论文部分内容阅读
摘要：从人才培养的全局出发，从认知规律和满足工程设计各主要环节训练的需要出发，对我校机械基础课程群三门主干课程：《机械原理》《机械设计》《机械创新设计》进行了教学改革，本文介绍了其课堂教学与实践环节等方面的改革情况和实施效果。
关键词：实践环节；教学改革；机械基础课程群
《机械原理》《机械设计》《机械创新设计》是机械类各专业的三门主干课程，是与工程实际密切相关的重要机械基础课，是对学生进行设计能力、创新能力、工程意识训练的主要课程，对于机械类学生学习其他课程起到承上启下的重要作用，三门课程依次在三个学期独立进行，其讲授质量的好坏，将直接影响机械工程教育的质量。本文从人才培养的全局出发，从认知规律和满足工程设计各主要环节训练的需要出发，针对我校机械基础课程群三门主干课程的教学改革工作，介绍其在课堂教学与实践环节等方面的改革情况。
一、课堂教学的改革
1. 对各门课程内容进行优化整合，达到内容紧密衔接、分工合理、整体机械设计知识完备
多年来，《机械原理》《机械设计》《机械创新设计》教材和教学内容的选取各自为政，已形成了较成熟的固定教学模式，三门课程既有各自的知识体系，也有着密切的联系，存在部分内容的交叉和重复，甚至冲突。《机械原理》的教学，注重机构；《机械设计》的教学，注重零部件；《机械创新设计》的教学，注重创新思维、创新法则及方案设计。各自的教学内容对机械系统的整体考虑不足，若从工程设计和整机、系统的角度来审视这三门课程，它们缺少在内容上的衔接、合理的分工与匹配以及优化整合。
基于上述情况，我们提出了在培养学生机构运动与动力设计、通用零部件工作能力设计与结构设计能力的基础上，突出创新设计和现代机械系统设计训练的总体理念，协调解决了各门课程的交叉内容，对三门课程中的蜗杆传动、锥齿轮传动、组合机构、运动方案拟定、零件的结构设计［1］ ［2］ ［3］等内容进行了优化整合，使内容衔接紧密、分工合理，保证了学生学到的是完整、系统的机械设计知识体系，同时可节省10个左右的授课学时。
2. 研制了各门课程的优质电子课件，采用灵活多样的授课方法和手段
在授课时突出主线，以少、精、宽、新为原则，注重讲重点、讲难点、讲思路、讲方法、讲学科发展、讲工程应用，摒弃了满堂灌的授课方式，采用逆施法教学、启发和讨论式教学、网络教学等，最大限度地调动学生学习的积极性、主动性、参与性和创新性。
（1）逆施法教学。机械原理课程作为机械设计类课程的敲门砖，其特点是公式多，内容多，常用机构多，较难理解掌握，为了加强用抽象简图表示的运动副、构件等实际工程结构及功能的理解与掌握，加强课程的工程背景，能较全面、正确地拟定机械运动方案，调动学生学习积极性，我们采用逆施法教学。具体作法为：在讲授常用机构前，先选择包含多种常用机构的蜂窝煤压制设备、滚齿机、牛头刨床等进行现场教学，现场实测，观察其外部形态，深入研究机械的功能、种类、组成和各种常用机构和零件，弄清各自的工作原理和结构特点，绘制出传动路线图，然后回到课堂学习书本上的内容。这样，经历存疑、假设、推理、顿悟和验证的各个阶段，使学生们由被动接受，到主动探求，调动了后续学习的积极性。
（2）多媒体教学与传统教学手段有机结合。除购买了西北工业大学开发出版的机械原理CAI 课件外，我们自行开发了“机械创新设计CAI教学软件”“机械设计基础CAI教学软件”“机械设计CAI教学软件”“机械设计课程设计课件”“机械原理内容强化复习系统”等5个教学软件。其中“机械创新设计CAI教学软件”“机械设计基础CAI教学软件”于2007年分别获得河北理工大学优秀课件三等奖。各课程在教学中主要采用了先进的多媒体教学。
