時間：2023-03-02 15:07:01
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針對當前《機械原理》課程設計的教學現狀，分析其不足，并基于OBE工程教育理念，對《機械原理》課程設計的教學模式改革進行了探討并付諸實踐。《機械原理》課程設計是機械類各專業學生在學習《機械原理》課程后進行的一個重要的實踐性教學環節，其模式的改革為適應新形勢下對機械類學生機構選型、機械系統運動方案設計和創新設計能力的培養提供了良好的平臺和借鑒，具有重要意義。
關鍵詞：
OBE；工程教育；《機械原理》課程設計
為了推進工程教育改革，促進中國工程教育的國際互認，培養與國際接軌的中國工程師，由專門的職業或行業協會（聯合會）、專業學會針對高等教育機構開設了工程類專業實施專門性認證，工程教育認證強調工科專業人才培養質量達到行業提出的基本質量標準要求，是一種合格性評價[1，2]。工程教育專業認證強調的三個核心理念：產出導向（Outcomebasededu-cation，簡稱OBE）、學生為中心、持續改進，這些理念代表了工程教育改革的方向，是一種先進的教育理念[3]。我國若要成為《華盛頓協議》正式簽約組織，就必須基于OBE理念，深化我國的工程教育改革和工程教育認證體制。《機械原理》是機械類專業必修的一門重要的技術基礎課，它是研究機械的工作原理、構成原理、設計原理與方法的一門學科，而《機械原理》課程設計是緊隨《機械原理》課程之后的實踐性教學環節，是《機械原理》課程的延伸[4]。基于OBE工程教育認證的12條畢業能力要求及課程規劃，《機械原理》課程設計需培養的主要能力包括：1）掌握工程基礎理論知識并能將其應用于工程問題（畢業要求1）；2）具有分析和解釋數據，得到合理、有效結論的能力（畢業要求2）；3）具有綜合運用機械設計理論和技術手段設計復雜機械系統、部件和過程的能力（畢業要求3）。本文基于OBE工程教育理念對《機械原理》課程設計課程能力的上述四條要求，結合近年實踐經驗，闡述我校《機械原理》課程設計改革模式，并為其《機械原理》課程設計改革提供參考。
一、機械傳動系統設計能力
《機械原理》內容包括兩部分，其一是對現有機構的學習，包括構型分析、運動學和動力學的學習；其二是針對具體任務，利用所學機構學知識，設計傳動方案。前者稱為分析，后者稱為型綜合，《機械原理》學習的最終目的，就是要達到型綜合的高度，《機械原理》課程設計正是鍛煉綜合能力的實踐教學。遺憾的是，傳統的《機械原理》課程設計，體現不出OBE所要求的設計系統的能力，復雜機械系統更無從談起，因此，改革勢在必行。基于OBE教學理念的課程設計改革使設計題目多樣化，調動學生設計的積極性而不限制其思維，并且課程設計只提出最終要求而不限制方法，為了讓學生在規定的時間內獨立完成設計任務，題目不宜太深太復雜，其原則為：題目具有綜合性，以運動方案設計為主；題目要覆蓋《機械原理》課程的主要內容；題目應結合生產實際，是學生在日常生活、生產實踐中所熟悉的；題目的設計結果應包括兩到三種基本機構，也允許選用其他常用機構或組合機構；題目要有一定的靈活性和創新性，有利于發揮學生的創造力。在設計題目確定后，需對已選題目提出三種運動方案，并經反復論證，確定一種最佳運動方案進行設計和分析。這種自由選題的模式可大大提高同學的興趣。設計方案由學生獨立提出，經獨立地分析、比較后確定最佳方案，以發揮其主觀性、創造力，使學生受到一次真實的設計訓練，進而提升其機械傳動系統設計能力。此外，改革后的課程設計，學生們可以自由組合，每個小組自由選擇設計題目，小組成員分工協作，共同完成設計任務。從選題、論證、設計到最后提交設計成果，共同討論、研究，各自發揮自己的長處，不僅培養了創新意識和創新能力，也使他們體會到團隊合作的作用。這也符合OBE培養大綱中工程畢業生個人能力和人際團隊能力培養的要求。
二、工程基礎理論知識應用能力
傳統的《機械原理》課程設計中，方案確定之后，其相關運動參數也隨之給定，每個學生需要做的就是繪制機構運動簡圖，利用圖解法和解析法對所選機構的位移、速度、加速度及力進行分析，并繪制機構運動線圖和作誤差分析，最后編寫課程設計說明書。從本質上來說，這樣的設計僅能算一次作業，效果并不理想。盡管學生都能按部就班地完成設計任務，但卻調動不了學生的設計興趣，對工程基礎理論知識的應用缺乏深刻理解，談不上對學生的畢業能力的培養。基于OBE教學理念的課程設計改革使設計題目多樣化，只提出最終要求而不限制方法，學生可以充分地利用所學的理論知識去解決實際的問題。考慮到《機械原理》課程設計時間較短，教師在《機械原理》課程教學中，需提前做出安排，如現代工具的使用、軟件的學習、各種方法的比較、綜合性作業安排等。任務的不確定性導致解決方法的多樣性。學生需要根據所選擇任務，基于所學的機構學知識，甚至查閱相關文獻去設計解決方案，當多個設計方案確定后，需要比較各方案的優缺點，必然會深入了解每個所設計的傳動方案，最終方案確定后，需對其進行結構、運動學和動力學分析，因有了方案設計的深刻理解，設計的目的已非常清楚，在相應分析時，對方法的選擇和掌握自然水到渠成，加深了對所學理論知識的認識，明確了理論知識的實際應用，從而不至感覺學無所用。
三、分析和解釋數據能力
在我國的工程教育認證中，第二條畢業要求學生能夠應用數學、自然科學和工程科學的基本原理，識別、表達并通過文獻研究分析復雜工程問題，以獲得有效結論[5]。傳統課程設計整個傳動方案為教師所指定，分析方法固定，無需學生深入了解，只需按部就班完成畫圖和分析即可，可見，傳統課程設計在第二條畢業能力要求上基本沒起到培養作用。改革后的課程設計，從設計任務到設計方案的確定，均需要學生根據具體情況進行分析，然后根據所學知識，自己設計傳動方案，并需要通過多方案的比較而得出可行方案。在方案確定后，詳細設計傳動系統時，需要根據實際任務確定各參數，最后對機構進行分析，并對數據進行誤差分析。為了更真實地讓學生理解數據的意義和正確性，要求學生對所設計的傳動方案進行全部或者部分的搭接實驗，通過搭接實物并測量參數，再與理論分析數據進行對比，找出誤差存在原因，從而得出相應結論。
四、考核方式的改進
評估學習產出是OBE教育模式中十分重要的環節，如何合理地對各項能力進行客觀評價，對課程的改革及持續改進有非常重要的作用，與課程設計所培養能力相對應，《機械原理》課程設計成績分為四部分：選題成績、平時成績、設計成績及答辯成績。各部分成績分值及考核依據如下。選題成績占總成績的30%。主要考查設計機械傳動系統方案能力。每個團隊均需通過PPT形式，結合參考文獻查閱或調研情況，對自己團隊的設計任務進行說明，根據所定任務設計兩到三種機械傳動方案，每個方案中必須包含兩至三種典型傳動機構，并且必須包含四桿以上連桿機構。根據傳動方案是否合理、考慮是否周全、有無創新點、是否實用進行綜合考核。平時成績占總成績的10%，主要依據設計階段的出勤情況和態度評定，這是設計正常進行的基本保證，也是初步對畢業要求9中個人與團隊能力的培養。設計成績占總成績的40%，主要評估工程基礎理論知識應用能力與分析和解釋數據能力，根據所選擇分析方法、數據分析的正確性、模型建立、運動仿真、簡圖繪制等進行評價。答辯成績占總成績的20%，各組將集中設計階段的工作及成果以PPT形式作匯報，主要介紹組員分工及完成情況，組員自評分，搭接視頻等，并回答提問，據此評判答辯成績。通過此類考核方式，對畢業生的能力9（個人與團隊）和10（溝通，包括撰寫報告和陳述發言、清晰表達或回應指令）也起到初步培養的效果。此外，上述基于OBE工程教育理念的考核方式對教師的教學投入提出很高要求。例如：教師需要投入較多的精力和心血研究繁瑣的教學目標分解和教學方法選擇，要求其自身具有扎實的專業理論知識、較廣博的基礎知識面、較強的動手能力及計算機應用能力。對設計中可能出現的各種方案及其特點要有充分認識，能夠正確引導學生，使他們經過認真思考和分析比較后，可以選擇一個適當的方案。這樣才能適應當前實踐教學改革和發展的需要，從而有效引導學生積極思考，培養他們的創新能力。
五、結束語
經過近兩年的實踐，發現根據OBE教學理念改革后的《機械原理》課程設計，為學生機械傳動系統設計能力、工程基礎理論知識應用能力、分析問題和解決問題的能力以及團隊合作和工程實踐能力的鍛煉和提高提供了很好的平臺，并確實取得了較好的效果。然而，OBE工程教學模式是一個系統的工程，無論是在設計內容，還是在設計方法和評估方式上，還有很多需要完善之處，需要進一步的改革和探索，持續改進，以更好地培養學生相應的畢業能力，實現培養與國際接軌的中國工程師的目標。
作者：曾達幸 李飛 侯雨雷 宜亞麗 鄭立娟 張芳芳 單位：燕山大學機械工程學院
參考文獻：
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[3]顧佩華，胡文龍，林鵬，等.基于“學習產出”（OBE）的工程教育模式———汕頭大學的實踐與探索[J].高等工程教育研究，2014，（1）：27-37.
