基于實驗的機械原理綜合訓練教學方法探索

白琨

摘要：以新型學科專業(yè)建設路徑為導向，合肥學院對機械電子工程專業(yè)培養(yǎng)方案進行了調整，改變了原有的機械原理培養(yǎng)和教學方式，取消了課內實驗，增開了機械原理綜合訓練課程。文章分析比較了機械原理實驗和機械原理綜合訓練的教學特點，設計了機械原理綜合訓練的教學內容，在課程設計中融入了實驗教學，彌補了機械原理課程0實驗的不足，基于實驗對機械原理綜合訓練的教學方法進行了有益的探索。

Abstract： Guided by the path of new discipline construction，Hefei University has adjusted the training program of mechanical and electronic engineering.The original mechanical principle training and teaching methods have been changed.The experiment in class was cancelled and the comprehensive training course of mechanical principle was added.This paper analyzes and compares the teaching characteristics of mechanical principle experiment and mechanical principle comprehensive training.The teaching content of comprehensive training of mechanical principle is designed.Experimental teaching is integrated into the curriculum design.It makes up for the deficiency of no experiment in the course of mechanical principle.Based on the experiment， the teaching method of comprehensive training of mechanical principle is explored.

關鍵詞：機械原理;結合訓練;實驗;教學方法

Key words： mechanical principle;combined training;experiment;teaching method

中圖分類號：G42;G64? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2020）24-0236-02

0? 引言

2017年教育部印發(fā)了《教育部辦公廳關于推薦新工科研究與實踐項目的通知》（教高廳函〔2017〕33號）。根據通知精神，在新經濟環(huán)境下，新型學科專業(yè)的建設路徑將是：“預測未來人才市場需求——改造升級現有專業(yè)——調整完善現有學科”。從單純“以學科為基礎”向注重“以市場為導向”的轉變，已經成為高校各類學科專業(yè)人才培養(yǎng)的共識。基于此，合肥學院對機械電子工程專業(yè)2018級培養(yǎng)方案進行了修定調整，去除了《機械原理》實驗，新增設了《機械原理綜合訓練》。該課程是配合專業(yè)基礎類學位課程《機械原理》而設立的實踐教學課程，定位為課程設計，學時為一周，學分1.5。以往《機械原理》配套有8個學時的實驗教學，學分0.5。由此可以看出，無論教學的形式還是學時設置都發(fā)生了根本的變化，相應的教學思路和教學內容也進行了根本的改變，從原來的以實驗為主、加強學生對專業(yè)基礎知識的理解為主要目的，改變成現在的以加強學生實際工程設計能力為主，同時讓學生了解經典實驗原理、加深機械原理感性認識為輔的教學目的。

1? 機械原理實驗教學的特點

原有的培養(yǎng)方案中機械原理課程設置了理論和實驗部分，其教學結構如圖1所示。

從在培養(yǎng)體系中的地位看。實驗教學服務于理論課教學，所占學分比例較少，以培養(yǎng)學生的感性認知為主。

從教學內容上看。機械原理實驗通常以驗證型和演示性實驗項目為主，教學內容簡單、學習形式枯燥、單個實驗目標與工程設計不直接關聯，導制學生學習的主動性、積極性不強。

從教學時長上看。普遍只有8個學時的實驗教學。時長限制了實驗內容的安排，只能安排一些簡單的演示、驗證類實驗。

從創(chuàng)新性實驗的安排上看。為了契合實驗教學需要增加創(chuàng)新性實驗內容的教學改革方向，通常機械原理實驗會增加“機械運動方案創(chuàng)新設計實驗”。這一類實驗要求學生首先進行運動方案的設計，其次將可行的運動方案搭接在實驗平臺上，最后通過電機帶動使機構運行起來，進而觀察各個構件的動行特點，最終達到強化理論知識的效果。這一實驗的設置出發(fā)點是好的，但在實際操作過程中受到學時的限制等因素的影響，學生在設計過程中缺少了必要的計算過程，從運動方案的示意圖直接過渡到動手搭接，桿件長度的選擇、各桿件間的位置關系等都是從隨意選取開始的。學生在完成一個方案的搭接過程中，有很大一部分時間浪費在了試錯、糾錯上。這種方式不符合機構設計的通用步驟，雖然培養(yǎng)了學生的創(chuàng)新意識，但同時也不利于學生建立正確的設計思維。

