机械原理知识范文10篇

摘要：机械原理主要是围绕机械共性问题进行探讨和研究的一门基础性课程，是后续机械设计学习和机械制造工作的知识和理论支撑，具有实践性强等显著特征。鉴于此，本文主要就提高机械原理课程教学质量进行思考和探索，从而为机械原理课程教学质量的提升提供重要地借鉴与参考。

关键词：机械原理课程；教学质量；思考

将机械原理课程与其他课程进行对比可知，其不仅对学生的实践性要求较高，而且还需要学生具备较强的逻辑能力。因此，在针对这一课程进行学习时，学生必须主动地参与到实践和操作过程中，而就教师来讲，则需要为学生提供更多、更丰富的实践操作机会。

1机械原理课程概述

机械原理课程是机械设计制造及自动化专业中不可或缺的基础课程内容，具有应用性强和工程性强等特征[1]。在学习此课程时，一方面要求学生对机构结构、机构运动学和机构动力学等理论知识有充分地了解与掌握，另一方面还需要借助实践这一载体促进其理论分析能力和水平的提升。以微观角度来讲，机械原理课程将对学生创新机构运动方案设计能力进行培养作为立足点，以多样化设计目的和设计任务为中心进行深入研究与分析，并依托多样化方案的综合比对和评价从中挑选出最优方案，因此，从这个角度来讲，机械原理课程也具有较强的实践性特征。

2提高机械原理课程教学质量的具体措施

1目前机械设计教学体系存在的问题

机械设计具有自身的程序，图1为设计的基本程序。图1机械设计的基本程序目前，机械设计教学中主要存在以下问题。

1.1教学内容过于防范

目前，机械设计这门课程包含的内容较多，有机械原理和机械设计。机械设计包括材料、力学、热处理、机械原理、公差与配合、机械零件、机械CAD等内容，所涉及的知识层面较广，教学内容较散，且与其他课程有着很多重复，如机械设计学科中有一项螺纹连接的相关教学内容。可见，教学范围与机械设计这门学科的学习原则不相符合。又如，减速器的类型、样式和设计参数要求，和机械制图中的减速器设计相关知识存在较高重复率，不仅在学科的学习层次上造成混乱，还浪费了学生的学习精力。

1.2与时俱进能力不强

机械设计这门学科的实用性较强，同时其教学内容随着科技的不断发展而不断变化。所以，传统的教学内容如果不进行更新，很难满足现代社会的需求。现代机械设计教学应当满足工程性和技术性需求，同时也应当具备系统性。因此，现代机械设计学科紧随时代的变化而改变，将传统的设计技术进行时代元素的融入。如今，很多相关院校对机械设计教学中的设备结构、设备强度和运动学等技术的教学比较注重，教学力度也较大，使能源问题、环境问题的教学很少涉及。尤其是安全、人机关系、美学等社会因素和价值工程、周期费用分析等经济因素，导致机械设计教学无法满足现代人们的生产需求。

一引言

为进一步促进我国工程教育的深化改革，加快建设我国向工程教育强国的转变，更好地推进我国经济转型的升级，2017年，教育部提出了新工科建设[1]。建设与发展新工科成为我国由制造强国向创造强国发展的必然要求，高校培养新工科人才对当今社会新经济发展有重要战略意义。大学生是实施创新发展战略的人才储备，新工科人才的培养是当今社会对高等学校的迫切要求，也是高校义不容辞的职责[2]。

二机械原理课程地位

机械原理课程是机械类各专业必修的一门重要的技术基本课程，其知识面更宽、适用性更广、更接近工程实际，在培养新工科人才中将起到不可或缺的重要作用。本课程研究的内容主要包括机构结构分析的基本知识、机构的运动分析、机器动力学、常用机构的分析与设计和机械系统的方案设计等问题[3]。通过本课程的学习，使学生掌握各种机构中的一些共性问题，理解基本原理，并初步具有设计机械系统方案的能力。本课程的学习为学生后续专业课程的学习打好理论基础，为机械产品的创新设计打下良好基础，为机械的合理使用和革新改造打下良好基础。本课程在创新机械所需的知识结构中占有核心地位，在高层次的人才培养中具有提升学生对机械新产品的开发和创新能力的作用[4]。

