基于创新能力培养的《机械原理》课程教学探讨
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作者:王彩红 范国敏 蒋蓉
摘要：文章针对《机械原理》课程教学中存在的问题，从完善教学体系、激发学生创新设计能力方面进行了探讨。讨论了在《机械原理》课程学习全过程中如何激发学生的学习兴趣，如何引导学习过程，以提高学生的创新能力，为培养具有创新能力的机械设计复合型人才奠定坚实的基础。
关键词：机械原理;创新;专业课程教学
中图分类号：G642.41 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2019）40-0205-02
应用型本科类学校的教学目的是让学生掌握从事机械类相关技术工作所需的基本理论，因此，在教学过程中应该以实用为原则，以知识的应用为教学重点。随着科技的进步和我国制造产业向智能化的迈进，知识的运用不再是简单地重复，而是知识的综合运用和创新。为顺应社会的发展，我们培养的学生应该是具有创新能力的高素质复合型人才。
一、当前《机械原理》课程教学中存在的问题
《机械原理》课程的主要内容是介绍各机构的工作原理，运用图解法和解析法熟悉一般机构的设计过程。虽然每种机构在课堂教学中都做了详细讲解，但是同学们在实物设计中不能很好地应用所学的知识。原因在于讲授类的内容较多，实践类的环节较少[1，2]，尤其是随着课程教学改革，专业基础课的学时在逐步减少，但是课程的内容不仅没有减少，反而对学生的创新应用能力提出了更高的要求[3-5]。当前在《机械原理》课程教学中存在的主要问题如下：（1）课程讲授内容局限于教材范围，未能和机械零部件的现代设计方法相结合，课程内容落后于机械工业的发展水平。（2）学生对课程学习的主动性较差，不能很好地理解《机械原理》课程的重要性，未能调动学生的学习兴趣。（3）课后作业主要是巩固课堂和书本知识，学生间互相抄袭作业的现象屡禁不止。（4）实践类教学内容单一，不能和现代设计方法进行有效结合。在《机械原理》课程的教学过程中，更应注重课程内容的实用性特点，培养和提高学生的机械创新设计能力。
二、完善教学体系，激发创新能力
当前我们需要开阔思路，运用新的教学理念，使教学更适应新形势的发展。在知识综合运用的过程中，如何提高学生的机械设计创新能力？需要对课程的理论教学和实践教学环节进行合理的规划。
（一）合理安排授课学期，激发学生学习兴趣
《机械原理》课程是机械专业基础类课程中的一门专业基础课，应该初步培养学生具有机械设计的综合素质、专业技术基础、实践能力以及创新意识与能力。要求根据课程之间的衔接关系，合理安排各门课程的授课学期。
之前的教学计划在大三第一学期开始学习《机械原理》，然而大三第二学期开始有近半数的同学为考研做准备，他们完全没有时间把自己所学的知识应用于实践。在大二时仅开设了四门专业课，但从大二开始做创新设计的同学还没有学过相关机械设计的专业知识，所有的设计没有任何理论依据。如果把《机械原理》安排在第四学期，从第五学期开始学习机械设计，不仅考虑了知识的衔接，而且能充分调动同学们参与创新设计的积极性。随着机械设计课程的学习，大部分同学都有时间参与到各类大学生创新设计中，通过参与各种实物模型的创新设计，使同学们尽早熟悉设计中可能遇到的实际问题。通过参与各类实际项目，丰富同学们的设计经验。兴趣是最好的老师。参加创新设计的过程可以增强同学们提出问题、解决问题的能力，养成问题意识，提升对专业课的学习兴趣，提高课程的学习质量。
（二）改革实践教学体系，提升创新设计能力
理论和实践并重，以实践推动理论教学。在新的课程体系下，机械类课程在不增加课内学时的前提下，应加大实验和课程设计等实践类教学的学时。根据课程讲授的内容，可以在学期初布置本学期的机械设计大作业（一个完整的机械系统设计实例），也可以由同学们提出设计题目，教师进行审核、修改后下发给学生。然而在以往的教学中，我们更注重的是同学们对所学机构知识的复现，设计题目不能激发学生们的学习热情，更谈不上提出一些创新性的设计。新的教学方案在设计内容方面应该增加生产和科研中具有先进性的、符合当前社会发展趋势的设计题目，提高学生的学习兴趣，增强工程意识，增加与相关学科的联系，以提高學生的应用能力。例如，机器人（智能步行机器人、攀爬机器人、扫地机器人）、智能轮椅、机械式立体停车系统、四旋翼飞行器等。在设计的过程中，每周安排一次面对面的集中辅导，平时可随时在线联系老师。让同学们带着问题来听课，使学生在学习每一部分内容时都有一个整体的概念，了解该内容在机械设计总目标中的作用，增强学习的目的性。