首先，設計時間一般為集中1-2周，對于一些基礎較差，平時又未受過相關訓練的學生而言，就不一定能收到預想的效果。其次，設計題目一般由老師給定，學生只要按要求完成設計圖紙和設計說明書即可，基本上沒有自由發揮的余地，因此制約了學生創造力的發揮，不利于學生個性的發展。第三，受設計題目模式以及教師所掌握資料的限制，設計過程經常是簡單的模仿和重復，扼殺了學生強烈的興趣和積極的投入，不利于激發學生興趣。第四，對設計結果考核形式有固定模式，使得學生只能按固定的思維模式去機械的完成設計要求，不敢也不能大膽創新，因而限制了學生創新思維，不利于日新月的當今社會對多層次，創造性人才的需求。因此，在應用型人才培養的大前提下，機械原理課程設計從形式到內容以及設計結果等全過程的改進和更新勢在必行。
2.教學改革措施
2.1設計時間及設計過程的開放
課堂設計時間不應拘泥于預先設定的固定不變的程式。預設的設計時間不應該成為課堂設計的“緊箍咒”。在機械原理課程開始課程設計即宣布開始，課堂設計貫穿于理論教學全過程。設計過程隨著教學過程由淺入深。先以單元小題目的形式給出設計題目，然后再綜合各部分小題目給出適合實際要求的綜合性題目，是設計過程貫穿始終。具體做法：首先，改變以往學習過程中，單純的掌握課程內容，并會做課上例題和課后習題的態度。而是要求對學過的知識會靈活運用，對課后習題的完成不拘泥于做出答案，而是能提出自己的見解或對某些題目提出應用價值和創新思路，進行大膽的修改和試驗，提出個人見解，為機構的設計與創新打下基礎。其次，學會觀察生活，在生活中尋找與機械和機構有關的實物，提出與所學內容之間的關聯，并在日常學習中有意識地培養學生的創新精神和創新能力。例如：機構的結構分析部分，要求學生對生活中常見的如折疊雨傘、健身器材等機構在穩定性、安全性，或趣味性、實用性等進行分析，發現其存在的問題，并提出改進意見，給出新機構運動簡圖，并要求對所設計機構作出簡單的模型。學生通過此次練習，找到了學習的樂趣，明確了學習本課程的方向，提高了創新意識，同時對本單元課程內容有了較深入的理解，可謂一舉多得。最后，根據各部分內容的大量積累，提出能體現本課程主要知識點，并綜合運用基本理論、基礎知識和基本技能的課程設計題目意向，并完成基本設計內容。理論課結束時課程設計的主要設計已完成，最后集中1周時間完成必要的圖紙和說明書，或取消集中設計時間，而是將設計時間分散于教學過程中。
2.2設計題目及設計結果的改革
設計題目不再由教師統一給定，要盡可能啟發學生自己選題，誘發更多的創新和創造靈感，發現更多更好的選題。首先，根據教學過程學生對各部分內容提出的問題、改進意見或創新思路，要求每人或分小組討論決定設計題目初稿。選題時，學生應量力而行，從小處做起，盡可能來自實際，貼近生活；然后，將設計題目初稿交課程設計指導老師，教師引導學生擴展思路，注意對選題的把關；另外，選題還應循序漸進，處理好繼承和創新的關系，由學生自己選擇，師生共同探討，最后確定。設計結果應打破固定模式，不再只是要求做出圖紙和說明書，而是可以以多種形式提交。如：設計論文，模型，分析報告等。對學生的創新設計結果，期望值不宜過高，要允許失敗和反復，不能求全責備。
2.3考核方式的改革
考核是指評價學習成就、學習效果的測驗，即對學生達到教育目標程度的測驗。因此對學生課程設計的考核方式只是通過圖紙和說明書以及答辯情況進行評價，則被動地跟隨教師、循規蹈矩的學生可望獲得優秀，而來自畢業生工作單位的信息表明，學校里的尖子生未必全是實際工作中的佼佼者。為給學生充足的自由和空間，成績不僅包括必要的設計結果，還要從以下幾個方面考慮：（1）設計題目選擇的實用性，綜合性；根據選題的難易程度，應用型指標，給出設計基本分，總分60分；（2）在設計過程中對不同問題的理解、綜合、應用能力；根據設計過程的各項能力綜合，給出相應的加分，總分20分；（3）能否有自己的見解或提出應用價值和創新思路。根據設計論點給出創新加分，總分10分；（4）根據完成結果給出綜合分，總分10分。最后綜合前邊各項分值，給出總評成績。例如：某學生設計題目選擇一般，給出基本分40分；設計過程理解、綜合能力較強，加18分；有創新點8分；完成設計內容結果但創新設計結果有不足，8分；則總分74分。若設計題目難度較高，給55分，其它相同，則總分89分。若難度較高而無創新點則創新項會扣掉8分，則總分81分。綜合考慮，在課程設計中評“優秀”者，有自己獨到的見解和創新點是必要條件，而創新過程允許出現不足。
3.結語
關鍵詞：UG 機械原理 課程設計 新模式
機械原理課程是車輛工程專業的主要技術基礎課程之一，在專業課程體系中處于承上啟下的重要地位，機械原理課程設計是課程教學的重要實踐環節，其目標是提高學生基礎知識運用能力并增強機械設計創新意識[1]。隨著時代的進步，賦予傳統實踐教學新教學手段的教學改革勢在必行，作為目前流行的集成化系統軟件UG，憑借其卓越的設計分析應用功能，可為課程設計教學提供十分強大的支持。針對我院車輛工程專業機械原理課程設計存在的瓶頸，基于專業特點，提出了基于UG平臺的課程設計新模式，并通過實例分析探討了具體實施方法，為機械原理課程設計的教學改革提供了新思路。
1 當前課程設計在教學中面臨的瓶頸
1.1 設計思路單一，技術手段滯后
設計思路以參照機械原理課程教學中機械系統方案設計的知識體系進行，每名學生針對所選機械系統提出設計方案，通過對比方案選出最優設計，最終通過二維設計軟件AutoCAD將設計構思表達出來。顯然，這種基于傳統圖解法的二維設計已無法有效激發學生的設計熱情，使本應生動的實踐過程變得枯燥。
1.2 專業特色不突出，難以調動學生積極性
課程設計選題仍以通用機械為主，且學院各專業選題內容沒有區別，車輛工程專業學生在設計中很難將本課程與車輛工程聯系起來，這種有效關聯學生難以構建，因而難以有效調動學生的積極性。
1.3 缺乏現代工程軟件應用能力
我院隸屬于農科院校，先進設計手段在教學中的應用還較為滯后，尤其是在現代工程軟件的應用方面，至今學生還未系統地學習一款三維設計軟件。先進的設計工具凝聚著先進的設計思想，如何借助現代工程軟件平臺，最大化地將現代設計思想灌輸給學生，是我院亟待解決的問題。
1.4 缺乏設計分析一體化的整體思維能力
由于缺乏現代工程軟件的應用支撐，學生在課程設計中往往只是一些機構的簡易拼湊，對方案的可行性、合理性、工作是否會相互干涉等問題無法進行深入思考與切實驗證，從而無法有效獲得機械系統整體思維能力。
2 課程設計新模式
為了改變目前我院車輛工程專業機械原理課程設計的現狀，提出了基于UG平臺的課程設計實施新模式，通過將現代工程軟件融入課程設計中，提高學生的設計能力。
2.1 工程設計軟件平臺的選擇
針對機械原理課程設計特點，選擇的軟件平臺應具有三維建模、機構仿真、運動及動力學分析功能，另外，考慮到本科階段學生能力和精力有限的特點，不宜涉及多款專業軟件，盡量以學習一款能解決設計中諸多問題的集成化軟件為佳， UG正是集CAD/CAE/CAM一體化的大型系統軟件，而且實用性好，越來越受到中國高校及企業用戶的青睞，而且UG每個版本的更新都能同步反映當代最新的設計方法和理念，為學生今后的知識更新與擴容奠定基礎。
2.2 具有專業特色的課題選擇
在課程設計題目的選擇上，緊緊圍繞車輛機械這條主線，針對車輛工程領域常見的機械結構進行傳動方案設計、運動仿真以及動力分析。選題基本方針是將各種車輛機械中相應的常見機構作為優選課題，并且為避免課題單一，必須在題目設計上實現多樣化、個性化。例如同一機構類型在不同車輛類別、不同型號車輛、不同設計參數下進行設計，這樣既能保證學生設計不重題，又能有效促進學生之間的討論與交流。以專業特點為導向的課題選擇，不僅實現了課程學習與專業學習的融合，達到了學以致用的效果，而且也很好地激發了學生的學習動力。
2.3 分層次的設計與指導
分層設計與指導從兩個層面展開，其一，擴大選題范圍并增加選題層次；其二，基于因材施教的原則，將3～6人作為一個小組，新模式下的分層設計是將一個大課題細化為若干層次的小課題，組員根據自身能力和興趣選擇一個，小課題難度分層次且關聯遞進，整個大課題只有在每個小課題都完成的情況下才能完成。這種模式不僅便于指導教師的分類指導，也有利于學生獨立思考與團隊合作。
2.4 新模式的實施框架與目標
通過框架圖可以看出，新模式的技術載體是UG軟件，UG軟件工具運用的熟練程度直接決定了整個課程設計的進展情況。因此，新模式的前期準備階段至關重要，為了在課程設計正式開始之前使學生對軟件有一定的了解，需要教師將工程軟件有效引入整個機械原理課程教學中，這方面已有許多教學工作者將之引入機械原理課程教學中，并在提高教學效果的同時就如何提高學生軟件運用能力方面作了有益的研究和實踐[2，3]，值得借鑒。教師指導重點是把握課題的分層次布置、設計方法的引導以及軟件使用技巧的點撥。在整個設計過程中，小組成員共同討論方案的擬訂，然后根據能力層次分工完成機構建模、運動分析、動力分析、設計優化等環節，每個環節在獨立設計的基礎上又離不開團隊合作，在設計完成后以期每名學生既能對所選課題建立起系統的認識，又能熟練掌握相應設計環節的軟件運用。
通過這種新模式的實施，所要達到的實踐教學目標如圖2所示。借助UG平臺進行的課程設計，基本目標是使學生同時獲取綜合運用基礎知識和軟件應用能力，理想目標是學生完成課程設計后能形成系統的設計思維，創新能力有所提高。
3 新模式實施案例
以具有車輛工程專業特點的典型汽車發動機機械系統為例說明，新模式的實施。三維虛擬設計模型框圖如圖3所示。
3.1 針對專業特點挖掘設計課題
挖掘具有專業特點的設計題目，發動機是車輛的心臟，透徹了解它的結構是車輛工程專業相關課程教學的一個重點。如圖3所示，將發動機整個機械系統作為一個大課題，以發動機活塞運動仿真與分析a、發動機氣門運動仿真與分析b、發動機氣閥聯動運動仿真與分析c為子課題，其中a對應于曲柄滑塊機構，b對應于凸輪機構，c對應于齒輪機構，這些常用機構建模、裝配及仿真，教師在前期準備環節中，都應通過UG軟件平臺將其融入機械原理課程教學中。類似的課題還可以從車輛傳動機械系統轉向機械系統、制動機械系統等中挖掘，車輛類別可從普通汽車擴展到農用車輛、鐵路車輛等。
3.2 分層次地設計指導
本課題可根據學生能力和成績，按分層教學思想和模式分配給3～6名學生共同完成。其中對于成績差的學生，指導重心應放在運用基礎知識創建典型機構的運動方案上，如活塞運動、氣門運動、氣閥聯動的工作原理擬定及運動尺寸的確定，并學會運用UG創建單個零件的三維模型；對于成績較好的學生，指導重心應是學會運用UG進行單一機構的裝配設計和干涉檢查；對于成績好、能力強的學生，指導側重點放在整機的運動仿真及方案優化上。在整個設計過程中，每個層次的指導又不是割裂的，每個子課題相互關聯遞進，強調每名學生在有所側重的基礎上共同參與，實現系統思維的構建、綜合能力的培養。
3.3 基于UG的設計過程
在機械原理課程設計中，UG軟件平臺主要借助建模、裝配和運動仿真三大模塊功能。首先，學生要對UG建模模塊中的常見操作命令熟練掌握，領會三維建模思想，這是每一名學生在課程設計開始之前必須達到的要求；其次，學生進入UG裝配模塊進行機構的裝配設計并進行干涉檢查，這一環節需要教師進行示范演示并穿插上機強化；最后，在機構裝配完成后進入UG運動仿真模塊，學生通過仿真結果，給出方案評價或方案優化。
4 結束語
UG軟件平臺背后的CAD/CAE技術已逐步成為現代產品設計的主流技術，我們必須樹立新的教育質量觀念，調整和改進機械原理課程設計的內容和手段，提高課程設計的技術含量和設計質量。如何更有效地發揮諸如UG這一類現代工程軟件在工科教學中的作用，是我們教學工作者面臨的一個重要課題。
參考文獻
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[3] 華劍，晏亮.工程軟件在機械原理教學中的應用 [J].長江大學學報：自然科學版，2008（3）：363-365.
