基于機(jī)械創(chuàng)新項(xiàng)目的機(jī)械原理課程教學(xué)改革

曾斌+陶鑫+譚湘玲+楊威+李政威+劉祿

（湖南文理學(xué)院 機(jī)械工程學(xué)院，湖南 常德 415000）

摘要：針對(duì)目前機(jī)械原理教學(xué)中存在的不足，提出了基于機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)項(xiàng)目的機(jī)械原理教學(xué)方法改革。通過具體的案例說明，實(shí)施該教學(xué)改革后，學(xué)生的機(jī)械原理知識(shí)和機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力都得到了較大的提高。

關(guān)鍵詞：機(jī)械原理；教學(xué)改革；機(jī)械創(chuàng)新

中圖分類號(hào)：TH111；G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2017）26-0125-02

一、引言

“機(jī)械原理”是機(jī)械專業(yè)一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，在專業(yè)教學(xué)安排中具有承前啟后的重要作用[1]。它在機(jī)械類人才培養(yǎng)的全局中具有增強(qiáng)學(xué)生對(duì)機(jī)械技術(shù)工作適應(yīng)能力和開發(fā)創(chuàng)新能力的作用。機(jī)械原理的內(nèi)容較繁雜，主要研究各種機(jī)械的一般共性問題，即機(jī)構(gòu)的組成原理、運(yùn)動(dòng)學(xué)及機(jī)器動(dòng)力學(xué)和常用機(jī)構(gòu)的分析與設(shè)計(jì)，以及機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)等問題，且內(nèi)容抽象，概念性強(qiáng)，公式較多，方法技巧性要求高。“機(jī)械原理”具有較強(qiáng)的理論性、應(yīng)用性和實(shí)踐性，與工程實(shí)際聯(lián)系緊密，它為學(xué)生學(xué)習(xí)專業(yè)技術(shù)知識(shí)、分析和解決工程實(shí)際問題打下必要基礎(chǔ)[2]。

在機(jī)械原理教學(xué)課程中，學(xué)生與一些相關(guān)的設(shè)備、結(jié)構(gòu)進(jìn)行接觸的機(jī)會(huì)比較少，缺乏將力學(xué)知識(shí)和實(shí)際工程問題緊密結(jié)合和轉(zhuǎn)換的能力，學(xué)生對(duì)這門課程的重要程度認(rèn)識(shí)不足，一些學(xué)生疲于應(yīng)付考試，在解決實(shí)際問題時(shí)很難對(duì)比較抽象的機(jī)械原理問題進(jìn)行正確分析。而機(jī)械原理中較多的定理與公式的教學(xué)內(nèi)容，以及部分學(xué)生數(shù)理基礎(chǔ)薄弱、學(xué)習(xí)積極性不高，是該課程教學(xué)效果不理想的另一重要因素。隨著高等教育體制的改革與深化，隨著新時(shí)代大學(xué)生專業(yè)素養(yǎng)的不斷提高，傳統(tǒng)機(jī)械原理的教學(xué)改革的開展勢(shì)在必行[3]。

二、基于機(jī)械創(chuàng)新項(xiàng)目的機(jī)械原理課程教學(xué)

針對(duì)以上機(jī)械原理教學(xué)中存在的不足，有必要對(duì)機(jī)械原理教學(xué)進(jìn)行教學(xué)改革?；跈C(jī)械創(chuàng)新項(xiàng)目的機(jī)械原理課程教學(xué)改革，是要求學(xué)生以機(jī)械創(chuàng)新項(xiàng)目為依托，實(shí)現(xiàn)給定項(xiàng)目的功能，完成項(xiàng)目產(chǎn)品的設(shè)計(jì)，并最終形成產(chǎn)品的樣機(jī)，達(dá)到學(xué)以致用，進(jìn)一步鞏固學(xué)生的機(jī)械原理基本知識(shí)和提高學(xué)生的機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力。

在機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)項(xiàng)目實(shí)施過程中，首先要求學(xué)生組成各種興趣小組，然后對(duì)各興趣小組提出要求，需要完成一個(gè)特定的項(xiàng)目。項(xiàng)目的進(jìn)行可以分為兩步。第一步是制造一個(gè)課堂上已經(jīng)學(xué)習(xí)了的常用機(jī)構(gòu)，如凸輪機(jī)構(gòu)，四桿機(jī)構(gòu)，齒輪機(jī)構(gòu)，間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)（包括棘輪機(jī)構(gòu)、槽輪機(jī)構(gòu)、不完全齒輪機(jī)構(gòu)等），這些小的項(xiàng)目主要是加強(qiáng)學(xué)生對(duì)已學(xué)知識(shí)的理解和掌握，鞏固對(duì)機(jī)械原理課程里面的基本機(jī)構(gòu)，這就實(shí)現(xiàn)了學(xué)生對(duì)機(jī)械原理基礎(chǔ)知識(shí)牢固的掌握；第二步是實(shí)現(xiàn)一個(gè)復(fù)雜的機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)項(xiàng)目，這類項(xiàng)目不應(yīng)該是一個(gè)單一的機(jī)構(gòu)，至少是幾類機(jī)構(gòu)的組合，如硬幣清分機(jī)或紙幣分離機(jī)、自動(dòng)化裝卸設(shè)備、自動(dòng)化定位裝夾裝置等，這些項(xiàng)目具有一定復(fù)雜性、綜合性，完成時(shí)需要結(jié)合理論力學(xué)、材料力學(xué)、機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)械原理、數(shù)控加工、機(jī)械制造基礎(chǔ)等知識(shí)，完成整體方案設(shè)計(jì)，最后能夠加工制造出實(shí)物樣機(jī)。

