支新濤

摘 要： 《機械原理》是機械專業(yè)重要的基礎(chǔ)課程和主干課程，建立與應用型本科人才培養(yǎng)方案和教學體系相適應的《機械原理》課程教學內(nèi)容、教學方法是應用型本科教育中機械學科建設(shè)的一項重要內(nèi)容。本文結(jié)合CDIO工程理念進行了教學改革探索，旨在為同行提供借鑒和參考，強化《機械原理》的教學效果，為培養(yǎng)應用型人才提供方法。

關(guān)鍵詞： 應用型 機械原理 CDIO工程理念 教學改革

一、機械原理在應用型本科中的重要性

隨著高等教育的普及化，對高層次應用型人才需要逐漸增加，應用型本科教育對于滿足中國經(jīng)濟社會發(fā)展起到積極的促進作用。應用型本科重在“應用”二字，在人才培養(yǎng)模式上，應用型本科以適應社會需要為目標，以培養(yǎng)技術(shù)應用能力為主線，涉及學生的知識、能力、素質(zhì)結(jié)構(gòu)和培養(yǎng)方案，以“應用”為主旨和特征構(gòu)建課程體系，重視學生的技術(shù)應用能力的培養(yǎng)，為生產(chǎn)、建設(shè)、管理、服務第一線培養(yǎng)具有深厚學科基礎(chǔ)理論和較強職業(yè)能力的高級應用型人才。

《機械原理》是應用型本科院校機械專業(yè)的一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，機械原理是許多機械產(chǎn)品和現(xiàn)代技術(shù)裝備的基礎(chǔ)和技術(shù)的核心。本課程主要研究機構(gòu)組成原理、機構(gòu)運動學及機器動力學等，通過本課程的學習，學生能夠掌握機構(gòu)學和機器動力學的基本理論、基本知識和基本技能，并初步具有機構(gòu)分析和設(shè)計機構(gòu)的能力。掌握機械原理的相關(guān)知識不僅對培養(yǎng)學生的工程素質(zhì)和綜合能力具有重要作用，而且在整個機械類應用型人才培養(yǎng)中占據(jù)重要地位。

二、傳統(tǒng)概念的機械原理教學的不足之處

機械原理課程來源很早，并且教學方法在逐漸完善，但是傳統(tǒng)意義上的機械原理教學具有不足之處[1]。

1.課程設(shè)計題目陳舊

當前很多高校“機械原理課程設(shè)計”選題主要是對減速器、螺旋千斤頂裝置進行設(shè)計和靜力分析，并在此基礎(chǔ)上確定校核計算和繪制圖紙。無論是用手工繪制圖紙還是CAD軟件繪制圖紙，設(shè)計中都要無數(shù)遍地查詢設(shè)計手冊，過于側(cè)重理論，偏重以往的圖表公式，往往參考上一屆的學生設(shè)計結(jié)果，對設(shè)計過程和結(jié)果一知半解，學生稱之為“瞎抄”，這種模式是傳統(tǒng)的高等教育人才培養(yǎng)模式，在歷史上曾發(fā)揮過重要作用。但是，隨著產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)型與升級，對應用型人才需求越來越多，同時實際要求也越來越高。一些弊端隨之凸顯，設(shè)計過程與工程實踐完全脫節(jié)，設(shè)計的產(chǎn)品沒有考慮如何加工和安裝，學生在設(shè)計過程中僅是被動地接受知識，無法真正培養(yǎng)工程應用能力，對工程意識的建立、工程應用能力的培養(yǎng)等都有不利影響。

2.設(shè)計方法一成不變。

機械原理作業(yè)和課程設(shè)計主要采用查詢機械手冊選型，采用手工計算校核相結(jié)合的方法。這曾經(jīng)是機械設(shè)計的主流方法，在最初起到了很重要的作用。但是這樣的設(shè)計方法帶來了一些弊端，設(shè)計過程過于緩慢、枯燥，完全不能滿足快速發(fā)展的社會需求。

3.題目統(tǒng)一，沒有差別。

高等教育的普及化對高校開放了大門，學生數(shù)量增多，但是獨生子女成為高校學生的主流，學生個體差異很大。這些差異包括性格，對基礎(chǔ)知識和社會知識的掌握。傳統(tǒng)教學普及式的教育必然安排一樣的作業(yè)和練習。作業(yè)和課程設(shè)計全班甚至全年級共做一個題目，事實上學生沒有自己完成，本身的惰性認為別人做出了，自己也能做出，就不用再做了，興趣缺失成為高校學生普遍現(xiàn)象[2]，更不要提培養(yǎng)創(chuàng)新能力了。

