机械原理讲解范文

导语：如何才能写好一篇机械原理讲解，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

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采掘机械教学特点存在问题改革探索《采掘机械》是采矿专业、机械工程及自动化专业必修课程，其关键性对于此专业学生的重要性不言而喻，但随着科技的发展，采掘机械发展迅速，新产品不断涌出。采掘机械产品的不断创新与滞后的教学课程之间的矛盾、采掘机械产品独立讲解与采煤整体工艺脱节之间的矛盾越来越突出，如何在课堂教学中弥补课本中的不足，是目前教学中存在的一个重要问题。

一、知识重组

《采掘机械》课程所用教材内及顺序为：采煤机械、支护设备、掘进机械。此顺序的布置并不符合井下煤炭开采工序，并且各个内容之间是独立的，不利于学生全面掌握煤炭开采工序及设备间的关系。基于此，我们在教学时增加了绪论部分，内容主要包括采煤工序介绍、煤岩力学性质等；其次，讲解时对教材内容进行了改变，在介绍井下煤炭开采工序的基础上，进行掘进机的讲解。进而，补充矿压知识的同时讲解液压支架、采煤机，并将本不属于本课程讲解的刮板机也进行简单介绍；最后，进行“三机”：液压支架、采煤机、刮板机之间关系的讲解及注意事项。此顺序可使学生对井下采煤工序清楚认识，并可根据矿企所需生产能力进行简单的“三机”选型及配套，为学生今后工作打下基础。

二、知识扩展

对于采矿学生而言，《采掘机械》《采矿学》同时学习，使得学生清楚的认识井下工作环境以及采掘机械所在煤炭开采过程的位置，但机械学生不学习《采矿学》，学习完全部课程后，虽然掌握了《采掘机械》中所讲述的采煤机、液压支架、掘进机等机械产品的结构和工作原理，但却不知该机械产品在井下的运行状况。基于此，针对机械学生我们补充了井下采煤工艺、采煤视频以及新产品等内容。

通过补充采煤工艺，使得学生对于所学机械产品在整个采煤工艺中的位置、顺序有了清楚的认识，对与《采掘机械》同时开设的《运输与提升》课程也起到辅助作用。采煤视频的播放有助于学生对于采煤机械在井下实际运行情况的掌握起到促进作用。图3为钻式采煤机三维图，目前国内外滚筒采煤机所采煤层高度下限在0.8米左右，而对于0.8米以下煤层无法实现机械化开采，钻式采煤机的研发成功可以实现0.4米煤层的机械化开采，有效解决了极薄煤层的机械化开采问题，该机型内容的补充有助于学生清楚认识对我国煤机行业产品的发展现状。三维模型的课堂呈现可以为学生清楚的讲解各个零部件的结构及该零件与其他部件的连接关系，对于机械制图学习较差的学生提高其识图能力提供帮助。同时，对于采矿专业学生采掘机械本身并非讲解重点，在让学生掌握机械工作原理基础上，我们补充了采掘机械常见故障及维修方法等内容，使得学生工作后可以初步判断机械故障。

三、学观结合

采掘机械是一门实用性很强的课程，涉及机械、液压、采煤、矿压等，其内容涉及面广，学习难度大，所以讲解相关的内容时要注意讲解采掘机械的基本结构、基本原理和基本方法。这样不仅能够让学生更好的掌握课本中的内容，还能够在未来的发展中更好的发挥自身潜力。在以后的教学中要注意培养学生的实践能力。在进行实际教学时，要做到理论与实践相结合，从而让学生对学习保持更高的积极性，保证最佳的教学效果。为达到此目的，我们采用学观结合方式，课堂主要讲授课本知识，辅之视频、图片、三维模型等。课堂之外，利用学生闲暇时间，带学生到工厂去观摩，并进行简单的装配，使得学生好奇心倍增，在现场针对真实的产品给学生讲解，学生随时可以提出问题，互相交流，达到事半功倍的效果。

图4为我校三机试验平台，其包括采煤机、液压支架、刮板机、反冲过滤器、乳化液泵站、变压器等设备，学生不仅通过该平台可以真实的感受到设备的形状、工作原理，更可深入了解设备间的配合关系以及它们之间的启动顺序，为今后参与相关工作打下基础。

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1 运用先进教学手段

目前，随着教学技术的不断更新，大部分学校使用多媒体技术以丰富教学课堂。教师利用多媒体设备进行机械基础教学时，能够增加课堂的生动性，激发学生学习的热情，提高学生学习的兴趣，使学生能够积极主动地参与到课堂中来。教师利用多媒体技术可以将机械基础的相关内容直观地表现出来，并通过图片、影像等形式展现机械基础中相关的原理和结构，便于学生深入理想相关知识。例如，教师对平面连杆机构知识进行讲解时，可以播放该部分运动的视频，以动态的模式表现出该部分的原理和其他相关知识，而学生可以通过直观的视频了解铰链四杆机构运动过程，掌握该结构各个构件的运动速度，让学生易于理解急回特性、死点等相关知识。再如，教师对液压回路知识进行讲解时，可以将该部分知识制成动画的模式，加深学生对该部分知识的印象和理解程度。总之，教师可以利用多媒体技术将机械基础中的重点、难点知识以多种形式表现出来，增加课堂的趣味性，营造良好的课堂氛围，让学生能够积极学习。

2 增加实践性教学

机械基础的理论知识较多，知识内容较枯燥，且教师通过课堂的形式不断地讲解理论知识容易让学生产生厌学情绪，降低了教学效果。而实践教学能够增加学生的实践经验，提高学生学习兴趣，且实践经验与理论知识相结合的模式有利于学生深入理解和运用理论知识。对此，中职机械基础教学应根据教学目标，结合教学课程的需求，与相关企业互动，让学生到企业中实习并参观机械制造现场。教师在实践教学中，可以向学生讲解相关的机械原理和结构，帮助学生理解机械知识。通常情况下，学生到企业实习时，主要对机械基础中常用机构和轴系零件、机械传动、液压传动的工作原理、基础结构以及应用进行学习，观察机械工作人员操作的过程，掌握机械的工作特征，并向机械工作人员学习课堂上难以学习到的实践性知识和技能。例如，教师对定轴轮系进行讲解时，可以带领学生对普通车床的主轴箱进行观察，了解该机器内部齿轮转动的实际情况，让学生确定奇偶值对方向性的作用，进而加深对i1k=n1/n2=(-1)m的理解。

