提高機(jī)械原理教學(xué)質(zhì)量的幾點(diǎn)思考

高江紅++馬銀忠

摘要： 為了提高機(jī)械原理教學(xué)質(zhì)量，針對(duì)課程特點(diǎn)，本文從提煉機(jī)械原理課程共性知識(shí)，把握與前驅(qū)、后續(xù)課程的連續(xù)性，將項(xiàng)目教學(xué)法應(yīng)用到機(jī)械原理教學(xué)中，課堂教學(xué)和在線教育互為補(bǔ)充等方面，提出了機(jī)械原理教學(xué)的改進(jìn)方向和方法，為提高機(jī)械原理課程的教學(xué)質(zhì)量提出了一些新的思路。

Abstract： In order to improve teaching quality of Mechanical Principle， aimed at the characteristics of this course， this paper abstracts the generic knowledge of Mechanical Principle， grasps the continuity of the precursor and follow-up courses to apply the teaching methods in the teaching of Mechanical Principle， make classroom teaching and online education complement each other， put forward the direction and method of improving the teaching of Mechanical Principle and provide some new ideas for improving the teaching quality of Mechanical Principle.

關(guān)鍵詞： 機(jī)械原理；教學(xué)質(zhì)量；共性知識(shí)；項(xiàng)目教學(xué)；在線教育

Key words： Mechanical Principle；teaching quality；common knowledge；project teaching；online education

中圖分類號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2016）30-0135-03

0 引言

《機(jī)械原理》課程是機(jī)械類各專業(yè)必修的一門重要的技術(shù)基礎(chǔ)課程，其不僅擔(dān)負(fù)著為學(xué)生學(xué)習(xí)后續(xù)相關(guān)技術(shù)基礎(chǔ)課程和專業(yè)課程奠定良好基礎(chǔ)的重要作用，而且負(fù)有培養(yǎng)機(jī)械類高級(jí)工程技術(shù)人才的機(jī)械技術(shù)工作能力和開發(fā)創(chuàng)新能力的重要任務(wù)，為學(xué)生今后從事機(jī)械設(shè)計(jì)、研究和開發(fā)創(chuàng)新奠定必要的基礎(chǔ)。

通過(guò)這門課程的學(xué)習(xí)，要求學(xué)生掌握機(jī)構(gòu)學(xué)和機(jī)器動(dòng)力學(xué)的基本理論、基本知識(shí)和基本技能，學(xué)會(huì)常用基本機(jī)構(gòu)的分析和綜合方法，初步具有進(jìn)行機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方案分析和機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的能力，為學(xué)生學(xué)習(xí)后續(xù)課程和新的科學(xué)技術(shù)，打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

這門課程通常在本科二年級(jí)時(shí)開設(shè)，機(jī)械原理課程一方面較物理、理論力學(xué)等理論課程更結(jié)合工程實(shí)際，另一方面，它又與講授專業(yè)機(jī)械的課程有所不同，它不具體研究某種機(jī)械，而只是對(duì)各種機(jī)械中的一些共性問(wèn)題和常用機(jī)構(gòu)進(jìn)行探討。[1]目前的教材一般理論分析多，實(shí)踐應(yīng)用較少，學(xué)生在初學(xué)時(shí)普遍感到抽象難懂，難以入門，在課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)往往難以將所學(xué)理論知識(shí)付諸實(shí)際。因此，如何提高機(jī)械原理教學(xué)質(zhì)量一直是教研組研究的重要內(nèi)容，根據(jù)多年的教學(xué)檢驗(yàn)并結(jié)合機(jī)械原理教研成果，本文探討了提高機(jī)械原理教學(xué)質(zhì)量的幾點(diǎn)思考。

1 課程共性知識(shí)的提煉

機(jī)械原理教材中的一些基本的研究方法和知識(shí)點(diǎn)通常貫穿于各章節(jié)內(nèi)容中，在授課過(guò)程中將這些方法總結(jié)、歸納融會(huì)貫通形成講授體系，幫助學(xué)生找到這些章節(jié)的內(nèi)在聯(lián)系，建立完整的理論體系，從而更好地掌握機(jī)械原理的基本的研究思路和方法。

