基于實(shí)驗(yàn)的機(jī)械原理綜合訓(xùn)練教學(xué)方法探索

白琨

摘要：以新型學(xué)科專業(yè)建設(shè)路徑為導(dǎo)向，合肥學(xué)院對(duì)機(jī)械電子工程專業(yè)培養(yǎng)方案進(jìn)行了調(diào)整，改變了原有的機(jī)械原理培養(yǎng)和教學(xué)方式，取消了課內(nèi)實(shí)驗(yàn)，增開(kāi)了機(jī)械原理綜合訓(xùn)練課程。文章分析比較了機(jī)械原理實(shí)驗(yàn)和機(jī)械原理綜合訓(xùn)練的教學(xué)特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了機(jī)械原理綜合訓(xùn)練的教學(xué)內(nèi)容，在課程設(shè)計(jì)中融入了實(shí)驗(yàn)教學(xué)，彌補(bǔ)了機(jī)械原理課程0實(shí)驗(yàn)的不足，基于實(shí)驗(yàn)對(duì)機(jī)械原理綜合訓(xùn)練的教學(xué)方法進(jìn)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(guān)鍵詞：機(jī)械原理;結(jié)合訓(xùn)練;實(shí)驗(yàn);教學(xué)方法

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

中圖分類號(hào)：G42;G64? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：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(guān)于推薦新工科研究與實(shí)踐項(xiàng)目的通知》（教高廳函〔2017〕33號(hào)）。根據(jù)通知精神，在新經(jīng)濟(jì)環(huán)境下，新型學(xué)科專業(yè)的建設(shè)路徑將是：“預(yù)測(cè)未來(lái)人才市場(chǎng)需求——改造升級(jí)現(xiàn)有專業(yè)——調(diào)整完善現(xiàn)有學(xué)科”。從單純“以學(xué)科為基礎(chǔ)”向注重“以市場(chǎng)為導(dǎo)向”的轉(zhuǎn)變，已經(jīng)成為高校各類學(xué)科專業(yè)人才培養(yǎng)的共識(shí)?；诖?，合肥學(xué)院對(duì)機(jī)械電子工程專業(yè)2018級(jí)培養(yǎng)方案進(jìn)行了修定調(diào)整，去除了《機(jī)械原理》實(shí)驗(yàn)，新增設(shè)了《機(jī)械原理綜合訓(xùn)練》。該課程是配合專業(yè)基礎(chǔ)類學(xué)位課程《機(jī)械原理》而設(shè)立的實(shí)踐教學(xué)課程，定位為課程設(shè)計(jì)，學(xué)時(shí)為一周，學(xué)分1.5。以往《機(jī)械原理》配套有8個(gè)學(xué)時(shí)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，學(xué)分0.5。由此可以看出，無(wú)論教學(xué)的形式還是學(xué)時(shí)設(shè)置都發(fā)生了根本的變化，相應(yīng)的教學(xué)思路和教學(xué)內(nèi)容也進(jìn)行了根本的改變，從原來(lái)的以實(shí)驗(yàn)為主、加強(qiáng)學(xué)生對(duì)專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)的理解為主要目的，改變成現(xiàn)在的以加強(qiáng)學(xué)生實(shí)際工程設(shè)計(jì)能力為主，同時(shí)讓學(xué)生了解經(jīng)典實(shí)驗(yàn)原理、加深機(jī)械原理感性認(rèn)識(shí)為輔的教學(xué)目的。

1? 機(jī)械原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的特點(diǎn)

原有的培養(yǎng)方案中機(jī)械原理課程設(shè)置了理論和實(shí)驗(yàn)部分，其教學(xué)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

從在培養(yǎng)體系中的地位看。實(shí)驗(yàn)教學(xué)服務(wù)于理論課教學(xué)，所占學(xué)分比例較少，以培養(yǎng)學(xué)生的感性認(rèn)知為主。

從教學(xué)內(nèi)容上看。機(jī)械原理實(shí)驗(yàn)通常以驗(yàn)證型和演示性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目為主，教學(xué)內(nèi)容簡(jiǎn)單、學(xué)習(xí)形式枯燥、單個(gè)實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)與工程設(shè)計(jì)不直接關(guān)聯(lián)，導(dǎo)制學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性、積極性不強(qiáng)。

從教學(xué)時(shí)長(zhǎng)上看。普遍只有8個(gè)學(xué)時(shí)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)。時(shí)長(zhǎng)限制了實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的安排，只能安排一些簡(jiǎn)單的演示、驗(yàn)證類實(shí)驗(yàn)。