3 重视学生思考能力的培养

中职机械课程主要是为社会培养机械类技能型的人才，而不是让学生空有理论知识而不会运用。中职机械课程培养的学生只有符合社会企业的要求，才能发挥学生的作用，使学生能够在社会中利用牢固的知识开展各项工作。而在机械基础教学过程中，教师应在该基础性的教学课程中重视培养学生的思考能力，让学生能够从基础知识开始思考，培养学生敢于提问的习惯。教师进行机械基础教学时，应注意引导学生对相关知识进行思考，或者提出探究性的问题让学生进行解决，提高学生参与课堂以及主动学习的积极性。学生在解决相关问题的同时，教师可以从旁协助学生，辅助学生利用更好的办法解决相关问题。

教师进行机械基础教学前，应根据教学大纲，结合机械基础相关知识的实际应用情况，规划教学内容，对相关重点、难点知识进行讲解。教师进行教学设计时，重视讨论环节的设置，可根据课堂知识设置开放性的问题，让学生主动对机械基础相关知识进行探讨，培养学生的思维能力。在讨论环节，学生对相关知识进行思考时，可以加深对机械基础知识的理解，可能会发现以往没有注意的问题，有利于学生思考能力的培养。学生对教师提出的问题进行探讨时，教师应起到辅助作用，对学生进行适当的点拨，帮助学生打开思路，引导学生围绕核心问题进行讨论，不让讨论偏离主题，并对相关知识进行总结。例如，教师对棘轮机构进行讲解时，可以先讲解该机构的基本结构，并让学生对日常生活中反踏自行车踏板而自行车不动的原因进行思考，引起学生学习的兴趣，之后对棘轮机构的原理进行讲解，让学生理解该部分基础知识。这种方式能够有效培养学生的思考能力，帮助学生养成主动学习的良好习惯，有利于学生综合能力的提高，为学生未来的发展奠定了基础。

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关键词：机械原理；创新能力；教学改革

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2013）33-0054-02

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：

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关键词：多媒体；机械模具教学；中职机械工艺

近年来取得了较大的发展，同时机械模具在机械制造领域的应用也日渐活跃。如何培养一大批具备过硬理论知识和较强动手能力的人才队伍，关系到我国机械自动化领域的发展。传统的中职机械模具教学中，学生的掌握程度难以达到要求，原因在于旧的教学模式存在很大弊端。

1中职机械模具教学分析

1.1中职机械模具教学现状分析

我国模具专业的学生所学习的内容比国外要落后，从多层面来看，我国中职学生的基础比较薄弱，对专业的认识不高，模具学习的客观环境对学生的影响也比较大。另一方面从学校方面来看，学校的老师很少是学习模具理论的，加上实践非常少，以至于对模具生产的流程和生产中可能遇到的问题缺少实践经验。现阶段多数的中职机械模具教学仍然沿用传统的教学模式，黑板、粉笔、挂图、标本仍然是教师讲解的主要手段，学生只能看到机械的表象，难以理解内在的原理。讲课的过程需要绘制大量的板书，但是在进行课堂总结的时候，往往板书已经被擦掉了。与此同时教学内容随着时代不断发展，教具的更新速度却明显滞后，这样对于生产中已经广泛使用的机械，无法进行讲解，学生不能接受到最新的知识。

1.2多媒体教学的优势分析

多媒体技术是现阶段教育教学工作中重要的手段，在全国范围内已经取得了令人瞩目的成绩。现结合中职机械模具教学内容及特点，分析多媒体技术在其中应用的巨大优势。首先，多媒体技术具有较为丰富的表现手段。机械模具教学抽象概念较多，是一件较为枯燥的教学内容，从这一角度考虑，多媒体技术的自然逼真的表现手段正好能够弥补传统教学的不足。多媒体技术可以将微小的或是巨大的机械模型展示给学生，同时对于机械内部零部件的运动和原理也能很好的呈现。将原本乏味的教学变得充满活力。其次，多媒体教学能够形成学生会教师之间的良性互动。在中职机械模具教学中，形象生动的动画和三维立体展示能够帮助教师与学生建立良好的互动，能够帮助教师了解每个学生的特点，做到因材施教。最后，多媒体技术具有巨大的共享性，以前收到经济条件和通讯手段的制约，好的教学经验和方法只能在一定区域内传播和交流，但是多媒体技术具有信息技术相同的可复制性和巨大的传播性，不同地区的教师能够方便地进行机械模具教学工作交流。

1.3在中职机械模具教学中应用多媒体的必要性

（1）多媒体技术能显著提升课堂学习效率。中职机械专业的学生在模具学习过程中经常遇到很多难以理解的内容，导致这一问题的原因在于机械模具的概念和原理相对较为抽象，另一方面传统的黑板教学难以达到直观展示的目的。但是多媒体技术能够轻松解决这一问题，例如在联轴器和离合器的教学中，其安装和工作过程通过多媒体课件，用动态的形式讲解这些抽象的内容，一改往日挂图教学教师费劲、学生懵懂的弊端。最终在提升学生技能的同时，提高的课堂学习的效率。（2）多媒体技术将抽象知识进行直观化的展示。传统中职机械模具教学中机械动作和工程原理的展示是一大难题，通过使用多媒体技术，能够将这些抽象的、难以理解的内容生动直观的展现出来，能够在一定程度上提高学生对知识点的掌握情况。例如在平面连杆结构的教学中，多媒体技术能够将铰链四杆机构运动的全过程展现出来，同时能体现各部分的速度和位移等情况，达到直观教学的目的。（3）多媒体技术能够活跃课堂气氛。在机械课堂中应用多媒体技术，将原本枯燥的机械模具教学转变为一种图文并茂的活跃教学过程。能够让学生主动的去发现问题、思考问题，对于最终问题的解决有很大帮助。例如在数控系统的讲解中，学生的理解问题一直是困扰教师的一大难题，但是一旦加入了多媒体动画，就能够将原本条条框框的内容，变得生动起来，活跃了课堂气氛。

2多媒体技术在中职机械模具教学中的应用

2.1传统教学模式存在问题

中职机械专业模具教学是一门图像处理较为复杂的课程，传统的黑板和粉笔的教学模式已经不能适应新课改需要。单纯进行表象的分析会令学生感到困惑，挂图仪器照片和标本不能满足学生对于机械的好奇心和求知欲。如果进行大面积的绘图作业，一方面耗费大量时间，另一方面也容易令学生产生消极抵触情绪。但是在传统模式下，如果不进行大面积绘图作业，更加无法进行深入的讲解。传统教学模式下，中职教师无法全过程演示模具生产制造的过程，更不可能将所有涉及的模具都拿到教室进行讲解，无法完场拆解和反转等操作。

