“机械原理”课堂的有效教学探索

摘要：针对如何提高“机械原理”课堂的教学有效性进行了一些探索，提出了一些措施，包括改进课件、改革教学方式、改革课程设计、作业的设计、基于问题的教学设计等。理论和实践均证明这些措施是有效的。

关键词：机械原理；课件；课程设计；教学方式

中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2014）23-0058-02

“机械原理”课程是高等学校工科机械工程类高年级本科生的一门必修课，也是主干技术基础课程之一，主要培养学生的机械设计综合能力。其研究对象是机械，研究内容是有关机械的基本理论问题，主要包括：[1]机构的结构分析、运动分析和力分析、机械的效率、自锁、平衡和速度波动的调节、平面连杆机构、凸轮机构、齿轮机构的基本知识和设计方法、其他常用机构的基本知识、机械系统的方案设计。本课程的主要任务是使学生掌握各种基本机构及由它们组成的机械系统的基础理论、基本知识、分析和设计方法，并具备进行简单机械系统运动方案设计的初步能力，它在培养学生创造性思维以及机械工程实践能力训练等方面均具有极其重要的作用。[2]

可见，该课程的理论性、实践性都很强。由于教材中使用了大量的公式论述和图片展示，使得传统教学中的教师虽然工作非常辛苦，但依然很难把课程讲得生动形象。本文就如何提高“机械原理”课堂的教学有效性进行了一些探索和实践。

一、提高“机械原理”课堂教学质量的一些探索和实践

1.改进课件

教师向学生传授知识除了依靠语言讲授让学生听之外，还要通过上课用的课件让学生看。课件是教师和学生之间沟通并进行知识传递的一个很重要的桥梁。制作“机械原理”课件时，要选择不同的多媒体手段来展示不同的知识点和教学内容。采用信息量大、节奏较快的视频，来展示课程开篇、部分章节的技术应用实例和展望等相关内容，以激发学生的学习兴趣，扩大学生的视野。根据学生的兴趣和专业特点有所区分地收集展示信息、选择应用实例。除通用的实例外，物流机械设备专业学生可优先选择如分拣机、包装机等方面的实际案例。由于含有大量公式和理论性较强的教学内容，所以不太适合使用视频。因此使用幻灯片来展示“机械原理”课程理论部分。在原理分析、理论推导、例题讲解时，采用节奏较慢、可以逐页显示的PPT方式（Powerpoint演示），模仿板书教学的情景，把推理的每一步逐行显示出来，[3]公式每一步用不同的颜色予以区别。为使得学生在课堂上能清楚听到教师讲课的声音，也为了让学生能安静思考，尽量不要用太多的背景音乐和动画效果。

课堂演示中，还可用三维绘图软件把教材中提到的某些重要机构的三维模型显示出来，并自由地将其旋转、缩放、拆分，让学生从多个角度观察。对各种机构进行运动仿真演示，并可以自由控制仿真的速度、显示的比例和视图的方向。用锁定命令，分别把铰链四杆机构中不同位置的连杆固定进行仿真，即可清楚地展示曲柄摇杆机构、双曲柄机构、双摇杆机构间的转化，说明倒置机构的概念。通过软件的后处理，精确绘制摇杆的位移、速度、加速度曲线，可更为有效地讲述曲柄摇杆机构的急回特性。

当然，课堂的主题依然是教师讲授及师生互动，课件只是多媒体教学的一种载体和辅助工具。对于课件的使用方法、播放速度，教师应根据课堂的实际进展情况尤其是学生的反应进行把握。对课件的改进示例如图1所示。

2.改革教学方式

在教学过程中，笔者认为“机械原理”课程有六个核心知识点：机构自由度计算、机构运动分析计算、机构力分析计算、连杆机构、齿轮机构、凸轮机构，即简称为三大计算和三大机构。对“机械原理”课程的基本知识如六个知识点，宜采用系统讲授法，在一个相对较短的时间，大容量、高效率地传递丰富的知识；对重要章节如机构设计等，可设置习题课，使得学生能综合运用所学知识并系统掌握；对某些知识点如适用于产品设计的，要求学生分析产品特征和运动特征并练习设计产品，实现课程知识点的融会贯通，以便学生进一步消化吸收所学知识。

课堂上要多采用讨论法教学，引导学生积极主动参与，学生每四名组成一个小组并自愿选择章节内容，到图书馆或上网搜集相应的信息和材料，然后组织和整理，形成课前五分钟内容介绍的PPT文件。学生演示后，教师再详细讲解相关知识。这样可以使学生更深刻、更准确地掌握知识。一些重要的理论采用实验教学与课堂教学相结合的方式，通过实验和现场教学培养学生理论联系实践的能力；聘请专家讲授一些相关的前沿问题，激发学生的求知欲望和责任感。充分利用网络媒体和多媒体课件的优点进行辅助教学，[4]活跃课堂气氛，增加教学信息量，开阔学生的视野，便于学生理解和掌握课程的重点、难点，提高课堂的教学质量。

