面向“卓越計劃”的機械原理課程教學方法改革

張洪雙+廖華麗+劉波+趙占西

摘要：為了提高“卓越計劃”機械原理課程教學的實踐性，提出了案例教學、啟發式教學等教學改革方法。圍繞機械原理課程中連桿機構的急回特性分析和周轉輪系的傳動比計算等方面對教學方法進行了改革嘗試。實踐表明，通過相關方法的實施和應用，學生能夠更好地把握課程的內容，提高學生對于課程內容的興趣，增強學習的主動性，達到更好的教學效果。

關鍵詞：卓越教育；機械原理；案例式教學；啟發式教學；教學方法改革

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2014）32-0050-02

一、簡介

我國提出的“卓越工程師教育培養計劃”（簡稱“卓越計劃”）旨在培養造就一大批創新能力強、適應經濟社會發展需要的高質量各類型工程技術人才。河海大學是首批卓越計劃的試點高校。卓越計劃建設對于課程內容體系，教育教學方法提出了不同的要求。機械原理課程是機械專業的基礎課，目前普遍存在著教學內容陳舊，教學方法不靈活等問題。為提高教學質量，需要在課程內容、教學方法和手段等方面進行改革，進而使得內容優化，方式靈活，內容豐富。在高校目前普遍的一個矛盾現象是教師在采用傳統的教學方法授課時，認真地準備每一節課，仔細地講每一個知識點，但收效甚微，課堂效果不理想，較難調動學生的學習積極性。所以如何活躍課堂的氣氛，提高學生的學習的主動性和積極性是一個亟待解決的問題。案例式教學由哈佛學院成功運用和實施，被認為是未來教育方向的成功教育模式，在我國已經20多年的發展過程，對我國高校的實踐教學方法改革有著較大的影響。案例式教學方法是指教師將一些典型、具有代表性的應用案例，結合具體的基本理論，啟發引導學生對于案例進行分析和討論，從而在分析的過程中將知識點、重點和難點貫穿到案例中，達到形象直觀的教學過程。這種方法側重于對于實際問題的分析和探討，從實踐到理論，符合人類的認知規律，既增強了學生對于實踐問題的體驗，也提高了學生運用理論知識分析問題的能力。并非所有的案例都適合課堂教學，案例的選擇要恰當、難度適中，符合課程知識的章節需求，服務于教學目標，正確引導主動性，使同學們能夠積極參與。啟發式（引導式）教學就是利用一定的誘因激發學生的學習動機，通過創建學習環境，激發學生探索問題的興趣，從而引導學生積極思考，使被動的學習模式轉換到主動的學習模式中。啟發式教學中教師主要是進行啟發和提出問題，學生在老師的啟發下主動的思考和解決問題。

二、連桿機構急回特性的案例式教學

在連桿機構的介紹中，引入急回特性時通常以曲柄搖桿機構為例。但是這樣的講解方法很難和實際工程的機構聯系到一起。學生在大學剛入學的實習過程中很早就接觸了一種具有急回特性的設備——牛頭刨床。通過牛頭刨床的影響資料，能夠快速地將同學引入到工作行程和空行程之間速度差異的問題中，然后將問題進行分析求解，則可達到事半功倍的效果。如圖1為牛頭刨床的模型和機構運動簡圖，通過該圖形可以引入從動件擺角和極位夾角的概念，并且明確該機構的從動件擺角和極位夾角相等。在搖桿BD往復運動的過程中，曲柄AB轉動的角度分別為180°+θ和180°-θ，從而推導出公式所示的行程速度變化系數的表達式。

k=■=■＼*MERGEFORMAT （1）

三、周轉輪系傳動比的啟發式（引導式）教學

輪系的應用可以追溯到我國古代指南車和記里鼓車，通過記里鼓車和指南車的故事引入輪系的分析，不僅可以提高同學們的學習興趣，還可以提高學生的民族自豪感。在分析周轉輪系的傳動比時，首先通過指南車的影像資料將學生帶入一個問題思考，然后將輪系的簡圖列出。如下頁圖2所示的指南車模型中，所有齒輪的齒數相同，車身轉彎時轉動的角速度為，速度瞬心距內外車輪的距離為R和R+L。當兩輪均與水平地面作純滾動時，不論車身在水平面如何轉彎，指針在水平面內的方向始終不變，從而實現指向不變的功能。當車身逆時針轉彎時，根據線速度相等原理，左輪的速度為：