2.2使用多媒体技术应注意的事项

多媒体技术可以相对很好的解决这些问题，课堂上用多媒体技术进行演不教学，仿真性比较强，可以用虚拟化的多媒体技术进行分析，这样会对模具教学的不断提高产生重要辅助作用。但是在多媒体技术的使用过程中需要注意以下几点：（1）不能盲目开展多媒体技术的应用。通过对中职机械专业教学的研究发现，并不是所有的模具教学都适用使用多媒体技术进行教学任务。适合使用多媒体技术的课程总结起来主要有两大类，首先是教学内容较为抽象的，其次是传统的教学手段无法实现的，只有在符合这两个前提下的课程才建议使用。（2）突出教师的教学主体地位。调研发现，不少中职学校在使用多媒体技术进行模具教学之后，教师的地位降低，有的课程只进行多媒体的放映，教师反而显得无所适从。建议在教学中，还是应该以教师为中心，教师才是整堂课程的总导演，教师的发挥如何直接影响到学生的知识理解和接受情况。（3）审查多媒体课件的可操作性。多媒体技术的应用最终落脚于使用何种多媒体课件，对课件的考察重点应放在课件是否突出了教学重点和难点、知识体系和结构建设是否合理、是否达到了将抽象转化为具体的目的。

2.3三维成型技术的应用

利用三维造型技术创造出来的三维模型就能很好的解决这个问题，三维技术能让学生直观的全面的看到模具各个方面的图像，让课堂教学更有质量，有效率。甚至利用多媒体技术让学生可以再虚拟的网络空间里自己制作模具，既减少了教学成木又增加了教学的可操作性，让学生的学习更加全面准确。例如激光烧结技术对模具的生产中，在其底部铺上一层模具粉末，压实，然后对底层的粉末进行逐层的激光扫描、烧结，将粉末逐层的铺好进行逐一的烧结，反复进行，最后将多余的支撑部分清除掉，能得到完好的模型，在这个过程中由计算控制激光的扫描路径。目前该技术已经在部分学校应用起来，尤其是在锻造和熔融阶段领域，取得了较好的效果。

2.4多媒体虚拟现实的应用

制作FLASH动画和录制视频是多媒体技术的一大优势，同时辅以音频等现代化的教学手段，能够将原本复杂乏味的原理和知识点讲解变得形象起来。另一方面虚拟现实技术能够打破时间和空间的制约，不仅能够还原机械的机械动作和内部零部件的位移、速度等参数，还能够保证学生能够随时随地的进行学习。该技术能够促进学生对于机械结构和运动的理解和认识，为该专业学生未来从事机械设计和操作打下良好的基础。

2.5多媒体技术在中职机械模具教学中具体课程的应用

课堂教学使用的模型有限，一些大型的设备无法在教师展开，即使是带领学生进入车间进行现场教学，往往不能随意进行反转、拆装等操作，学生理解起来有一定难度。例如在《塑料模塑工艺设计》这门课程的教学中，分析该课程的主要内容在于塑料成型设备工作原理的讲解、塑料膜结构和零配件的认识两大部分内容。教材使用了400多张视图进行展示，在课堂教学中教师也采用挂图和小型标本进行讲解。但是学生仍然难以理解其中的内容。这样直接导致后续的模具设计无法进行或达不到预期效果，总感觉学生掌握情况不是很理想，最终学生设计出的模具零件完整性和合理性不高。针对上述问题，已经有部分学校和教师采用了多媒体技术进行《塑料模塑工艺设计》课程的教授。多媒体课件是一种“有型能动”的技术，将原本静态的枯燥的原理生动形象的展示在学生面前，让学生有一种身临其境的感觉。如果在使用多媒体的同时结合模具仿真技术，能够取得事半功倍的效果。多媒体技术有利于学生对课本知识的领悟和掌握，最终转化为模具设计的高质量完成。在《冷冲压工艺与模具设计》课程的教学中，发现学生对于小型零配件的理解很不扎实。学生在平面的展示中很难对机械结构和运动原理有深入的理解。如果使用PPT结合FLASH技术，制作新型的多媒体课件，将机械每一步的动作展示出来，同时完成三维的、可控的运动。这样的直观性是中职机械模具教学所需要的。

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UG 基础 传统 兴趣 平面连杆机构 仿真 教学模式

一、引言

《机械原理》是机械类专业的一门必修基础课，是学生学习相关专业课的基础课程，也是学生解决生产实际问题的专业核心课程。但这门课程涉及面广，理论性强，各章节又相对独立。传统的课堂教学令才刚刚接触机械类学科的学生，听着枯燥，学着费力，无法理解和掌握所学内容。教师课堂教学效果也不佳，事倍功半。

时至今日，先进的CAD/CAM技术在机械设计和制造领域得到广泛应用。Unigraphics(简称UG)软件是美国UGS公司开发的三维参数化软件，是当前最为先进的面向制造业的计算机辅助设计、分析和制造高端软件之一。是一种CAD／CAE／CAM一体化的机械工程计算机软件。三维CAD进入课堂，辅助教学，可以改变传统的教学模式，用动态直观的教学手段，调动学生的学习兴趣，提高学生的学习能动性。笔者通过长期的教学实践，利用近年来在机械设计和模具设计中常用的UG软件，在《机械原理》课程教学中，利用UG软件，对教学内容进行模拟分析与演示，加强学生的直观认识及参与，提高课堂教学效果。笔者以教学中的一些实践为例，加以说明。

二、在平面连杆机构中的应用

在平面连杆机构讲解中，重点是铰链四杆机构的判别，学生初学时，对于曲柄连杆机构、双曲柄机构、双摇杆机构、曲柄滑块机构等机构类型不容易分析和掌握，如果仅仅依靠课堂讲解，很难把运动的变化及相互关系表达清楚。笔者在教学中，通过UG三维模拟，动态仿真演示机构变化情况，有非常直观的效果，令学生一目了然。讲解中，根据参数，创建四杆机构模型，装配如图1所示，动态拖动连杆观察运动方式，一连杆能做整圈转动为曲柄，另一连杆只能绕机架在小于360度范围内作往复摆动，此为曲柄连杆机构，由仿真演示学生直观看到运动过程，理解机构的运动变化。修改各连杆的长度参数，拖动连杆再来观察运动方式，左右两边连杆都可进行整圈转动，即为双曲柄机构，同理，重新调整参数，还可得到双摇杆机构、曲柄滑块机构等。