多媒体教学的优点最能在这三门课程的教学中发挥作用，传统的教学方法有的章节学生很难理解。例如：渐开线齿轮的啮合过程中开始啮合点、终止啮合点、啮合线，渐开线的形成，连杆曲线的形成，各种各样的工程应用实例等是无法靠一张嘴、一块黑板加几根粉笔讲清楚的。
我们用3D_max、Flash、Pro/Engineering 等软件制作了1000多幅机构、机器的栩栩如生的动画，另外还制作了各种教学录像片、现场的加工录像插播片，用AUTOCAD绘制了几百幅机械图，用数码相机拍照的实物照片等。课件将文字、图像和视频、音频等多种媒体信息进行综合处理，将大量丰富生动的学科知识跨时间、跨空间地引入课堂，极大地扩充学生的知识面，弥补学生生产实践知识不足的缺陷，拓宽了思维空间，实现了抽象思维和形象思维的协调统一，使学生的学习变得轻松愉快，加深了对所学内容的理解，从而提高了整体教学水平。
在课堂教学过程中，我们并不一味地追求全面多媒体教学，对机构的结构分析、运动分析、机器运动方程式及动力学模型的建立等章节，采用传统的板书教学，在黑板上一步一步演练，步步设疑，让每个学生都能按照教师的思路积极思考，效果较好。
（3）启发式和讨论式教学。通过上讨论课，进行参与式教学。设置综合型讨论题目，通过讨论使学生有机会发表自己的学习体会和研究成果，使学生成为课堂的主体，调动学生的主观能动性。例如，在拟定机械运动运动方案时，大家各抒己见，讨论方案的优劣，评价确定出最佳方案；在创新设计大作业中，挑选优秀作品进行课堂讨论，师生一起共同探讨巧妙所在，这样做使学生真正参与到教学中来。在课程设计中也采用了这种教学方法。教师们在授课中注重与学生交流，经常提出一些问题讨论，引导学生的思路，使台上、台下融为一体，课堂气氛活跃。
（4）网络教学。《机械原理》《机械设计》的多媒体教学课件、内容强化复习系统课件、全程教学录像、难点考点和疑点解析、课程教学大纲、实验大纲、课程设计大纲、实验指导书、各章典型例题分析与解答、样卷及标准答案、参考文献等均已挂在校园网上，供师生随时随地学习选用。
3．灵活多样的设计题目
近几年来，受扩招和全国招生的影响，学生之间的水平差距明显加大，两极分化严重，这给教学工作带来较大难度。课程教学中，第一节课上即向学生介绍参考书、电子资料、杂志文献及期刊网等学习参考资料。
作业布置时，有适量的必做习题，必做的设计型大作业（如：平面连杆机构的运动分析、凸轮机构的解析法设计、螺旋千斤顶的设计等），增设部分无标准答案的工程习题（如打包机的方案设计、化工厂搅拌杆驱动装置的方案设计、蜂窝煤压制机构的方案设计等），为学有余力的同学留一些难度较大的选作题。
二、 实践教学的改革
与课程相关的实践教学主要包括实验教学、课程设计、创新二课堂等。
1． 实验课程的改革
随着科学技术的发展，教学内容的更新，以及对学生知识、能力和素质培养要求的提高，原有实验已不能适应当前教学改革的需要，为此我们从专业培养总体目标出发，以培养学生机械设计综合实验能力和动手能力为主线，构建了机械基础各课程的实验新体系，将实验环节单独设课，单独评定学分。对实验内容作了重大改革，改进和新增了部分实验内容，减少了传统的演示性、验证性实验，增设了综合型、设计型和研究型实验。实验分为必做、限选和任选三类。［4］
2. 课程设计的改革
在机械原理课程设计内容上，由单纯的机构分析题目，增加了方案设计、分析，创新设计等现场题目。机械设计课程设计的选题注重工程设计过程各个环节（工作原理与方案设计—运动设计—承载能力设计—结构设计）的训练，并体现先修课程的综合运用和计算机辅助设计能力的培养。在结构设计方面，提倡用AUTOCAD、Pro/engineering等软件进行二维、三维设计。初步建立了由三维设计到二维设计的教学新模式，学生能基于Pro/E等软件实现创新设计与装配。［5］
