三層次一體化課內(nèi)外相融合機(jī)械原理課程實(shí)踐教學(xué)的改革

張向紅 韓忠義

摘要：本文分別說明了基礎(chǔ)性實(shí)踐、綜合性設(shè)計(jì)性實(shí)踐和創(chuàng)新性實(shí)踐在機(jī)械原理課程教學(xué)中的應(yīng)用和效果，論述了三層次一體化課內(nèi)外相融合機(jī)械原理課程實(shí)踐教學(xué)改革的實(shí)施與成效。

關(guān)鍵詞：機(jī)械原理；實(shí)踐教學(xué)；創(chuàng)新實(shí)踐

中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2018）46-0176-02

引言

機(jī)械原理課程是高等學(xué)校工科機(jī)械工程類本科生必修的課程之一，在培養(yǎng)學(xué)生的機(jī)械設(shè)計(jì)綜合能力方面占有重要的地位。我院機(jī)械原理課程的實(shí)踐教學(xué)主要包括機(jī)械原理課程的實(shí)驗(yàn)和機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)等教學(xué)活動(dòng)。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容包括“機(jī)構(gòu)認(rèn)知實(shí)驗(yàn)”、“機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖測繪”、“齒輪范成”和“齒輪參數(shù)測定”；課程設(shè)計(jì)集中在1周時(shí)間內(nèi)完成，設(shè)計(jì)內(nèi)容為根據(jù)題目要求提出運(yùn)動(dòng)方案，并進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析和力分析，最后撰寫設(shè)計(jì)計(jì)算說明書。題目有多個(gè)方案和多組數(shù)據(jù)，每位同學(xué)的方案、數(shù)據(jù)都不同。課程的培養(yǎng)目標(biāo)要與專業(yè)培養(yǎng)方案和學(xué)院定位保持一致。對于新建應(yīng)用型本科院校，人才培養(yǎng)目標(biāo)和培養(yǎng)模式發(fā)生了相應(yīng)的變化，實(shí)踐教學(xué)的意義也就不言而喻。因此，為培養(yǎng)服務(wù)于京津冀的應(yīng)用型人才，機(jī)械原理課程的實(shí)踐教學(xué)現(xiàn)狀必須改變。我院機(jī)械原理課程組教師探索的三層次一體化課內(nèi)外相融合機(jī)械原理實(shí)踐教學(xué)取得了一定的成績。

一、三層次一體化課內(nèi)外相融合課程實(shí)踐教學(xué)體系

1.基礎(chǔ)性實(shí)踐?；A(chǔ)性實(shí)踐以機(jī)械原理課程的課內(nèi)實(shí)驗(yàn)教學(xué)為主，主要包括機(jī)構(gòu)認(rèn)知實(shí)驗(yàn)、機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖測繪實(shí)驗(yàn)、齒輪范成實(shí)驗(yàn)和齒輪參數(shù)測定實(shí)驗(yàn)。其中，機(jī)構(gòu)認(rèn)知實(shí)驗(yàn)是通過參觀機(jī)械原理展示柜，觀察典型機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的演示，初步了解機(jī)械原理課程所研究的各種常用機(jī)構(gòu)的類型、結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)，了解機(jī)器的組成原理，加深對機(jī)器總體的感性認(rèn)識。機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖測繪實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)學(xué)生根據(jù)實(shí)際機(jī)器的構(gòu)造繪制機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖的能力。繪制過程中，要拋開具體零件的結(jié)構(gòu)形狀，分析零件與零件之間是否存在相對運(yùn)動(dòng)，是否組成構(gòu)件；各構(gòu)件之間的相對運(yùn)動(dòng)形式怎樣，從而確定運(yùn)動(dòng)的類型。通過機(jī)構(gòu)自由度的計(jì)算，判定機(jī)構(gòu)是否具有確定運(yùn)動(dòng)，以此來說明實(shí)際機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)特征。齒輪范成實(shí)驗(yàn)使學(xué)生掌握用范成法切制齒輪齒廓的基本原理，并觀察齒廓形成過程。了解漸開線齒廓的跟切現(xiàn)象和避免跟切的方法，分析比較標(biāo)準(zhǔn)齒輪和變位齒輪的異同點(diǎn)。齒輪參數(shù)測定實(shí)驗(yàn)使學(xué)生掌握應(yīng)用游標(biāo)卡尺測定漸開線直齒圓柱齒輪基本參數(shù)的方法。通過測量和計(jì)算，理解齒輪基本參數(shù)與基本尺寸之間的關(guān)系和漸開線的性質(zhì)。