教学中，还可通过学生自已对参数的修改观察机构的变化，让学生参与到设计中来，提高学生的学习兴趣，同时，结合实际案例，理论联系实际，如碎石机、雷达天线机构为曲柄连杆机构，缝纫机踏板为双曲柄机构等案例分析来帮助学生学习相关知识。

三、在离合器工作原理中的应用

离合器、联轴器、制动器在《机械原理》课程中，是较难掌握的教学内容，主要难点在于工作原理的理解，学生平时对机器、机构接触较少，对零部件没有直观印象，无法真正理解其工作过程和工作原理。而利用UG软件能很好地体现其工作过程及各自特点。以摩擦式离合器为例。如果学生仅依赖于教材中的工作原理图学习离合器的工作过程和原理，很难真正理解离合器的工作情况，而利用UG建模，创建摩擦式离合器运动仿真图，在讲解中，动态仿真演示离合器的工作过程，并进行工作原理分析，可以使学生尽快掌握离合器的工作原理，理解主动、从动盘产生的摩擦力如何来传递转矩的过程。将枯燥的理论原理学习用直观的三维CAD完成，这在学习中，对学生也是一种促进和提高。同时使学生建立现代设计的理念，全面熟悉设计的技能，了解计算机辅助分析制造的效果，为学生后续专业课的学习打下坚实的基础。

四、在其他方面的应用

UG在教学中的应用很广，在教学中可随时利用该软件辅助课堂教学，比如在讲授“受力图”时，可利用UG软件进行受力分析和受力图的绘制，直观明了。教材中，“零件的变形及强度计算”也是教学内容的难点，应力分析、强度校核部分理论性非常强，学生缺乏实践基础，不容易理解零件的受力形式和破坏情况。教学时，可利用UG软件，完成零件受力分析的模拟，直观观察零件的受力和变形破坏情况，从而更易学习掌握强度计算。

UG软件其他方面的应用很多，这里不作叙述。

五、结束语

将UG软件应用于《机械原理》教学，是对传统的教学模式进行了较大的改革，使学生从被动的灌输式记忆学习到培养学生现代设计的意识，有利于培养学生的创新思维，也适应现代人才培养模式的要求。

让学生学有所得，学有所获，促进学生持续自主学习、提高学习效率和学习兴趣。教师只有深入钻研教材，在教学中不断变换教学模式，激发当代学生极强的表现欲和成就感。保持学生学习的浓厚兴趣，让他们不断提高注意力，从而才能真正掌握高效的学习方法。教师也才能在课堂教学中收到事半功倍的教学效果。

参考文献：

[1]陈长生，霍振生.机械原理.北京：机械工业出版社，2004.

[2]吕海鸥，陈丽华.机械原理.北京：中国电力出版社，2009.

[3]曹岩，UC NX4数控加工（实例精解).机械工业出版社，2007，2．

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1.课程说明。《机械产品设计学》是我校“机械设计制造及其自动化”专业的一门专业课。该课程将《机械设计学》[5]作为主要教材，整合了《机械设计方法学》[6]的部分内容，以“产品”为研究对象，以“功能设计”、“结构设计”和“创新设计”为核心内容，其目的是使学生掌握产品设计的基本方法、促进设计过程中机械制图、力学以及机械设计、制造等方面基础知识的综合运用，启发创造性，训练和培养学生的机械产品创新设计能力。“功能设计”是《机械产品设计学》的核心内容之一，也是教学重点与难点，它要求学生学会运用“功能”的观点来看待产品，对产品进行功能分析。然而学生对于功能分析比较陌生，他们往往习惯于对机械产品进行结构分析和结构设计。因此在教学过程中，需要多方面探索，加强“功能原理设计”教学内容，注重培养学生的“功能”观点，改变学生只重视产品“结构”、忽视“功能”和不习惯对产品进行“功能思考”的现状，强化“功能设计”方面的训练。

2.科学素质教育的动因。《机械产品设计学》涉及到许多关于机械产品设计的方法，如系统工程方法、产品设计的一般进程、解决问题的逻辑步骤、黑箱法、功能分解、物场分析法、技术矛盾分析法等。学习和掌握机械产品设计的一般性、通用方法是课程的主要教学目标之一。然而，这些方法理论性较强，在学习过程中，学生往往感到比较枯燥、不容易理解，从而影响学习效果。实际上，《机械产品设计学》课程中讲述的关于机械产品设计的方法，不仅是指导机械产品设计活动的有效方法，还可以帮助我们正确、科学地思考问题、分析问题和解决问题，从而指导日常生活、学习、工作中一些问题的有效解决。因此，如果将机械产品设计中的一些问题及其设计方法，映射为日常生活、学习、工作中的有关问题与解决方法，进行类比讲解，将科学与人文相融合，教学内容会更加丰富、充实和生动，学生也会豁然开朗，促进所学知识的理解、掌握和实际应用。与此同时，学生也在潜移默化中学会了举一反三、触类旁通，并能够在今后的日常生活、学习、工作中，自觉地运用机械产品设计的相关科学思想方法去思考、分析和解决问题。由此可见，《机械产品设计学》课程为结合专业课教学、培养学生的科学思想方法提供了丰沃的土壤。设计的本质是革新和创造。机械产品设计中必须突出“创新”的原则，通过直觉、推理、组合等途径，探求创新的原理方案和结构，做到有所发明，有所创造，有所前进。此外，机械产品设计是一项十分复杂的工作，也是一项严肃的科学活动，需要一丝不苟的求实精神。因此，教师在《机械产品设计学》的教学过程中，有责任和义务有意识地结合教学内容进行科学精神教育，注重启迪学生的创新意识、培养创新精神，同时向学生强调做事、做学问必须本着严肃认真的科学态度和严谨求实的科学作风，培养学生对待科学工作和科学研究一丝不苟的求实精神。综上所述，结合《机械产品设计学》专业课教学，对学生进行科学思想方法的训练以及科学精神和价值观的熏陶，是对大学生进行全方位科学素质教育的良好途径。

二、培养学生的科学思想方法

在《机械产品设计学》这门课中，学生将学习和掌握很多有关机械产品设计的基本、一般性、通用方法。在教学过程中，本课程教师注意结合教学内容，有意识地将机械产品设计方法的相关知识上升到观点、精神、方法、思想的层次上，在培养和提高学生产品设计能力的同时，也使学生受到科学思想方法的训练，从而使学生在专业学习的过程中潜移默化地接受到科学素质教育，学会学习，并将一些方法自觉用于思考、分析和解决日常生活、学习、工作中的有关问题。下文结合系统工程思想方法和功能分解这两个教学内容，介绍本课程教师如何通过专业教学与科学素质教育的融合来提升大学生的科学素质。