三实验教学现状

机械原理实验教学是机械原理课程整个教学过程中的一个重要部分，是学生将机械的理论知识与工程实际相结合的必要手段，对培养学生的创新能力和综合素质起着关键作用[5]。但是，目前的实验教学存在一定的问题，具体表现在以下几个方面。（一）考核方式不完善。传统的机械原理实验教学一般是作为理论教学的辅助手段，大多依托于相应的理论课程。对实验教学的考核也是依托于课程成绩，没有单独的考核成绩，只是作为最终课程考核成绩的一小部分，一般占10%左右。实验考核大多以实验报告完成情况作为评分依据，很难体现出学生对知识的掌握程度。因此教师更加注重学生对课堂理论知识的掌握和理解，对实验教学的重视程度不够；学生为了应对课程考试，也仅仅是注重对理论知识的学习，对实验课程学习的重视程度也不够。这严重阻滞了学生工程实践能力的培养，对学生的培养极为不利。（二）实验教学模式滞后。传统的机械原理实验缺乏系统性，没有形成一个完整的实验教学体系[6]。实验教学的基本要求仅仅停留在学生加深对理论知识的理解以及对课堂上所学理论知识的验证，没有发挥实验教学的真正作用。在实验的开设过程中，往往以教师的讲解为主，学生很少思考，对实验的原理和仪器的测试方法处于一知半解，甚至完全不懂的状态，不主动参与实验，做实验的积极性不高，只是照本宣科的按照实验指导书的步骤和方法进行，不能充分发挥学生作为实验课堂的主体作用。这种实验的开设对学生自身的锻炼意义不大，学生只是为了完成任务，不能真正参与其中，实践动手能力差，不能满足当今社会对人才培养的要求。这些实验的开设没有体现实验课程对学生创新能力发展的价值，只是加深了对理论知识的理解。（三）实验手段简单。传统的机械原理实验中，实验手段比较简单，主要以认知性和验证性试验为主，综合设计性实验没有发挥作用[7]。例如机构结构创新设计实验，学生没有设计思路，为了应付实验，搭建的机构过于简单，而且完全按照书上已有的模型进行搭建，没有自己的思考。这种实验由于学时有限，没有获得充分的重视。但这种实验恰恰是最能锻炼学生的，培养学生如何根据所学知识解决现实生活中遇到问题的能力，能够充分发挥学生的主观作用，有理论教学不可替代的作用。

摘要：基于工程教育专业认证，对传统“机械原理”和“机械设计”课程设计进行教学改革探索。课程设计选题突出陶瓷机械特色，切合工作实践，完善课程综合性。对照专业认证标准从机械课程设计的教学内容、教学目标和组织实施三方面提出了改革。

关键词：工程教育专业认证；课程设计；陶瓷机械；教学改革

工程教育专业认证是针对高等学校工科专业实施的专门性认证，也是实现工程教育和工程师资格国际互认的重要基础[1]。高等教育质量问题成为社会关注重点，为进一步提高工科专业教学质量，对标国际标准，教育部于2006年启动了工程教育专业认证试点工作，2013年，中国成为《华盛顿协议》预备会员，2016年正式加入国际工程教育组织[2]。“机械原理与机械设计课程设计”是机械类专业培养学生综合机械设计能力和创新能力的重要实践教学环节[3]。课程主要任务为简单结构运动分析，简单的机械设计，旨在引导学生整合机械原理和机械设计的所学知识：机构运动简图、基本零部件设计校核、传动方案设计等，以期培养学生工科思维。如何对“机械原理”和“机械设计”课程设计教学进行改革，以适应新时代工程教育认证的新要求，是摆在各工科院校面前的一大挑战。

1对“机械原理”和“机械设计”课程设计现状的分析

“机械原理”和“机械设计”作为机械专业学科非常重要的专业基础课程，其课程设计大纲明确了常用机械零部件、机械传动系统、联系实际设计过程、正确的设计思想、分析和解决问题能力等要求指标。但传统的课程设计难以满足新时代工程教育专业认证标准。本校目前仍存在以下问题：①机械课程设计的选题较为单一。“机械原理”课程设计只是对典型机构、四杆机构或凸轮机构运动分析。“机械设计”课程设计一直以来都是以二级圆柱齿轮减速器作为设计题目。题目传统单一，学生抄袭现象严重，不求甚解风气较重。与工程教育专业认证标准的符合学校定位、适应经济发展需要的培养目标尚有差距。机械作为一门工科，理应与实际接轨，应与生产实践相结合，与社会发展需要契合，充分体现出各地区高校的机械专业特色。②机械课程设计的相关性不足。虽然机械原理中的执行机构和机械设计中的零部件设计都得到了训练，但学生学完机械基础系列课程后，缺乏对整体机械的认识，“机械原理”课程设计着重于运动分析，“机械设计”课程设计着重于机构零部件性能参数，二者甚至不在同一机构中，两门课程没有建立必要的对接点，使学生没有形成一个有机的整体系统工程的认识以及掌握机器设计的完整过程。

2课程设计改革探索

【摘要】本文基于陕西国防工业职业技术学院的实验教学平台，结合机械原理与机械设计实验教学概况和存在的问题，提出整合提升软硬件建设、加大实验室开放力度和实现理论实验教学“双师化”三个方面的教学改革思路，并进行初步成效分析，为高职院校同类课程的实验教学改革提供一定的参考与借鉴。

【关键词】机械原理与机械设计；实验教学改革；成效分析

随着现代职业技术的快速发展和社会、行业对技术技能型人才的需求不断提升，机械原理与机械设计课程的实验教学改革面临着诸多挑战。课程涉及的实验设备、教学内容、评量方式以及学生积极性都对教学效果有着显著的影响，如何全面提升教学效果、调动学生积极性，是机械原理与机械设计课程的实验教学改革致力于解决的主要问题。