例如貫穿機(jī)械原理課程始終的“反轉(zhuǎn)法”，在平面連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)中，無(wú)論是剛體導(dǎo)引機(jī)構(gòu)還是函數(shù)生成機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，都可以采用“機(jī)構(gòu)倒置的方法”來(lái)設(shè)計(jì)，即通過(guò)選取不同的構(gòu)件為“機(jī)架”，把問(wèn)題轉(zhuǎn)化為求解“機(jī)架”的固定鉸鏈點(diǎn)進(jìn)行解決。又如在凸輪輪廓曲線的設(shè)計(jì)中，通過(guò)給整個(gè)機(jī)構(gòu)加上一個(gè)與凸輪角速度大小相等，方向相反的公共角速度，將凸輪反轉(zhuǎn)固定，假想為“機(jī)架”，然后按照從動(dòng)件與凸輪的相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系求出凸輪輪廓曲線。而在推導(dǎo)周轉(zhuǎn)輪系傳動(dòng)比時(shí)，也是通過(guò)給整個(gè)機(jī)構(gòu)加上一個(gè)與行星架角速度大小相等，方向相反的公共角速度，將行星架反轉(zhuǎn)固定為“機(jī)架”，把周轉(zhuǎn)輪系轉(zhuǎn)化為定軸輪系進(jìn)行求解。[2]上述的轉(zhuǎn)換機(jī)架法、運(yùn)動(dòng)倒置法從根本原理講是一致的，都是相對(duì)運(yùn)動(dòng)原理在機(jī)構(gòu)分析與綜合中的應(yīng)用。在學(xué)生第一次碰到這個(gè)概念時(shí)，就將這個(gè)原理講透徹，以后在應(yīng)用“反轉(zhuǎn)法”時(shí)又適當(dāng)重復(fù)，以加深學(xué)生對(duì)這一方法的理解應(yīng)用。

又例如在機(jī)械原理中壓力角的概念，壓力角的本質(zhì)是從動(dòng)件所受的力和受力點(diǎn)速度方向的夾角，在連桿機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)和齒輪機(jī)構(gòu)中均是機(jī)構(gòu)傳力性能的一個(gè)重要指標(biāo)，[3]在每一章講到壓力角時(shí)，應(yīng)把連桿機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)和齒輪機(jī)構(gòu)中的定義聯(lián)系起來(lái)講，比較它們的共性和表述的不同，從而加深學(xué)生的理解。

此外還有機(jī)械原理課程中常用到的“當(dāng)量分析法”以及運(yùn)動(dòng)分析和動(dòng)力分析中的“矢量多邊形”方法等等[4]。在講解相關(guān)的內(nèi)容時(shí)，用共性知識(shí)將不同的內(nèi)容貫穿起來(lái)，使學(xué)生觸類旁通，逐漸理清思路，加深理解。

2 課程內(nèi)容之間的聯(lián)系性

機(jī)械原理與前驅(qū)課程如理論力學(xué)等的內(nèi)容關(guān)系密切，前驅(qū)課程的思維方法對(duì)機(jī)械原理課程也很有幫助，授課時(shí)把前驅(qū)課程中所學(xué)過(guò)的理論與機(jī)械原理要講述的問(wèn)題和內(nèi)容聯(lián)系起來(lái)，有助于引導(dǎo)學(xué)生積極思考。例如在平面機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析一章中，采用矢量方程圖解法進(jìn)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析時(shí)，所采用的基本原理是理論力學(xué)中的剛體平面運(yùn)動(dòng)和點(diǎn)的復(fù)合運(yùn)動(dòng)原理；而在平面機(jī)構(gòu)力分析一章中，確定運(yùn)動(dòng)副中的摩擦和反力，采用的是理論力學(xué)中的機(jī)構(gòu)靜力學(xué)模型，等等。[5]在這部分內(nèi)容學(xué)習(xí)時(shí)，學(xué)生往往對(duì)“矢量方程圖解法”感到困惑，可以在授課之前，布置學(xué)生將理論力學(xué)的相關(guān)內(nèi)容復(fù)習(xí)一下，課上再分別幫助學(xué)生復(fù)習(xí)一下，加深學(xué)生對(duì)于這部分知識(shí)的理解，從而更好地開展機(jī)械原理部分的學(xué)習(xí)。