關鍵詞：機械原理；系統化；多樣化創新性設計；實踐性
作者簡介：張莉潔（1976-），女，河南洛陽人，洛陽理工學院機械工程系，講師。（河南 洛陽 471023）
中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）14-0120-02
機械系統的設計是機械設計中極其重要的一環，機械系統設計的正確合理性，對提高機械的性能和質量，降低制造成本與維護費用等影響很大，決定著機器性能的好壞。機械系統方案設計是一項極富創造性的活動，要求設計者善于運用和總結已有知識和實踐經驗，深入理解，廣泛積累，收集相關技術資料，充分發揮創造性思維和想象能力，靈活運用各種設計方法和技巧，從而設計出新穎、靈巧、高效的機械系統。
作為“機械原理”課程的一個重要實踐性教學環節，機械原理課程設計的內容正是對機器進行機械系統方案設計。它是學生將所學知識轉化為實際工作能力的橋梁，使其將所學知識系統化；使理論與工程實際相結合，提高分析解決工程實際問題的能力，樹立機構分析和設計的概念，樹立正確的工程設計觀點；通過創造意識的教育，培養學生創造、實踐能力。根據近年來對課程設計實踐教學環節的深入探索及積累的經驗，本著洛陽理工學院提出的培養工程應用型創新人才的教育理念，筆者總結了學生在進行課程設計時出現的普遍問題，針對機械原理課程設計的培養目標，本文從機械系統設計過程的系統化、實踐性及創新性這三個方面對原有教學模式存在的問題加以提出、探討和論述。
一、機械原理課程設計教學內容及存在的問題
“機械原理”課程設計的核心內容是對機械系統進行方案設計。其一般設計步驟為：擬定機械工作原理，制訂總體功能，提出設計要求；執行構件和原動機的運動設計，確定執行構件的數目、運動形式、運動參數及運動協調配合關系；機構選型，選擇滿足機械運動、動力要求的機構類型，確定機械系統結構方案，繪制系統示意圖；機構的尺寸綜合，根據執行構件和原動機的運動參數，以及各執行構件運動的協調配合要求，確定各構件的運動尺寸，繪制機構運動簡圖；方案分析，進行運動學和動力學分析，對系統方案合理性進行論證，驗證其能否滿足運動要求。機械系統設計工作是一項創造性勞動，設計過程通常不會一次性完成，經常出現反復和交叉，通過不斷論證分析的過程才能達到最終的設計目的和最優的設計要求。
根據近年來“機械原理”課程的理論教學，結合課程設計實踐環節指導經驗，筆者發現學生在機械系統設計中，普遍存在如下問題：面對復雜的機械系統，學生在初始確定機械方案的工作中不能把握全局，沒有“整體規劃”的概念，竟不考慮機械系統各部分的運動協調性和機構運動實現的可行性，設計工作呈現照貓畫虎的狀況，無法發揮自身主觀能動性和創造能力，如此“參考設計”并不利于學生真正掌握機械系統設計的精髓。另外，原有課程設計所選設計題目大都集中于傳統、經典式的機床類設計，題目過于單一，創新設計性體現不強，導致學生缺乏設計興趣。
筆者認為在課程設計過程中應積極發揮學生的主觀能動性，能夠通過思考自行提出解決方案，培養創新和實踐能力，這才是該課程設計所應達到的教學目的，針對以上培養目標和所述問題，本文分別對課程設計進行中的重要環節和應注意的問題加以探討和論述。
二、系統化、實踐性及創新性教學探索
1.總體規劃，把握正確設計方向
機械系統的正常工作是依靠各部分機構的協調運動來實現的，因此機械系統方案設計的最初工作階段應是“系統工程設計”，即應在滿足機器各執行構件的協調運動關系和運動、動力要求下，高屋建瓴地進行整體規劃，該階段應包括上節所述設計步驟的前三步。“系統工程設計”階段將為之后各設計階段提供設計目標、依據和技術參數，其重要性正如房屋的架構或是汽車的運行，決定了機械系統方案設計工作成功與否及方案的可實現性與合理性。
然而，“系統工程設計”工作正是學生在設計過程中遇到的最大困難，其不愿運用邏輯思維統籌分析各部分運動協調關系和機構運動的合理性，而是莽撞地從熟知的局部機構入手開始設計，如此毫無方向性的設計方法無異于盲人摸象，而后的工作無論進行得多細致也無法保證正確的設計結果，最終導致南轅北轍的失敗。
進行“系統工程設計”的關鍵步驟是繪制各執行機構的運動工作循環圖。運動工作循環圖使各執行部分協調運動關系明晰可見，更有助于設計者理清思路。最清楚的繪制方法是在直角坐標系中分別做出各執行構件所對應原動件在一個工作循環內的運動位移曲線以及對應的阻力曲線，該曲線將為之后的機構設計、運動和受力分析提供必要的設計技術參數。
以牛頭刨床機構舉例分析，該機器有兩個相互協調的執行端運動，其一為刨頭的往復直線運動，通過電機、減速裝置及轉動導桿和曲柄滑塊機構的組合執行機構來實現；另一個運動是工作臺的橫向進給運動，該運動由主運動通過傳動系統，而后通過曲柄連桿、棘輪機構及絲杠螺母組成的螺旋運動來實現，兩者的運動協調關系為工作臺的橫向進給運動必須在刨頭非切削時間內進行，否則被加工工件將被損壞。繪制運動循環圖時應分別畫出刨頭、工作臺對應于原動件曲柄轉角轉動一周的位移曲線圖。另外，其工作中切削阻力曲線也應相應繪出，為之后在任意位置進行受力分析時提供相應數據。
運動循環圖將對之后各階段提出一系列設計要求，如工作臺進給的間歇運動是最終通過棘輪機構實現的。若通過曲柄搖桿機構來實現主動曲柄和棘輪的運動傳遞，則應考慮如何設計曲柄連桿機構，才能保證棘輪的工作行程（撥齒使工作臺進給）位于刨頭主運動的回程段，且工作周期一致。以上運動協調性為之后進行機構尺寸綜合提出了設計要求，通過分析可將其轉化為機構設計的三大類基本問題來解決。
2.開展實踐調查研究，鍛煉自主研究能力
由于理論學習占授課的主要部分，許多學生對實際機器缺乏感性認識，只會按既定方案進行教條設計，如此閉門造車的設計狀態使學生缺乏設計興趣，且設計出來的方案也是紙上談兵，不符合實際。
優秀的機械系統設計工作依賴于設計者的豐富經驗，針對專業知識匱乏，實踐少的問題，在進行課程設計前的準備工作中應提出以下要求：開展實踐調查研究，鍛煉學生自主收集獲取相關技術資料及深入自主研究的能力。鼓勵學生廣泛閱讀，擴展知識面，了解最先進的機械構造和設計技術，對機械系統的豐富性能窺得一斑。生活中先進機械系統實例舉不勝舉，如汽車構造中實現前車輪轉向的機構、四連桿獨立懸架直線機構等等，都是極具創意且包含先進設計思想理念的設計實例。
獲得實踐的方式很多，如實地參觀考察，聽現場工人師傅講解；圖書館、網絡技術資源也能夠感受到一個豐富精彩的機械世界。通過實踐，再與所學理論知識相結合，學生再一次經過了由感性上升到理性的認識過程，掌握了課本知識與實際機器的內在聯系，在設計時更易發揮其主觀能動性。在補充專業知識的過程中，領略前輩們的智慧和創新精神，想必也一定會激發學生自主設計的欲望與熱情。
3.擬定多樣化、創新型設計題目，啟發創新思維
目前現有傳統的經典式機械系統設計題目通常是一些僅要求滿足急回特性和一定協調運動的機床類設計，這類設計題目多數較為成熟，設計難度不小，而類型過于單一，創意思考空間并不大，無法體現機械系統的豐富性。而實際機械系統的功能和設計要求是極其多樣化的，學生在進行課程設計中卻始終沒有機會接觸到這些，無法感受到機械系統設計的豐富多樣性和創新趣味性，更無法為學生帶來創新設計成功后的成就感和喜悅感，更甚者學生直接照搬照抄，比葫蘆畫瓢。
筆者認為，針對初學的學生擬定機械系統題目不宜太過復雜，而在于有思考性和設計意義。只要有創新和分析價值，能激發起學生創新設計的欲望，這樣的題目即可獲得事半功倍的效果。隨著不斷完善的教學體系發展，多樣化、創新性設計題目應有所呈現，而這些題目能使學生充分利用所學之術，鍛煉分析判斷能力和解決實際問題的能力。
舉例來說，機械系統中執行機構通常是由一些簡單而極富創意設計的四連桿機構來實現的，如從這方面選題，就應要求學生在完成設計的過程中要使設計既不過分復雜，同時又能讓人感受到機械系統的設計理念。在此舉出以下實例加以說明。
如讓學生進行汽車前車輪轉向系統的設計。首先向學生提出以下問題：兩前輪轉向時，兩車輪的轉角是否相等；然后分析問題：汽車高速行駛時首先要保證行駛的安全性，因此車輪轉向時應保證整車純滾動，否則將會出現打滑的危險。由此得到結論：前車輪兩軸線必然與后車輪軸線交于一點，由幾何分析得到兩車輪轉角具有一定的函數關系。該機構可由等腰梯形四連桿機構來實現，其設計問題可歸納為給定兩連架桿位置的函數生成問題。該問題可分別采用圖解法和解析法來進行求解。
再有，鶴式起重機的執行機構為雙搖桿機構，其末端利用連桿的運動來實現重物的移動。問題看似簡單，但其設計卻有一定的特殊功能要求。為保證起重機在左右移動時不上下起伏，避免不必要的做功浪費，應保證連桿末端軌跡為直線，該問題正歸納為連桿機構設計的難點――軌跡生成問題。設計時可首先讓學生了解經典的直線軌跡機構，可采用圖解法先進行幾何特征分析，然后再利用優化設計來建立數學模型，以與直線軌跡誤差最小作為優化目標進行針對性設計。
通過以上所舉實例可知，實際機械系統中有很多亟待解決和優化的問題都依賴于機械系統方案設計。諸如此類具有一定不確定性的設計問題，讓學生真正感受和接觸到實際問題的存在，即使在設計過程中的思考和思維過程很艱難，解決問題時會感到困苦，但收獲成果的喜悅是無法替代的。整個設計過程是伴隨著激情和設計靈感的創造性活動，而不再是一項繁瑣枯燥的事情，使機械系統創新設計理念深入人心。
三、總結
綜上所述，通過創新性、實踐性的課程設計過程，使學生對機械系統的設計理念有所感悟，使學生更好地在創造實踐能力和分析思維方面得到大幅度的鍛煉，真正達“機械原理”課程設計實踐教學的目的。同時，也對學生今后進一步深入研究并確定其研究方向和領域大有裨益，起著導向作用。期待在今后的機械原理課程設計中將出現更多豐富的創新實踐性題目和先進的設計理念，培養出優秀的應用型創新人才，以適應我國科學技術及工程創新的發展。
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關鍵詞：機械原理課程設計；虛擬樣機技術；ADAMS；教學研究
作者簡介：黃小龍（1977-），男，廣西梧州人，北京信息科技大學機電工程學院，高級實驗師。（北京 100192）
基金項目：本文系北京信息科技大學2010年度高教研究課題資助項目（項目編號：2010GJZD02）的研究成果。