1课程改革背景

1.1实验教学概况。教研室遵循人才培养方案要求，在机械制造与自动化、机械设计与制造两个专业中开设机械原理与机械设计课程，共计48学时教学外加36学时（两周）课程设计，课程涵盖的实验主要包括以下三类：1.1.1演示类实验。包含机构运动演示和机构运动简图测绘，前者目的是使学生了解构件间运动关系及主动件、从动件概念，并深化机构及其组成概念；后者主要要求学生掌握比例尺运用、视图选取、运动副符号及自由度计算等方面。1.1.2验证类实验。包括齿轮范成原理实验和齿轮参数测绘实验，前者要求学生使用范成仪绘制正、负变位齿轮和标准齿轮，通过观察、分析和比较，了解标准齿轮与变位齿轮的区别；后者要求学生使用游标卡尺测量奇、偶数齿轮基本参数，了解齿数、模数、分度圆、齿顶圆、齿根圆、齿距等参数和尺寸计算基本知识。1.1.3减速机拆装试验。该实验为演示性试验，10-20人一组，部分同学拆装，部分同学观看，主要了解减速机的结构、轴上零件的装配关系、窥视孔、放油塞、油标尺、放气孔、及吊钩等附件的位置、尺寸大小等，为减速机设计奠定基础。1.2教学改革前存在问题。1.2.1部分实验设备老化，无法满足实验要求。由于实验室搬迁和设备自身老化，部分实验设备准确性、稳定性和可靠性不足，此前开设的相当一部分演示与测绘实验已无法开出，教学效果受到了较大影响。课程相关实验在一段时间里主要是减速机拆装实验，但由于设备有限，分组时每组学生较多，限制了学生实践能力的提高。1.2.2教学方法较为模式化。多数实验教学模式较为固定，学生严格按照步骤详细、易于操作的实验指导书完成实验，教师主要指出原则性错误并负责学生安全。该模式在培养学生严谨细致、精益求精的素养方面具有积极意义，但与激发学生求知欲、树立其创新精神并最终解决实际工程问题的目标具有一定的矛盾。1.2.3个性化考核方式有待实现。目前考核内容主要包括实验完成度和按时到课情况。实验内容的设定方面未能充分反映学生的水平差异，学生完成的实验项目以及实验报告内容基本相似，而考勤情况相同的学生基本会取得相同的实验成绩。评量方式与因材施教、个性化评估的初衷存在冲突。1.2.4学生的学习重视度有限。由于上述原因，外加本课程实验为课内实验，并未单独设置考核学分，学生对实验环节的重视程度有限，直接导致日后进行课程设计和毕业设计时毫无头绪，也对学生参与各级各类机械创新设计大赛和学历提升方面产生了一定的负面影响。

2课程实验教学的改革思路

一、矿山固定机械及运输设备教学现状

矿山固定机械及运输设备是一门实践性和实用性较强的课程，课程内容所涉及的知识面广，包括机械原理、流体力学、矿井通风学、地下工程设计等，着重培养学生分析解决实际工程问题的能力，由于其对学生的知识储备体系要求较高，一定程度上影响了学生学习的积极性，难以达到预期的教学效果。目前，矿山固定机械及运输设备课程在教学过程中存在的问题如下：（一）学生缺乏对采矿工程的感性认识。该课程主要的授课对象为机电学院的机设专业，学生在掌握机械设计、机械原理、流体力学等课程内容的基础之上，对掌握设备的结构原理具有一定的理论基础。但是，矿山机电设备是在特定的工作环境下运行，其选型、设计、场地布置均与采矿作业的实际工作环境、地下工程设计、开采地层的地质条件直接相关。由于缺乏对采矿工程的感性认识，学生无法较好地结合设备的工作环境，领悟每种设备的设计主旨和设计要点。例如：在矿井排水设备的章节中，学生不能结合地质方面的知识，清晰地意识到一味利用水泵将区域的地下水排空可能造成的矿区地层塌陷，地下水位下降等危害；在空气压缩设备的章节中，尚不能主动结合井底采矿工作面中实际工作环境，意识到气动工具相比于电动工具在安全方面具备的优势，等。此外，本课程在面向采矿专业的本科生讲授时，由于学生机械相关的专业基础知识相比机设专业较弱，在理解设备工作原理方面相对较慢。（二）部分学生缺乏对课程的足够兴趣。产生的原因主要有以下两方面：一方面，本课程学时短（32学时）、内容广（共8章介绍近10种不同设备的工作原理）、无实验和认识实习，少部分基础较差的学生，无法有效跟上教学进度，在课程后半段缺乏足够信心学好该课程内容；另一方面，随着能源矿产行业近年来的资源整合和去产能改革进程的深入，以及现阶段大学生就业形式的多样性，大部分机设专业的毕业生并不会首选进入矿山行业从业，在心中形成了本课程的学习内容和就业无关，内容在以后的生活中用不到的片面认识，一定程度上降低了学习的主动性。（三）传统教学模式难以满足教学需要。本课程专业性极强，其目标是让学生通过课程的学习了解矿山固定机械及运输设备的基本结构特点、工作原理与用途，提高学生综合分析和解决具体实际工程问题的能力。目前，本课程的教学模式是结合教材和配套的结构图，以教师讲授为主，然而具体设备的工作原理仅利用结构简图很难直观地给学生展示和阐述清楚，使得学生在学习过程中往往比较迷惑。目前尚未建立与矿山固定机械及运输设备课程实践教学相匹配的教学环境，难以提高学生在相关设备方面的实践能力。由于在现有教学模式下讲授内容较抽象，相关知识无法吸引学生的注意力，学生学习积极性下降，教师和学生之间有效互动减少，难以达成理想的教学效果。（四）教材内容不能紧跟时代要求。矿山固定机械及运输设备作为一门综合应用课程，所授设备随着新技术的应用不断地更新和发展。但是在实际的教学过程中，教材更新较慢，无法紧跟科技发展，使得课程教学不能满足科技进步发展的需求。同时现有教材普遍存在内容陈旧、章节内容不够精炼、难以满足本科短学时教学的要求，亦不能很好地与实际相结合。

