學(xué)中可以開(kāi)展有工程背景的案例教學(xué)或討論式教學(xué)；實(shí)踐教學(xué)中，探索由有能力的學(xué)生自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目、自主提出課程設(shè)計(jì)題目；課外適度增加需要學(xué)生自主研究的大作業(yè)和開(kāi)展有主題的科技訓(xùn)練和創(chuàng)新項(xiàng)目。教學(xué)方式、方法改革強(qiáng)調(diào)在教學(xué)的各個(gè)環(huán)節(jié)努力給學(xué)生營(yíng)造一個(gè)自主學(xué)習(xí)、合作探討、積極探索、開(kāi)放、有活力的培養(yǎng)環(huán)境。這種環(huán)境必須能夠提供給學(xué)生足夠多的學(xué)習(xí)資源，支持學(xué)生主動(dòng)探索。蓬勃發(fā)展的信息技術(shù)，特別是網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為環(huán)境的營(yíng)造提供了保障。通過(guò)網(wǎng)絡(luò)，學(xué)生便可輕松地獲取各類(lèi)信息、學(xué)習(xí)資源，選擇性地用于各種問(wèn)題的研究中。

經(jīng)過(guò)十多年的探索和實(shí)踐，機(jī)械原理課程教學(xué)改革積累了許多寶貴的經(jīng)驗(yàn)，但深化改革的任務(wù)仍然十分艱巨。我們必須以培養(yǎng)綜合素質(zhì)高、創(chuàng)新能力強(qiáng)的21世紀(jì)工程技術(shù)人才為目標(biāo)指引，充分融合飛速發(fā)展的信息技術(shù)，跟蹤學(xué)科前沿，與時(shí)俱進(jìn)，拓寬步伐，深化教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)手段和教學(xué)方式、方法改革。

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作者簡(jiǎn)介：王聰慧（1979-），女，遼寧法庫(kù)人，吉林大學(xué)機(jī)械科學(xué)與工程學(xué)院，講師，博士，從事機(jī)構(gòu)學(xué)和機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方向研究。