1.系统工程的思想和方法。为了使学生能够正确、全面地理解“设计”，同时也促进学生更好地开展机械产品设计活动，课程教学一开始就从多个角度向学生阐释讲解“设计的基本内涵”。设计活动是一项系统工程，这是设计的基本内涵之一。然而对于“系统工程”，机械专业的学生并不了解。于是，我们进行了如下的延伸教学：首先，介绍了系统工程的概念，说明它是以大规模复杂系统为对象的一门交叉学科，而大规模复杂系统由许多相互作用、相互依赖、关系密切的子系统所组成。其次，举例说明载人航天工程、登月工程等都是典型的系统工程。再次，说明系统工程思想的核心是整体观念，就是要用系统的方法研究系统的对象，立足整体，统筹全局，全面规划，协调处理，使系统的总体与部分之间、部分之间、系统与环境之间达到辩证统一。然后，强调产品设计，尤其是大规模复杂产品设计，需要以系统工程思想和方法作为指导，这样才能处理好产品局部与整体之间的关系，通过协调配合实现整体最优，并有利于综合考虑产品全生命周期的各个环节以及人（产品使用者）－机（产品）－环境的大系统关系。接着，说明系统工程方法是一种现代的科学决策方法，也是一门基本的决策技术，可以帮助我们科学、全面地分析和处理问题，也能够有效指导解决日常生活、学习、工作中遇到的一些问题。例如，考研是高年级大学生面临的一个重大现实问题，专业教师应该积极加以引导。事实上，考研的准备及其整个过程涉及到方方面面，完全就是一项系统工程。因此，可以引导学生有意识地运用系统工程的思想和方法进行分析、决策和实施，对整个考研活动进行全局规划，对各方面需要解决的问题和矛盾进行协调考虑和处理，从而帮助学生顺利、成功地完成考研。最后，借助讲解闪耀着系统工程思想的杰出典范———都江堰水利工程，让学生在人文知识的学习中进一步体会系统工程的思想和方法。

2.由“功能分解”学会“任务分解”。“功能设计”是《机械产品设计学》的核心内容之一，也是教学重点与难点。所谓“功能设计”是指“功能原理设计”，包括“功能分析”和“工作原理设计”两个方面。“功能分解”是“功能分析”的重要内容，是指由产品的总功能分解得到各个分功能。“功能树”表示了总功能的分解情况，是描述产品的总功能、分功能以及对总功能进行逐层分解的一种图形工具，它既体现了功能分解的过程，也是功能分解的结果。因此，“功能分解”这一教学内容的讲解和学习是围绕“功能树”进行的。教学过程中，“功能树”的教学从什么是功能树（What）、为什么要对总功能进行功能分解得到功能树（Why）以及如何进行功能分解（How）这三个方面逐步展开。对于“功能树”的“What”方面，除了相关定义、概念的讲授外，重点是通过类比，讲解功能树中“上级功能”和“下级功能”之间“目的”和“手段”的关系，使学生能够轻松理解和很好地把握“功能树”的概念，在帮助学生学会看懂“功能树”的同时，也启发了功能分解的思路。在讲解“Why”的时候，首先从“抽象和具体”、“复杂和简单”的关系出发，向学生说明：功能分解是将产品抽象的总功能逐步具体化的过程，从而使得产品的功能易于实现；并且通过功能分解得到的各个分功能，其复杂程度相比总功能小得多，更容易实现。其次，通过举例，进一步说明功能分解的目的和意义，也让学生在直观讲解中更好地理解。最后，说明“功能分解是设计过程从抽象到具体的一种体现”，让学生更好地理解设计过程和进行产品设计。“功能分解”既是教学重点，也是难点。为此，在“How”的教学中，为了帮助学生适应和逐步习惯“功能思考”方式，掌握功能分解的方法，并能够灵活运用，我们反复向学生强调掌握分解思路的重要性，也非常重视思路、方法的启发教学，并注意多种教学方法的综合运用。例如，通过各种典型功能分解的案例分析，归纳总结出4条思路，帮助学生根据不同产品的特点，按照一定的逻辑步骤完成分解工作；通过大量案例教学，引导学生熟练掌握功能分解方法。此外，在“how”的教学中，注意采用师生互动的教学方法，调动学生的积极性，提高学习热情。首先，布置开放式作业，选取学生比较熟悉的产品对象和日常生活中的小家电产品，如减速器、吸尘器、榨汁机、咖啡壶、加湿器等，让学生进行功能分析，画出功能树，并了解和分析产品的工作原理。然后，鼓励学生制作PPT和走上讲台，以PPT的形式对作业进行汇报，并组织同学们一起讨论。在汇报、讨论的过程中，教师注意捕捉学生思维中的闪光点，对于新颖、巧妙的解答方案及时鼓励。设计问题不同于计算问题，具有多解性，没有标准答案。开放式作业可以促进学生开动脑筋、积极思考，通过查阅资料、产品拆装、咨询讨论等多种途径探求解答方案，通过自主学习、探究学习和趣味学习，进一步巩固掌握所学的知识、方法，提高产品设计与分析的能力。教学过程中，学生们普遍反映，开放式作业和汇报、讨论的师生互动教学激发了他们学习的主动性和积极性，也为他们提供了自我展示的机会，各方面能力得到了综合锻炼。“功能分解”是将抽象、复杂的总功能逐层分解得到具体、简单的各个分功能，从而使产品的功能更容易实现，其思想实际上体现了“任务分解”的思想：对于一个复杂问题，直接对它进行求解往往很困难，一个通常的办法是先将原来的任务进行逐层分解，得到多个相对简单、具体的子任务，然后对这些子任务进行求解，从而完成对原来复杂问题的求解。由此，在教学过程中，教师会很自然地由“功能分解”联想和引出“任务分解”，并引导学生运用“任务分解”的思想、方法分析和解决日常生活、学习、工作中的一些复杂问题。例如，考研不仅是一项系统工程，也是一项十分复杂的重大任务，如果同学们在对考研进行全局规划的基础上，利用“任务分解”的思想，将考研任务逐层分解为若干个子任务，然后各个击破，考研过程将会更加科学、有序。从上述“功能分解”知识点的教学过程中可以看出，教师十分注意思路、方法的分析、归纳和引导，同时也注意将知识上升到观点、精神、方法、思想的层次上，从而结合专业教学，很好地对学生实施了科学素质教育。