ω1=■ω＼*MERGEFORMAT （2）

右輪的速度為：

ω2=■ω＼*MERGEFORMAT （3）

在圖2所示的輪系中，齒輪1、2、3和H構成了周轉輪系，齒輪1和齒輪3的角速度分別與左車輪和右車輪的大小相等，且兩者轉向相反。則該周轉輪系的傳動比計算公式為：

iH13=■=-■＼*MERGEFORMAT （4）

當車身以轉動時，若指針指向不變，則指針的角速度應該為-，將上述公式代入公式，可知要實現指針方向不變的功能，則要求輪徑D和輪距L相等。

四、結論

在機械原理課程的教學中，采用案例式和啟發式的教學方法和手段，可以提高學生對于課程的興趣，增強學生學習的主動性。在采用了上述方法后，學生們表現出濃厚的興趣，上課的熱情和積極性都得到了極大的提升，說明這類方法在教學方法改革中具有一定的價值，值得在更多的章節和知識點講解中采用。

參考文獻：

[1]林健.卓越工程師教育培養計劃通用標準研制[J].高等工程教育研究，2010，（4）.

[2]Zhang H S，Liao H，Liu B，Zhou J. Discussion on Education of Innovation and Practice Talents[J].Education and Education Management 2012，3.

[3]楊恩霞，王君.高校機械基礎課教學存在的問題與對策[J].教育探索，2013，（1）.

[4]郭兆正，尹作友，于鵬.典型案例教學法在單片機教學中的應用探索[J].渤海大學學報（自然科學版），2013，（1）.

[5]陳建潮，李洛，等.在程序設計課程中導入“案例式”教學方法[J].計算機教育，2007，4.

[6]師素娟.機械設計課程教學方法改革與探索[J].華北水利水電學院學報，2006，22（1）.

[7]申永勝.機械原理教程[M].第2版.北京：清華大學出版社，2009.

基金項目：面向“卓越計劃“的機械設計課程教學改革研究和實踐（XZX/13A001-25）；2013年江蘇省高等教育教改研究立項課題（2013JSJG121）。

作者簡介：張洪雙（1976-），男，吉林梅河口人，博士研究生，講師，研究方向：計算機輔助設計及制造。endprint

摘要：為了提高“卓越計劃”機械原理課程教學的實踐性，提出了案例教學、啟發式教學等教學改革方法。圍繞機械原理課程中連桿機構的急回特性分析和周轉輪系的傳動比計算等方面對教學方法進行了改革嘗試。實踐表明，通過相關方法的實施和應用，學生能夠更好地把握課程的內容，提高學生對于課程內容的興趣，增強學習的主動性，達到更好的教學效果。

