劉萬(wàn)鋒 曾斌

摘? 要：針對(duì)目前機(jī)械原理教學(xué)中存在的不足，提出了與創(chuàng)新項(xiàng)目相結(jié)合的機(jī)械原理教學(xué)方法改革，探索了從建立典型機(jī)械創(chuàng)新項(xiàng)目、建立三維軟件的機(jī)械原理創(chuàng)新項(xiàng)目、建立開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室、“以賽促學(xué)”、融入教師科研項(xiàng)目、優(yōu)化課程設(shè)計(jì)教學(xué)等方面培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力。通過(guò)項(xiàng)目的實(shí)施，使學(xué)生掌握了機(jī)械原理課程的基本概念，并提高學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性，加強(qiáng)了學(xué)生的實(shí)踐能力，顯著提升了學(xué)生的創(chuàng)新能力。

關(guān)鍵詞：機(jī)械原理? 教學(xué)改革? 創(chuàng)新能力? 機(jī)械產(chǎn)品

中圖分類(lèi)號(hào)：TH111? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1672-3791（2020）12（b）-0127-03

Abstract： Aiming at insufficiencies in mechanisms and machine theory teaching at present， the reformation of the teaching method for mechanical principle is provided combined with the innovate design project. The measure includes the establishment of typical mechanical innovation project， three-dimensional software of mechanical innovation project for mechanisms and machine theory， open laboratory， promoting learning through competition， the combination with the teache's scientific research and optimizing course design teaching. The projects are carried out and by these measures， the students master the basic concept of mechanical principle. Many kinds of ability， including the learning motivation， the practical ability， have improved. The knowledge of the theory of machines and ability of innovate design is improved greatly for the students.

Key Words： Mechanical principle; Teaching reform; Innovation capacity; Mechanical product

機(jī)械原理以介紹三大常用機(jī)構(gòu)包括連桿機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)、齒輪機(jī)構(gòu)，并對(duì)三大常用機(jī)構(gòu)進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析、力分析和運(yùn)動(dòng)分析，讓學(xué)生具備對(duì)簡(jiǎn)單機(jī)構(gòu)產(chǎn)品進(jìn)行方案設(shè)計(jì)的能力?！皺C(jī)械原理”是機(jī)械類(lèi)本科專(zhuān)業(yè)的一門(mén)專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課[1]，對(duì)機(jī)械類(lèi)學(xué)生后續(xù)課程的學(xué)習(xí)具有深刻的影響。雖然課程重要，但課程理論性強(qiáng)，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中經(jīng)常感覺(jué)到枯燥和無(wú)趣。同時(shí)由于課程內(nèi)知識(shí)點(diǎn)之間的關(guān)聯(lián)性強(qiáng)，一旦有部分內(nèi)容沒(méi)有理解，直接會(huì)影響到后續(xù)課程的學(xué)習(xí)[2-4]。因此，如何有效地培養(yǎng)學(xué)習(xí)興趣和提高學(xué)習(xí)效率，是高校教師的一個(gè)非常具有技術(shù)性的課題研究方向[5-7]。

湖南文理學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院根據(jù)自身的學(xué)科專(zhuān)業(yè)優(yōu)勢(shì)，圍繞學(xué)?！暗胤叫?、開(kāi)放式、國(guó)際化”的辦學(xué)定位，以促進(jìn)就業(yè)為導(dǎo)向的辦學(xué)思路，以新工科理念為引領(lǐng)，始終堅(jiān)持以學(xué)科建設(shè)為龍頭，以教學(xué)為中心，按照“實(shí)基礎(chǔ)、重應(yīng)用、強(qiáng)能力、出特色”的人才培養(yǎng)目標(biāo)，在專(zhuān)業(yè)辦學(xué)過(guò)程中，經(jīng)過(guò)多年的沉淀和發(fā)展，形成了了一套自己的專(zhuān)業(yè)辦學(xué)特色。其中，為了實(shí)現(xiàn)學(xué)生更好的學(xué)習(xí)效果，學(xué)院力促教學(xué)團(tuán)隊(duì)的成立，鼓勵(lì)教師創(chuàng)建精品課程?！稒C(jī)械原理》作為一門(mén)重要的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課，是最早成立教學(xué)團(tuán)隊(duì)和進(jìn)行線上建設(shè)的課程。目前《機(jī)械原理》課程除了建設(shè)完成豐富的線上資源外，還針對(duì)課程特點(diǎn)，形成了與機(jī)械產(chǎn)品項(xiàng)目相結(jié)合的教學(xué)特點(diǎn)，在學(xué)生中獲得了一致好評(píng)。