三、提升学生的科学精神

科学精神是指由科学性质所决定并贯穿于科学活动之中的基本的精神状态和思维方式，是体现在科学知识中的思想或理念。科学精神的提升不仅能够帮助大学生培养正确的科学观，与此同时也影响着大学生的世界观、人生观、价值观。事实上，科学精神和人文精神是有机融合、相互渗透的。结合专业教学，以人文知识、人文精神为桥梁，让学生体会和感受科学精神、受到熏陶，是提升学生科学精神的良好途径。创新是机械产品设计的本质要求，而严谨求实、一丝不苟则是设计者所必须具备的科学态度和科学作风，其二者都是科学精神的重要体现。下文以创新精神和严谨求实精神为例，介绍本课程教师在《机械产品设计学》的教学过程中，如何有目的地结合教学内容，适当引入学生感兴趣的人文知识，使学生通过人文精神和科学精神的有机融合，在开阔眼界、丰富知识、陶冶情操的同时，体会和感受科学精神并进行自我提升。

1.培养创新意识和创新精神。“创新设计”是《机械产品设计学》的核心内容之一，而启发创造性、训练和培养学生的创新设计能力是课程的重要教学目标。围绕“创新设计”的相关教学内容，本课程教师在教学过程中注意深入浅出、循序渐进，专业教学与创新教育融为一体。首先，从设计内涵出发，说明“设计的本质是革新与创造”，让学生认识到创新在机械产品设计中的地位和重要性。其次，讲解考虑产品的不同属性（包括功能、原理方案、结构、外观等），从不同的角度和方面进行创新设计，并强调功能创新、工作原理创新，这是产品创新的根本所在。鉴于学生对“功能原理”以及“功能原理创新”的教学内容比较陌生，在对比分析讲解了激光加工机床和金属切削机床的工作原理之后，梳理分析讲解了火车和打印机功能原理的演进过程，接着对各种钟表、显示设备的不同功能原理进行发散、分析，从而在生动活泼的趣味讲解中，引导学生更好地理解和巩固掌握“功能原理”的概念，同时启发思维，开阔思路。然后，结合典型创新设计案例的分析，对创新思维特点、创造性思维方法、创造技法等进行讲解，让学生对创新设计的有关知识、原理、方法、思想获得整体、全面的了解和认识，同时通过案例分析法，深入浅出、虚实结合，让学生对理性的知识、思想、方法获得直观、感性的认识，提高讲授效果。最后，补充讲解全国大学生机械创新设计大赛的相关内容。通过介绍历届大赛的主题、内容以及比赛程序，使学生对全国大学生机械创新设计大赛有比较全面的了解和认识，便于学生为参加比赛做好相应的准备工作。此外，选取部分获奖优秀设计作品，分析其设计目的、工作原理、设计方案、功能及特点、主要创新点，并播放作品演示的视频录像，从而使学生获得对机械创新设计的感性认识，消除对创新设计的神秘感，激发他们的创新意识和创新热情，同时在一定程度上为学生的机械创新设计活动提供启发思路。

创新教育的目的是提高学生的创新素质，使他们能够打破常规、突破传统，具有敏锐的洞察力、直觉力、丰富的想象力、预测力和捕捉机会的能力等等，从而使思维具有一种超前性、变通性。科学家的故事可以帮助人们了解科学家的成长经历和科学研究以及科学发明、发现的过程，从中学习科学家的科学思维方法，感受和学习科学家的情感、品德和价值观，受到鼓舞。在“创新设计”教学过程中，结合相关教学内容，和学生一起分享科学家的故事，这是结合创新设计专业教学开展创新教育、培养学生的创新意识和创新精神的重要途径。为此，我们在授课过程中穿插讲解了许多科学家关于创新的故事。例如，分享德国科学家魏格纳的个人经历，以及他面对世界地图，通过奇妙联想提出了著名的“大陆漂移学说”，帮助学生认识和重视联想、想象等感性思维对于创新的重要性。分享了富兰克林揭示雷电秘密、发明避雷针的过程以及著名的“费城实验”，让学生认识到强烈的好奇心和浓厚的兴趣对于创新的巨大推动力，感性地了解到通过联想、推想、假设、实验、验证等一系列步骤进行发明、创造的创新思维方法和过程，强烈感受到科学家不畏艰难、勇于探索、执着追求真理的科学精神，激发学生的创新热情和创新意识。又例如，iPhone、iPad等是风靡全球的电子产品，也深受大学生喜爱。于是分享了美国苹果公司创始人、前首席执行官斯蒂夫·乔布斯这位贴上“创新”标签的传奇人物的人生经历，展示了他给现代通讯、娱乐、生活方式等带来的深刻改变，并通过他对世界的贡献以及世人对他的评价，让学生强烈认识到乔布斯拥有的那种全人类共同珍视和稀缺的财富：“创新精神和富有想象力的心灵”，由此激发、鼓励学生的创新。

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1电动机的基本控制线路

在讲解由低压电器元件逻辑连接的电气线路前，要简要介绍电气控制系统图（电气原理图、电器布置图、电气安装接线图）的识图以及绘图规则。而后开始介绍电动机的基本控制线路。每种控制线路应结合现场实际应用说明。基本控制线路教学过程如下：（1）讲解各个拖动线路的基本控制环节的工作原理，如自锁、点动、联锁、电气互锁、多地点启停、自动往返等；（2）电气原理图的识读，电器布置图的识读，电气安装接线图的识读；（3）根据电动机的拖动控制线路所给低压电器元件及电器布置图进行低压电器元件的布件；（4）按照电气原理图或电气安装接线图进行电气接线；（接线要符合安装工艺，更要符合现有生产实际。对于所用导线的选择学生应该掌握，根据实际经验进行导线截面、类型、颜色的选择；也可以通过常用线口诀进行。）（5）所安装电力拖动控制线路的调试。对于简单基本运行电路可以应用万用表（数字万用表或者指针万用表），利用电阻测量法（选用欧姆档，要注意欧姆档位要合理选用，需要考虑线路中负载阻值。）进行检测，判断所安装拖动控制电路能否正常运行。如果测试现象表明可以正常运行，再上电试验，用以验证检测是否正确，并观察拖动控制电路运行是否正确。而当检测现象表明安装电力拖动线路不能正常运行时，要能够根据现象判断上电可能出现故障，分析故障点并排除。这样可有效避免盲目上电试验，可能造成元件或设备的损坏，甚至扩大性事故及不安全因素。（6）电力拖动线路的故障排除。该步骤是在步骤5电力拖动控制线路调试的基础上进行的，我们可以在已经安装完毕的，试验好的拖动线路上面人为的设计故障（如元件损坏、压接导线绝缘、导线露铜过长、导线虚接、电源故障（缺相、不送电模拟停电）、不按电气原理图接线、漏接或多接线等），巩固学生用万用表测试控制线路能力，准确检测故障，并排除故障。