2.綜合性設(shè)計(jì)性實(shí)踐。綜合性設(shè)計(jì)性實(shí)踐以課下自選實(shí)驗(yàn)為主，主要包括機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì)與搭接實(shí)驗(yàn)和機(jī)構(gòu)模型制作。機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì)與搭接實(shí)驗(yàn)加深學(xué)生對機(jī)構(gòu)組成原理的認(rèn)識，進(jìn)一步理解平面機(jī)構(gòu)的組成及其運(yùn)動(dòng)特性。進(jìn)行平面機(jī)構(gòu)的搭接，不僅提高了學(xué)生的動(dòng)手能力，還使他們認(rèn)識到了機(jī)構(gòu)在實(shí)際安裝中的運(yùn)動(dòng)干涉問題及解決方法。通過機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)方案的設(shè)計(jì)培養(yǎng)學(xué)生的綜合設(shè)計(jì)能力。機(jī)構(gòu)模型制作彌補(bǔ)了機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì)與搭接實(shí)驗(yàn)的不全面性，同時(shí)可以保留下來。

3.創(chuàng)新性實(shí)踐。創(chuàng)新性實(shí)踐主要指以機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)為平臺(tái)，學(xué)生利用1周時(shí)間，在教師指導(dǎo)下進(jìn)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)方案創(chuàng)新設(shè)計(jì)，并制作機(jī)構(gòu)模型。創(chuàng)新性實(shí)踐活動(dòng)，使學(xué)生掌握了一些創(chuàng)新設(shè)計(jì)的方法，學(xué)會(huì)如何按照機(jī)械設(shè)計(jì)的基本理論，進(jìn)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)方案的設(shè)計(jì)，從而提高學(xué)生創(chuàng)新意識和工程意識。

4.三層次一體化課內(nèi)外相融合實(shí)踐教學(xué)。三層次一體化課內(nèi)外相融合實(shí)踐教學(xué)對學(xué)生提出了更高的要求，在創(chuàng)新性實(shí)踐的基礎(chǔ)上，依托各類機(jī)械設(shè)計(jì)大賽，學(xué)生利用課余時(shí)間，在教師指導(dǎo)下進(jìn)行機(jī)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計(jì)，并最終將設(shè)計(jì)的圖紙轉(zhuǎn)化為樣機(jī)。

在此過程中，學(xué)生首先針對機(jī)械設(shè)計(jì)大賽主題進(jìn)行市場調(diào)研，確定設(shè)計(jì)產(chǎn)品的市場定位，按照大賽主題的若干要求，通過查閱資料構(gòu)思解決方案，確定設(shè)計(jì)目標(biāo)，進(jìn)行必要的設(shè)計(jì)計(jì)算，繪制設(shè)計(jì)圖紙，制造、安裝、調(diào)試，直至產(chǎn)品成型。

通過這樣系統(tǒng)的訓(xùn)練，學(xué)生全程參與制作，誘發(fā)了學(xué)生的求知欲望，加強(qiáng)了動(dòng)手能力，充分挖掘了學(xué)生的潛能，使得學(xué)生積極地利用所學(xué)知識分析解決問題，不但培養(yǎng)了學(xué)生的工程意識和整體設(shè)計(jì)能力，還大大提高了學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)踐能力。

二、三層次一體化課內(nèi)外相融合實(shí)踐教學(xué)的應(yīng)用

1.基礎(chǔ)性實(shí)踐的應(yīng)用?；A(chǔ)性實(shí)踐首先讓學(xué)生參觀機(jī)械原理展示柜中各種機(jī)構(gòu)的模型，進(jìn)行機(jī)構(gòu)的認(rèn)知，初步了解各種常用機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)、類型、特點(diǎn)和運(yùn)動(dòng)情況，增強(qiáng)學(xué)生的感性認(rèn)識。在后續(xù)的基礎(chǔ)性實(shí)踐中，學(xué)生在教師的指導(dǎo)下，按照實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書上的要求進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，繪制機(jī)構(gòu)簡圖，模擬齒輪范成過程，測定直齒圓柱齒輪參數(shù)，計(jì)算機(jī)構(gòu)自由度，觀察標(biāo)準(zhǔn)齒輪和變位齒輪的不同，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理等等，完成了一系列工程實(shí)踐的基本訓(xùn)練。驗(yàn)證了課堂教學(xué)的理論知識，提高了分析問題和解決問題的能力。這是掌握機(jī)械原理課程基本原理的重要環(huán)節(jié)。