中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2013）04-0102-02
《國家中長期教育改革和發展規劃綱要（2010-2020年）》明確指出：高等教育須提高人才培養質量，其措施之一就是強化實踐教學環節。在工程技術人才的培養中，實踐教學的意義是不言而喻的。“機械原理課程設計”是機械原理課程教學的一個重要實踐環節。而“機械原理”課程是高等學校工科機械工程類本科生必修的“機械設計系列課程”之一，是一門主干技術基礎課程，在學生的知識、能力和素質培養體系中占有十分重要的地位。[1]因此，為了提高機械類人才培養的質量，充分調動學生學習積極性和主動性，十分有必要對“機械原理課程設計”這一實踐教學環節進行建設。
一、教學現狀分析
“機械原理課程設計”的任務是使學生更好地理解和掌握“機械原理”課程的基本理論和方法，進一步提高學生查閱技術資料、繪制工程圖和應用計算機等能力，特別是加強培養學生創新意識和分析問題、解決問題的能力。課程設計實施基本要求是按照一個簡單機械系統的功能要求，綜合運用所學知識，擬定機械系統的運動方案，并對其中某些機構進行分析和設計。[1]
目前，北京信息科技大學（以下簡稱“我校”）在“機械原理課程設計”教學過程中遇到了以下幾個問題：
1.設計題目單一
課程設計的選題主要是插床或牛頭刨床導桿機構的運動分析與動態靜力分析，這也是很多高校在“機械原理課程設計”中的選題。設計方案及參數往往已給定，課程設計過程中學生只是按照設計說明書上的設計步驟對擬定好的執行機構進行運動和動力分析設計，沒有機械系統的方案設計和機構的選型設計。從知識層面上說，學生缺乏進行系統設計創新的機會和能力鍛煉的機會，也導致了學生處于被動的學習狀態。課程設計中，讓學生自主設計和發揮主觀能動性的內容少，無法激發學生的創造力，不利于創新思維和工程實踐能力的培養和訓練。
2.設計方法陳舊
目前學生課程設計所采用的方法主要是圖解法，少數學生還應用了解析法。不管是圖解法還是解析法均是傳統“機械原理課程設計”通常采用的設計方法。圖解法形象直觀、清晰，便于學生理解與分析檢查，但作圖復雜、工作量大、準確性差、效率低，[2]一張圖只能反映一個位置的情況，當全班或半個班同學同做一個題目，只是機構的運動參數有所區別時，一部分同學存在依賴或抄襲他人的情況，這樣導致了這些學生只是按照設計說明書走過場的情況。解析法可以獲得精確的計算結果，且可以獲取任意點位置的情況，但建立數學模型以及編制計算程序較為煩瑣復雜，[3]計算結果不便于分析，同時學生往往不具備獨立完成編程求解的能力，他們幾乎不得不把全部精力都放在提高計算機編程能力上，這樣使“機械原理課程設計”變成了計算機語言課的訓練，[4]偏離了課程設計的目的。而若指導教師將已編好的計算程序交給學生，由學生上機輸入并調試程序，進行計算，將計算結果與圖解法所得結果相比較，它只是起到對圖解法的結果進行檢驗的作用，[2]學生應用計算機解決實際問題的能力沒有得到有效的鍛煉。若想進一步對機構方案進行對比分析或深入探討，以上兩種方法很難實現，這在很大程度上影響到課程設計的教學效果，不利于培養學生的工程應用能力以及創新能力，也不易調動學生的學習積極性。
3.學時相對較少
《機械原理課程教學基本要求（機械類專業適用）》中要求“機械原理課程設計”時間不應少于1.5周。[1]我校目前設置的課程設計時間為1周，并且根據教學計劃“機械原理課程設計”安排在學期末最后1周，若除去設計準備和答辯的時間等，實際工作日不到四天，并且學生此時心思往往不在學校，急于回家，從時間跨度來說學生主動思考和解決問題的機會較少，完全處于被動的地位，他們很少有機會進一步優化設計或方案，與教學指導委員會制定的基本要求有一定的距離。學生課程設計的成果僅僅是一份圖紙和書面報告，體會不到學習的樂趣，更不能提高創新能力。
二、虛擬樣機技術
虛擬樣機技術是隨著當代科學的飛速發展在設計領域新興的一種計算機輔助工程技術，是一種用來代替真實的物理樣機設計、基于產品的計算機仿真模型的數字化設計方法。虛擬樣機技術涉及機械、電子、計算機圖形學、協同仿真技術、系統建模技術、虛擬現實技術等多個領域、多項技術，其本質是以計算機支持的仿真技術和生命周期建模技術為前提，以多體系統運動學、動力學和控制理論為核心，借助計算機圖形技術、交互式用戶界面技術、并行工程技術、信息技術、集成技術等，從外觀、功能和空間關系上模擬真實產品，模擬在真實環境下系統的運動學和動力學特性并根據仿真結構優化系統，為物理樣機的設計和制造提供參數依據。[5]虛擬樣機技術改變了傳統的設計思想。
借助于虛擬樣機技術，設計工程師可以在計算機上建立機械系統的模型，伴之以三維可視化處理，模擬在現實環境下系統的運動學和動力學特性，并根據仿真結果對整個系統進行不斷改進，直到獲得最優設計方案。這極大地縮短產品的開發周期，節約產品的開發成本。目前，國外虛擬樣機相關技術軟件的商業化過程已經完成。其中美國MSC公司的軟件產品ADAMS就是虛擬樣機技術平臺的杰出代表，該軟件可以對虛擬機械系統進行靜力學、運動學和動力學分析，并且方便快捷地可視化輸出位移、速度、加速度和反作用力曲線等。隨著虛擬樣機技術在機械工程領域的應用和發展，ADAMS已成功應用于航空航天、汽車工程、鐵路車輛、工業機械、工程機械等領域。
三、將虛擬樣機技術引入“機械原理課程設計”教學
1.必要性
教育部高等學校機械基礎課程教學指導分委員會2009年制定了“關于深化機械原理課程實踐教學改革的意見”，其中明確指出目前機械原理課程實踐教學改革應當重點關注的問題之一是商業軟件（如ADAMS、Pro/E等），在實踐教學中應用的相關問題，比如是否有必要對學生提出在軟件應用方面的要求等。[6]面對新形勢下“機械原理課程設計”教學出現的問題，有必要探索一種可激發學生學習興趣、提高實踐能力的新教學方法。
ADAMS軟件具有快捷的、形象的動畫展示等功能，采用ADAMS軟件可快速方便地創建完全參數化的機構模型，快速對各種設計方案進行仿真分析，結果以曲線圖和動畫顯示的方式形象展示，使機構運動學、動力學問題的分析變得簡單、直觀和精確，可彌補學生實踐經驗的不足，使學生有更充足的時間進行方案設計，方便學生對各種設計方案進行對比分析以及參數優化等，有利于激發學生的好奇心，提高學生自主學習的積極性，培養學生進行創新設計的能力，以及營造支持學生獨立思考、自由探索的良好環境。在近幾年，國內已有多所高校將ADAMS軟件應用到“機械原理課程設計”中。[2-4，7-9]
2.實施過程
將ADAMS軟件引入“機械原理課程設計”教學中，將會改變傳統的教學模式，為了能增強教學實踐效果、真正提高課程設計質量，筆者進行了以下的工作：
（1）課堂引導。根據教學計劃，課程設計安排在第二學年，此時了解ADAMS軟件的學生相對較少，基本上沒有學生使用過，其原因一方面是由于該軟件被引入國內的時間比較晚，另一方面是由于該軟件的專業性強。學習和掌握ADAMS軟件是關系到“機械原理課程設計”改革實踐的關鍵，因此筆者在“機械原理”課程理論教學課堂中有意識地引導學生關注該軟件，并在一些教學案例中演示如何應用ADAMS軟件解決問題，使學生自主學習的目標得以明確。
（2）設置開放實驗。在學生學習“機械原理”課程過程中，同時設置“典型機構運動仿真分析與驗證”開放實驗，實驗內容為應用ADAMS軟件建立一些簡單、典型的連桿機構、凸輪機構以及齒輪機構模型，進行仿真分析，得到相關參數值，并以曲線圖和動畫等方式顯示仿真結果。開放實驗為選修實驗，由學生自愿報名參加。在開放實驗中，指導教師講授并演示ADAMS軟件基本操作以及連桿機構、凸輪機構、齒輪機構建模與仿真分析的內容和操作步驟，分3次講授，每次3課時。每次相關內容講授完畢后，由學生自主完成實驗指導書提供的典型機構，同時開放機房，學生可利用課余時間學習。通過開放實驗的鍛煉，學生掌握ADAMS軟件的基本操作，并對此產生濃厚的興趣，同時為學生應用ADAMS軟件進行“機械原理課程設計”打下基礎。
（3）實際指導。編制一本應用ADAMS軟件進行“機械原理課程設計”的指導書，明確課程設計的內容與要求。在課程設計周指導學生上機操作，與學生討論、分析問題，引導學生與應用圖解法的同學相互討論、檢驗結果，從而體現學生主體、教師主導的教學思想。
3.應用實例
筆者連續兩年在2009級、2010級機械設計制造及其自動化專業和車輛工程專業進行了“機械原理課程設計”試點教學。
2011年，首次將虛擬樣機技術引入“機械原理課程設計”教學，在設置“典型機構運動仿真分析與驗證”開放實驗時，面向2009級機械設計制造及其自動化、車輛工程專業共8個班，采取學生自愿報名的方式。考慮到第一次進行嘗試，為保證實驗質量及效果，開課之前通知學生每班限額5名，但實際報名情況超出預想，達到了74人，擇優選擇52名同學。在開放實驗過程中，學生學習了ADAMS軟件基本操作以及連桿機構、凸輪機構、齒輪機構建模與仿真分析的內容和操作步驟，為下一步進行機械原理課程設計打下了良好的基礎。在機械原理課程設計周，筆者指導其中一個班，在該班參加過開放實驗的同學中選擇了部分有意向的同學進行試點，要求這些同學除了完成圖解法的課程設計內容之外，還須運用ADAMS進行機構建模、仿真分析，并驗證圖解法的結果等。試點的結果是僅有少數同學能達到要求，即利用圖解法進行課程設計之外，還能運用ADAMS軟件，經調查獲知原因是時間緊、工作量大。試點后同學對運用ADAMS軟件進行課程設計產生了興趣，有自主學習的積極性。
2012年，結合2011年經歷并為保證教學效果，僅從2010級機械設計制造及其自動化專業其中2個班選擇31名同學參加開放實驗。由于人數得到控制，指導教師有更多的時間與精力輔導學生，因此學生對ADAMS軟件的掌握更為熟練。在機械原理課程設計周，筆者同樣是指導其中一個班并選擇了有意向的同學進行試點。根據2011年經驗，這次允許學生不使用圖解法，而是直接運用了ADAMS進行機構建模、仿真分析，但須對設計方案進行比較分析，并優化各個設計參數。這樣，學生有更多的時間相互討論并設計各種方案，對計算結果分析得更為透徹，能獨立思考問題，真正鍛煉分析問題、解決問題的能力，變學生被動學習變為主動學習。