二、矿山固定机械及运输设备课程教学改革探索

通过广泛调研，结合矿山固定机械及运输设备课程教学过程中所展现的特点与现状，可以从教学方法、教材改革、课程考评机制、团队建设等方面进行改进，以便学生更好地掌握和理解该课程的讲授内容。（一）加强学生对本课程的感性认识。对于机设专业的学生由于其并未学习过采矿学、矿山安全工程等采矿专业的基础课程，并不清楚相关机械在煤矿井下的具体运行状况，因此在第一次授课的课程综述中宜增加适当学时并结合矿山施工安全、矿井救援等相关视频，增加学生对所授设备工况环境的感性认识，了解矿山设备对安全、可靠性的严格要求。在整个课程的章节讲授中以如何确保设备安全、可靠为主线，结合矿山施工的实际工况针对性地讲解设备的运行原理和结构特征。随着国家现阶段煤炭钢铁行业去产能的宏观结构调整，针对学生就业并不定会首选矿山行业的现况，授课教师应在授课之初对学生加强正确引导，强调本课程的重要性，应经常与学生交流，解决学生的疑问。本课程所授的设备例如提升机、矿用水泵、矿用通风机、矿井空压机等设备其工作原理与生活中的电梯、市政工程中的排水泵、大型地下公共场所及大型购物广场的通风系统具有相似之处，在生活中随处可见。此外，设备的机械原理具有融汇贯通性，以矿山环境为应用载体掌握本课程所授设备的工作原理，能够为以后掌握其他类似设备工作原理打下坚实基础。此外，在相关课程设置安排上宜首先开设采掘机械等课程，为本课程提供基础，不宜两门课程同时进行。（二）教学方法改进。在教学的过程中采用案例教学法，以案例为背景环境，针对性介绍课程相关设备的工作原理及不同设备对矿山正常生产的影响，引导学生理解、掌握并实际运用教材中所述的知识点。1．理论教学可以采用讨论式、启发式、师生互动式等方法。每章节课程讲授时选择合适的知识切入点，激发学生主动思考问题。通过教师提问，让学生运用已掌握的知识点分析思考、解答并帮助学生归纳总结；或者在讲授的过程中着重讲解其中一部分，让学生运用已有的知识自学领悟另一部分，同时要求其他学生给予评价与补充等。采用这些教学方法，能够提升课堂的师生互动性，提高学生学习的积极性，活跃课堂气氛。2．实践教学是巩固理论知识、培养动手能力、提升创新意识的重要环节。受课程学时的限制以及目前煤矿企业从安全因素和生产效率等方面的考虑，学生井下实习认知的机会较少。因此，宜加强配套实验室的建设，可配备一些矿用水泵、矿井空气压缩机、离心式通风机等小型的矿山固定机械的模型或样机供学生拆装，提高学生的动手能力和感性认识，组织学生参观矿井三维立体动态模型了解采矿工程的整体工作流程，形成更加深刻的直观印象。（三）课程考评方法改进。合理的课程考核评价机制是激发学生学习兴趣和提高学习主动性的重要因素。矿山固定机械及运输设备的课程具有章节内容相对独立的特点，可从以下几方面对课程考评方式进行改进。一是在每章节授课结束后增加阶段性评价环节，对整个章节教学目标的实现程度进行评估，考查学生对本章节知识点的掌握程度，及时根据学生特点对后续章节的教学方式进行修正和完善。在进行阶段性评价之前，教师将提纲下发给学生，学生在学习过程中对照提纲有目的地学习，考核时采用内容抽考的方式进行并计入平时成绩。二是在授课后期，结合实际的工程案例，串讲课程所授设备在案例中所发挥的作用，帮助学生再一次梳理总结课程内容，必要时可增加一次综合讨论课时，根据学生的作答情况作为平时成绩考核依据。三是期末的考评试卷拟以讨论题、分析应用题为主，重点考察学生的综合实际运用能力。该考核评价方法重在考察和激励学生的学习主动性和自主学习能力，体现以育人为本的教育理念。（四）加强教材建设。紧跟行业发展现状编制适用于本科短学时教学的专业教材显得尤为必要和迫切。在广泛调研国内外矿山设备的基础之上，以阐明矿山固定机械核心设备的工作原理为主旨，从典型设备的典型结构原理着手随着教学的深入适当引入介绍时下相关设备与技术的发展趋势，有利于帮助学生建立矿山固定机械的整体概念，丰富学生的视野和学习兴趣。此外，受教学学时的限制，教材编写应适当凝练章节内容，注重总结归纳，增加直观原理图数量，简化公式推导过程，精简文字介绍部分，强调适用性和实用性并注意课程内容的整合，避免有关内容的重复和脱节。（五）强化教学团队建设。目前讲授该课程的教师基本上以高校毕业的年轻博士为主，实践工作经验相对较少，虽具备相关理论基础，但实际应用和操作的能力相对较弱，在教学过程中，尚不能较好地结合生产应用领域的实际情况介绍相关技术最新发展状况，使得课堂教学与实际应用存在一定差距。因此在师资队伍的组成方面应加强年龄梯度建设，形成老中青教师的合理搭配，促进经验丰富的老教师帮助青年教师教学能力的提升。此外，积极利用相关课程的网络与现场培训不断提升教师的教学能力，通过对矿山固定机械相关企事业单位的调研和生产实践进一步提高青年教师的实践应用能力。