3. 创新设计二课堂
由我院创新协会组织，定期举办一年一度的全校创新设计大赛，创新大赛的一般过程是：题目的确定，作品的设计与指导，作品的制作上交，初赛，复赛，获奖作品展出与公示等。
通过几年来的创新活动，健全了创新教育机制、创新激励机制、创新导师机制，建设完善了创新教育环境和创新经费保证制度。几年来，参赛人数逐年增多，参赛作品质量逐年提高，学生的创新设计作品39项获得省级奖励。
三、实施效果
该研究成果已在03级、04级机械设计及制造自动化专业共12个班的相关课程教学中应用，实践表明，高质量多媒体教学课件的使用使课堂信息量平均扩大约20%，拓宽了学生的视野，上千幅的动画课堂可使学生更形象地理解传统授课难于讲清楚的机构工作原理等，增加了感性认识，提高了想象力，显著地提高了教学质量；启发式、逆施法教学激发了学生的兴趣，发挥了学生的主观能动性；创新二课堂提高了学生查阅资料的能力、自学能力、创新能力和群体合作能力，为培养通用型、复合型人才打下了坚实基础，39项创新作品获得河北省创新竞赛奖励；大量典型题目的分析和讨论、开放性大作业培养了学生的考研应试能力和对内容的理解把握能力；多种类型的实验提高了学生的动手能力和解决工程实际问题的能力，有效地提高了我校的教学质量。
参考文献：
［1］孙桓，陈作模.机械原理（第七版）［M］.北京：高等教育出版社，2006.
［2］张春林，曲继方，张美麟.机械创新设计［M］.北京：机械工业出版社，2001.
［3］李建功.机械设计（第4版）［M］.北京：机械工业出版社，2007.
［4］李慧仙.论高校课程群建设［J］.江苏高教，2006，（6）：73-74.
［5］郭必裕.对高校课程群建设中课程内容融合与分解的探讨.现代教育研究，2005，（2）.
关键词：实践环节；教学改革；机械基础课程群
《机械原理》《机械设计》《机械创新设计》是机械类各专业的三门主干课程，是与工程实际密切相关的重要机械基础课，是对学生进行设计能力、创新能力、工程意识训练的主要课程，对于机械类学生学习其他课程起到承上启下的重要作用，三门课程依次在三个学期独立进行，其讲授质量的好坏，将直接影响机械工程教育的质量。本文从人才培养的全局出发，从认知规律和满足工程设计各主要环节训练的需要出发，针对我校机械基础课程群三门主干课程的教学改革工作，介绍其在课堂教学与实践环节等方面的改革情况。
一、课堂教学的改革
1. 对各门课程内容进行优化整合，达到内容紧密衔接、分工合理、整体机械设计知识完备
多年来，《机械原理》《机械设计》《机械创新设计》教材和教学内容的选取各自为政，已形成了较成熟的固定教学模式，三门课程既有各自的知识体系，也有着密切的联系，存在部分内容的交叉和重复，甚至冲突。《机械原理》的教学，注重机构；《机械设计》的教学，注重零部件；《机械创新设计》的教学，注重创新思维、创新法则及方案设计。各自的教学内容对机械系统的整体考虑不足，若从工程设计和整机、系统的角度来审视这三门课程，它们缺少在内容上的衔接、合理的分工与匹配以及优化整合。
基于上述情况，我们提出了在培养学生机构运动与动力设计、通用零部件工作能力设计与结构设计能力的基础上，突出创新设计和现代机械系统设计训练的总体理念，协调解决了各门课程的交叉内容，对三门课程中的蜗杆传动、锥齿轮传动、组合机构、运动方案拟定、零件的结构设计［1］ ［2］ ［3］等内容进行了优化整合，使内容衔接紧密、分工合理，保证了学生学到的是完整、系统的机械设计知识体系，同时可节省10个左右的授课学时。