四、結束語
將虛擬樣機技術引入課堂使教學效果有了明顯的提高，真正體現了學生主體、教師主導的教學思想，學習的興趣較濃。經過課程設計鍛煉后，學生普遍認為收獲較大，實踐能力得到了提高，隨之積極參加、開展各種課外科技活動。實踐中也發現了一些新的問題，如指導教師工作量大大增加、知識面不足等，這樣就對指導教師提出了更為嚴格的要求。如何解決這些新問題以及如何將試點普及到整個專業所有同學，使更多的同學受益，需進一步研究與探索。
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關鍵詞：成人教育；機械原理；精品課程；課程改革
中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2014）30-0207-03
一、簡介
機械原理是以高等數學、機械制圖、理論力學及普通物理等先修課程為基礎，并為學習機械設計和有關機械類專業課程奠定必要基礎的一門課程。通過課程的學習，學生需要掌握機構學和機械動力學的基本理論、基本知識和基本技能，并初步具有擬定機械系統方案、分析和設計機構的能力。機械原理課程理論性較強，且各章節相對較獨立，內容多，因此在其教學過程中應注重貫徹少而精的原則，不強調面面俱到，知識點要淺些，寬廣度需適應成人教育的特點。成人教育具有和普通高等教育不一樣的特點，主要體現在個體差異大，知識結構參差不齊，整體水平不高；一般年齡偏大，工作和家庭負擔重，工作忙碌，學習時間難保證；原有的知識結構不適應目前所從事的工作，需要提高自身的專業素質；隨著年齡的增長，成人的理解力增強，記憶力較差，但是成人學員大多為一線工作人員，實踐經驗豐富，對與現場聯系較密切的教學內容及實踐興趣極高。近年來入學的成人學生的年齡有不斷減小的趨勢，其記憶力方面較強，但在實踐經驗方面略有欠缺。國家提倡的精品課程建設是以一流教師隊伍、一流教學內容、一流教學方法、一流教材、一流教學管理等為特點的示范性課程。成人機械原理精品課程建設的目的是針對成人教育的特點，從教學隊伍建設、教學內容和課程體系改革、先進的教學方法和手段、教材建設、理論與實踐結合、課程建設全面規劃等方面進行努力和發展，使成人的機械原理課程教育教學在各方面符合國家示范性課程的要求。
二、課程建設方法
根據精品課程建設的要求，并結合我校自身的發展和基礎條件，從以下幾個角度進行了相關工作：
1.面向工程應用的課程設置。機械原理是機械類專業的一門重要的專業基礎課，在整個專業培養和課程體系中具有十分突出的地位，是從基礎課過渡到專業課、從理論性分析為主過渡到工程實踐為主的一門中間課程。該課程是學生接觸工程化的第一個實踐環節，因此如何深化工程化的概念對于機械原理的教學十分重要。隨著各高校的擴招，年輕教師越來越多，而且具有博碩士學位的比例越來越高。但目前的年輕教師主要是從學校到學校，缺少工程經驗，工程化的師資隊伍建設成為時展的需求。結合國家級“河海大學-寶菱重工卓越工程實踐中心”的建設，為增加年輕教師的學習經歷，在學生進駐企業的同時，各指導教師全程陪同，參與企業的項目建設。建立各學習模塊，為各模塊配備校內導師和企業教師，企業導師負責實踐教育，校內導師負責理論教育，相互學習，既提高了校內導師的實踐能力，也為企業帶去了較高的理論分析水平。而為了提高課堂教學時課程的工程應用比例，還借鑒了蚌埠學院的相關做法，如：（1）優先引進同時具有高學歷和工程實踐背景的師資人才，聘請企業內高級技術人員做校外兼職導師；（2）集合學院乃至校區的力量，積極參與常州市及周邊地區的建設，增強校企聯合；（3）鼓勵專利、產學研結合和技術服務，而不僅僅是理論研究和科技論文。
2.課程實施條件。在課程的具體實施過程中，主要從教師隊伍建設、教材規劃、教學條件保障等方面進行：（1）主講教師。從機械原理的教學人員構成來看，任課教師中有1名教授、1名副教授、3名講師，學歷均在碩士以上。年齡從35歲到50歲，結構合理，形成了一個教師梯隊。課程的主講教師在成人以及本科教育教學、教改研究等方面具有十分豐富的經驗。全體任課教師定期召開教學例會、集中備課、針對教學過程中出現的問題及時處理和分析。（2）教材規劃。理論課教學選用了由清華大學出版、申永勝編著的普通高等教育“十五”國家級規劃教材《機械原理教程》。該教材配有習題集可有效提供成人學生自主學習和研究性學習的資料。精品課程建設中，教材規劃參考天水師范學院的立體化教材建設方法。立體化教材包括主教材、教師參考書、學習指導書、電子教案、CAI課件、網絡課程、試題庫等。該教材的建設與整個機械原理課程內容、體系的改革相結合，電子教案和課件能夠及時反映教學改革的要求，網絡課程建設促進教學改革的嘗試，逐步提高機械原理的教學水平。（3）教學保障。成人的機械原理教育依托于本科教學環節，能夠使課程教學的教學條件得到充分保障。學院經過二十多年的建設，教學設備先進，教學設施齊全。學院設有本科教學的機械基礎省級實驗教學示范中心、機電工程學院實驗中心和河海大學常州校區工程訓練中心，機械基礎省級實驗教學示范中心2007年立項建設，2010年順利通過江蘇省驗收；專用與通用儀器和設備價值達2000余萬元；學院實驗室占地4000余平方米，擁有實驗設備儀器1200余臺套。目前實驗室開設的實驗課程主要包括：機構運動簡圖測繪；齒輪參數測量和范成實驗；機構運動拼接實驗；機構運動參數實驗。目前實驗課程主要對本科生開設，對于成人教育正逐步開展進行。（4）網絡化教學。針對成人學生的上課時間較難保證、課時緊等問題，要鼓勵學生能夠充分利用課余時間，因此建設好機械原理課程的網絡資源是十分重要的。我校機械原理的精品課程網站內容主要包括課程簡介、教學管理、教師隊伍介紹、教學資源等。其中教學資源主要包括助學式課件、思考題、練習題、習題答案、課程重點及難點解析等。網站中還有留言信箱，方便同學對于課程的疑問和問題能夠及時和老師溝通和聯系。
3.課程評價體系。課程評價圍繞課程培養目標，不僅要評價學生掌握的知識與技能，而且還要評價學生課堂的表現、出勤率和學習過程。評價時以課程考試為主要的評價方式，并輔助以課堂表現和出勤率等，力求評價方式的多樣化[5]。單純的期末考試不能完全反映出一個學生對課程的掌握程度，目前各高校大多都采用多種方式如課后作業、報告、實驗、小測驗、考試等進行考核，表1所示為根據我校成人教育的特點采用的評分標準和比例。多樣化的考核方式，使學生必須注重平時的學習積累，不能通過突擊的方式完成課程考試，學生有了積極學習的壓力和動力，更能均衡反映學生學習的實際水平和學習效果，符合正態分布。
4.課程改革與創新。機械原理課程具有較強的實踐性和可動性的特點。即課程研究的所有問題都來源于生產和生活中實際的機構和機器，并且研究對象都是具有確定運動的機構。因此學習方法也要與之相適應，在學習過程中，尤其應注意理論知識與實踐應用相結合、機構運動簡圖與具體實物相結合、機構的靜態分析與動態分析相結合、形象思維與邏輯思維相結合。機械原理的課堂教學、教學方法與手段等方面力求創新改革，探索適合成人學生學習的課程體系和教學方式，培養學生的學習興趣、創新思維和獨立分析問題、解決問題的能力。（1）教學內容的創新。針對成人教育中學生的理論學習時間少而又急需提高應用能力的學習特點和需求，機械原理課堂教學的主要內容為：機械運動方案選型設計、機構運動分析與尺寸綜合、機械動力學分析和設計。此外還要重視介紹學科發展的新動態、新方向、新內容，注重激勵學生的學習欲望，調動學生的積極性，讓學生了解更多更新的理論、技術與方法。實踐教學方面主要包括小項目和專題、實驗教學、課程設計、課外創新等。如近年來國家以及省級組織的大學生創新訓練計劃，在創新競賽的過程中提高了學生的創新意識，學生得到了實踐鍛煉的機會、開闊了眼界。（2）教學方法的創新。機械原理教學方法配合教學內容的改革，加強與學生的互動，要將以教師為主的“灌輸式”教學向以啟發式、問題式、討論式教學為主的新的教學方法轉變，讓學生從被動學習轉變為主動學習，真正成為教學活動的主體。鼓勵學生應用成熟的工程軟件進行相關課程的學習。例如在很多章節中涉及到圖形法可以采用AutoCAD軟件來分析和設計，可以得到比手工繪圖精確得多的解，又可以鍛煉利用AutoCAD軟件繪圖的能力。如圖2所示為圖解法分析凸輪機構的相關參數。在解析法中可以結合matlab軟件教學，既可以直接利用matlab編程的方法，具有豐富的庫函數、編程簡單、可視化功能強，又可以采用simulink和simMechanics進行機構的運動學和動力學分析。如圖3所示，某曲柄搖桿機構中，各桿件長度分別為l1=120mm，l2=40mm，l3=70mm，l4=100mm，曲柄運動角速度250rad/s，利用simulink分析得到桿件BC和CD的角速度圖形。（3）教學手段的創新。在教學手段上，著重培養學生對機械系統的整體認識，課程重點突出，難點得到有效分析，課堂教學過程吸引學生的注意力，注重學生的參與，啟迪學生的思考、聯想。加強學生對所學基礎理論的理解。培養學生應用所學過的知識，鍛煉其獨立解決工程實際問題的能力。教學方法得當，充分利用多媒體教學，努力激發學生學習興趣和提高教學效果。多媒體課件中除了課程的文字性內容外，主要包括自制的動畫課件和機械相關的視頻信息，如企業內各種設備、工具和零部件及加工錄像等。此外，在機械原理課程中有關結構分析、運動分析、力學分析等方面的教學還應該注意多媒體和板書的綜合利用。
三、總結歸納
機械原理課程在機械類成人教育的課程體系中處于承上啟下的地位，因此加強成人機械原理的精品課程建設具有非常重要的意義和作用。在課程建設過程中，從面向工程化、保證課程實施、課程評價體系以及課程改革和創新等方面采取不同的措施和方法，可提高成人的教育教學質量，提高學生的學習興趣和自主性，提高學生的實踐能力和創新能力，使學生能夠牢固掌握機械原理中的相關基礎知識和內容，為機械類的后續課程的學習打下良好的基礎。
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關鍵詞：機械原理；精品課程；課程建設