1? 與機(jī)械產(chǎn)品相結(jié)合的機(jī)械原理課程教學(xué)

1.1 典型機(jī)械創(chuàng)新項(xiàng)目的建立

機(jī)械創(chuàng)新項(xiàng)目的建立是實(shí)現(xiàn)此課題的前提條件。要能針對(duì)教學(xué)中的重點(diǎn)，進(jìn)行項(xiàng)目的選擇，恰當(dāng)?shù)卦O(shè)疑，引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)思維，定向探索問(wèn)題，建立一些密切聯(lián)系工程實(shí)際并激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新能力的優(yōu)秀項(xiàng)目。例如雨刮刷、工業(yè)機(jī)器人、車(chē)門(mén)閉合裝置、停車(chē)裝置等。通過(guò)項(xiàng)目實(shí)施，將理論知識(shí)與具體機(jī)構(gòu)直接聯(lián)系。讓學(xué)生觀察典型機(jī)構(gòu)創(chuàng)新項(xiàng)目的結(jié)構(gòu)組成和運(yùn)動(dòng)方式，通過(guò)對(duì)具體機(jī)構(gòu)的觀察和分析，讓學(xué)生帶著問(wèn)題去學(xué)習(xí)，可極大地提高學(xué)生對(duì)于機(jī)械原理學(xué)習(xí)的興趣。然而，目前典型機(jī)械創(chuàng)新項(xiàng)目還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，還需要從課堂內(nèi)、外繼續(xù)收集材料，并在已經(jīng)建立的項(xiàng)目上進(jìn)一步進(jìn)行篩選，得到更適合、更具代表意義的項(xiàng)目課題。

1.2 基于三維軟件的機(jī)械原理創(chuàng)新項(xiàng)目的建立

“機(jī)械原理”課程中需要學(xué)生完成機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析，而動(dòng)態(tài)分析需要學(xué)生具有較強(qiáng)的空間思維能力，而這恰恰是學(xué)生所欠缺的能力?，F(xiàn)在隨著三維軟件的普遍使用，學(xué)生具備熟練的三維繪圖能力是社會(huì)對(duì)學(xué)生的一個(gè)基本要求，將機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖中枯燥的圖形使用三維軟件進(jìn)行繪制，并通過(guò)仿真以生動(dòng)具體、形象逼真的形式再現(xiàn)給學(xué)生，使學(xué)生更容易理解、更有興趣。例如，建立三維的連桿機(jī)構(gòu)、齒輪機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)及一些間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，讓學(xué)生能夠立體地了解三大機(jī)構(gòu)并進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真訓(xùn)練。并要求學(xué)生找尋日常生活中的常用機(jī)構(gòu)，如汽車(chē)車(chē)門(mén)關(guān)閉系統(tǒng)、窗戶關(guān)閉裝置、家用攪面粉機(jī)等，要求學(xué)生觀察生活中存在的機(jī)構(gòu)并繪制三維圖形，既培養(yǎng)了學(xué)生理論學(xué)習(xí)中對(duì)機(jī)構(gòu)的深刻認(rèn)識(shí)，還強(qiáng)化了學(xué)生的三維繪圖能力。

基于此，在教學(xué)中，以工程應(yīng)用為主線，以三維軟件為教學(xué)平臺(tái)，對(duì)《機(jī)械原理》課程內(nèi)容進(jìn)行整體優(yōu)化，加以創(chuàng)新處理，突出理論和實(shí)踐的結(jié)合，處理好傳統(tǒng)與先進(jìn)、理論與實(shí)際應(yīng)用之間的關(guān)系，挖掘?qū)W生的潛能，突出學(xué)生工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力的培養(yǎng)。授課時(shí)以講明概念、基本原理為原則，邊講邊練，講授、示范、練習(xí)相結(jié)合。如通過(guò)一個(gè)具體的實(shí)例，讓學(xué)生完成方案設(shè)計(jì)的全過(guò)程，培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用三維軟件進(jìn)行零件的三維建模能力，讓學(xué)生將理論和實(shí)踐有機(jī)地結(jié)合在一起。這樣既傳授了三維軟件的使用方法，又融合了《機(jī)械原理》的相關(guān)知識(shí)，使教學(xué)過(guò)程生動(dòng)逼真，學(xué)生的綜合實(shí)踐能力得以迅速提高。