2? 課程設計教學的特點

調整后的培養(yǎng)方案中機械原理課程取消了實驗部分，另外增加了一門獨立的課程——機械原理綜合訓練。整體學分從原來的3.5學分增加到4.5學分。其教學結構如圖2所示。

從在培養(yǎng)體系中的地位看。課程設計是獨立于機械原理課程，同時又服務于機械原理的課程。所占學分比例較大，以培養(yǎng)學生的綜合設計能力為主。

從教學內容上看。“高等學校機械原理課程基本要求”中對機械原理課程設計提出的要求是：“結合一個簡單的機械系統，綜合運用所學理論和方法，使學生受到擬定機械運動方案的初步訓練，并能對方案中某些機構進行分析和設計”[1]。

從教學時長上看。機械原理課程設計通常安排1周或1.5周，是機械原理實驗時長的5倍。

從創(chuàng)新性上看。機械原理課程設計教學內容主要是從工程實際出發(fā)，根據給定參數，針對某一經典機構進行設計。學生在此過程中重點是學習掌握設計流程、設計方法，受教學時長的影響，對機構進行創(chuàng)新性設計一般不在教學范圍內。

3? 機械原理綜合訓練的教學安排

通過對實驗教學和課程設計教學的分析、對比發(fā)現：實驗教學課時少、實驗項目之間聯系較少、創(chuàng)新性設計實驗缺少計算過程;而課程設計雖然教學時間增加了，但是教學內容主要以計算為主，缺少對機構必要的感性認識和實踐動手過程。針對此問題，合肥學院機械電子工程專業(yè)在機械原理課程設計的基礎上融入了機械原理實驗，保留了機械原理實驗中的機構認識實驗、機器拆裝實驗、齒輪范成原理實驗，并以機器拆裝實驗中所用的沖壓機為設計對象，進行沖壓機構的設計。這有效的解決了由于取消實驗課時而帶來的學生感性認識缺乏的問題。機械原理綜合訓練的教學安排，出發(fā)點是將實驗教學和課程設計教學融合起來、揚長避短，達到最優(yōu)的教學效果。以CS-Ⅰ型沖壓機及送料裝置沖壓部件的設計為例，如圖3所示。教學流程如圖4所示。

機器認識：結合機構認識展柜，通過觀察沖壓機的運行狀態(tài)，按工藝動作要求擬定運動循環(huán)圖;分析該機器中的機構類型，并對各類機構的特點進行簡要說明;利用范成儀模擬齒輪的加工過程，并對加工結果進行分析。

沖壓機構（4、6、7、8）的設計及運動分析：在SolideWork中設計沖壓機構，作機構運動簡圖;用圖解法求出各構件的長度;用圖解法分析滑塊的速度和加速度。

4? 結語

《機械原理綜合訓練》是合肥學院機械電子工程專業(yè)培養(yǎng)學生較強的工程實踐能力及創(chuàng)新精神的獨立模塊之一，是與《機械設計》模塊密切聯系的一個重要實踐環(huán)節(jié)。本模塊重構了教學內容（有別于其他專業(yè)為配合機械設計課程而設置的課程內實驗），在常規(guī)機械原理課程中相對獨立的各項實驗間建立起聯系，突出訓練的整體性、綜合性和實踐應用性，進一步體現理實一體化的理念。通過本模塊的的訓練，培養(yǎng)學生理論聯系實際的設計思想，訓練學生綜合運用機械原理課程的理論知識，并結合生產實際來分析和解決工程問題的能力。通過制定設計方案、合理選擇機構的類型、正確地對機構的運動和受力進行分析和計算，讓學生對機構設計有一個較完整的概念，獲得計算、制圖訓練，收集、運用設計資料以及數據處理及誤差分析的能力。為進一步學習后續(xù)專業(yè)模塊和今后從事機械設計等方面的工作打下必備的基礎。

參考文獻：

[1]陸鳳儀.機械原理課程設計[M].第2版.機械工業(yè)出版社，北京：2011.3.

[2]聶陽文，胡星，閆磊.機械原理實驗教學改革探討[J].中國教育技術裝備，2015，7（14）：155-156.

[3]韓二豹.基于分步法的機械原理教學方法探索[J].新技術新工藝，2015，8：105-106.

[4]顧文斌，廖華麗，王延杰.面向工程素質培養(yǎng)的機械原理實驗教學改革與創(chuàng)新[J].2018，9（7）：93-97.