從創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)的安排上看。為了契合實(shí)驗(yàn)教學(xué)需要增加創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的教學(xué)改革方向，通常機(jī)械原理實(shí)驗(yàn)會(huì)增加“機(jī)械運(yùn)動(dòng)方案創(chuàng)新設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)”。這一類實(shí)驗(yàn)要求學(xué)生首先進(jìn)行運(yùn)動(dòng)方案的設(shè)計(jì)，其次將可行的運(yùn)動(dòng)方案搭接在實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上，最后通過(guò)電機(jī)帶動(dòng)使機(jī)構(gòu)運(yùn)行起來(lái)，進(jìn)而觀察各個(gè)構(gòu)件的動(dòng)行特點(diǎn)，最終達(dá)到強(qiáng)化理論知識(shí)的效果。這一實(shí)驗(yàn)的設(shè)置出發(fā)點(diǎn)是好的，但在實(shí)際操作過(guò)程中受到學(xué)時(shí)的限制等因素的影響，學(xué)生在設(shè)計(jì)過(guò)程中缺少了必要的計(jì)算過(guò)程，從運(yùn)動(dòng)方案的示意圖直接過(guò)渡到動(dòng)手搭接，桿件長(zhǎng)度的選擇、各桿件間的位置關(guān)系等都是從隨意選取開(kāi)始的。學(xué)生在完成一個(gè)方案的搭接過(guò)程中，有很大一部分時(shí)間浪費(fèi)在了試錯(cuò)、糾錯(cuò)上。這種方式不符合機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的通用步驟，雖然培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)，但同時(shí)也不利于學(xué)生建立正確的設(shè)計(jì)思維。

2? 課程設(shè)計(jì)教學(xué)的特點(diǎn)

調(diào)整后的培養(yǎng)方案中機(jī)械原理課程取消了實(shí)驗(yàn)部分，另外增加了一門獨(dú)立的課程——機(jī)械原理綜合訓(xùn)練。整體學(xué)分從原來(lái)的3.5學(xué)分增加到4.5學(xué)分。其教學(xué)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

從在培養(yǎng)體系中的地位看。課程設(shè)計(jì)是獨(dú)立于機(jī)械原理課程，同時(shí)又服務(wù)于機(jī)械原理的課程。所占學(xué)分比例較大，以培養(yǎng)學(xué)生的綜合設(shè)計(jì)能力為主。

從教學(xué)內(nèi)容上看?！案叩葘W(xué)校機(jī)械原理課程基本要求”中對(duì)機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)提出的要求是：“結(jié)合一個(gè)簡(jiǎn)單的機(jī)械系統(tǒng)，綜合運(yùn)用所學(xué)理論和方法，使學(xué)生受到擬定機(jī)械運(yùn)動(dòng)方案的初步訓(xùn)練，并能對(duì)方案中某些機(jī)構(gòu)進(jìn)行分析和設(shè)計(jì)”[1]。

從教學(xué)時(shí)長(zhǎng)上看。機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)通常安排1周或1.5周，是機(jī)械原理實(shí)驗(yàn)時(shí)長(zhǎng)的5倍。

從創(chuàng)新性上看。機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容主要是從工程實(shí)際出發(fā)，根據(jù)給定參數(shù)，針對(duì)某一經(jīng)典機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)。學(xué)生在此過(guò)程中重點(diǎn)是學(xué)習(xí)掌握設(shè)計(jì)流程、設(shè)計(jì)方法，受教學(xué)時(shí)長(zhǎng)的影響，對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行創(chuàng)新性設(shè)計(jì)一般不在教學(xué)范圍內(nèi)。