以往的設(shè)計(jì)學(xué)生通過(guò)想象，是否能夠?qū)崿F(xiàn)是一個(gè)未知數(shù)，采用三維軟件后，學(xué)生可以將自己的設(shè)計(jì)成果模擬出來(lái)，判斷設(shè)計(jì)的正確與否。但是機(jī)械原理課程改革中，既要培養(yǎng)利用計(jì)算機(jī)解決工程實(shí)際問(wèn)題的能力，又不能把課程變成單純的計(jì)算機(jī)課程。注意力主要放在機(jī)械問(wèn)題上，以及能夠使用合適的三維軟件解決工程問(wèn)題。由于學(xué)生的三維軟件掌握能力參差不齊，使用的三維軟件多種多樣，如何指導(dǎo)學(xué)生熟練掌握三維軟件以及使用到機(jī)械原理課程中，成為亟待解決的問(wèn)題。

1.3 開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室的建立

機(jī)械原理課程性質(zhì)偏理論性，這樣課程往往顯得單調(diào)，因此，以機(jī)械創(chuàng)新項(xiàng)目為基礎(chǔ)的機(jī)械原理教學(xué)改革，主要應(yīng)強(qiáng)調(diào)參與，強(qiáng)調(diào)動(dòng)手實(shí)踐能力，重視實(shí)驗(yàn)的趣味性和實(shí)用性以加強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，能激發(fā)興趣、培養(yǎng)工程素養(yǎng)、鍛煉工程技能。然而創(chuàng)新項(xiàng)目的實(shí)施往往需要大量的經(jīng)費(fèi)投入，這對(duì)于此項(xiàng)目長(zhǎng)期的實(shí)施將會(huì)帶來(lái)大的困難。在學(xué)院存在完備的創(chuàng)意之星機(jī)器人套件，創(chuàng)意之星模型能夠作為多功能教學(xué)演示器材使用，針對(duì)機(jī)械原理中典型的機(jī)構(gòu)及傳動(dòng)方式和創(chuàng)新點(diǎn)進(jìn)行了形象的演示。已經(jīng)有大批學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)前提下，建立一個(gè)開(kāi)放式實(shí)驗(yàn)室，允許有興趣的同學(xué)隨時(shí)進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室，完成結(jié)構(gòu)件的拼裝，將自己的機(jī)構(gòu)創(chuàng)意實(shí)現(xiàn)，完成機(jī)械創(chuàng)新項(xiàng)目的實(shí)施。這有助于學(xué)生直觀、快速地掌握各個(gè)知識(shí)點(diǎn)具有良好的促進(jìn)作用，同時(shí)能激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力。

同時(shí)，學(xué)院大力加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)。目前學(xué)院設(shè)有8個(gè)開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室：機(jī)器人工作室、慧魚(yú)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)分室、數(shù)控DIY實(shí)驗(yàn)分室、機(jī)構(gòu)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室、智造空間及1個(gè)學(xué)生作品制造室、2個(gè)CAD/CAM實(shí)驗(yàn)分室，大學(xué)生可在教師引導(dǎo)下自主地完成大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目、全國(guó)機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽項(xiàng)目、“挑戰(zhàn)杯”全國(guó)大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)賽項(xiàng)目等課外科技活動(dòng);學(xué)院在現(xiàn)有的科技創(chuàng)新作品的基礎(chǔ)上，鼓勵(lì)學(xué)生自創(chuàng)自建實(shí)驗(yàn)室，目前學(xué)院新建的3D打印實(shí)訓(xùn)室，其中的3D打印機(jī)，全部由學(xué)生自己設(shè)計(jì)、制作和裝配，學(xué)生可以在該實(shí)驗(yàn)室學(xué)習(xí)制作3D打印機(jī)及學(xué)習(xí)相關(guān)的3D打印技術(shù)，不僅有效地降低了實(shí)驗(yàn)設(shè)備的成本，學(xué)生的創(chuàng)新能力也得到了有效提高。近幾年，學(xué)生在此實(shí)驗(yàn)室為平臺(tái)，根據(jù)自己的課余時(shí)間和實(shí)驗(yàn)需求，進(jìn)行相關(guān)實(shí)驗(yàn)及科技作品的設(shè)計(jì)制作。