此外，機(jī)械原理也是后續(xù)課程機(jī)械設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。例如，機(jī)構(gòu)力分析確定的運(yùn)動(dòng)副中的反力，是機(jī)械設(shè)計(jì)中構(gòu)件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的依據(jù)，也是確定軸承強(qiáng)度、剛度的理論依據(jù)。再如機(jī)械設(shè)計(jì)課程中關(guān)于蝸桿蝸輪和螺旋傳動(dòng)設(shè)計(jì)時(shí)提及自鎖概念也和機(jī)械原理課程中的摩擦密切相關(guān)。另外，機(jī)械原理課程中介紹的關(guān)于斜齒輪、錐齒輪等的當(dāng)量齒輪也是后續(xù)齒輪強(qiáng)度設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)依據(jù)。[6]在授課時(shí)，將這些聯(lián)系與應(yīng)用總結(jié)、展示給學(xué)生，使學(xué)生了解各門課程之間的聯(lián)系，在應(yīng)用機(jī)械原理課程所學(xué)知識(shí)時(shí)注意融會(huì)貫通，培養(yǎng)自己運(yùn)用所學(xué)的基本理論和方法去發(fā)現(xiàn)、分析和解決工程實(shí)際問(wèn)題的能力。

3 基于項(xiàng)目實(shí)踐的教學(xué)

普通高等學(xué)校機(jī)械類各專業(yè)的《機(jī)械原理》課程，內(nèi)容通常包括三部分：機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析、機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)和機(jī)器動(dòng)力學(xué)，從課程間的關(guān)系來(lái)看，《機(jī)械原理》課程是以《理論力學(xué)》為基礎(chǔ)的。而在《機(jī)械原理》的教學(xué)中，也較易出現(xiàn)工科教學(xué)理科化的現(xiàn)象，傳統(tǒng)的機(jī)械原理教學(xué)方法容易導(dǎo)致知識(shí)僵化，很多同學(xué)在學(xué)習(xí)之后不知道這個(gè)知識(shí)點(diǎn)在何種情況下使用。為了提高基礎(chǔ)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的可應(yīng)用性，同時(shí)為了激發(fā)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的興趣，在課程理論教學(xué)的基礎(chǔ)上增加項(xiàng)目教學(xué)內(nèi)容，是提高課程教學(xué)質(zhì)量的有效途徑。項(xiàng)目教學(xué)是通過(guò)完成一個(gè)整體的項(xiàng)目而實(shí)施的教學(xué)活動(dòng)，它可以是圍繞一個(gè)大項(xiàng)目，展開一個(gè)個(gè)小項(xiàng)目，而每個(gè)小項(xiàng)目都是大項(xiàng)目中一個(gè)個(gè)內(nèi)容的分解，最后在小項(xiàng)目都完成的情況下，保證大項(xiàng)目目標(biāo)的完成。項(xiàng)目教學(xué)可以充分發(fā)掘?qū)W生的創(chuàng)造潛能，提高學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題的綜合能力。