2. 研制了各门课程的优质电子课件，采用灵活多样的授课方法和手段
在授课时突出主线，以少、精、宽、新为原则，注重讲重点、讲难点、讲思路、讲方法、讲学科发展、讲工程应用，摒弃了满堂灌的授课方式，采用逆施法教学、启发和讨论式教学、网络教学等，最大限度地调动学生学习的积极性、主动性、参与性和创新性。
（1）逆施法教学。机械原理课程作为机械设计类课程的敲门砖，其特点是公式多，内容多，常用机构多，较难理解掌握，为了加强用抽象简图表示的运动副、构件等实际工程结构及功能的理解与掌握，加强课程的工程背景，能较全面、正确地拟定机械运动方案，调动学生学习积极性，我们采用逆施法教学。具体作法为：在讲授常用机构前，先选择包含多种常用机构的蜂窝煤压制设备、滚齿机、牛头刨床等进行现场教学，现场实测，观察其外部形态，深入研究机械的功能、种类、组成和各种常用机构和零件，弄清各自的工作原理和结构特点，绘制出传动路线图，然后回到课堂学习书本上的内容。这样，经历存疑、假设、推理、顿悟和验证的各个阶段，使学生们由被动接受，到主动探求，调动了后续学习的积极性。
（2）多媒体教学与传统教学手段有机结合。除购买了西北工业大学开发出版的机械原理CAI 课件外，我们自行开发了“机械创新设计CAI教学软件”“机械设计基础CAI教学软件”“机械设计CAI教学软件”“机械设计课程设计课件”“机械原理内容强化复习系统”等5个教学软件。其中“机械创新设计CAI教学软件”“机械设计基础CAI教学软件”于2007年分别获得河北理工大学优秀课件三等奖。各课程在教学中主要采用了先进的多媒体教学。
多媒体教学的优点最能在这三门课程的教学中发挥作用，传统的教学方法有的章节学生很难理解。例如：渐开线齿轮的啮合过程中开始啮合点、终止啮合点、啮合线，渐开线的形成，连杆曲线的形成，各种各样的工程应用实例等是无法靠一张嘴、一块黑板加几根粉笔讲清楚的。
我们用3D_max、Flash、Pro/Engineering 等软件制作了1000多幅机构、机器的栩栩如生的动画，另外还制作了各种教学录像片、现场的加工录像插播片，用AUTOCAD绘制了几百幅机械图，用数码相机拍照的实物照片等。课件将文字、图像和视频、音频等多种媒体信息进行综合处理，将大量丰富生动的学科知识跨时间、跨空间地引入课堂，极大地扩充学生的知识面，弥补学生生产实践知识不足的缺陷，拓宽了思维空间，实现了抽象思维和形象思维的协调统一，使学生的学习变得轻松愉快，加深了对所学内容的理解，从而提高了整体教学水平。
在课堂教学过程中，我们并不一味地追求全面多媒体教学，对机构的结构分析、运动分析、机器运动方程式及动力学模型的建立等章节，采用传统的板书教学，在黑板上一步一步演练，步步设疑，让每个学生都能按照教师的思路积极思考，效果较好。
（3）启发式和讨论式教学。通过上讨论课，进行参与式教学。设置综合型讨论题目，通过讨论使学生有机会发表自己的学习体会和研究成果，使学生成为课堂的主体，调动学生的主观能动性。例如，在拟定机械运动运动方案时，大家各抒己见，讨论方案的优劣，评价确定出最佳方案；在创新设计大作业中，挑选优秀作品进行课堂讨论，师生一起共同探讨巧妙所在，这样做使学生真正参与到教学中来。在课程设计中也采用了这种教学方法。教师们在授课中注重与学生交流，经常提出一些问题讨论，引导学生的思路，使台上、台下融为一体，课堂气氛活跃。
（4）网络教学。《机械原理》《机械设计》的多媒体教学课件、内容强化复习系统课件、全程教学录像、难点考点和疑点解析、课程教学大纲、实验大纲、课程设计大纲、实验指导书、各章典型例题分析与解答、样卷及标准答案、参考文献等均已挂在校园网上，供师生随时随地学习选用。