1.4“以賽促學(xué)”方式的建立

湖南文理學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院基于本科4年課程體系的承接關(guān)系，結(jié)合各類(lèi)學(xué)科競(jìng)賽要求的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)素養(yǎng)和課程知識(shí)，構(gòu)建了“分年級(jí)引導(dǎo)，各年級(jí)參與”和“雙向選擇，全程指導(dǎo)”的學(xué)科競(jìng)賽指導(dǎo)機(jī)制，即針對(duì)各類(lèi)學(xué)科競(jìng)賽對(duì)專(zhuān)業(yè)知識(shí)的要求，分年級(jí)進(jìn)行引導(dǎo)和鼓勵(lì)，一至四年級(jí)均對(duì)應(yīng)相關(guān)的學(xué)科競(jìng)賽，鼓勵(lì)大一的學(xué)生參與全國(guó)制圖競(jìng)賽、全國(guó)三維數(shù)字化創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽，培養(yǎng)其基礎(chǔ)設(shè)計(jì)能力;大二學(xué)生以工程訓(xùn)練大賽為導(dǎo)向，結(jié)合金工實(shí)習(xí)逐漸引導(dǎo)學(xué)生從虛擬設(shè)計(jì)到科技產(chǎn)品的制作，逐步形成產(chǎn)品設(shè)計(jì)的理念;大三學(xué)生以“機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽”為載體，引導(dǎo)學(xué)生自主完成虛擬樣機(jī)設(shè)計(jì)（計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)及仿真）—實(shí)物樣機(jī)（在微型數(shù)控機(jī)床上制作）—小型作品（在機(jī)床上制作）;鼓勵(lì)大二至大四學(xué)生結(jié)合自己的情況，自主參加挑戰(zhàn)杯、互聯(lián)網(wǎng)+等比賽;同時(shí)，學(xué)生及學(xué)生團(tuán)隊(duì)與指導(dǎo)教師進(jìn)行雙向選擇，要求指導(dǎo)教師全程指導(dǎo)學(xué)科競(jìng)賽，廣泛吸引學(xué)生的參與及激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性。在以學(xué)科競(jìng)賽為驅(qū)動(dòng)的人才培養(yǎng)機(jī)制下，機(jī)械工程學(xué)院的學(xué)生廣泛參與各類(lèi)學(xué)科競(jìng)賽，加強(qiáng)了學(xué)生綜合能力素質(zhì)培養(yǎng)，促進(jìn)了學(xué)生的應(yīng)用能力的有效發(fā)展。

而對(duì)于機(jī)械原理課程的學(xué)習(xí)，學(xué)院結(jié)合該專(zhuān)業(yè)形成的良好的學(xué)科競(jìng)賽氛圍，將《機(jī)械原理》課程的學(xué)習(xí)與學(xué)科競(jìng)賽進(jìn)行融合，通過(guò)學(xué)科競(jìng)賽驅(qū)動(dòng)《機(jī)械原理》課程的學(xué)習(xí)。例如：鼓勵(lì)學(xué)生參與全國(guó)制圖競(jìng)賽、全國(guó)三維數(shù)字化創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽、機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽，并結(jié)合各類(lèi)比賽，逐漸引導(dǎo)學(xué)生從虛擬設(shè)計(jì)到科技產(chǎn)品的制作，逐步形成產(chǎn)品設(shè)計(jì)的理念;在以學(xué)科競(jìng)賽的驅(qū)動(dòng)下，學(xué)生會(huì)帶著問(wèn)題去學(xué)，并將課程中知識(shí)融入學(xué)科競(jìng)賽中，顯著了增強(qiáng)了對(duì)《機(jī)械原理》中知識(shí)點(diǎn)的理解，加強(qiáng)了學(xué)生綜合能力素質(zhì)培養(yǎng)，促進(jìn)機(jī)械原理課程學(xué)習(xí)。

