摘要：機(jī)械原理課程中的機(jī)構(gòu)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維、創(chuàng)新能力有重要作用，本文從教學(xué)的目標(biāo)、要求、內(nèi)容、實(shí)施等方面介紹了開展基于三維軟件的機(jī)構(gòu)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)的必要性和可行性，為開放型實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革做了一些探索和實(shí)踐。

關(guān)鍵詞：三維軟件；機(jī)構(gòu)創(chuàng)新；實(shí)驗(yàn)教學(xué)

中圖分類號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9599 （2012） 24-0232-02

1 引言

機(jī)械原理是機(jī)械類專業(yè)中研究機(jī)械共性問題的一門主干技術(shù)基礎(chǔ)課程，是我校機(jī)械類各專業(yè)學(xué)生必修的技術(shù)基礎(chǔ)課，授課面廣，學(xué)生人數(shù)多。它的任務(wù)是使學(xué)生掌握機(jī)構(gòu)學(xué)和機(jī)械動(dòng)力學(xué)的基本理論、基本知識(shí)、基本技能，并初步具有確定機(jī)械運(yùn)動(dòng)方案，分析和設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)的能力。它具有增強(qiáng)學(xué)生對(duì)機(jī)械技術(shù)工作的適應(yīng)性，培養(yǎng)其開發(fā)創(chuàng)新能力的作用。

為了達(dá)到本課程的學(xué)習(xí)目標(biāo)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)是一個(gè)不可缺少的重要環(huán)節(jié)。既使學(xué)生加深基本理論知識(shí)的理解和應(yīng)用，又能使學(xué)生進(jìn)行必要的基本操作和基本技能訓(xùn)練，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和求知欲望，從而培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)，是實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)的主要任務(wù)。

2 機(jī)械原理創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)的現(xiàn)狀和改革趨勢(shì)

目前，國(guó)內(nèi)部分工科院校在保持機(jī)械原理傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的基礎(chǔ)上，加開了基于創(chuàng)新方案實(shí)驗(yàn)臺(tái)的機(jī)構(gòu)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)，主要實(shí)驗(yàn)內(nèi)容是完成預(yù)定方案的硬件搭接操作，作出簡(jiǎn)單的方案分析和設(shè)計(jì)。通過搭接各種不同的平面機(jī)構(gòu)，增加了對(duì)機(jī)構(gòu)的直觀的認(rèn)識(shí)，培養(yǎng)了學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力。但基于機(jī)構(gòu)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)臺(tái)，受其結(jié)構(gòu)和功能所限，只能搭接簡(jiǎn)單的平面機(jī)構(gòu)，而且機(jī)構(gòu)分析和修改困難，所以不能完全適應(yīng)學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的需要。

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，國(guó)內(nèi)外優(yōu)秀的CAD/CAE軟件在我國(guó)工程領(lǐng)域和教育領(lǐng)域應(yīng)用面的不斷擴(kuò)大，主流的三維設(shè)計(jì)軟件，如Ug、SolidWorks，正在逐漸成為工程上普遍采用的設(shè)計(jì)工具，而且與其集成的三維動(dòng)力學(xué)仿真分析軟件應(yīng)用也越來越廣泛。隨著我校計(jì)算機(jī)設(shè)備的更新及三維設(shè)計(jì)軟件教學(xué)的展開，也為基于三維軟件的開放型機(jī)構(gòu)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)提供了平臺(tái)。

在機(jī)構(gòu)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)中引入三維設(shè)計(jì)及分析軟件，可以使機(jī)構(gòu)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)與先進(jìn)的三維虛擬仿真分析技術(shù)相結(jié)合，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力有重要的實(shí)踐意義。

3 機(jī)構(gòu)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)的目標(biāo)、要求和具體內(nèi)容

3.1 目標(biāo)和要求。機(jī)構(gòu)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)的目標(biāo)：提高機(jī)構(gòu)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)水平，在機(jī)械運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì)方面激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)，提高創(chuàng)新能力；使學(xué)生在應(yīng)用三維設(shè)計(jì)及仿真分析軟件上得到充分訓(xùn)練，掌握基本的機(jī)構(gòu)分析和設(shè)計(jì)方法，增強(qiáng)實(shí)踐能力。