作者簡介：李光煜（1965-），女，內蒙古呼和浩特人，黑龍江科技大學機械工程學院，教授；劉秀蓮（1979-），女，遼寧葫蘆島人，黑龍江科技大學機械工程學院，講師。（黑龍江 哈爾濱 150027）
中圖分類號：G642.3 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2013）34-0126-02
精品課建設是教育部為實施高等學校教學質量和教學改革工程不斷提高教學質量而推出的一項重大舉措。在精品課建設中，應圍繞如何提高教學質量進行研究和實踐，其主旨在于充分體現精品課的先進性、科學性和示范性，實現理論知識傳授與應用創新能力培養并重的教育目標。在這一過程中，通過整合教學內容，構建新的教學體系，改革教學模式，深化實踐環節，造就一支優秀的結構合理的師資隊伍，吸收和培養年輕教師，優化教材，實現課程建設的可持續發展。[1，2]
一、進行教學內容的整合，形成新的教學體系
近年來，隨著高等教育教學改革的深入和創新應用型人才培養規劃的調整，學生某些科目的教學時數有所減少，“機械原理”課程的教學時數也由原來的76學時減少到56學時。在教學時數減少了20學時的情況下要保質保量地完成“機械原理”課程的教學，就要求授課教師對教材內容要融會貫通，對理論知識的講解能夠深入淺出，做到舉一反三。通過課程組討論和教學實踐，對理論知識體系進行了重新整合，把課程內容體系歸納為“四大模塊”，即機構的組成與運動分析模塊、機械系統動力學模塊、基本機構及其設計模塊和機構組合系統及其設計模塊。其中，機構的組成與運動分析模塊（10學時）內容包括平面機構的組成原理及其結構分析和平面機構的常用運動分析方法研究。機械系統動力學模塊（16學時），包括平面機構的慣性力確定和動態靜力分析方法、機械的效率確定及自鎖條件分析、機械的平衡條件及其計算、機械的運動方程的建立及其速度波動的調節方法等內容。基本機構及其設計模塊（22學時），包括平面連桿機構、凸輪機構、齒輪機構和其他常用機構的類型、應用及各自設計方法。最后是機構組合系統及其設計模塊（8學時），包括齒輪系的類型、傳動比的計算及輪系的應用和機械系統的方案設計。[3]經過整合課程體系，使課程內容變得更加連貫，學生在學習機械原理這一學科時能夠按照認知規律來掌握知識要點，從而使學習變得更加容易。即首先學習并掌握機構的組成原理和結構分析、機構具有確定相對運動的條件和平面機構常用的運動分析方法之后，了解和學習工程中常用機構的類型、組成、應用特點及其設計方法，最后學習和理解機械系統的機構組成及其總體方案設計，從而使各執行構件間達到協調配合。通過形成和利用“機械原理”課程新體系，充分體現出了精品課建設的先進性、科學性和示范性。
二、建立科學合理的教學環節，提高學生掌握知識、運用知識及動手創新的能力
學生對基本概念、基本原理及基本技能掌握程度的關鍵在于是否建立了科學合理的教學環節，同時學生理論聯系實際的能力、親自動手實踐能力和工程應用能力的形成與提高也依賴于科學合理的教學環節。多年來，“機械原理”課程組建立并應用了“三位一體”的教學環節，即把理論教學作為第一環節，第二環節為實驗教學，課外綜合實踐是第三個教學環節。通過“三位一體”的教學環節全面提高了學生掌握理論知識的能力、動手實踐創新能力和工程應用能力。[4]
1.改進教學方法與手段，使理論知識變得生動形象，便于學生掌握
在“機械原理”課程教學中沒有統一的教學模式，而是根據章、節及課程內容的不同采用靈活多樣的教學方法。“機械原理”課程組教師常采用的教學方法有傳統的課堂講授法、啟發式教學法，也有新穎靈活的分析討論式教學法及現場研究式教學法、案例教學法等。例如，在進行輪系這一部分內容的教學時，結合動畫和模型等應用實例，利用分析討論法和學生一起討論定軸輪系與周轉輪系的結構形式的不同、運動特性的不同及它們之間的聯系，從而推導出兩種輪系的傳動比計算方法，通過這樣的教學，可以開發學生智力，培養學生科學思維能力，使學生對這一知識點更容易理解和掌握，達到記憶深刻的教學效果。而在學習輪系中“使用惰輪的必要性”這一內容時，采用了案例教學的方式，把采煤機搖臂使用惰輪的錄像作為案例讓學生觀看和了解，從而得出惰輪可以增大傳動距離和改變傳動方向這兩個結論。在齒輪機構和蝸桿機構的教學中，組織學生到機構陳列室及常用機床車間進行現場教學。在去現場之前要給學生布置思考題，讓學生帶著問題去現場觀察，把教材中的理論知識與工程實際結合起來，使學生領會齒輪機構（蝸桿機構）在機器中的應用及其在應用中體現出的不同特性，達到了使學生把理論知識與生產實際結合起來的教學目標。
處于理論學習階段的學生還沒有接觸生產實踐，教師不可能每節課都能帶學生到現場教學。鑒于此，在“機械原理”教學中，要充分利用機械的實物模型直觀教學或利用教學錄像片、CAI教學課件、多媒體flas等比較形象的教學工具和手段幫助學生理解和掌握較抽象的理論知識。例如，錐齒輪的當量齒輪和當量齒數這一概念就非常抽象，學生較難理解，但在利用一段錄像片展開背錐并結合CAI課件講授之后，這一教學難點也就迎刃而解了。另外，在精品課建設中還充分利用網絡教學資源和環境，建立了機械原理精品課程網站，網站中包含了本課程的教學資料，包括自制的CAI教學課件、多年收集的教學案例以及多套課程教學重點和難點知識的錄像片等，還包括機械學科的前沿成果、機械創新園地及課程習題及答案等，為學生的自學和機械創新能力的形成提供便利的條件。
2.完善實驗教學設備，改進實驗教學方法，提高學生動手實踐能力
針對“機械原理”課程對實驗教學的要求以及實驗項目與內容的改革與整合，學院在實驗設備的種類和臺套數、實驗場地等方面的投入力度逐年增大，使實驗室在實驗裝備和實驗技術方面具有較先進的水平，為本課程的實驗教學創造了良好的環境。在實驗室的管理方面上實行課余時間開放制，學生實驗時間自定并提前預約。在實驗教學方面，以前的機械原理實驗教學多是驗證性的，很多學生都只在旁邊觀摩，起不到對學生鍛煉動手能力的培養目的。通過完善實驗設備，目前實驗室引進了具有研究性、綜合性及創新性內容的實驗，開設了機電系統創意組合實驗和機構創新結構設計實驗，學生利用課堂所學的基本概念、基本原理和基本技能，獨立思考，親自動手設計、組裝新機構，并對所組裝機構的傳動系統方案進行評價，通過這樣的實驗教學方式培養了學生的創造、創新能力和動手實踐能力。
3.開展課外綜合實踐，提高學生對理論知識的應用能力
培養學生解決機械工程應用及其創新發展的能力是“機械原理”課程教學的總目標。要實現這一目標，單憑理論教學和實驗教學還遠遠不夠，還要加強對學生課外綜合實踐的引導和指導。因此課程組創建了面向全校學生的“機械創新訓練實驗室”、“慧魚創新組合制作室”，并由專人管理設備。教研室及實驗室全體教師均可進行指導，為學生的創新活動提供寬廣的平臺和指導，為學生個性化創新教育創造廣闊的空間。每年定期舉辦校級機械創新設計大賽和“慧魚”模型創意組合競賽，課程組對在大賽及競賽中出現的優秀作品進行評價，幫助學生對所學基本概念、基本理論知識與工作實際應用做到融會貫通，利用機械原理知識發現問題并解決問題能力；并對其中能夠完成實物或模型的作品提供一定的資助，對其中明顯具有實用性和創新性的作品給予獎勵，在此基礎上鼓勵和組織學生參加省級或國家級機械創新競賽及全國大學生科技創新大賽等活動。這樣，在培養學生的動手能力和創新能力的同時，也培養了學生的組織協作能力和溝通能力，實現工科大學生由理論知識的掌握和積累向機械創新發展及工程應用能力生成的轉變。
4.建立科學的考核方法，綜合考評學生成績
近年來，課程組對“機械原理”課程建立了多元化考核模式，真正發揮期末考核在課程教學中的鑒定、督促和激勵作用。具體做法是：首先在考核的內容上，不僅考核學生基本概念、基本理論和基本技能的掌握程度，還要考核學生綜合性、創造性地應用基本概念、基本理論和基本技能解決實際問題的能力。其次在考核的形式上，加大了平時學習表現和實踐能力考核的力度。不再是由一套試卷和幾道試題決定學生對本課程的學習效果，而是綜合考量學生的平時作業、討論課及啟發式教學中的表現、實驗課教學中動手能力的表現及校級、省級和國家級創新大賽的參加及獲獎情況等多個方面進行測評，使期末成績的構成多元化。利用考核形式的改革，使每一個教學環節都得到學生的足夠重視，激發了學生的學習積極性，使學生更加了解“機械原理”課程在今后從事機械工程應用及其創新發展中的重要性，通過建立科學的考核方法，改善了教學秩序，提高了教學質量。
三、加大師資隊伍建設力度，提高師資隊伍的學歷水平和教學能力
師資隊伍的建設和師資水平的提升是精品課程建設的關鍵。“機械原理”課程組教師共9人，其中教授3人，副教授1人，高工2人，講師3人，高級職稱人數占67%。課程組全體教師不斷進取，抓住各種機會努力提高自身的學歷水平和教育教學能力。[5]目前博士學位1人，在讀博士后1人，在讀博士3人，碩士學位2人，學士學位2人。對青年教師實行導師制培養計劃，對每一位新進教師均配一名骨干教師進行指導，并制訂明確具體的培養計劃，幫助他們提高教學能力，過好教學關、育人關、實踐關。要求新進教師必須經過聽課、輔導答疑、批改作業、指導實驗、指導課程設計、試講、點評等階段后，才能上講臺講課。鼓勵青年教師積極開展教學與科學研究，提高學術水平和工程實踐能力，并促進教學水平的提高。幾年來，共有5人次參加校級、院級教學大賽，分別獲得一、二、三等獎，課程組的教學質量受到學校師生的一致好評。
四、引進國內優秀教材， 完成自編規劃教材和自制課件的配套體系
課堂教學的主要載體是教材，教師通過教材把知識傳遞給學生，教材也是學生課前和課后自學的主要工具，所以精品課程教學效果的改善和教學質量的提高都與教材的選擇和建設息息相關。課程組教師長期重視教材的選用與建設，選用的教材均為高教出版社推薦使用的國家優秀獲獎教材，并購買了與教材配套的CAI電子教案。同時以“21世紀規劃教材”為依托，抓住北京大學出版社“全國高等院校機械類創新型人才培養規劃教材”的契機，課題組共同努力出版了與課程建設配套的機械原理教材，并在教學實踐中得到應用，師生反映良好。為提高教學效果，增加課堂的信息量，黑龍江科技大學的教師們還自己制作了CAI課件，實現教材立體化，效果很好。
參考文獻：
[1]曲向榮.精品課建設的實踐與思考[J].沈陽工業大學學報：社會科學版，2008，（2）.