將創(chuàng)新設(shè)計(jì)項(xiàng)目[4，5]引入到機(jī)械原理教學(xué)課程中，理論聯(lián)系實(shí)際，帶著問題去學(xué)習(xí)，可極大地提高學(xué)生對(duì)于機(jī)械原理課程的興趣。在制作創(chuàng)新設(shè)計(jì)項(xiàng)目過程中，學(xué)生有了明確的學(xué)習(xí)目的，制作過程的樂趣也能夠促進(jìn)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

三、機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)實(shí)踐

在引入機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)項(xiàng)目進(jìn)行的機(jī)械原理課程教學(xué)過程中，學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性高，并充分利用湖南文理學(xué)院的校辦工廠，完成了產(chǎn)品的設(shè)計(jì)及樣機(jī)的制備。本文以其中的硬幣清分機(jī)為例，說明在機(jī)械原理課程中引入機(jī)械創(chuàng)新項(xiàng)目對(duì)學(xué)生機(jī)械原理課程的促進(jìn)。首先給學(xué)生布置課題，完成市面上已有硬幣的自動(dòng)分離。學(xué)生通過查找資料，總結(jié)了現(xiàn)在的硬幣分離裝置有以下不足：①功能單一，只能實(shí)現(xiàn)硬幣的分離或硬幣的傳輸；②分離效率低，難以在短時(shí)間內(nèi)快速有效的將大量硬幣加以分揀；③裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜，導(dǎo)致硬幣分離裝置體積大成本高，不利于進(jìn)一步推廣。針對(duì)上述存在的問題，本次創(chuàng)新設(shè)計(jì)項(xiàng)目的目的是提供一種功能豐富、效率高、體積小、價(jià)格便宜、使用方便的全自動(dòng)硬幣清分機(jī)。最后獲得的清分機(jī)樣機(jī)如圖1所示，清分機(jī)工作原理如下：將硬幣放入進(jìn)幣盒中，打開開關(guān)，在電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下，曲柄搖桿機(jī)構(gòu)帶動(dòng)進(jìn)幣盒上下擺動(dòng)，硬幣從分幣盒中有規(guī)律的進(jìn)入進(jìn)硬幣分離裝置進(jìn)行硬幣的分離，其中分離板每一行有三個(gè)孔徑不同的孔，是用來進(jìn)行一角、五角和一元的分離。將分幣機(jī)構(gòu)傾斜放置，使其向前和向左傾斜，依靠重力勢(shì)能使硬幣通過進(jìn)幣口落在進(jìn)幣軌道上，重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，硬幣通過軌道經(jīng)過有小到大的孔時(shí)一角、五角、一元的硬幣依次掉進(jìn)各自的軌道內(nèi)，在經(jīng)過計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù)進(jìn)入收集盒，收集盒由帶傳動(dòng)傳輸，由斜面機(jī)構(gòu)直接滑入指定位置。完成的硬幣清分機(jī)的優(yōu)點(diǎn)總結(jié)如下：①能同時(shí)實(shí)現(xiàn)分幣、計(jì)數(shù)、運(yùn)輸，功能豐富；②采用三層分幣導(dǎo)軌，極大地提高了分幣效率與分幣的準(zhǔn)確性；③主體結(jié)構(gòu)采用有機(jī)玻璃制作，價(jià)格低廉環(huán)保，相比于同類產(chǎn)品具有體積小、成本低等優(yōu)勢(shì)，具有廣闊的應(yīng)用前景和良好的經(jīng)濟(jì)前景。

四、結(jié)束語

機(jī)械原理是機(jī)械工科專業(yè)一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，為了增強(qiáng)學(xué)生對(duì)機(jī)械原理課程的適應(yīng)能力和挖掘其開發(fā)創(chuàng)新能力，通過在機(jī)械原理課程教學(xué)中引入機(jī)械創(chuàng)新項(xiàng)目，可以讓學(xué)生對(duì)該課程產(chǎn)生濃厚的學(xué)習(xí)興趣，能夠形成“教學(xué)-機(jī)械創(chuàng)新項(xiàng)目-教學(xué)”相結(jié)合的良性循環(huán)系統(tǒng)。

參考文獻(xiàn)：

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