关于机械原理教学法问题的研究与思考

摘要：机械原理课是一门重要的专业技术基础课程，为了开展好教学，本文从教法研究的角度着重对以下几个方面加以探讨，即如何应用实例去启发学生思考，以利于提高学生的学习兴趣；结合生产实际知识，培养学生树立工程观念；通过教学培养学生综合设计能力。

关键词：机械原理；教学教法；课程设计

“机械原理”是机械类专业的一门重要的技术基础课，它研究的问题都是工程实际问题，它直接为生产实践服务。通过多年的教学实践，笔者认为，在“机械原理”课程教学中只有密切联系实际，才能激发学生的学习兴趣，增强其对机构及机器的研究与分析的能力，最终提高学生设计与开拓创新的能力，以达到提高学生的整体素质的目的。

一、应用实例，启发学生思考，以提高其学习兴趣

学生在学习机械原理之前，不但学习了理论基础课，还进行过金工实习，在实习中操作过多种机床与机器，在日常生活中也接触过各种简单的机械，这就要求教师在教学中善于利用这些机器的实例，引导学生思索，进行启发式教学，恰当地引用实例。比如在学习平面连杆机构时，可根据教学内容以公共汽车上的车门启闭机构为例，来说明曲柄滑块机械的应用，它虽不象一般的机构简图上画的那样典型，但也正好说明它在实际运用中的灵活性。还启发学生去观察促使电风扇摇头的双摇杆机构；缝衣机为了达到缝纫的目的，而采用多种机构相互配合来实现这一工作要求，如针杆的上下运动是由曲柄滑块机构来实现，提线动作是由园柱凸轮来完成，送布运动是由几组凸轮机构相互配合来实现。有时还可利用各种折叠式家具，进行直观教学，引导大家一边观察，一边思考与分析：如何设计才能保证折叠家具有折叠时尺寸最小，张开时又有最好的稳定性。联系实际的教学方法集知识性、趣味性与实践性于一体，使学生在掌握了理论知识之后，又有了分析实际问题的能力，也启发了他们的创新性思维。

二、结合生产实际知识，培养工程观念

由于机械原理是一门工程实用性很强的课程，其理论与设计方法是紧密联系实际应用的。目前所使用的教材由于篇幅所限，除了齿轮以外，都没有介绍其加工的方法，但有些内容，不适当介绍其加工方法，它的设计方法和应用范围肯定是混淆不清的。以凸轮机构为例，凸轮轮廓的设计有图解法与解析法两种。但这两种方法并不是通用的，如果要加工单个的靠模凸轮，最经济的方法是用钳工加工法，即先在毛坯上划线，然后用普通钻床或铣床进行粗加工，再用钳工方法修整，直到符合图纸要求。这里的划线，就是图解法。如果加工批量较大，要求的精度较高，则要求用数控机床加工凸轮。这时就要应用解析法来设计凸轮轮廓。根据数控机床的不同类型表达凸轮轮廓的方程式可用极坐标形式，也可用直角坐标形式。如果是大批量生产，则既不用钳工法，也不用数控机床，最经济的方法是借助靠模在加工凸轮的专用机床上加工。当然介绍加工方法也得有个“度”，讲多了就冲淡了机械原理本身的教学内容。

在机械原理教学中需在多处用到图解法与解析法，这两种方法各有其利弊。图解法是一种传统的方法，也是一种实用的工程方法，它形象直观，概念清晰，并且具有工程所要求的足够的精确度。随着计算机的普及，在机械原理教学中，应用计算机进行机械的分析与设计已越来越普及，因此计算准确、快速并能实现最优化设计的解析法在教学中所占的份量就越来越大。计算机在机械原理学科中的应用，主要在如下几个方面：①利用其计算功能，用解析法推导出所需的计算公式，然后编制成程序，进行计算。如在机械的运动分析及受力分析中，求机械在一个运动循环中的位置、速度、加速度，各运动机械的反力及作用在原动件上的平衡力；在凸轮轮廊的设计中，按推杆的运动规律设计出相应的凸轮轮廓。②应用其绘图功能，绘制机构的运动曲线和动力特性曲线，为机构的选型及设计提供重要的资料。③可以实现最优化设计，在一定的条件下综合出最优的设计参数。

三、通过课程设计培养学生的综合设计能力

机械原理的课程设计是机械类专业的学生第一次对一个简单的机械系统，综合运用所学理论进行较全面的设计思想和设计方法的初步训练，是一个十分重要的实践性教学环节。它对于本课程的理论教学和启迪学生的创造性思维，以至对后续课程的学习和将来的工作都有着深刻长远的影响。学生在开始学习机械原理时，往往期望过高，以为只要通过这门课的学习，懂得了“原理”，就能设计新的机器，希望这门课能解决以后要学的专业课的内容。但是当他们学完各种机构以后，又不知怎样才能将其综合应用，以完成生产实践所需要的创新，设计新的机器，这个任务只有课程设计才能担当。

在课程设计之始，可以应用一个机构的实例，来讲解整个机器的设计过程。例如要设计一台内燃发动机，设计人员首先要分析了解该机的应用场合、要求的输出功率和速度、选用材料、分析燃料燃烧的过程、所产生的力使活塞产生的运动；确定该机械运动输出的形式，并根据活塞运动和输出运动的要求，以及进气、排气、点火等各种动作的控制和协调，确定所要采用的机构类型，或设计新的机构；确定机构的尺寸和各构件间的相对位置；根据受力变化的情况、工作情况和强度、寿命等条件确定各个零件的形状、尺寸、材料及质量配置；还要考虑提高效率、节省制造费用和维修费用等问题。而课程设计所要完成的主要是机械运动方案的设计，即整体方案的设计，它是整个机械设计工作的基础。运动方案设计的好坏，对机器能否完成预定的任务，能否正常工作和工作质量的优劣有决定性的作用。成功的设计往往是基于运动方案的突破、创新。而实现同一运动要求可以有不同的方法和途径，因而运动方案的设计又是最富有创造性的工作。

在课程设计的选题上，笔者选择了同学们在金工实习中多次操作应用过的牛头刨床，要求学生对其运动方案进行设计。设计中，首先要求根据工作要求画出运动循环图，然后对各构件所要求的相对运动，对机构进行选型与综合。这中间要综合运用学生们以前所学到的运动学、动力学等各方面的知识来进行设计计算，也要合理地设计各种机构才能实现所需的运动。由于学生对设计的对象的各种运动要求比较熟悉，通过设计他们又明白了机器的动作是怎样才能合理协调。因此收效较大。