開展基于三維設(shè)計(jì)及仿真分析軟件的機(jī)構(gòu)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革，首先應(yīng)做好以下兩個(gè)方面的工作：

（1）機(jī)構(gòu)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的總體規(guī)劃。深入研究機(jī)械原理課程體系和實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的開設(shè)情況，重新規(guī)劃實(shí)驗(yàn)教學(xué)大綱和內(nèi)容，必要時(shí)對(duì)理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容和學(xué)時(shí)作適當(dāng)調(diào)整，把基于三維仿真軟件的機(jī)構(gòu)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)貫穿于機(jī)械原理課程體系的每一個(gè)環(huán)節(jié)，為全面實(shí)施創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)創(chuàng)造條件。

（2）機(jī)構(gòu)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的具體開發(fā)。結(jié)合機(jī)械原理教學(xué)大綱要求和生產(chǎn)生活實(shí)際確定命題方向，提出實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，確定實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，制定實(shí)施方案。最終形成5-8個(gè)實(shí)驗(yàn)命題方向，把握題目難度、范圍、工作量，建立完整的指導(dǎo)與評(píng)價(jià)體系，保證最終實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目的完成質(zhì)量。

3.2 具體實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。根據(jù)機(jī)構(gòu)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的總體目標(biāo)和要求，確定以下具體實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：根據(jù)工作原理確定機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)方案，并作必要設(shè)計(jì)計(jì)算；手繪或用二維繪圖軟件繪制總體布局圖；三維建模，驗(yàn)證機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)方案；按要求對(duì)機(jī)械進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析或力分析；對(duì)設(shè)計(jì)做出評(píng)價(jià)和修改；整理完整的設(shè)計(jì)計(jì)算說明書。

4 機(jī)構(gòu)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)的組織實(shí)施

機(jī)構(gòu)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)要求學(xué)生以“個(gè)體-團(tuán)隊(duì)”形式開展，分組后每組成員獨(dú)立完成、獨(dú)立考核，擇優(yōu)推進(jìn)實(shí)驗(yàn)進(jìn)程。比如：運(yùn)動(dòng)方案擬定階段，團(tuán)隊(duì)內(nèi)每個(gè)學(xué)生都要出獨(dú)立方案，擇優(yōu)完善后進(jìn)入建模階段；建模階段再獨(dú)立工作，擇優(yōu)完善后進(jìn)入分析階段。鼓勵(lì)每個(gè)組作出最優(yōu)結(jié)果，再由指導(dǎo)教師或答辯組老師綜合評(píng)價(jià)。該實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ奖ＷC了學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的普遍性和基礎(chǔ)性。

機(jī)構(gòu)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)施環(huán)節(jié)的幾點(diǎn)注意事項(xiàng)：

4.1 機(jī)構(gòu)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容包括運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì)、驗(yàn)證、分析、評(píng)價(jià)、優(yōu)選等，占用時(shí)間多，應(yīng)該注意機(jī)構(gòu)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)與理論教學(xué)、課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的融合和統(tǒng)籌?？梢圆捎脛?chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)任務(wù)提前布置，在理論教學(xué)中間完成方案擬定和部分實(shí)驗(yàn)，在課程設(shè)計(jì)階段作最終的分析和設(shè)計(jì)，分階段考核評(píng)價(jià)的方法來實(shí)施。

4.2 學(xué)生課內(nèi)三維設(shè)計(jì)軟件學(xué)習(xí)內(nèi)容及掌握程度還不能獨(dú)立使用三維設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，所以實(shí)驗(yàn)期間要有針對(duì)性地加強(qiáng)軟件應(yīng)用的輔導(dǎo)工作。另外，采用團(tuán)隊(duì)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ?，通過合理分工，優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，保證實(shí)驗(yàn)順利進(jìn)行。