3.改革课程设计

传统的“机械原理”课程设计题目主要局限于牛头刨床机构、蜂窝煤冲压成型机及自动打印机等。[5]为了兼顾课程教学要求又体现专业特色，有必要对课程设计题目进行改革，对于具有物流特色的机械设计制造及其自动化专业，主要采用起重机、分拣机、自动升降台等能体现物流特色的典型机构和设备进行课程设计。在四年内每年课程设计的题目不重复，每位学生的设计参数规定完全不同，尽量避免学生相互抄袭。

在课程设计之前要求学生必须参加一些实验课，如“机械创新实践教学”。实验课上利用学校提供的“慧鱼”模型，要求学生把各种组件适当的组装起来，从而得到不同的机构。比如组装成将曲柄的匀速转动转化成摇杆的变速摆动的曲柄摇杆机构、组装成将曲柄的匀速转动转化成滑块的直线移动的曲柄滑块机构，以及组装成运动形式更加多样和复杂的五杆机构、六杆机构等。通过这些锻炼，明显增加了学生动手实践的机会和学生学习的积极性，因而课程设计效果也明显增强。[5]

4.作业的设计

培养创新能力要循序渐进，需要平时的勤学苦练以获得坚实的基本功，这不是短期内就能达到的。对于六大知识点的习题，尤其如图解法和解析法等，需要学生多加练习。比如“机构的运动分析”章节的内容，学生学习起来往往感到有些困难。教师就可采用课前安排复习理论力学相关内容，课堂讲授运动分析的解题步骤和方法，课后习题练习和辅导的方式教学。对于解析法可安排一些编程训练，逐步熟悉相关设计。以上方式，有效锻炼了学生的综合能力。除了教材上的作业外，还应适当布置来源于实际生活的大作业题，这相当于小型的课程设计。这种大作业题目要因人而异，使不同层次的学生都能进行设计并有所收获。[6]

5.课堂教学中的问题设计

让学生提出问题可有效培养学生的创新能力，问题可激发灵感。在课堂教学中，引进基于问题驱动的教学方式，培养学生发现问题、分析问题、解决问题的能力，使学生的科学素养和学以致用的能力得到锻炼。教师往往给定问题，也可让学生自己提出问题，引导学生从不同角度理解所讲述的知识要点。

（1）解释性问题。[7]例如在讲解“连杆机构”之前，先告诉学生公交车的车门就是一个连杆机构，然后提出问题：“这个开关门机构是如何由连杆组成的？为什么采用这种机构？能采用别的连杆机构吗？”然后带着问题进行授课。在学习相关内容之前给学生抛出有实际应用的问题，能激起学生强烈的好奇心和兴趣；在授课完成之后，再让学生回答前面提出的问题，这样学生可以更加深刻地理解、吸收并消化相应知识。

（2）启发性问题。采用启发式提问教学，学生先思考，再请教师更正、补充，启发学生思维，循序渐进，最后教师小结，对各个回答进行比较，这样可以引导学生积极主动地参与到课堂互动教学中，不断思考和探索新知识，从而加强创新思维训练。例如在讲解机构的动力学分析时，给出一道带有机构的运动简图的题目，要求学生用刚学过的相关知识把该机构的各个加速度求出来。

二、结论

对提高“机械原理”课堂的教学有效性和教学质量的问题进行了探索，包括对课件的改进、教学方式改革、课程设计改革、作业的设计、基于问题的教学设计等。理论和实践均证明：这些措施可明显促进教师和学生之间的交流与互动，扩大学生视野，激发学生学习兴趣，加强创新思维训练，提高学生的科学素养和学以致用的能力，从而有效提高“机械原理”课堂教学质量和教学有效性。

参考文献：

[1]孙桓，陈作模，葛文杰.机械原理[M].第七版.北京：高等教育出版社，2006.

[2]教育部高等学校机械基础课程教学指导分委员会机械原理课题组.关于深化“机械原理”课程实践教学改革的建议[EB/OL].[2010-03-07].http：///wyta_9650/20100307/t20100307_454601.shtml.

[3]李绍青，魏常武.利用多媒体技术提高《机械原理》教学质量[J].装备制造技术，2009，（10）：175-176.

[4]王卫民.《机械原理》课程改革探索及实践[J].科技创新导报，2011，（6）：177.

[5]管锋，周传喜.《机械原理》课程实践性环节的教学改革与实践[J].长江大学学报（社会科学版），2011，34（4）：121-122.

[6]刘玉，蒋红旗.基于创新能力培养的《机械原理》作业的设计[J].黑龙江科技信息，2011，（1）：178.

[7]王聪慧.强化问题意识的“机械原理”课程教学模式探索[J].长春理工大学学报，2011，6（10）：162-163.