三、结语

矿山固定机械及运输设备课程具有多学科交叉的特点，现有教学模式下不能完全达到满意的教学效果。根据目前矿山固定机械及运输设备课程在本科教学中存在的问题，本文从教学手段、教学方法、考评机制、教材建设、教学团队组建等方面提出了一系列改进措施与方法，以期提高课程教学效果，满足教学改革的新要求培养更多高素质的工程技术人才。

教育的根本目的是培养高素质人才[1]。对于工科专业人才的培养而言,除了要使学生掌握本专业的基本理论、方法以外,还应使其具备开拓、创新的意识、思维和能力。人才的培养模式必须与人才培养的目标相适应。德国的理工科大学人才培养目标是“工程师”,因而更加注重专业教育与工程实践。而美国理工科大学走的是通识教育模式,主要特点是以市场需求为导向,在整个教学过程始终以学生为中心[2]。

人才培养模式受到本国社会、经济和科技的发展以及历史文化背景等多种因素的制约和影响。不同的教育理念和培养模式支配着相应的教学内容的调整,教学资源的配备以及教学方法的改革。专业知识的传授是教育的主要内容之一,而创新意识、思维和能力的开发、培养则是教育更本质,更核心的内容。创新意识、思维与能力的培养是提高人才培养质量工作中不可回避的问题,也是对教学改革的深层次研究与探索。因此在教学中,不应出现重书本轻实践、重知识轻能力、重传授轻创新的情况,而应是“基础、实践、创新”教育的和谐统一。机械原理课程属于机械专业的学科基础课,通过对当前社会的人才需求进行分析,结合其课程以及授课对象的特点,从教学内容、教学方法、教学手段等几个方面对机械原理教学的创新模式进行探讨和诠释。

一、教学内容的创新

创新教育的目的就是培养和提高受教育者的创新素质和创新精神。要实现此目的,首先从改变教学内容入手,重视介绍学科发展的新动态、新方向、新内容,注重激励学生的学习欲望,调动学生的积极性,让学生了解更多更新的理论、技术与方法。例如,在绪论部分的讲述中,以往的内容主要是针对本课程的研究对象、基本概念、课程的地位和作用以及本课程的学习方法等展开的。但是,为了培养学生的创新意识,调动学生的创新积极性,除了经典部分的阐述外,还有必要结合现代科学技术的飞速发展,重点阐述机械原理学科的发展动向。如在机构的结构理论发展发面,可以让学生了解:为了广泛应用机电一体化技术,当今社会也迫切希望开展包括对液压、电磁、光电等非机械传动元件的广义机构设计。在对机构的平衡问题进行介绍时,引申到机构的动力学研究,进而让学生了解到大型机械设备的故障诊断和在线监测都是现代研究者关注的重点。有意识地将一些机械原理学科前沿的研究引入教学内容中,如微型机械的研究,它不是将传统的机械直接微型化,而是已经远远超出了传统机械的概念和范畴,是涉及多学科的综合技术的应用,也推动了处于机械原理学科前沿的微型机构学分支的产生。结合一些相关视频资料,学生在课堂上获取到这些知识的同时,兴趣也被调动了起来,拓宽了知识面和视野。让学生意识到“创新是一个民族进步的灵魂,是国家兴旺发达的不竭动力”,“一个没有创新能力的民族,难以屹立于世界民族之林”[3]。