[2]侯治富， 金祥雷，谷樹嚴，等.精品課程建設目標及實現途徑的研究與實踐[J].中國大學教學，2006，（1）：22.
[3]孫桓，陳作模，葛文杰.機械原理[M].第八版.北京：高等教育出版社，2007.
關鍵詞：卓越教育；機械原理；機械設計；精品課程；課程改革
作者簡介：張洪雙（1976-），男，吉林梅河口人，河海大學機電工程學院，講師；樓力律（1973-），男，浙江湖州人，河海大學機電工程學院，副教授。（江蘇 常州 213022）
基金項目：本文系2013年江蘇省高等教育教改研究立項課題（課題編號：2013JSJG121）、面向“卓越計劃“的機械設計課程教學改革研究和實踐（項目編號：XZX/13A001-25）的研究成果。
中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）05-0067-03
我國提出的“卓越工程師教育培養計劃”（簡稱“卓越計劃”）旨在培養造就一大批創新能力強、適應經濟社會發展需要的高質量各類型工程技術人才。河海大學是首批卓越計劃的試點高校，同批的高校包括清華、北航、浙大、南大等重點高校，目前國內各高校在機械原理和設計課程上主要從課程的教學體系、課程內容、教學方法、課程的配套教材、課程的師資隊伍建設、教學管理等方面進行努力和嘗試，提高學生的創新意識和能力，提高學生的工程實踐能力。[1]國外和國內“卓越計劃”相近的工程教育模式為CDIO：[2]構思（Conceive）、設計（Design）、實現（Implement）、運作（Operate）。該工程教育模式由麻省理工學院和瑞典皇家工學院等四所大學自2000年起，經過四年的探索研究后提出的，是近年來國際工程教育改革的最新成果。
機械原理及機械設計是以高等數學、機械制圖、理論力學、普通物理、材料力學和工程材料等先修課程為基礎的，并為學習有關機械類專業課程奠定必要基礎的一門課程。通過課程的學習，學生需要掌握機構學和機械動力學的基本理論、基本知識和基本技能；初步具有擬定機械系統方案、分析和設計機構的能力；掌握通用機械零、部件的設計原理、方法和機械設計的一般規律，具有設計通用機械零件和簡單的機械裝置的能力；具有運用標準、規范、手冊、圖冊和查閱有關技術資料的能力等。因此本課程具有從理論性課程過渡到結合工程實際的設計性課程，從基礎課程過渡到專業課程的承先啟后的橋梁作用。機械原理及設計課程理論性較強和實踐結合緊密，且各章節相對較獨立，內容多，因此在其教學過程中應注重貫徹少而精原則，不強調面面俱到，知識點要突出，適當增加寬廣度，注重機械發展的新概念和新方向。
國家提倡的精品課程建設是以一流教師隊伍、一流教學內容、一流教學方法、一流教材、一流教學管理等為特點的示范性課程。面向卓越工程師的機械原理及設計精品課程建設的目的是針對卓越教育的特點，從教學隊伍建設、教學內容和課程體系改革、先進的教學方法和手段、教材建設、理論與實踐結合、課程建設全面規劃等方面進行努力和發展，使卓越教育的機械原理課程教育教學在各方面符合國家示范性課程的要求。[3]
一、課程建設方法
根據精品課程建設的要求，并結合河海大學（以下簡稱“我校”）自身的發展和基礎條件，從以下幾個角度進行了相關工作：
1.面向工程應用的課程設置
機械原理及設計是機械類專業的一門重要的專業基礎課，在整個專業培養和課程體系中具有十分突出的地位，是從基礎課過渡到專業課、從理論性分析為主過渡到工程實踐為主的一門課程。該課程是學生接觸工程化的第一個實踐環節，因此如何深化工程化的概念對于機械原理的教學十分重要。
隨著各高校的擴招，年輕教師的數量越來越多，而且具有博、碩士學位的比例越來越高。目前各校新引入的年輕教師主要是從學校到學校，缺少工程經驗；企業導師具有豐富的工程實踐經驗，但在理論高度和課程教育上又有所欠缺，所以工程化教育的師資隊伍建設成為時展的需求。結合國家級“河海大學—寶菱重工卓越工程實踐中心”的建設，為增加年輕教師的工程實踐經歷，在學生進駐企業的同時，各專業指導教師需要全程陪同，參與到企業的實踐項目建設中。建立企業內實踐的各學習模塊，為各模塊配備校內教師和企業導師，采用雙導師制，企業導師負責實踐教育，校內教師負責理論教育，相互學習，既提高了校內教師的實踐能力，也為企業帶來了較新的理論分析方法。而為了提高課堂教學時課程中工程應用的比例，進一步借鑒了蚌埠學院的相關做法：[4]優先引進同時具有高學歷和工程實踐背景的師資人才，聘請企業內高級技術人員做校外兼職導師；集合學院乃至校區的力量，積極參與常州市及周邊地區的建設，增強校企聯合；鼓勵專利、產學研結合和技術服務，而不僅僅是理論研究和科技論文。
2.課程實施條件
在課程建設的具體實施過程中，主要從教師隊伍建設、教材規劃、教學條件保障等方面入手。
（1）主講教師：從機械原理及設計的教學人員構成來看，任課教師中有1名教授、1名副教授、3名講師，學歷均在碩士以上，年齡從35歲到50歲，結構合理、年富力強，形成了一個教師梯隊。課程的主講教師在本科教育教學、教改研究等方面具有十分豐富的經驗。為了提高教育教學效果，全體任課教師定期召開教學例會、集中備課、針對教學過程中出現的問題及時處理和分析，不斷總結經驗。
（2）教材規劃：理論課教學選用了由東南大學出版、吳克堅編著的《機械設計》教材。該書是教育部“高等教育面向21世紀教學內容和課程體系改革計劃”的研究成果，是面向21世紀課程和普通高等教育“十五”國家級規劃教材。該教材以機械系統設計為主線，將機械原理和機械設計內容進行有效的整合。精品課程建設中，教材規劃參考天水師范學院的立體化教材建設方法。[5]立體化教材包括主教材、教師參考書、學習指導書、電子教案、CAI課件、網絡課程、試題庫等。該教材的建設與機械原理和機械設計的課程內容、改革體系相結合，電子教案和課件能夠及時反映教學改革的要求，網絡課程建設促進教學改革的嘗試，逐步提高機械原理及機械設計的教學水平。
（3）教學保障：卓越機械原理及機械設計的教育依托于本科教學平臺，能夠充分保障課程教學的教學要求。20多年來，學校不斷加大投資力度，完善建設，學院的教學設備先進、設施齊全。學院設有本科教學的機械基礎省級實驗教學示范中心、河海大學常州校區工程訓練中心、機械基礎省級實驗教學示范中心，其中省級實驗教學中心在2007年立項建設，2010年順利通過江蘇省驗收；專用與通用儀器和設備價值達2000余萬元；學院實驗室占地4000余平方米，擁有實驗設備儀器1200余臺套。目前實驗室開設的實驗課程主要包括：機構運動簡圖測繪、齒輪參數測量和范成、機構運動參數、螺栓連接、軸系零件組合、減速器拆裝和自行車拆裝等基礎實驗，以及機構運動拼接和機構組合實驗等多個創新型實驗環節。通過基礎實驗環節，學生能夠加深對課程內容的理解和把握；通過創新型實驗環節可以進一步提供學生的創新實踐能力。除了校內的實驗環節，還依托“河海大學—寶菱重工卓越工程實踐中心”，對企業內部的設備、設計、工藝和檢驗等環節進行跟蹤學習，讓學生深入到車間生產一線，切身體會和了解企業內生產流程，為更好地適應企業環境打下良好的基礎。
（4）網絡化教學：為了提供一個自主的學習平臺，提高教師對學生的教學管理能力，增強學生全方位的素質，完善了網絡化教學模式。[6]我校機械原理及機械設計的精品課程網站內容（圖1）主要包括課程簡介、教學管理、教師隊伍介紹、教學資源等。其中教學資源主要包括助學式課件、思考題、練習題、習題答案、課程重點及難點解析等。網站中設有留言信箱，方便同學對于課程的疑問和問題能夠及時與老師溝通、聯系。
3.課程評價體系
課程評價圍繞課程培養目標，不僅要評價學生掌握的知識與技能，而且還要評價學生課堂的表現、出勤率和學習過程。評價時以課程考試為主要的評價方式，并輔助以課堂表現和出勤率等，力求評價方式的多樣化。[6]單純的期末考試不能完全反映學生對課程的掌握程度，目前各高校大多都采用多種方式，如課后作業、報告、實驗、小測驗、考試等進行考核，表1所示為根據我校卓越教育的特點采用的評分標準和比例。多樣化的考核方式使學生必須注重平時的學習積累，不能通過突擊的方式完成課程考試，學生有了積極學習的壓力和動力，更能均衡地反映學生學習的實際水平和學習效果，符合正態分布。
表1 多樣化的考核方法
考核項目
作業 實驗 隨堂測驗 企業實踐 期末測試
20% 15% 20% 15% 30%
4.課程改革與創新
機械原理及設計課程具有較強的實踐性和可動性的特點。即課程研究的所有問題都來源于生產和生活中實際的機構與機器。因此學習方法要注意課程的特點，在學習過程中尤其應注意理論知識與實踐應用的相結合、機構運動簡圖與具體實物的結合、機構的靜態分析與動態分析相結合、形象思維與邏輯思維相結合，將理論分析內容和工程軟件的應用相結合。
機械原理及設計的課堂教學、教學方法與手段等方面力求創新改革，探索適合卓越計劃學生學習的課程體系和教學方式，培養學生的學習興趣、創新思維和獨立分析問題、解決問題的能力。