4.3 基于三維仿真軟件的機(jī)構(gòu)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)采用新模式、新手段，相對(duì)組織實(shí)施經(jīng)驗(yàn)少，所以還不能在擬開課班級(jí)全面展開，先在試點(diǎn)專業(yè)、試點(diǎn)班級(jí)組織實(shí)施，積累一定組織經(jīng)驗(yàn)后再全面推開。

5 我校實(shí)施機(jī)構(gòu)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)的一點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)

目前我校確定的機(jī)構(gòu)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)的命題領(lǐng)域及方向共有8個(gè)：環(huán)保/環(huán)衛(wèi)、家用/廚衛(wèi)、輸送/倉儲(chǔ)、農(nóng)業(yè)收獲/加工、包裝/拆解、玩具/娛樂、助殘/健身、特定工藝加工機(jī)械等。

為了保證學(xué)生的工作量和難度適中，要求在機(jī)械設(shè)計(jì)中主要突出機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)方案的擬定和機(jī)械傳動(dòng)與執(zhí)行部分的設(shè)計(jì)，要求傳動(dòng)方案中至少含有兩種常用機(jī)構(gòu)且有4-8個(gè)傳動(dòng)構(gòu)件，要求有必要的設(shè)計(jì)計(jì)算（不包括強(qiáng)度分析）和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

評(píng)價(jià)內(nèi)容主要有選題評(píng)價(jià)（實(shí)用性、創(chuàng)新性）、設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)（方案可行性、結(jié)構(gòu)合理性、進(jìn)度把握性、計(jì)算嚴(yán)謹(jǐn)性、經(jīng)濟(jì)性）、答辯效果（功能演示、講解、答辯）、入檔資料（計(jì)算說明書、方案草圖、模型及仿真分析結(jié)果）等。

通過兩個(gè)專業(yè)8個(gè)試點(diǎn)班教學(xué)實(shí)踐，使學(xué)生在機(jī)械運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì)、三維設(shè)計(jì)及仿真分析軟件應(yīng)用以及團(tuán)隊(duì)合作攻關(guān)方面，得到了較高水平的訓(xùn)練，激發(fā)了創(chuàng)新意識(shí)，增強(qiáng)了實(shí)踐能力。目前正在進(jìn)行教學(xué)改革成果的進(jìn)一步推廣，使之具有可持續(xù)性，逐步把我校全部機(jī)械類學(xué)生納入的教改范圍。

6 機(jī)構(gòu)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的意義

基于三維軟件的機(jī)構(gòu)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)不僅豐富了教學(xué)內(nèi)容，拓寬了機(jī)械原理教學(xué)體系，而且培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)踐能力，增強(qiáng)了學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作意識(shí)和學(xué)習(xí)能力。同時(shí)，在教學(xué)改革中激發(fā)了教師求真務(wù)實(shí)的工作熱情，調(diào)動(dòng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，取得了很好的教學(xué)效果。

基于三維軟件的機(jī)構(gòu)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革符合機(jī)械原理課程的建設(shè)目標(biāo)和發(fā)展要求，把握了高等工科院校培養(yǎng)高素質(zhì)、高技能人才的總體目標(biāo)，為培養(yǎng)學(xué)生專業(yè)方面的創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力做出了一定的探索和實(shí)踐。

參考文獻(xiàn)：

[1]張璞，李曉紅.論創(chuàng)新與創(chuàng)新教育[J].當(dāng)代教育論壇，2005（5）.

[2]張鐵.創(chuàng)新思維與設(shè)計(jì)[M].北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2005.

[3]謝俊，尹小琴，馬履中.機(jī)械原理及設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)創(chuàng)新能力的培養(yǎng)[J].山東教育學(xué)院學(xué)報(bào)，2006（4）.

[4]楊叔子，張福潤(rùn).創(chuàng)新之根在實(shí)踐[J].高等工程教育研究，2001（2）.

[5]劉雪洪.改變教學(xué)觀念培養(yǎng)創(chuàng)新人才[J].高教論壇，2005（6）.

[6]孫桓，陳作模，葛文杰.機(jī)械原理[M].北京：高等教育出版社，2006.