此外,在教学内容的创新改革中,还可以尝试重心的转移,强调创新设计能力的培养,突出计算机的应用。教师在教学过程中逐渐实现淡化图解计算分析,强化解析法内容的教学,进一步加强学生对机械系统设计的综合认识。这种重心转移体现在:由图解法为主向解析法为主转变,使计算理论与计算机技术统一起来,提高机构设计的效率和正确性;由手动设计计算向计算机自动计算转变,提高学生计算机应用能力;由过去重机构分析计算向重机构综合转变,提高学生机构方案构思与设计创新能力和综合应用知识解决实际问题的能力。在教学中不断地营造创新环境,大大提高了学生的创新积极性。

二、教学方法的创新

1《.机械设计基础》课程传统教学体系和特点

这种从理论到实训实践的传统教学方法的最大弊端是课程理论性太强。由于学生专业基础，工程基础和知识基础都不扎实，再加上现在高职学生的学习积极性普遍不高，造成学习起来很吃力。即使听懂了也不知道怎样才能应用到工程实践上，怎样去解决实际问题。为了提高学生的学习积极性，让学生更能够听懂，达到更好的教学效果，很多人都在《机械设计基础》课程原体系的基础之上进行了教学改革研究。其课程改革综合起来包括：整合课程内容，拓宽知识面，增加信息量的改革1；采用精讲多练、加强自学、分析讨论三环节相结合，以启发式教育为主的教学方法改革2；利用现代教学手段，增强教学的直观性的改革3；重视实验教学，使学生学有所用的改革4；搞好课程设计，培养学生的综合技能的改革等等5。通过这些教学改革，教学效果得到了较大的提高。但并没有摆脱从理论到实践的框框，理论性太强，应用理论解决问题太少，学生学起来还是很吃力。

2.本教学改革的教学模式

本教学改革的基本要求是将从理论到实践的传统的《机械设计基础》课程教学模式，转变成以学生的设计项目做引导，整个教学过程都围绕着学生要解决设计项目的实际问题来进行教学。其教学过程，就是一个学生要完成自己的设计项目，老师要通过教学，指导学生完成其设计项目的过程。而学生的设计项目的内容就包含《机械设计基础》教学目标的内容。老师根据设计项目理论性的问题进行讲解，对方法性的问题进行指导。学生通过自己的努力，去完成自己的设计项目，以这种方式最大程度地去完成《机械设计基础》的教学任务和目标。具体来说学生的设计项目要包含有《机械设计基础》课程中大多数的内容。包括各种简单运动机构，如平面连杆机构、凸轮机构、间歇运动机构等机构的结构、种类、工作原理、设计计算方法及设计过程；包括各种传动机构，如带传动、链传动、齿轮传动等传动机构的结构、种类、工作原理、设计计算方法和设计过程；包括机械中的轴、轴承、联轴器、离合器、弹簧、连接件等常见通用零件的结构、种类、工作原理、设计计算方法和设计过程；包括有机械系统总体设计的设计原理和方法，如传动方案的确定、原动机的选择、总传动比及各级传动比的确定、传动装置的运动和动力参数的计算。虽然这个项目不可能把所有的机构和零件都包括进去，但可通过老师的介绍，掌握大多数的设计原理和方法后，学生可根据自己的设计项目去选择具体设计内容。这种项目引导化的教学模式具体以以下步骤来完成：