2.綜合性設(shè)計(jì)性實(shí)踐的應(yīng)用。綜合性設(shè)計(jì)性實(shí)踐主要完成機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì)與搭接實(shí)驗(yàn)和機(jī)構(gòu)模型制作。通過機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì)與搭接，對機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)方案的設(shè)計(jì)有全面的了解，加深學(xué)生對機(jī)構(gòu)組成原理的認(rèn)識。針對機(jī)構(gòu)搭接的局限性，學(xué)生還可以進(jìn)行機(jī)構(gòu)模型制作，學(xué)生作品如圖1、圖2。

3.創(chuàng)新性實(shí)踐的應(yīng)用。創(chuàng)新性實(shí)踐是學(xué)生進(jìn)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)方案創(chuàng)新設(shè)計(jì)，并完成機(jī)構(gòu)模型的制作。以學(xué)生自選題目為主。圖3多功能拉桿箱，通過了學(xué)院的大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練項(xiàng)目的驗(yàn)收。

4.三層次一體化課內(nèi)外相融合實(shí)踐教學(xué)的應(yīng)用。依托全國大學(xué)生機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽、全國大學(xué)生工程訓(xùn)練綜合能力競賽等大賽平臺(tái)，學(xué)生完成方案設(shè)計(jì)、技術(shù)設(shè)計(jì)和實(shí)物制作的全過程。新型范成儀（圖4）獲得全國大學(xué)生機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽河北賽區(qū)一等獎(jiǎng)。

三、三層次一體化課內(nèi)外相融合機(jī)械原理實(shí)踐教學(xué)應(yīng)用效果

三層次一體化課內(nèi)外相融合機(jī)械原理實(shí)踐教學(xué)把基礎(chǔ)性實(shí)踐、綜合性設(shè)計(jì)性實(shí)踐和創(chuàng)新性實(shí)踐有機(jī)地結(jié)合起來，為學(xué)生提供了更廣闊的創(chuàng)新設(shè)計(jì)平臺(tái)，將知識的灌輸轉(zhuǎn)變?yōu)樗伎夹缘膶W(xué)習(xí)與設(shè)計(jì)。在這一過程中，學(xué)生們能主動(dòng)查找資料，鍛煉了他們從各種資料及數(shù)據(jù)中歸納整理的能力，從而找到了設(shè)計(jì)的方向，能夠兼顧各個(gè)設(shè)計(jì)參數(shù)，提出更合理的設(shè)計(jì)方案。參與新型范成儀設(shè)計(jì)的同學(xué)感慨，從方案設(shè)計(jì)、機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)、功能框架布置到購買材料、機(jī)械加工、裝配調(diào)試全部親自完成，真正將所學(xué)知識應(yīng)用到實(shí)際產(chǎn)品當(dāng)中。不僅提高了動(dòng)手能力和設(shè)計(jì)能力，還培養(yǎng)了團(tuán)隊(duì)的合作精神。通過參賽開闊了眼界，學(xué)習(xí)了兄弟院校更好的設(shè)計(jì)項(xiàng)目，提高了綜合素質(zhì)。

結(jié)束語

三層次一體化課內(nèi)外相融合機(jī)械原理實(shí)踐教學(xué)在機(jī)械原理課程教學(xué)中取得了初步成效，為學(xué)生營造了一個(gè)開放式的教學(xué)平臺(tái)，使學(xué)生融入到教學(xué)活動(dòng)中，成為了教學(xué)活動(dòng)真正的主體。

在今后的教學(xué)中，對三層次一體化課內(nèi)外相融合機(jī)械原理的實(shí)踐教學(xué)進(jìn)行逐步的完善。如何把教學(xué)每個(gè)階段都滲透到三層次一體化課內(nèi)外相融合實(shí)踐教學(xué)中，如何使我院機(jī)械原理課程再上新臺(tái)階，還需進(jìn)一步的研究。

參考文獻(xiàn)：

[1]戴莉莉“三層次一體化”在機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)踐教學(xué)中的應(yīng)用與研究[D].南昌大學(xué)，2009.