2典型生产机械的电气控制线路

讲解典型生产机械的电气控制线路的安装调试与维修。需要介绍各个生产机械的电气控制要求及机床功能、结构（最好学生具备简单操作典型机械的能力，更有助于教学）。识读电气原理图、电器布置图、电气安装接线图，对于典型机床而言，其电气原理图一般包括电源电路、主电路、控制电路、保护电路、照明电路，在图面上还包括电磁元件的触点索引等，这是有别于基本电力拖动电路图的。应根据机床的具体电气控制要求、机械性能要求，进行所有电气设备、低压电器元件的选择；或能根据给定的电气设备，低压电器元件，按照电气原理图、电器布置图、电气安装接线图进行线路的安装。当然，电气控制盘或控制柜，走线要符合机床机械结构的装调。同样，在完成电气接线后，要进行调试与检测，仍然要不带电测试、校验。在准确排除故障后再试验。当然也可以参照基本拖动线路进行设计故障训练，所设计故障可根据现场设备可能常出现的故障进行。以上是电力拖动控制线路一体化教学过程的设计，在电力拖动控制线路学科整个学与做过程中，每个操作项目均应给出教师考核标准及学生自我考核标准及评价，教师根据学生实际表现评分，学生能结合实际评价自己对电力拖动控制线路的学习及训练项目情况，学生的自我评价可以给教师在日后的教学作为参考，哪些项目和哪些环节是学生学习和训练过程中容易疏漏或是不易掌握的内容，可以有轻重的、有层次的讲解和训练，也可通过重复训练进行巩固和加强。

作者：王艳 谢德庆 单位：大庆油田技术培训中心

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关键词 机械原理 实例教学 课程改革

中图分类号：G424 文献标识码：A DOI：10.16400/ki.kjdks.2016.03.047

Abstract "Principle of Mechanical" is an important professional basic course in teaching plan of mechanical professional in higher industrial school， occupying the trunk status in the entire mechanical professional curriculum system， playing an important role in cultivating students' ability to analyze and solve problems and improve their innovation . In this paper， we combine and summary the preliminary work we have done in the content of the mechanical principle course reform and teaching methods in the North China University of Technology in recent years， mainly introducing "driven by instance teaching"， which aims to arouse the students' learning positivity and closely combines the principle with engineering practice to make students have a better understanding of the course， exercising the ability to apply the theory to solve practical engineering problems.

Key words principle of mechanical； instance teaching； curriculum reform

0 引言

“机械原理”是一门专业基础课，主要研究内容包括机器与机构的分析与设计的原理，机构与机器的运动与动力学分析，对机械系统运动方案给出初步的设计。通过“机械原理”的学习，使学生掌握、了解机器与机构分析与设计的基本原理与方法，锻炼学生运用所学基本原理与方法分析、解决工程实际问题的初步能力。①

机械原理以往的课程体系主要体现的是一种学科体系，该体系对系统掌握机械原理的理论与方法是有益的，但这对初学者是有一定学习要求的，具体来说只对部分学习能力强的学生适用，而对部分学习能力较弱的学生将存在一定的难度，对该部分学生来说若不付出较大的努力，则机械原理课程的内容难以完全掌握。这种情况对于普通高校的机械专业学生具有一定的普遍性，针对这种情况需要在教学内容的安排与教学方法进行改变；而实例教学就是针对工程中的设计问题与工程案例而组织的一种教学方法，这种教学方法的实施也可以达到机械原理课程教学的基本要求。

1目前机械原理教学存在的主要问题

1.1 学生的课堂参与度不高

机械原理的知识体系是建立在高等数学、普通物理、机械制图和理论力学等先修课程的理论基础之上，而且本课程的许多理论知识又直接为学习机械设计及相关专业课等后续课程建立理论基础，②虽然本课程的教学具有专业基础课的性质，但同时在一定程度上又具有专业课的性质。

对于普通高等院校而言，部分学生的理论学习能力相对下降，再加上总体课业存在较重的情况，学生很难预先进行课程内容的预习，随着课程内容的增加与深入，与要达到的课程教学目标也渐远，造成进一步的学习困难，主动参与课程学习的积极性更低，如若授课人数过多，客观上也不利于学生主动参与课堂教学，再加上移动网络的广泛应用，吸引了部分同学的注意力。课堂教学如何最大程度地吸引学生，提高学生的参与度与积极性是一个现实的问题。

1.2 工程背景薄弱

一般机械基础研究除了具备基础性、科学性和创新性以外，也应具有应用型的本质特征，③而对于本科学生来讲，由于大多数学生缺乏工程实践知识和经验，对所讲的机构结构学、运动学和机器动力学等内容缺乏必要的感性认识，在一定程度上感到抽象、难学，实际机器与表达其运动特征的机构运动简图之间存在较大差距，很难将两者有机地联系起来，对于现实生活的机械产品也难有较好的感性认识，这就致使学生在机械系统运动方案创新设计环节中和完成习题时经常出现和所学理论脱节，甚至感到无从下手的状况。所提出的运动机构设计方案过于简单，或者作业完成耗时过长，教学效果不够理想。

因此，在讲授课程原理与方法时，应着力加强讲清相关的工程实例或工程应用背景，明确设计要求与具体的设计任务，这样有助于提高学生的注意力与兴趣。在教学过程中以学生为中心，结合工程实例与应用背景，不但可以丰富课堂教学内容，对提高学生学习的积极性，也具有积极的意义。

2实例教学在机械原理教学中应用

以实例教学为驱动的教学方法是一种将具体工程实例应用于教学，在此过程中能够提高学生理论水平和实践能力的教学方法，能够较有针对性地运用理论知识去分析问题，从而可以加深对课堂教学内容的理解。

2.1合理设计教学实例

机械原理课程不仅表现专业基础课的性质，而且会更多地表现专业课的性质，无论是概念设计还是方案设计，机械原理课程都起重要作用，对于创新设计机械原理的作用更加突出。从实际问题中提取出课程的教学实例，对于实现课程的教学目的，将起到支撑的作用。教学实例可来自工程案例、工程的设计问题、科研的实践过程中，该教学实例应尽可能涵盖机械原理课程多个教学知识点，应具有一定的综合性，不脱离现有的教学内容体系，而是将其融入其中。实际工程问题往往是复杂的，进行教学实例设计时，应在不失真的前提下，进而合理简化，形成规范的机构运动简图，明确已知条件和分析、设计任务，解决该任务所涉及的理论与方法，由于这种实际分析与设计任务的驱动，从而带动机械原理课程的教学。