關鍵詞：卓越教育；機械原理；案例式教學；啟發式教學；教學方法改革

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2014）32-0050-02

一、簡介

我國提出的“卓越工程師教育培養計劃”（簡稱“卓越計劃”）旨在培養造就一大批創新能力強、適應經濟社會發展需要的高質量各類型工程技術人才。河海大學是首批卓越計劃的試點高校。卓越計劃建設對于課程內容體系，教育教學方法提出了不同的要求。機械原理課程是機械專業的基礎課，目前普遍存在著教學內容陳舊，教學方法不靈活等問題。為提高教學質量，需要在課程內容、教學方法和手段等方面進行改革，進而使得內容優化，方式靈活，內容豐富。在高校目前普遍的一個矛盾現象是教師在采用傳統的教學方法授課時，認真地準備每一節課，仔細地講每一個知識點，但收效甚微，課堂效果不理想，較難調動學生的學習積極性。所以如何活躍課堂的氣氛，提高學生的學習的主動性和積極性是一個亟待解決的問題。案例式教學由哈佛學院成功運用和實施，被認為是未來教育方向的成功教育模式，在我國已經20多年的發展過程，對我國高校的實踐教學方法改革有著較大的影響。案例式教學方法是指教師將一些典型、具有代表性的應用案例，結合具體的基本理論，啟發引導學生對于案例進行分析和討論，從而在分析的過程中將知識點、重點和難點貫穿到案例中，達到形象直觀的教學過程。這種方法側重于對于實際問題的分析和探討，從實踐到理論，符合人類的認知規律，既增強了學生對于實踐問題的體驗，也提高了學生運用理論知識分析問題的能力。并非所有的案例都適合課堂教學，案例的選擇要恰當、難度適中，符合課程知識的章節需求，服務于教學目標，正確引導主動性，使同學們能夠積極參與。啟發式（引導式）教學就是利用一定的誘因激發學生的學習動機，通過創建學習環境，激發學生探索問題的興趣，從而引導學生積極思考，使被動的學習模式轉換到主動的學習模式中。啟發式教學中教師主要是進行啟發和提出問題，學生在老師的啟發下主動的思考和解決問題。

二、連桿機構急回特性的案例式教學

在連桿機構的介紹中，引入急回特性時通常以曲柄搖桿機構為例。但是這樣的講解方法很難和實際工程的機構聯系到一起。學生在大學剛入學的實習過程中很早就接觸了一種具有急回特性的設備——牛頭刨床。通過牛頭刨床的影響資料，能夠快速地將同學引入到工作行程和空行程之間速度差異的問題中，然后將問題進行分析求解，則可達到事半功倍的效果。如圖1為牛頭刨床的模型和機構運動簡圖，通過該圖形可以引入從動件擺角和極位夾角的概念，并且明確該機構的從動件擺角和極位夾角相等。在搖桿BD往復運動的過程中，曲柄AB轉動的角度分別為180°+θ和180°-θ，從而推導出公式所示的行程速度變化系數的表達式。

k=■=■＼*MERGEFORMAT （1）

三、周轉輪系傳動比的啟發式（引導式）教學

輪系的應用可以追溯到我國古代指南車和記里鼓車，通過記里鼓車和指南車的故事引入輪系的分析，不僅可以提高同學們的學習興趣，還可以提高學生的民族自豪感。在分析周轉輪系的傳動比時，首先通過指南車的影像資料將學生帶入一個問題思考，然后將輪系的簡圖列出。如下頁圖2所示的指南車模型中，所有齒輪的齒數相同，車身轉彎時轉動的角速度為，速度瞬心距內外車輪的距離為R和R+L。當兩輪均與水平地面作純滾動時，不論車身在水平面如何轉彎，指針在水平面內的方向始終不變，從而實現指向不變的功能。當車身逆時針轉彎時，根據線速度相等原理，左輪的速度為：

ω1=■ω＼*MERGEFORMAT （2）

右輪的速度為：

ω2=■ω＼*MERGEFORMAT （3）

在圖2所示的輪系中，齒輪1、2、3和H構成了周轉輪系，齒輪1和齒輪3的角速度分別與左車輪和右車輪的大小相等，且兩者轉向相反。則該周轉輪系的傳動比計算公式為：

iH13=■=-■＼*MERGEFORMAT （4）

當車身以轉動時，若指針指向不變，則指針的角速度應該為-，將上述公式代入公式，可知要實現指針方向不變的功能，則要求輪徑D和輪距L相等。

四、結論

在機械原理課程的教學中，采用案例式和啟發式的教學方法和手段，可以提高學生對于課程的興趣，增強學生學習的主動性。在采用了上述方法后，學生們表現出濃厚的興趣，上課的熱情和積極性都得到了極大的提升，說明這類方法在教學方法改革中具有一定的價值，值得在更多的章節和知識點講解中采用。

參考文獻：

[1]林健.卓越工程師教育培養計劃通用標準研制[J].高等工程教育研究，2010，（4）.

