面向“卓越计划”的机械原理课程教学方法改革

摘要：为了提高“卓越计划”机械原理课程教学的实践性，提出了案例教学、启发式教学等教学改革方法。围绕机械原理课程中连杆机构的急回特性分析和周转轮系的传动比计算等方面对教学方法进行了改革尝试。实践表明，通过相关方法的实施和应用，学生能够更好地把握课程的内容，提高学生对于课程内容的兴趣，增强学习的主动性，达到更好的教学效果。

关键词：卓越教育；机械原理；案例式教学；启发式教学；教学方法改革

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2014）32-0050-02

一、简介

我国提出的“卓越工程师教育培养计划”（简称“卓越计划”）旨在培养造就一大批创新能力强、适应经济社会发展需要的高质量各类型工程技术人才。河海大学是首批卓越计划的试点高校。卓越计划建设对于课程内容体系，教育教学方法提出了不同的要求。机械原理课程是机械专业的基础课，目前普遍存在着教学内容陈旧，教学方法不灵活等问题。为提高教学质量，需要在课程内容、教学方法和手段等方面进行改革，进而使得内容优化，方式灵活，内容丰富。在高校目前普遍的一个矛盾现象是教师在采用传统的教学方法授课时，认真地准备每一节课，仔细地讲每一个知识点，但收效甚微，课堂效果不理想，较难调动学生的学习积极性。所以如何活跃课堂的气氛，提高学生的学习的主动性和积极性是一个亟待解决的问题。案例式教学由哈佛学院成功运用和实施，被认为是未来教育方向的成功教育模式，在我国已经20多年的发展过程，对我国高校的实践教学方法改革有着较大的影响。案例式教学方法是指教师将一些典型、具有代表性的应用案例，结合具体的基本理论，启发引导学生对于案例进行分析和讨论，从而在分析的过程中将知识点、重点和难点贯穿到案例中，达到形象直观的教学过程。这种方法侧重于对于实际问题的分析和探讨，从实践到理论，符合人类的认知规律，既增强了学生对于实践问题的体验，也提高了学生运用理论知识分析问题的能力。并非所有的案例都适合课堂教学，案例的选择要恰当、难度适中，符合课程知识的章节需求，服务于教学目标，正确引导主动性，使同学们能够积极参与。启发式（引导式）教学就是利用一定的诱因激发学生的学习动机，通过创建学习环境，激发学生探索问题的兴趣，从而引导学生积极思考，使被动的学习模式转换到主动的学习模式中。启发式教学中教师主要是进行启发和提出问题，学生在老师的启发下主动的思考和解决问题。

二、连杆机构急回特性的案例式教学

在连杆机构的介绍中，引入急回特性时通常以曲柄摇杆机构为例。但是这样的讲解方法很难和实际工程的机构联系到一起。学生在大学刚入学的实习过程中很早就接触了一种具有急回特性的设备――牛头刨床。通过牛头刨床的影响资料，能够快速地将同学引入到工作行程和空行程之间速度差异的问题中，然后将问题进行分析求解，则可达到事半功倍的效果。如图1为牛头刨床的模型和机构运动简图，通过该图形可以引入从动件摆角和极位夹角的概念，并且明确该机构的从动件摆角和极位夹角相等。在摇杆BD往复运动的过程中，曲柄AB转动的角度分别为180°+θ和180°-θ，从而推导出公式所示的行程速度变化系数的表达式。

k=■=■＼*MERGEFORMAT （1）

三、周转轮系传动比的启发式（引导式）教学

轮系的应用可以追溯到我国古代指南车和记里鼓车，通过记里鼓车和指南车的故事引入轮系的分析，不仅可以提高同学们的学习兴趣，还可以提高学生的民族自豪感。在分析周转轮系的传动比时，首先通过指南车的影像资料将学生带入一个问题思考，然后将轮系的简图列出。如下页图2所示的指南车模型中，所有齿轮的齿数相同，车身转弯时转动的角速度为，速度瞬心距内外车轮的距离为R和R+L。当两轮均与水平地面作纯滚动时，不论车身在水平面如何转弯，指针在水平面内的方向始终不变，从而实现指向不变的功能。当车身逆时针转弯时，根据线速度相等原理，左轮的速度为：

ω1=■ω＼*MERGEFORMAT （2）

右轮的速度为：

ω2=■ω＼*MERGEFORMAT （3）

在图2所示的轮系中，齿轮1、2、3和H构成了周转轮系，齿轮1和齿轮3的角速度分别与左车轮和右车轮的大小相等，且两者转向相反。则该周转轮系的传动比计算公式为：

iH13=■=-■＼*MERGEFORMAT （4）

当车身以转动时，若指针指向不变，则指针的角速度应该为-，将上述公式代入公式，可知要实现指针方向不变的功能，则要求轮径D和轮距L相等。

四、结论

在机械原理课程的教学中，采用案例式和启发式的教学方法和手段，可以提高学生对于课程的兴趣，增强学生学习的主动性。在采用了上述方法后，学生们表现出浓厚的兴趣，上课的热情和积极性都得到了极大的提升，说明这类方法在教学方法改革中具有一定的价值，值得在更多的章节和知识点讲解中采用。

参考文献：

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基金项目：面向“卓越计划“的机械设计课程教学改革研究和实践（XZX/13A001-25）；2013年江苏省高等教育教改研究立项课题（2013JSJG121）。

作者简介：张洪双（1976-），男，吉林梅河口人，博士研究生，讲师，研究方向：计算机辅助设计及制造。