在理论教学的同时增加课外自主实验、机械产品创新设计，加强认识实习和金工实习环节与《机械原理》课程的联系，积极鼓励同学们组成设计小组参加各类“挑战杯”、创新大赛等。教学内容应结合理论与工程实践，以实际设计目标为主导带动理论学习，通过理论学习强化设计能力。
（三）充分利用网络教学方法，做好学习过程引导
充分利用手机软件中的现代化教学环境（例如网络课堂、“雨课堂”等）。教师在课程建立完成后，每次课前可将下节课的教学内容通过网络提前下发给学生，指定需要提前预习的内容。上课的过程中，可以根据本节课的教学内容随堂设置一些单选、多选、填空题、问答题，让学生在限定时间（0.5—2分钟）内做出解答。学生若没有集中注意力听讲，那么他们在规定时间内很难完成测试。另外，这些随堂测试的成绩需要记入平时成绩。课后也可以设置对应的练习题、开放的结构设计讨论题等，学生们完成作业后上传，教师可以及时进行批改。每次课的讲授内容上传到网络后，同学们可以利用手机随时随地进行复习。教师在课前可以通过客户端了解哪些同学预习了、哪些同学还没有预习，通过课堂和课下的作业情况掌握同学们对知识的掌握程度，并及时对下节课的教学计划做出适当的微调，这样能够实现教师对该门课程整个学习过程（课前、课中、课后）的全程引导。 （四）鼓励创新设计，课程考核灵活多样
强调学习过程的考核，着重创新能力的培养，增加平时成绩的比重。理论教学内容采取讲授、讨论、自学相结合的教学方法。对于重点章节的内容，要求进行深入细致的讲解和较高强度的课堂练习，使学生真正掌握那些必须掌握的内容。对于需要讨论部分的内容，制定明确的讨论题目，并通过网络客户端分发给学生，同学们可以自由组队进行讨论，每组提交讨论报告。对于非重点章节的内容，教师提出学习要求后安排自学，上交自学报告，再加上每组机械系统的创新设计的设计成果，这些部分组成平时成绩。也就是《机械原理》课程可以采取多项成绩累加的成绩评定方法。具体做法：平时成绩占50%（机械系统设计大作业部分占25%、课堂作业和讨论部分占10%、课后作业5%、实验课占5%、自学报告占5%），期末闭卷测验占50%。采用多项成绩累加的方法，可以避免学生平时不学习、考试前临阵磨枪的现象发生。课程中机械设计实物模型的搭建，有助于学生真正掌握和灵活运用所学知识。
通过课前预习、课中效果检测、课后的练习跟进、课下的自学以及学生的分组讨论，能够保证《机械原理》理论部分的教学质量，为创新设计打下坚实的基础，为后续的设计提供理论基础。通过验证性实验、综合实验、机械系统的创新设计、课程设计、计算机辅助设计，可以培养同学们的实践动手操作能力，以初步实现机械设计的创新。通过参加各类科技竞赛、教师的科研项目以及自主创业，可以为培养高素质的创新型人才奠定基础，以提升学生们的创新能力。
三、总结
通过上述改革与探索，极大地提升了同学们的实践能力，使他们在上课的过程中提出了很多具有创新性的设计，使得进一步完善后制作的实物模型在河北省和国家的大学生创新活动中多次获得奖项。根据《机械原理》课程的教学目标，要求进一步完善《机械原理》课程教学体系，为社会培养具有本校特色、适应社会发展且具有创新能力的复合型机械设计人才。
参考文献：
[1]王栋，李慧琴，趙汉雨.深化机械原理教学改革，培养学生创新能力[J].河南农业，2011，（5）：21-22.
[2]柳丽.机械专业本科生技术应用能力与综合素质培养[J].宁波大学学报（教育科学版），2009，（5）：102-104.
[3]张鄂.应用型本科院校“机械设计基础”课程的教学改革与探索[J].教育教学论坛，2015，（13）：120-122.
[4]陈裕先.德国应用科技大学实践教学模式及其对我国应用型本科教育的启示[J].国家教育行政学院学报，2015，（5）：84-89.
[5]李永梅，等.“中国制造2025”下机械专业本科人才创新能力培养的方法与探索[J].高教学刊，2017，（11）：152-155.
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