在機(jī)械原理授課過(guò)程中，以某一項(xiàng)目為主線精心設(shè)計(jì)教學(xué)，項(xiàng)目選擇時(shí)應(yīng)當(dāng)盡量涵蓋課程中涉及的多種典型機(jī)構(gòu)和知識(shí)點(diǎn)，從而有利于學(xué)生通過(guò)運(yùn)用所學(xué)知識(shí)完成學(xué)習(xí)內(nèi)容。[7]授課伊始即將設(shè)計(jì)任務(wù)布置下去。通過(guò)教師對(duì)教學(xué)內(nèi)容的分析，先將教學(xué)任務(wù)進(jìn)行分解，把要講授的知識(shí)蘊(yùn)含于學(xué)生所需完成的任務(wù)之中，讓學(xué)生通過(guò)項(xiàng)目設(shè)計(jì)從而掌握所學(xué)知識(shí)。這樣，學(xué)生在學(xué)習(xí)完機(jī)械原理這門課程后，也完成了一個(gè)大的項(xiàng)目，在學(xué)習(xí)的過(guò)程中將各知識(shí)點(diǎn)聯(lián)系在一起，形成了一個(gè)較完整的知識(shí)體系。

教師在授課過(guò)程中，也可引入一個(gè)項(xiàng)目案例進(jìn)行講解。例如：在機(jī)械原理的學(xué)習(xí)過(guò)程中，可選擇內(nèi)燃機(jī)作為主項(xiàng)目，內(nèi)燃機(jī)中囊括了機(jī)械原理常用的三大機(jī)構(gòu)：連桿機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)和齒輪機(jī)構(gòu)，所以該項(xiàng)目又可細(xì)分為連桿機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)和齒輪機(jī)構(gòu)等多個(gè)子項(xiàng)目。在講解平面機(jī)構(gòu)的動(dòng)力分析時(shí)，可以內(nèi)燃機(jī)中的曲柄連桿機(jī)構(gòu)的受力分析和配氣機(jī)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)分析為案例，在講解機(jī)械的平衡時(shí)，可以單缸和多缸內(nèi)燃機(jī)的曲軸的平衡為案例，等等。這樣，通過(guò)一個(gè)實(shí)際的項(xiàng)目案例，幫助學(xué)生掌握了基礎(chǔ)知識(shí)和技能，還可以通過(guò)案例舉一反三，拓展知識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)和知識(shí)應(yīng)用的能力。

此外，授課教師在課程講解時(shí)要緊扣實(shí)例，例如：在講解連桿機(jī)構(gòu)時(shí)，可結(jié)合日常生活中的雨傘，餐桌椅的折合裝置，汽車上的雨刮器和轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)、車門啟閉機(jī)構(gòu)、風(fēng)扇搖頭裝置等進(jìn)行講解，講解齒輪系的時(shí)候，可結(jié)合鐘表講解時(shí)針、分針、秒針的設(shè)計(jì)原理，還可介紹汽車變速器的工作過(guò)程等等，這些案例貼近生活，學(xué)生容易接受和理解，也能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和求知欲。

4 兩種教學(xué)模式的交互

目前的機(jī)械原理課程授課形式大部分還停留在教師灌輸、學(xué)生被動(dòng)接受的模式，提不起學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣和動(dòng)力，而且在提倡素質(zhì)教育的形勢(shì)下，機(jī)械原理的課時(shí)不斷被壓縮，這些都對(duì)基于課堂的傳統(tǒng)教學(xué)模式提出了挑戰(zhàn)。國(guó)家精品開放課程共享系統(tǒng)中心網(wǎng)站（即愛課程網(wǎng)）將在線課堂與面對(duì)面教學(xué)模式相結(jié)合，把學(xué)習(xí)效率低下的教師單向灌輸?shù)膫鬏斨R(shí)方式轉(zhuǎn)變?yōu)榧ぐl(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的教學(xué)模式，對(duì)提高機(jī)械原理教學(xué)質(zhì)量，深化課程改革起到了積極的促進(jìn)作用。