1.5 融入教師科研項(xiàng)目

將教師科研與《機(jī)械原理》課程教學(xué)相融合，具體體現(xiàn)如下：（1）大力鼓勵(lì)學(xué)生參與教師的課題研究，深入專(zhuān)業(yè)知識(shí)學(xué)習(xí)，提升專(zhuān)業(yè)素養(yǎng)和科研基礎(chǔ)能力。如該專(zhuān)業(yè)李志剛老師與湖南坤鼎數(shù)控科技有限公司的攪拌摩擦焊數(shù)控設(shè)備關(guān)鍵技術(shù)研究與試制項(xiàng)目中，本科生共計(jì)20余人參與了該項(xiàng)目的研究。（2）倡導(dǎo)教師將科研工作與大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練有機(jī)融合。學(xué)院的部分大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練就直接來(lái)源于教師的科研內(nèi)容，如曾強(qiáng)文同學(xué)的國(guó)家級(jí)研創(chuàng)項(xiàng)目《自適應(yīng)智能包裝機(jī)》、劉玄寧同學(xué)的國(guó)家級(jí)研創(chuàng)項(xiàng)目《自動(dòng)存取包裹機(jī)》、黃勇同學(xué)的國(guó)家級(jí)研創(chuàng)項(xiàng)目《智能遙控嬰兒車(chē)》等就分別來(lái)源于不同教師的在研項(xiàng)目。（3）將教師的橫向課題融入學(xué)生的理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)。教師將自己的企業(yè)課題與教學(xué)緊密結(jié)合，以實(shí)際問(wèn)題為導(dǎo)向，通過(guò)協(xié)作研究、立項(xiàng)創(chuàng)新，加強(qiáng)學(xué)生專(zhuān)業(yè)知識(shí)和創(chuàng)業(yè)知識(shí)在實(shí)踐中的運(yùn)用，促進(jìn)該課程的學(xué)習(xí)效果。

1.6 優(yōu)化機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)

從創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力培養(yǎng)角度，優(yōu)化重組實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，把行業(yè)創(chuàng)新應(yīng)用貫穿到課程設(shè)計(jì)中。依托省級(jí)機(jī)電大學(xué)生教育教學(xué)中心，構(gòu)建項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)式課程設(shè)計(jì)教學(xué)。精選大量來(lái)自企業(yè)的真實(shí)項(xiàng)目，項(xiàng)目經(jīng)過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化和模塊化，有效抽取技術(shù)知識(shí)點(diǎn)和行業(yè)知識(shí)點(diǎn)。采用一個(gè)實(shí)際的開(kāi)發(fā)案例來(lái)組織課程設(shè)計(jì)，將案例的各關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)分散到課程設(shè)計(jì)中，建立“自然認(rèn)知—方法實(shí)踐—綜合分析—探索創(chuàng)新”循序漸進(jìn)的機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)教學(xué)模式。

2? 結(jié)語(yǔ)

《機(jī)械原理》課程對(duì)于學(xué)生的機(jī)械方面知識(shí)和創(chuàng)新能力培養(yǎng)都具有重要的意義，有效地提高學(xué)生的《機(jī)械原理》課程學(xué)習(xí)效果是一個(gè)具有挑戰(zhàn)性的事情。該文采用建立典型機(jī)械創(chuàng)新項(xiàng)目、建立三維軟件的機(jī)械原理創(chuàng)新項(xiàng)目、建立開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室、“以賽促學(xué)”和融入教師科研項(xiàng)目、優(yōu)化課程設(shè)計(jì)教學(xué)等方面培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力。通過(guò)機(jī)械創(chuàng)新項(xiàng)目的實(shí)施，強(qiáng)化學(xué)生的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)能力與創(chuàng)新意識(shí)培養(yǎng)，并通過(guò)各種實(shí)踐科技活動(dòng)培養(yǎng)學(xué)生的工程動(dòng)手能力并初步具有機(jī)構(gòu)分析和設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)的能力，達(dá)到提高學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力。

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