3．灵活多样的设计题目
近几年来，受扩招和全国招生的影响，学生之间的水平差距明显加大，两极分化严重，这给教学工作带来较大难度。课程教学中，第一节课上即向学生介绍参考书、电子资料、杂志文献及期刊网等学习参考资料。
作业布置时，有适量的必做习题，必做的设计型大作业（如：平面连杆机构的运动分析、凸轮机构的解析法设计、螺旋千斤顶的设计等），增设部分无标准答案的工程习题（如打包机的方案设计、化工厂搅拌杆驱动装置的方案设计、蜂窝煤压制机构的方案设计等），为学有余力的同学留一些难度较大的选作题。
二、 实践教学的改革
与课程相关的实践教学主要包括实验教学、课程设计、创新二课堂等。
1． 实验课程的改革
随着科学技术的发展，教学内容的更新，以及对学生知识、能力和素质培养要求的提高，原有实验已不能适应当前教学改革的需要，为此我们从专业培养总体目标出发，以培养学生机械设计综合实验能力和动手能力为主线，构建了机械基础各课程的实验新体系，将实验环节单独设课，单独评定学分。对实验内容作了重大改革，改进和新增了部分实验内容，减少了传统的演示性、验证性实验，增设了综合型、设计型和研究型实验。实验分为必做、限选和任选三类。［4］
2. 课程设计的改革
在机械原理课程设计内容上，由单纯的机构分析题目，增加了方案设计、分析，创新设计等现场题目。机械设计课程设计的选题注重工程设计过程各个环节（工作原理与方案设计—运动设计—承载能力设计—结构设计）的训练，并体现先修课程的综合运用和计算机辅助设计能力的培养。在结构设计方面，提倡用AUTOCAD、Pro/engineering等软件进行二维、三维设计。初步建立了由三维设计到二维设计的教学新模式，学生能基于Pro/E等软件实现创新设计与装配。［5］
3. 创新设计二课堂
由我院创新协会组织，定期举办一年一度的全校创新设计大赛，创新大赛的一般过程是：题目的确定，作品的设计与指导，作品的制作上交，初赛，复赛，获奖作品展出与公示等。
通过几年来的创新活动，健全了创新教育机制、创新激励机制、创新导师机制，建设完善了创新教育环境和创新经费保证制度。几年来，参赛人数逐年增多，参赛作品质量逐年提高，学生的创新设计作品39项获得省级奖励。
三、实施效果
该研究成果已在03级、04级机械设计及制造自动化专业共12个班的相关课程教学中应用，实践表明，高质量多媒体教学课件的使用使课堂信息量平均扩大约20%，拓宽了学生的视野，上千幅的动画课堂可使学生更形象地理解传统授课难于讲清楚的机构工作原理等，增加了感性认识，提高了想象力，显著地提高了教学质量；启发式、逆施法教学激发了学生的兴趣，发挥了学生的主观能动性；创新二课堂提高了学生查阅资料的能力、自学能力、创新能力和群体合作能力，为培养通用型、复合型人才打下了坚实基础，39项创新作品获得河北省创新竞赛奖励；大量典型题目的分析和讨论、开放性大作业培养了学生的考研应试能力和对内容的理解把握能力；多种类型的实验提高了学生的动手能力和解决工程实际问题的能力，有效地提高了我校的教学质量。
参考文献：
［1］孙桓，陈作模.机械原理（第七版）［M］.北京：高等教育出版社，2006.
［2］张春林，曲继方，张美麟.机械创新设计［M］.北京：机械工业出版社，2001.
［3］李建功.机械设计（第4版）［M］.北京：机械工业出版社，2007.
［4］李慧仙.论高校课程群建设［J］.江苏高教，2006，（6）：73-74.
［5］郭必裕.对高校课程群建设中课程内容融合与分解的探讨.现代教育研究，2005，（2）.