（1）教學內容的創新：針對卓越計劃教育中學生的理論學習時間壓縮而需要提高實際應用能力的學習特點和需求，在機械原理及機械設計課堂教學中的主要內容為：機械運動方案選型設計、機構運動分析與尺寸綜合、機械動力學分析和設計、常用零部件的選擇、常用機構選擇及設計、機械系統設計等。此外還要重視介紹學科發展的新動態、新方向、新內容，注重激勵學生的學習欲望，調動學生的積極性，讓學生了解更多更新的理論、技術與方法。實踐教學方面主要包括小項目和專題、實驗教學、課程設計、課外創新等。[7]近年來國家以及江蘇省組織了大學生創新訓練計劃、機械創新大賽等，在創新競賽的過程中提高了學生的創新意識，使學生得到了實踐鍛煉的機會，開闊了眼界。
（2）教學方法的創新：機械原理及設計教學方法配合教學內容的改革，加強與學生的互動，將以教師為主的‘灌輸式’教學向以啟發式、問題式、討論式教學為主的新的教學方法轉變，讓學生從被動學習轉變為主動學習，真正成為教學活動的主體。
鼓勵學生應用成熟的工程軟件進行相關課程內容的學習中。例如在原理部分章節中涉及到的圖形法采用AutoCAD軟件來分析和設計，既可以得到比手工繪圖精確得多的解，又可以鍛煉利用AutoCAD軟件繪圖的能力。在解析法中可以結合matlab軟件教學，既可以直接利用matlab編程的方法，具有豐富的庫函數、編程簡單、可視化功能強，又可以采用simulink和simMechanics進行機構的運動學和動力學分析。[8]如圖2所示，某曲柄搖桿機構中，各桿件長度分別為l1=120mm，l2=40mm，l3=70mm，l4=100mm，在曲柄運動角速度250rad/s，利用simulink分析得到桿件BC和CD的角速度曲線。零件的強度分析是機械設計中的一個重要內容，應用有限元軟件可以得到非常直觀的應力及位移圖形。[9]如圖3所示為應用ANSYS 13.0對某齒輪進行強度分析的應力和位移圖，其中齒輪模數mn為2mm，齒數z為24，螺旋角β為10°，材料45鋼，在輪齒上受到20Mpa的力。對于這類專業軟件有時學習起來比較困難，耗時間，可以采用一些其他三維造型軟件自帶的一些插件進行近似的分析，如Solidworks Simulation等，雖然結果上有一定的差異，但對于受力的整體變形趨勢的分析仍然有很大的參考價值。
（3）教學手段的創新：在教學手段上，著重培養學生對機械系統的整體認識，突出課程重點，有效分析課程難點，課堂教學過程能夠吸引學生的注意力，注重學生的參與，啟發學生的思考和聯想，加深學生對課程基礎理論的理解。培養學生主動應用課程所學內容，鍛煉其獨立解決工程實際問題的能力。教學方法得當，充分利用多媒體教學，激發學生學習興趣，提高教學效果。[10]多媒體課件中除了課程的文字性內容外，還要包括自制的動畫課件和機械相關的視頻信息，如企業內各種設備、工具和零部件及加工錄像等。此外，在機械原理及設計課程中有關結構分析、運動分析、常用零部件選型、強度分析和計算等方面的教學還應該注意多媒體和板書的綜合利用。
二、總結歸納
機械原理及設計課程在“卓越計劃”教育的課程體系中處于承上啟下的地位，因此加強卓越班級機械原理及設計的精品課程建設具有非常重要的意義和作用。在課程建設過程中，從面向工程化、保證課程實施、課程評價體系以及課程改革和創新等方面采取不同的措施和方法，可進一步提高卓越計劃的教育教學質量，提高學生的學習興趣和自主性，提高學生的實踐能力和創新能力，使學生能夠牢固掌握機械原理及設計中的相關基礎知識和內容，為機械類后續課程的學習打下良好基礎。
參考文獻：
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【關鍵詞】機械設計；課程；創新能力培養
0.前言
創新是一個民族的靈魂，是人類社會發展的不竭動力，自19世紀工業革命以來，創新推動著機械工業不斷發展。特別是近十余年來，包括信息科技在內的高新科技與傳統機械科技的融合，形成了新的概念與思想、新的結構與功能，新產品新工藝不斷涌現。機械工業的進步促進了機械工程學科的創新與發展，同時對機械工程教育提出嚴峻的挑戰。在我國，高職院校機械類專業均開設了《機械設計》課程，它為一般的機械類產品設計提供了基本原理和設計方法，而設計原理、設計方法的創新同產品綜合性能的創新是一脈相承。因此，對于機械類大學生而言，如何在課程教學中加強創新意識、創新思維、創新知識、創新人格的培養就體現的尤為重要。本文將分析目前高職院校機械設計創新教育存在的問題，通過創新教學思想、創新理論教學內容、創新實踐教學內容和創新綜合課程設計等，對培養學生創新能力進行了有益的探索。
1.目前高職院校《機械設計》創新教育存在的問題
1.1教學方法與手段方面
隨著科學技術的日益發展，提倡在教學中充分利用多媒體技術的背景下，受教育資源等客觀因素的影響，相當一部分學校的《機械設計》課程教學仍處于傳統的教學模式中，即教師借助于掛圖、簡易的實物模型等來說明機械的工作原理、結構、設計理論與計算方法。由于教師語言的表達能力的差異和學生知識水平的參差不齊，這種教學方式很難達到教與學的共鳴，理論與實踐的嚴重脫節，部分學生聽完也只能知其然但不知其所以然，導致學生在下面被動聽的應試教育，把設計看作是自己遙遙不可及的頂點，甚至認為和自己沒有關系，被動學習，沒有創新意識。
1.2人才培養的目標不明確，影響創新教育
教學目標是教學的靈魂，教學要以目標為起點，又要以目標為歸縮。我國在很早就提出建設創新型國家，所以高等學校都具有培養創新型人才的重任，即把培養具有創新精神和實踐能力作為重要的質量目標，重點是提高學生的發展能力。什么是學生的發展能力？我們認為它應該具備適應社會發展需要，既適應當前又適應未來的能力，而一些專業教師對當前經濟發展狀況和未來趨勢陌生，對企業發展人才需求及崗位能力要求缺乏應有了解，對企業技術進步和科技發展前沿、新技術應用缺乏足夠的了解、認識和掌握，缺乏實踐經驗等，這些因素往往會造成他們對所承擔的專業教學培養目標定位不準，從而也就無創新能力教育可談。
1.3教學內容的選擇不合理，忽視學生創新能力的培養
目前，我國的高等教育由精英教育轉變為大眾教育，高職生源素質有了很大的變化，其高考文化成績大都位于考生群體的中間層，邏輯思維智能優勢不突出；另一方面隨著社會發展與科學技術進步，新技術、新工藝不斷涌現，催生了特殊功能的零件，出現了許多新的設計理念和設計方法，特別是計算機輔助設計。因此在教學中應適當增加新知識、新方法和新理論。
1.4客觀條件的利用和創造存在局限性
雖然有的學生具有創新動機，能積極尋找新的學習方法，但由于學校創造性學習條件的局限以及學生自身不善于利用學校的現有條件，缺乏向知識經驗豐富的老師或同學請教的勇氣，往往不能把握本學科最新發展的動態和相關學科知識的橫向關系，由此制約了學生創新能力的進一步發展。
2.本課程教學中創新能力培養思路
2.1教學思想的創新
2.1.1教師要有強烈的創新意識
自古以來，我國教師的職責被限定為“傳道，授業，解惑”，它對教師所持的“以傳授知識為中心”的教學觀念，有著根深蒂固的影響。如果教師本身缺乏對認知理論的學習和研究，自身沒有建立起創新教育的意識，對學生創造性天賦和行為所表現出來的個性特征了解的十分有限，缺少促進學生創造性思維發展所需的具體教學策略和技能。只停留于替學生“解惑”，而沒有讓學生學會和掌握“解惑”。一個創新精神、創新能力方面的欠缺的老師，如何對學生所進行創新能力教育。
2.1.2創新能力的培養作為《機械設計》教學的一個重要目的
傳統的課程教學的目標只是要求學生掌握，機械零件設計的基本原理和基本方法。創新教育只是作為其中一個內容而非目的。實踐證明培養學生的創新能力比單純讓學生掌握機械設計的基本知識更為重要。機械設計理論和方法是機械創新的基礎，而創新能力是學生進行機械創造活動的出發點和內在動力。這就需要把對學生創新能力的培養與正常的教學活動有機的融為一體。需要把這兩者都作為教學目標進行考核和評估。
2.2創新理論教學，培養學生創新能力
2.2.1構建有利于培養學生創新能力的課程教學內容
傳統的機械設計課程是以工作原理—常見類型—失效形式—結構的合理設計—參數的合理選擇—必要強度、剛度及壽命計算為教學路線，這種教學內容突出是機構分析和機械設計理論，邏輯性較強，但學生一旦遇到工程實際問題就會茫然不知所措，也即解決實際問題能力十分有限，因此我們要改變傳統的以機構分析為主線的課程體系，構建以機械設計為主線、創新能力為培養目標、基于工作過程的新課程體系。該體系可將教學內容劃分為三大模塊十三大項目（如上圖），積極采用項目教學法，以工程事例為任務起點，以解決實際問題為歸宿，增強教學內容與職業活動之間的聯系。新課程體系更加貼合工程實際和人才培養的規律，充分體現了學生設計能力培養的循序漸進性，為學生創新能力的培養建立了一個良好的基礎。