4.輕實踐，重理論。

教材是成熟的技術(shù)，一些高校還采用很久以前的教材，這些教材有很多經(jīng)典的知識，但對于機構(gòu)的講解，學生從書本上見到的只是直線和圓組成的機構(gòu)簡圖，對于現(xiàn)實生活的機械產(chǎn)品難有感性認識。缺乏總體設(shè)計理論，不能夠把不同的機構(gòu)有效地組織成新的機構(gòu)。

由于存在以上問題，使得本來是應用型強大、思維靈活發(fā)散的機械原理教學，變成只講理論，不懂實物的說教，教學過程枯燥，學習目標不確定，學習激情減退，教學質(zhì)量下降的填鴨式教學，對培養(yǎng)適合工程需要的應用型人才是不合適的。這就要求改變機械原理的教學方法，把CDIO工程理念應用到機械原理的教學中顯得很有必要。

三、基于CDIO工程理念的機械原理教學改革實踐

CDIO（Conceive構(gòu)思—Design設(shè)計—Implement實施—Operate運作）是以產(chǎn)品研發(fā)到產(chǎn)品運行的生命周期為載體，讓學生主動實踐的方式學習工程，能培養(yǎng)學生的四大能力（即理論知識、個人素質(zhì)和發(fā)展能力、協(xié)作能力、工程—社會大系統(tǒng)適應與調(diào)控能力）[3]。結(jié)合CDIO教學模式，不僅使學生對今后可能從事的職業(yè)及所需具備的相關(guān)技能有大致了解，而且有利于推動特色專業(yè)建設(shè)，使專業(yè)特點更加鮮明[4]。根據(jù)應用型人才培養(yǎng)要求，我們基于CDIO工程理念對機械原理課程的教學進行如下改革實踐。

1.變化作業(yè)和課程設(shè)計題目，培養(yǎng)學生創(chuàng)新思維能力。

首先，課后作業(yè)體現(xiàn)以人為本，以學生為主的理念，一改以往全班同學布置一個題目的習慣。在生活和生產(chǎn)中提出題目，也鼓勵學生自選題目完成作業(yè)和課程設(shè)計，如打包機、自動升降臺、洗瓶機、自動門鎖、自動上水器等。這樣不僅擴大了題目的數(shù)量和類型，而且學生覺得有趣，能夠?qū)嶋H解決問題，從而提高了興趣，也給了學生自主安排進度、自己設(shè)計的空間，使他們學會了獨立思考、積極創(chuàng)新、相互協(xié)作。特別是在設(shè)計過程中，學生采用各種方式獲取相關(guān)的資料，經(jīng)常在圖書館和網(wǎng)上學習各種知識，并且相互討論，不僅增長了知識，而且提高了各方面的能力。然后對提出的各種方案進行評價，找出最佳方案，培養(yǎng)學生獨立設(shè)計的能力。