3.教学模式的实施

（1）学生的设计项目我们给学生的设计项目就是设计一个简单的将产品从一个地方转到另一个地方的产品运送机。其结构简图如图二所示。图二设计项目简图这个设计项目几乎包括了《机械设计基础》课程中的大多数内容，包括机械系统总体设计、带传动设计、齿轮设计、离合器设计、轴设计、工作机的机构设计、连接的键设计、轴承选择设计、螺钉选择设计等。学生把这个项目设计出来后，《机械设计基础》中要掌握的内容都掌握了。我们不主张分组进行设计，而是每个学生都给这样的机器产品项目设计，但每个学生工作机的运动参数，如功率、转速、工作机工作的方式不一样。这样每个学生都要去完成自己的设计项目，都学到了机械设计的原理和方法，避免了吃大锅饭的现象。（2）学生的知识储备学生拿到设计项目后，开初由于没有知识储备是不能完成设计项目的，需要老师进行教学，使学生有足够的知识储备后才能进行相关的设计。如学生获得的设计项目，都含有工作机的机构设计，传动设计中的带传动设计、齿轮设计，输入和输出轴的设计，轴轮连接的键设计，离合器设计等等设计。老师在进行教学时，先进行各种类型设计的知识介绍，让学生先进行知识的铺垫，理解和掌握了这些知识后，才进行后续相关设计。比如，在完成工作机的设计时，老师先围绕学生要完成的工作机的机构设计，介绍各种机构的组成、材料、分类、工作原理、设计原理、设计方法和设计过程，让学生了解和掌握了这方面的知识后，以进行自己的机构设计。再比如，在完成带传动和齿轮传动的设计时，老师也先围绕学生要完成的带传动和齿轮传动，介绍各种带传动和齿轮传动的组成、材料、分类、工作原理、设计原理、设计方法和设计过程，让学生了解和掌握了这方面的知识后，学生也才能进行自己的传动设计。其他的设计内容的知识储备也按照这种方法来完成。这样学生就可以知道自己的设计内容用什么原理和方法去完成，学的知识究竟用来干啥，用来怎样解决具体问题。（3）学生设计内容的选择学生通过老师对项目中的每个内容进行讲解后，就掌握了这方面的知识，就可以选择这方面的知识去解决自己的问题。比如老师讲解了机械系统总体设计的设计原理和方法后，学生就可以进行总的传动方案的设计、原动机的选择设计、总传动比及各级传动比的确定、传动装置的运动和动力参数的计算，确定出该项目机器的各基本参数。又比如老师讲解了带传动的工作原理、设计原理和设计方法后，学生根据自己项目的要求选择自己所需要的带传动的种类，进而进行具体的带传动设计。再比如，老师讲解完了机构的种类、工作原理和设计原理后，学生就可以根据自己的设计项目的工作方式和特点，选择符合自己工作机要求的运动机构，进而进行相应的运动机构的设计。（4）学生完成自己的设计项目学生选择出了符合自己项目工作特点的设计原理和方法后，就可以进行自己的具体设计。包括系统总体设计、带传动设计，齿轮设计、各轴设计、连接键设计、轴承选择设计、离合器设计等等的设计。主要是要完成其设计过程，计算出各零件相应的尺寸参数，进行各尺寸的校核，画出相应的设计零件的零件图，最后写出一部完整的、符合要求的设计说明书。学生在完成设计过程中，可以按照老师介绍的方法和过程来完成，也可以通过查阅资料，用不同的方法来完成，也可以相互讨论来完成，但最终要独立完成自己的设计说明书。（5）学生对自己的设计进行阐述、答辩学生的设计说明书完成后，可以通过主动申请或老师指定同学来进行阐述、答辩。阐述是说明自己的设计是采用什么设计思路完成的，整体和每个具体机构和零件是怎样进行设计的，采用的设计原理和设计方法是什么，最后达到了什么效果，还有哪些不足需要改进的地方等等。答辩是学生对自己的设计进行阐述后，学生和老师都可以根据他的设计过程、原理和方法提出各种问题，让他进行解答。这样，通过学生的阐述和答辩后，更加巩固了所学的理论和设计方面的知识，了解了自己哪方面需要进行改进，还需要增加哪些方面的知识，怎样改进可以达到更好的设计效果。虽然不可能每个同学都进行答辩，但参加的同学越多越好。（6）老师的点评与打分同学完成阐述和答辩后，老师都要对同学的设计、阐述和答辩进行点评，指出哪些方面是搞得好的，哪些方面需要进行改进，采用哪种方案可以获得更好的效果等等。最后根据每个同学的设计的情况和效果进行评价，评价结果作为期末成绩的主要依据。

《机械设计》是一门机械类专业技术基础课程，是研究通用机械零部件的设计原理、计算方法和机械设计一般规律的课程，而机械设计实验则是培养学生巩固理论知识、进行机械工程实践的训练，提高其机械工程意识、机械综合设计能力与创新能力的重要教学环节和途径。

1改进实验手段，培养创新能力

机械设计实验是理论课的重要实践环节，它不仅是学生获取知识的有效途径，而且对于提高学生创新能力具有十分重要的作用。现在的学生普遍对工程实践缺乏感性认识，动手能力较弱，虽然在理论课堂学习中接触了一些机械实物模型，观看过工程机械图片和视频展示，有了一些感性认识，但这些知识还不够，还必须从培养学生创新能力出发，合理安排实验内容与改进实验测试手段，以提高学生理论联系实践的能力。学生只有通过机械工程实践的训练，才能牢固地掌握机械设计知识。在实验设备中都增加了现代测试技术，配置了计算机辅助实验系统，包括数据采集、处理和打印设备，实验数据由计算机进行力学参数、机械参数的数据采集、处理、显示与输出。我们不断完善与更新实验项目的内容，由学生任意选择，使学生不仅熟悉各种不同实验设备的工作原理与功能，而且掌握不同实验的测试方法、数据处理以及对实验结果的分析方法。将现代测试技术应用于实验中，明显地提高了实验测量速度与精确度。

在“机械零件认知实验”中，通过利用机械零件陈列柜的展示、对机械实物和模型与展板的观察和分析，使学生认知了机械设计课程中的标准件、通用零部件与机械传动的类型与特点。在机械零件陈列柜中结合文字注释、机器与模型的运动、电脑声控同步的讲解，使学生认知了如牛头刨床、减速器、压面机、破碎机、雕刻机等机器的运动规律，加深了对机器与机械零件的感性认识，解决一些课堂上难以想象的问题。通过机械创新设计电动陈列柜的展示，使学生了解了创新设计的发散思维法、功能设计法、移植设计法、组合设计方法，原理方案、结构方案、外观方案的创新以及新产品示例，拓宽了学生的知识面，提高了学生机械综合设计能力与创新能力。在“带传动滑动与效率的测定实验”中，使学生了解了智能带传动实验台的结构与原理，掌握扭矩、转速、滑动率、效率的测试方法。学生观察了带传动的弹性滑动与打滑现象，并灵活应用实验技能测出带传动的弹性滑动率、传动效率的结果与负载的关系曲线。