國(guó)家精品開放課程共享系統(tǒng)中心網(wǎng)站具有友好的用戶界面，為師生用戶提供了較完整的學(xué)習(xí)支持系統(tǒng)。任課教師可通過(guò)在線咨詢、QQ群、個(gè)人郵箱等將教學(xué)信息及時(shí)、準(zhǔn)確地傳達(dá)給學(xué)生，包括課前要求學(xué)生觀看視頻和相應(yīng)知識(shí)點(diǎn)預(yù)習(xí)，布置一些簡(jiǎn)單練習(xí)，課后布置學(xué)生完成在學(xué)習(xí)平臺(tái)上每一個(gè)知識(shí)點(diǎn)配備的對(duì)應(yīng)在線的自測(cè)題和離線作業(yè)，另外，學(xué)生在觀看視頻、完成練習(xí)時(shí)如果遇到問(wèn)題，可以在系統(tǒng)中實(shí)時(shí)咨詢老師或與同學(xué)進(jìn)行討論。[8]利用在線教學(xué)中靈活組合的豐富的功能模塊，將課堂深度教學(xué)與在線自主學(xué)習(xí)結(jié)合。一方面，學(xué)生的學(xué)習(xí)不再局限于有限的課堂教學(xué)時(shí)間，可自由支配學(xué)習(xí)時(shí)間，完成基礎(chǔ)內(nèi)容的自學(xué)和自測(cè)；另一方面，與傳統(tǒng)的教學(xué)模式相比，完成一個(gè)知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí)，學(xué)生要付出更多的自主學(xué)習(xí)的時(shí)間。在線教育使學(xué)生成為教學(xué)過(guò)程的參與者，使學(xué)生從被動(dòng)接受變?yōu)橹鲃?dòng)學(xué)習(xí)。

部分學(xué)生缺乏較強(qiáng)的自我約束能力，常常會(huì)在網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)中出現(xiàn)拖延癥。為了促進(jìn)學(xué)生自主學(xué)習(xí)，規(guī)定學(xué)生需要完成一系列學(xué)習(xí)活動(dòng)，才可獲得相應(yīng)的學(xué)分，比如，學(xué)生需要在截至?xí)r間之前完成系統(tǒng)中相關(guān)的預(yù)習(xí)、自測(cè)和練習(xí)，及時(shí)提交，否則當(dāng)次練習(xí)為0分，累計(jì)一定次數(shù)，則無(wú)法取得本課程的學(xué)分，同時(shí)系統(tǒng)對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)記錄。

作為任課教師，在機(jī)械原理共享課程建設(shè)時(shí)，首先要保證教學(xué)資源的完整性，教學(xué)資源應(yīng)包括教學(xué)錄像、PPT講義，課程教案、備課筆記、教學(xué)設(shè)計(jì)及知識(shí)點(diǎn)匯總、思考題、作業(yè)參考答案、題庫(kù)或卷庫(kù)、學(xué)科前沿研究的熱點(diǎn)等。其次是教學(xué)資源的豐富性，豐富性是指盡可能增加不同種類的教學(xué)資源，不僅有文本資源、圖片和動(dòng)畫、還有視頻資源等，豐富的教學(xué)資源有助于開闊學(xué)生視野，激發(fā)學(xué)習(xí)的熱情和興趣。

現(xiàn)代機(jī)械工業(yè)對(duì)創(chuàng)造型人才的需求與日俱增，機(jī)械原理課程在培養(yǎng)創(chuàng)造型人才的過(guò)程中起著不可或缺的重要作用。提高機(jī)械原理課程教學(xué)質(zhì)量的關(guān)鍵是激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)學(xué)習(xí)的能力。教師的教學(xué)應(yīng)當(dāng)重視培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性思維以及知識(shí)應(yīng)用的能力，調(diào)動(dòng)學(xué)生的主觀能動(dòng)性，使教與學(xué)融為一體。從多年的教學(xué)實(shí)踐中，筆者體會(huì)到教師一定要深入理解教學(xué)內(nèi)容，提煉出教材的共性知識(shí)，重視課程之間的聯(lián)系性，同時(shí)授課時(shí)要緊密聯(lián)系實(shí)際案例，科學(xué)地混合運(yùn)用不同的教學(xué)媒介，多方面、多渠道地激發(fā)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的熱情，真正做到有的放矢，從而提高機(jī)械原理的教學(xué)質(zhì)量。

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