2.采用現(xiàn)代設(shè)計方法，提高設(shè)計的趣味性和快捷性。

提高學生學習興趣是保證教學質(zhì)量提高的條件[5]。以往的課程設(shè)計和作業(yè)的檢查結(jié)果僅僅是幾張圖紙和設(shè)計報告，這樣設(shè)計的機構(gòu)或者機器能否在實際中應用，取決于采用的模板的正確性的高低，所以學生設(shè)計的積極性不高。隨著計算機虛擬設(shè)計技術(shù)的發(fā)展，采用軟件進行機構(gòu)設(shè)計和虛擬裝配，并對機構(gòu)進行運動學仿真成了設(shè)計的發(fā)展方向，很多企業(yè)設(shè)計了相關(guān)軟件，而且學生學習計算機軟件的積極性很高，在作業(yè)和課程設(shè)計環(huán)節(jié)，要求學生采用軟件設(shè)計、裝配和校核顯得很有必要。如對凸輪機構(gòu)進行設(shè)計時，傳統(tǒng)方法采用反轉(zhuǎn)法，需要學生具備掌握分度和截取線段的能力，由于累計誤差的存在，往往造成同一個題目會出現(xiàn)好幾種凸輪圖形，這樣既浪費了時間，又不能提高精度。采用企業(yè)開發(fā)的軟件進行設(shè)計時，僅僅輸入導程就可以生成凸輪形狀，既快捷又可以驗證學生平時的想法，有利于提高興趣。對裝配中的干涉問題，傳統(tǒng)方法是通過理論計算，任務量大，由于繪圖誤差而出現(xiàn)誤差，采用軟件（如Pro/E等）對機構(gòu)設(shè)計方案進行虛擬設(shè)計、裝配和運動學仿真，并快速驗證干涉性。軟件的虛擬功能的運用加快了機械設(shè)計的步伐，提高了驗證的速度和精確性。學生通過這樣的練習和鍛煉，不但提高了軟件設(shè)計的熟練程度，而且看到自己設(shè)計的成果的虛擬動畫，大大提高了成就感和學習興趣，出現(xiàn)了老師沒有想到的結(jié)果，強化了教學效果。

3.采用小組完成同一題目的方式，鍛煉學生的協(xié)調(diào)合作能力。

由于學生人數(shù)的增加、教學時間的安排和教學進度的要求，課程設(shè)計采用每人一個題目成了機械原理課程設(shè)計的軟肋，很容易造成學生大面積抄襲，既不利于學生能力的提高，又浪費了時間。采用一組完成一個題目的方式，每組設(shè)一個組長，負責安排設(shè)計進度和領(lǐng)導小組人員進行整體方案設(shè)計，每個小組成員負責其中一個環(huán)節(jié)的設(shè)計和校核。由于組長是大家選舉出來的，很有領(lǐng)導能力，有利于整個小組工作的開展。設(shè)計題目是學生自己選的，興趣較高，從心理上學生已經(jīng)把課程設(shè)計當成了愉悅的工作，參與意識非常高，設(shè)計的積極性高。在有限的時間內(nèi)完成課程設(shè)計，小組成員能充分發(fā)揮特長，協(xié)調(diào)一致，相互探討，形成協(xié)助意識，增強團隊意識和責任感，有利于快速適應未來的工作崗位。

4.擴展課外知識，提高實際應用能力。

培養(yǎng)應用型人才的目的就是為地方經(jīng)濟服務。在機械原理課程的講授過程中，以應用型為主要目標，教材內(nèi)容具有滯后性，要培養(yǎng)適應當下的應用型人才，就要結(jié)合當?shù)靥厣v解機械行業(yè)中所用到的機械原理的相關(guān)知識和機構(gòu)原理?；诰W(wǎng)絡(luò)的多媒體課堂教學是將多媒體技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)結(jié)合應用于課堂教學，實現(xiàn)教學過程的創(chuàng)新和優(yōu)化[6]。通過播放科技展覽的視頻和實地參加科技展覽的方式，讓學生接觸實際所采用的機構(gòu)知識。

四、結(jié)語

以應用型為主的CDIO工程理念在機械原理教學實踐中，優(yōu)點明顯，能夠有效提高學生的工程能力和個人綜合能力。通過實踐，學生建立了工程理念，激發(fā)了學習興趣，提高了團隊合作能力，很多學生已經(jīng)不再把《機械原理》課程的作業(yè)和課程設(shè)計看成負擔，而是樂在其中。

參考文獻：

[1]孫亮波，孔建益，黃美發(fā)，桂慧.在機械原理教學中引入機械創(chuàng)新設(shè)計項目的研究與實踐[J].設(shè)計與研究，2010，12（37）：21-23.

[2]徐琳，唐晨，錢靜，秦虎，孟慧.大學生專業(yè)興趣度與轉(zhuǎn)專業(yè)傾向及行為的關(guān)系[J].心理學研究，2011，4（3）：72-76.

[3]陶勇芳，商存慧.CDIO大綱對高等工科教育創(chuàng)新的啟示[J].中國高教研究，2006，（11）：139-140.

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[5]武子軒.淺談如何培養(yǎng)技校學生學習電工學課程的興趣[J].科學之友，2010，04（12）：123-124.

[6]金升燦，韓英.基于網(wǎng)絡(luò)的多媒體課堂教學模式的研究與實踐[J].計算機教育，2010（1）：132-134.