[2]Zhang H S，Liao H，Liu B，Zhou J. Discussion on Education of Innovation and Practice Talents[J].Education and Education Management 2012，3.

[3]楊恩霞，王君.高校機械基礎課教學存在的問題與對策[J].教育探索，2013，（1）.

[4]郭兆正，尹作友，于鵬.典型案例教學法在單片機教學中的應用探索[J].渤海大學學報（自然科學版），2013，（1）.

[5]陳建潮，李洛，等.在程序設計課程中導入“案例式”教學方法[J].計算機教育，2007，4.

[6]師素娟.機械設計課程教學方法改革與探索[J].華北水利水電學院學報，2006，22（1）.

[7]申永勝.機械原理教程[M].第2版.北京：清華大學出版社，2009.

基金項目：面向“卓越計劃“的機械設計課程教學改革研究和實踐（XZX/13A001-25）；2013年江蘇省高等教育教改研究立項課題（2013JSJG121）。

作者簡介：張洪雙（1976-），男，吉林梅河口人，博士研究生，講師，研究方向：計算機輔助設計及制造。endprint

摘要：為了提高“卓越計劃”機械原理課程教學的實踐性，提出了案例教學、啟發式教學等教學改革方法。圍繞機械原理課程中連桿機構的急回特性分析和周轉輪系的傳動比計算等方面對教學方法進行了改革嘗試。實踐表明，通過相關方法的實施和應用，學生能夠更好地把握課程的內容，提高學生對于課程內容的興趣，增強學習的主動性，達到更好的教學效果。

關鍵詞：卓越教育；機械原理；案例式教學；啟發式教學；教學方法改革

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2014）32-0050-02

一、簡介

我國提出的“卓越工程師教育培養計劃”（簡稱“卓越計劃”）旨在培養造就一大批創新能力強、適應經濟社會發展需要的高質量各類型工程技術人才。河海大學是首批卓越計劃的試點高校。卓越計劃建設對于課程內容體系，教育教學方法提出了不同的要求。機械原理課程是機械專業的基礎課，目前普遍存在著教學內容陳舊，教學方法不靈活等問題。為提高教學質量，需要在課程內容、教學方法和手段等方面進行改革，進而使得內容優化，方式靈活，內容豐富。在高校目前普遍的一個矛盾現象是教師在采用傳統的教學方法授課時，認真地準備每一節課，仔細地講每一個知識點，但收效甚微，課堂效果不理想，較難調動學生的學習積極性。所以如何活躍課堂的氣氛，提高學生的學習的主動性和積極性是一個亟待解決的問題。案例式教學由哈佛學院成功運用和實施，被認為是未來教育方向的成功教育模式，在我國已經20多年的發展過程，對我國高校的實踐教學方法改革有著較大的影響。案例式教學方法是指教師將一些典型、具有代表性的應用案例，結合具體的基本理論，啟發引導學生對于案例進行分析和討論，從而在分析的過程中將知識點、重點和難點貫穿到案例中，達到形象直觀的教學過程。這種方法側重于對于實際問題的分析和探討，從實踐到理論，符合人類的認知規律，既增強了學生對于實踐問題的體驗，也提高了學生運用理論知識分析問題的能力。并非所有的案例都適合課堂教學，案例的選擇要恰當、難度適中，符合課程知識的章節需求，服務于教學目標，正確引導主動性，使同學們能夠積極參與。啟發式（引導式）教學就是利用一定的誘因激發學生的學習動機，通過創建學習環境，激發學生探索問題的興趣，從而引導學生積極思考，使被動的學習模式轉換到主動的學習模式中。啟發式教學中教師主要是進行啟發和提出問題，學生在老師的啟發下主動的思考和解決問題。

