浅谈机械原理教学改革与创新能力培养

　　机械原理是机械类学生的主干专业基础课程，它具有丰富的基础理论和一定的工程实践知识，培养学生如何利用这些基础理论来解决工程实际问题，培养学生的综合设计能力和创新能力。由于该门课程的实践性较强，需要学生具有一定的工程实践经验，而目前学生普遍地存在着实践能力差，经验少，对机械的感性认识不足的现象。这就要求采用某种手段与方法，在课堂教学中逐渐渗透，在实际应用来提高教学质量。本文主要探讨应用提高机械原理教学质量和创新能力培养。

　　一、提高机械原理教学质量的改进方法

　　1.机械原理课程是研究机构的结构、组成、运动和机器动力学等内容的专业基础课程。由于当前的大学生生活实践能力弱，动手能力不足，对机构及机器等现代化设备缺乏足够认识，所以对机构的运动简图与实际机器的理解较难，特别是机构的具体运动机组成上，对缺乏立体感的同轴都构件情况更难理解。在教学方法上，应主要采用如下激励学生的方法：①采用启发式教学。结合机构的三维模型讲解机构组成及运动，培养学生对机构或机器的理解，提高创新意识。②采用师生互动，类比等教学方法，激发学生的创造性思维。让学生讲解生产生活中曾经遇到过的机器或机构。

　　2.在教学手段上采取新老教学手段相结合的方式。①采用先进的数字化教学形式。应用三维实体造型软件，例如Solidworks、Adams、动画编辑软件以及实践动作的视频技术，使各构件的运动变化及运动形式形象地显示出来，使原来二维的抽象问题直观化、形象化，有利于认知深化，激发了学生的学习兴趣，很生动地突破了教学重点、难点，提高了教学质量。另外，在这一阶段采用与学生软件操作上的互动的方式，使学生了解软件建模技术，逐步掌握并运用软件建立模型，完成部分课后作业，深刻认识机构的传动特点。②保留传统的板书讲解。媒体讲解方式固然使学生能够形象地理解抽象问题，但在关键问题的讲解与剖析，特别是具体方法的实现、公式的推导等方面显示出了严重的不足。多媒体教学提高了教学效率，但在方法及公式的推导上讲解过快，未给同学留出思考时间。所以在教学手段上，要两手抓，两手还要配合默契，从而达到事半功倍的效果。

　　二、创新意识的培养与锻炼

　　“创新是一个民族进步的灵魂，是国家兴旺发达的不竭动力”。作为培养人才的基地，各高校对学生创新能力及创新意识的培养高度重视。因此，在教学中不仅要使学生具备坚实的原理基础知识，还要重视锻炼学生的工程实践能力，培养学生的创新意识和创新能力。具体方法和措施如下。

　　1.以竞赛为引导，课堂上努力联系实际讲解各种创新实践。积极开展和承办各种机械创新大赛，例如国家机械创新大赛、省机械创新大赛、校级机械创新大赛，使学生在竞赛中锻炼交流，有意识地更新和夯实基础知识，培养学生的自主意识。组织教师对其设计的项目进行评价，从而活跃学术氛围。在课堂上也要尽可能地结合创新大赛作品开展学术交流活动。结合典型的创新案例，分析创新亮点，讲解创新实例，进行小组讨论，培养学生的创新能力的同时，也培养学生的团队合作精神。

　　2.作业形式创新，以创新意识创新能力来评判作业。努力改革作业模式，尽量不留固定模式作业，标准答案作业。留以小组调研及创新为目的的培养学生研究兴趣的作业。例如，根据中央空调系统的管道污染严重，提出清污措施及具体机构；根据汶川地震的严重灾害，设计机构可以减小伤害或帮助救援；等等。类似的题目不仅锻炼了学生的设计能力，而且使学生更关注周边环境，关注我们的社会，从而帮助学生建立起关爱社会、为社会服务的大局观、世界观。更可贵的是，学生可以更加清醒地认识到自己所学知识如何用，有多大用处，从而建立自信，产生兴趣，使创新能力及水平逐步提高。

　　3.硬件措施与组织结构。在现有的开放性的机械原理实验室的基础上，我校建成了一个开放的机构创新设计实验室。该实验室具有小型加工与装配设备，学生能够利用简单设备加工并装配自己设计的简单的机构模型，使设计更直观化，同时也有助于后续课程的学习。组建面向学校学生的机械创新俱乐部、学生机械设计小组，充分发挥团队作用。课堂上，教师进行创新范例讲解，课后师生互动，并指导学生学习有关设计软件并在计算机上进行创新设计。实践证明，只有学生理解和参与了整个实践过程，才能使创新能力有质的提高。

　　三、虚拟样机技术在教学与创新中的应用

　　ADAMS是一款动力学仿真软件可以快速方便地创建完全参数化的机械系统几何模型，并进行运动和动力学仿真，而且运动真实形象，学生易于掌握，使学生有更充足的时间进行方案，培养创新能力。ADAMS软件与机械原理课程紧密相连，给软件注重的原理及参数分析，而不用更多的去设计零件的具体形状，完全可以只设计出适当的构件、适当的尺寸参数，就可以建立起模型，对学生理解机构的组成、运动及动力有很大帮助。在上课过程中适当讲解虚拟样机的设计过程，而不仅仅局限在讲解整个机构，逐渐让学生掌握或初步掌握该软件，并可以利用该软件完成课后作业，制作动画及设计参数。并在课程设计阶段完成整体机构的设计。在大赛中应用虚拟样机技术来设计机构方案，分析机构合成运动，通过在ADAMS软件下的动力学仿真，可以清楚地看到各个构件运动特性及效果，便于更改设计方案，特别是尺寸综合，在虚拟环境下模拟机构的运动，直到满足运动要求。这样可以在很短时间内且不浪费材料制作样机的前提下，获得最佳的设计方案，提高效率的同时培养了学生应用知识能力，创新能力和分析能力，提高了学生培养质量。

　　通过教学讨论与工程实践，在利用机械原理教学平台及创新实验室培养学生创新能力方面我们获得了一些成功的经验，取得了一定的效果。而培养学生的创新能力是一项长期的系统工程，特别是当前大学生普遍存在着实践能力弱、动手能力差的特点，这就需要老师与学生的良好互动与配合，坚持理论联系实际，应用现代化的教学手段方法及技术提高学生的培养质量。在教学过程中将传统方法与新方法结合，传统设计与虚拟样机技术相结合，课堂教学与创新大赛相结合，创新能力培养与实践能力训练相结合，走一条综合教学与培养的改革创新之路。

　　参考文献：

　　[1]华剑，黄清世，周传喜.机械原理教学中培养学生创新能力的探索[J].高教论坛，2007，（6）：80-81.

　　[2]郑大钟，陈希.MIT的创新意识和创新能力教学[J].清华大学教育研究，1997，（3）：60-66.

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