3? 機(jī)械原理綜合訓(xùn)練的教學(xué)安排

通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)和課程設(shè)計(jì)教學(xué)的分析、對(duì)比發(fā)現(xiàn)：實(shí)驗(yàn)教學(xué)課時(shí)少、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目之間聯(lián)系較少、創(chuàng)新性設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)缺少計(jì)算過(guò)程;而課程設(shè)計(jì)雖然教學(xué)時(shí)間增加了，但是教學(xué)內(nèi)容主要以計(jì)算為主，缺少對(duì)機(jī)構(gòu)必要的感性認(rèn)識(shí)和實(shí)踐動(dòng)手過(guò)程。針對(duì)此問(wèn)題，合肥學(xué)院機(jī)械電子工程專業(yè)在機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上融入了機(jī)械原理實(shí)驗(yàn)，保留了機(jī)械原理實(shí)驗(yàn)中的機(jī)構(gòu)認(rèn)識(shí)實(shí)驗(yàn)、機(jī)器拆裝實(shí)驗(yàn)、齒輪范成原理實(shí)驗(yàn)，并以機(jī)器拆裝實(shí)驗(yàn)中所用的沖壓機(jī)為設(shè)計(jì)對(duì)象，進(jìn)行沖壓機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)。這有效的解決了由于取消實(shí)驗(yàn)課時(shí)而帶來(lái)的學(xué)生感性認(rèn)識(shí)缺乏的問(wèn)題。機(jī)械原理綜合訓(xùn)練的教學(xué)安排，出發(fā)點(diǎn)是將實(shí)驗(yàn)教學(xué)和課程設(shè)計(jì)教學(xué)融合起來(lái)、揚(yáng)長(zhǎng)避短，達(dá)到最優(yōu)的教學(xué)效果。以CS-Ⅰ型沖壓機(jī)及送料裝置沖壓部件的設(shè)計(jì)為例，如圖3所示。教學(xué)流程如圖4所示。

機(jī)器認(rèn)識(shí)：結(jié)合機(jī)構(gòu)認(rèn)識(shí)展柜，通過(guò)觀察沖壓機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，按工藝動(dòng)作要求擬定運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖;分析該機(jī)器中的機(jī)構(gòu)類型，并對(duì)各類機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)進(jìn)行簡(jiǎn)要說(shuō)明;利用范成儀模擬齒輪的加工過(guò)程，并對(duì)加工結(jié)果進(jìn)行分析。

沖壓機(jī)構(gòu)（4、6、7、8）的設(shè)計(jì)及運(yùn)動(dòng)分析：在SolideWork中設(shè)計(jì)沖壓機(jī)構(gòu)，作機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖;用圖解法求出各構(gòu)件的長(zhǎng)度;用圖解法分析滑塊的速度和加速度。

4? 結(jié)語(yǔ)

《機(jī)械原理綜合訓(xùn)練》是合肥學(xué)院機(jī)械電子工程專業(yè)培養(yǎng)學(xué)生較強(qiáng)的工程實(shí)踐能力及創(chuàng)新精神的獨(dú)立模塊之一，是與《機(jī)械設(shè)計(jì)》模塊密切聯(lián)系的一個(gè)重要實(shí)踐環(huán)節(jié)。本模塊重構(gòu)了教學(xué)內(nèi)容（有別于其他專業(yè)為配合機(jī)械設(shè)計(jì)課程而設(shè)置的課程內(nèi)實(shí)驗(yàn)），在常規(guī)機(jī)械原理課程中相對(duì)獨(dú)立的各項(xiàng)實(shí)驗(yàn)間建立起聯(lián)系，突出訓(xùn)練的整體性、綜合性和實(shí)踐應(yīng)用性，進(jìn)一步體現(xiàn)理實(shí)一體化的理念。通過(guò)本模塊的的訓(xùn)練，培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的設(shè)計(jì)思想，訓(xùn)練學(xué)生綜合運(yùn)用機(jī)械原理課程的理論知識(shí)，并結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際來(lái)分析和解決工程問(wèn)題的能力。通過(guò)制定設(shè)計(jì)方案、合理選擇機(jī)構(gòu)的類型、正確地對(duì)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)和受力進(jìn)行分析和計(jì)算，讓學(xué)生對(duì)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)有一個(gè)較完整的概念，獲得計(jì)算、制圖訓(xùn)練，收集、運(yùn)用設(shè)計(jì)資料以及數(shù)據(jù)處理及誤差分析的能力。為進(jìn)一步學(xué)習(xí)后續(xù)專業(yè)模塊和今后從事機(jī)械設(shè)計(jì)等方面的工作打下必備的基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

[1]陸鳳儀.機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)[M].第2版.機(jī)械工業(yè)出版社，北京：2011.3.

[2]聶陽(yáng)文，胡星，閆磊.機(jī)械原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革探討[J].中國(guó)教育技術(shù)裝備，2015，7（14）：155-156.

[3]韓二豹.基于分步法的機(jī)械原理教學(xué)方法探索[J].新技術(shù)新工藝，2015，8：105-106.

[4]顧文斌，廖華麗，王延杰.面向工程素質(zhì)培養(yǎng)的機(jī)械原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革與創(chuàng)新[J].2018，9（7）：93-97.