二、連桿機構急回特性的案例式教學

在連桿機構的介紹中，引入急回特性時通常以曲柄搖桿機構為例。但是這樣的講解方法很難和實際工程的機構聯系到一起。學生在大學剛入學的實習過程中很早就接觸了一種具有急回特性的設備——牛頭刨床。通過牛頭刨床的影響資料，能夠快速地將同學引入到工作行程和空行程之間速度差異的問題中，然后將問題進行分析求解，則可達到事半功倍的效果。如圖1為牛頭刨床的模型和機構運動簡圖，通過該圖形可以引入從動件擺角和極位夾角的概念，并且明確該機構的從動件擺角和極位夾角相等。在搖桿BD往復運動的過程中，曲柄AB轉動的角度分別為180°+θ和180°-θ，從而推導出公式所示的行程速度變化系數的表達式。

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三、周轉輪系傳動比的啟發式（引導式）教學

輪系的應用可以追溯到我國古代指南車和記里鼓車，通過記里鼓車和指南車的故事引入輪系的分析，不僅可以提高同學們的學習興趣，還可以提高學生的民族自豪感。在分析周轉輪系的傳動比時，首先通過指南車的影像資料將學生帶入一個問題思考，然后將輪系的簡圖列出。如下頁圖2所示的指南車模型中，所有齒輪的齒數相同，車身轉彎時轉動的角速度為，速度瞬心距內外車輪的距離為R和R+L。當兩輪均與水平地面作純滾動時，不論車身在水平面如何轉彎，指針在水平面內的方向始終不變，從而實現指向不變的功能。當車身逆時針轉彎時，根據線速度相等原理，左輪的速度為：

ω1=■ω＼*MERGEFORMAT （2）

右輪的速度為：

ω2=■ω＼*MERGEFORMAT （3）

在圖2所示的輪系中，齒輪1、2、3和H構成了周轉輪系，齒輪1和齒輪3的角速度分別與左車輪和右車輪的大小相等，且兩者轉向相反。則該周轉輪系的傳動比計算公式為：

iH13=■=-■＼*MERGEFORMAT （4）

當車身以轉動時，若指針指向不變，則指針的角速度應該為-，將上述公式代入公式，可知要實現指針方向不變的功能，則要求輪徑D和輪距L相等。

四、結論

在機械原理課程的教學中，采用案例式和啟發式的教學方法和手段，可以提高學生對于課程的興趣，增強學生學習的主動性。在采用了上述方法后，學生們表現出濃厚的興趣，上課的熱情和積極性都得到了極大的提升，說明這類方法在教學方法改革中具有一定的價值，值得在更多的章節和知識點講解中采用。

參考文獻：

[1]林健.卓越工程師教育培養計劃通用標準研制[J].高等工程教育研究，2010，（4）.

[2]Zhang H S，Liao H，Liu B，Zhou J. Discussion on Education of Innovation and Practice Talents[J].Education and Education Management 2012，3.

[3]楊恩霞，王君.高校機械基礎課教學存在的問題與對策[J].教育探索，2013，（1）.

[4]郭兆正，尹作友，于鵬.典型案例教學法在單片機教學中的應用探索[J].渤海大學學報（自然科學版），2013，（1）.

[5]陳建潮，李洛，等.在程序設計課程中導入“案例式”教學方法[J].計算機教育，2007，4.

[6]師素娟.機械設計課程教學方法改革與探索[J].華北水利水電學院學報，2006，22（1）.

[7]申永勝.機械原理教程[M].第2版.北京：清華大學出版社，2009.

基金項目：面向“卓越計劃“的機械設計課程教學改革研究和實踐（XZX/13A001-25）；2013年江蘇省高等教育教改研究立項課題（2013JSJG121）。

作者簡介：張洪雙（1976-），男，吉林梅河口人，博士研究生，講師，研究方向：計算機輔助設計及制造。endprint