在“液体动压润滑动轴承实验”中，学生利用滑动轴承实验台以及多媒体软件对滑动轴承的径向油膜压力分布和摩擦特征进行实测和仿真实验。将实际和理论知识有机地结合起来，利用计算机的人机交互性能，使学生方便直观地实验，增强了学生的实践动手能力。

在“螺栓联接综合实验”中，学生通过计算机测试软件与多通道静动态应变仪，测定了螺栓组在受倾覆力矩时每个螺栓的受力情况，掌握了螺栓受力一变形的规律。通过单个螺栓的静态实验，了解了螺栓受轴向载荷时，螺栓联接相对刚度的变化对螺栓总拉力的影响。通过单个螺栓的动载荷实验，了解了在改变螺栓的相对刚度后，螺栓动应力幅值的变化。利用计算机实现了数据处理的自动化与可视化，使学生容易地掌握了机械参数电测的基本方法。在“减速器的拆装与分析实验”中，使学生了解了减速箱的基本结构、用途及特点，了解了减速器的各个组成零件结构及功用。熟悉了减速器设计以及主要零件的加工工艺性，了解了减速器中零件的装配关系及安装过程，了解了减速器的基本传动参数测定方法与润滑方式。在“组合式轴系结构设计实验”中，学生通过组装不同结构轴系部件的过程，掌握了轴的结构、轴承组合设计的方法以及轴上零件的常用定位与固定方法。上述两个实验是由学生自行创意设计和组装，使学生在机械综合设计方面得到了训练，为后续课程的学习打下基础。在“润滑剂的磨擦磨损与承载能力测定实验”中，使学生了解了在摩擦磨损试验机上进行润滑剂的减摩性、抗磨性、极压性能测定的试验过程，掌握了利用四球法测定润滑剂的摩擦系数、磨痕直径、最大无卡咬、烧结负荷的方法，并且对国内外润滑剂评定测试标准有了深入的了解。

1传统机械原理课程设计中存在的问题

机械原理课程设计的内容主要分为两个阶段:第一阶段为机械系统的运动方案设计，要求学生通过对常用机构的组合或创新设计，实现简单机械系统的功能需求;第二阶段为机构尺度综合，以及对机械系统中指定机构进行运动分析和动态静力分析。目前在机械原理课程设计的教学过程中主要存在问题:

(1)设计题目类型单一，实践过程枯燥。设计任务主要以典型加工设备为对象，拟定机械传动方案，对其主传动机构进行运动分析和动态静力分析，并在此基础上通过限定执行构件的速度波动以确定飞轮的转动惯量，最后设计其中的齿轮机构或凸轮机构。这样的设计题目单一且缺乏新颖性，与学生的实际生活脱节。设计过程的枯燥使得学生无法正确认识课程设计的重要性，设计兴趣不强，参与积极性不高，难以达到实践目的。另外，由于设计题目比较成熟，与之配套的设计手册和指导书等资料较多，其设计思路和模式比较程式化，因而学生不需太多思考，仅仅只是按照指导书的要求翻书查表，按部就班地进行模仿设计，这样的题目不利于学生创新思维和工程实践能力的培养和训练。

(2)设计方法陈旧，实践重点偏移。目前，在机构运动尺寸确定、机构运动分析及力分析等基本知识和基本技能的训练中，学生主要采用图解法或解析法。图解法概念清晰，形象直观，便于学生理解与分析，但设计精度差，效率低，当学生需要分析多个瞬时的运动情况时，需要花费大量时间作图，工作量大。解析法能获得精确的计算结果，学生通过模型建立和程序设计可以分析任意点位置的运动情况。解析法的求解过程要求学生具备较好的数学功底和编程设计能力，但实践证明多数学生欠缺独立完成编程求解的能力，他们不得不把大部分精力放在程序实现上，这样机械原理课程设计就演变成了计算机语言的训练］，偏离了机构综合设计与分析的实践目的。同时，繁琐的程序编写，也会影响学生创新设计的积极性。

(3)设计时间紧张，实践内容缩水。学校目前将机械原理课程设计和机械设计课程设计整合为3周的“机械综合课程设计Ⅰ、Ⅱ”。由于从内容上设置为同一机械系统的不同阶段性设计，因而从时间上两者并没有严格区分开。统计表明历届学生完成机械原理课程设计所需的时间约为1－1．5周，相对而言学时紧张。为了追赶进度，学生避重就轻甚至是掩盖问题。比如在机械系统运动方案设计阶段，学生普遍采用仿型设计和改型设计的方法，照搬相近的设计案例，或是仅改变某些结构和尺寸，更有甚者忽略创新构思的环节设计直接进入常规设计，整个设计过程中，机械系统的方案设计和机构的选型设计等相关内容体现不足乃至缺失，无法锻炼学生的系统设计能力和创新设计能力。

2机械原理课程设计的教学改革与实践