在设计教学实例中应注重与其他机械基础学科的联系，要从机械系统的角度去分析机构的工作原理、特点及其在系统中的作用，确定机构设计的要求，要将整个机械课程为基础来研究机械问题。因此对工程实例的选择要尽量选择围绕本专业知识、技能与技能培养方向的实例，围绕该实例中所涉及的知识、能力、技能培养等重点；再有就是要选择贴合工程实际的实例，选择在生产生活中比较容易接受的、学生认可并容易理解的实例，最后就是工程实例的内容要对课程教学重点、难点有所侧重，利于学生快速把握关键问题，能够提出自己的见解。

2.2实例教学的实施

（1）实例1：压力机六杆运动与力分析。压力机六杆机构可用于冲裁成形、剪切成形等成形加工。该机构要求分析其滑块输出的速度、加速度，在受到成形阻力后，作用于曲柄轴上的驱动力矩的大小，为了要得到成形机的运动、受力、运转平稳及效率等性能，要对其进行图解法的运动与受力分析，为了要得到杆的合理尺寸及机械效率，要对整个成形过程进行解析法的运动与力分析，结合压力机六杆机构的设计分析要求，通过图解法与解析法进行运动与受力的分析的讲解，对压力机六杆机构再布置作业，要求学生课下完成。在这种项目驱动下，去分析讨论学习机械的运动分析，机械运动与力分析，会增强真实性与目的性，提高学习效率。

（2）实例2：牛头刨六杆机构的运动与力分析。牛头刨是一种常见的六杆机构形式，对该机构的设计包括有机构的速度、加速度、考虑摩擦与不考虑摩擦的受力分析等。从机构的结构的设计上根据六杆机构的综合方法可以设计出多种的六杆机构类型。对该六杆机构的分析可以分解为两种较简单的机构形式，导杆、连杆与滑枕组成摆杆滑块机构、曲柄、滑块与导杆组成摆动导杆机构，进行机构的运动分析时，对摆杆滑块机构的速度分析是一种典型的基点法，对摆动导杆机构的速度分析是一种典型的复合运动分析方法，这两种方法是图解速度分析的基本方法，同时设计要求给出切削全过程的速度分析，这时候可以采用矢量分析解析法，进行受力分析时，实施采用考虑摩擦的静力分析方法，不考虑摩擦的考虑惯性动态静力方法。同时还可以对机构的机械效率进行分析，对它的传力特性（压力角）进行分析。通过这个教学项目的实施把课程中的运动、力及效率的知识理论方法融在一个实际的问题当中，学生接受起来相对直观一些。

（3）实例3：成形机的动力学分析。成形机是一种由伺服电机驱动，通过减速器，滚珠丝杠带动滑台，滑台上装有辊膜，靠辊模实现对钢板的连续弯曲成形，辊模相当于数控机床的刀具。在成形过程中，辊模带载沿机床横向左右运动，其移动的位置有严格的要求，为此要对其进行运动力学分析，分析其稳态响应时间等，此项目的形成带动了机械运动方程分析的等效动力学方法教学，如何进行等效量的变换，如何建立等效动力学模型，如何对模型进行求解，理论与实践达到了较好的统一，也说明了理论对实践的指导意义。

（4）汽车雨刷器的机构设计：汽车雨刷器的机构设计可简化为根据雨刷的摆角范围进行四杆机构的设计。结合按急回特性要求设计四杆机构的方法，获得曲柄铰链中心的位置，讨论曲柄铰链中心的位置对该四杆机构的传力性能与连续性的影响，结合雨刷器无急回特性的要求，令极位夹角等于零获得曲柄铰链中心的位置。通过这个实例使学生加深了对四杆机构急回特性、传力特性及运动连续性的理解。

2.3实例教学驱动的教学方法的效果与问题

通过这种教学方法，能够使课堂上比较单一的理论、方法与工程实际有机联系起来，吸引了学生的注意力，并且提高了学生的积极性，从而提高了学生对课程教学内容的接受程度，由于工程实例的设计分析大多带有一定的综合性，对于提高学生的分析问题与解决问题的能力有较大帮助作用。实例驱动教学法的实施对工程实例设计还需要更加深入，特别是应带有一定的综合性，与其它课程内容的融合，不一定一次讲完，结合教学内容分次讲解，另外对学生布置作业完成实例的分析设计任务。

3 总结

通过一些工程实例教学，提高了学生的注意力与学习兴趣，调动了学生的学习积极性，使原先课程上较单一的理论、方法有了应用背景，加深了学生对课程理论、方法的理解，同时结合工程实例讲解课程内容，通常还带有一定程度的综合性，这种综合性的教学与实际的工程设计过程更为接近。对工程实例进行更深入的设计和引入更多的工程实例，相信对机械原理课程的教学会提供更大的帮助。

注释

① 孙恒，陈作模，葛文杰.机械原理[M].北京：高等教育出版社，2006：2-4.

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1.1突出概念的重要性

课程授课开始时，在讲解绪论之前首先对课程题目进行重点讲解。开始时，首先设置一个问题“机械原理主要学习哪些内容?或者说是机械原理是一门什么样的课程?”在学生回答问题前，我会和学生说你们只要理解了“机械原理”这四个字，那么这门课要讲什么内容你们就会非常清楚，在以后的学习过程中也就会有的放矢。开始的时候大多数同学都不能给出一个较好或者是接近的答案。随后，笔者将“机械原理”分解成“机械”和“原理”，给出类似的问题，“机械是什么?原理是什么?”这个时候大多数同学都能给出较贴切的答案。通过进一步的引导，学生对机械原理的含义和机械原理所要学习的内容就有了大概的理解。此时，会再次向学生强调，所有新的概念都是有学生前修的概念所组成，只要对前修的概念掌握了，新的概念学习就迎刃而解了。比如说，要想理解“机械原理”，首先必须明白什么是机械，什么是原理。

1.2强调思考在概念学习中的重要性

专业课程的学习和通俗读物的阅读不一样，字面意思有时候不能充分说明这个概念的表示，需要对概念进一步的理解，这就需要学生学会思考，并且要知道怎么样思考。比如说，机械原理课程中运动副的概念。“有两个构件直接接触而组成的可动的连接称为运动副。”那么，什么是运动副?有两个构件就可以有运动副吗?答案肯定是否定的。这就需要对运动副这个概念进行进一步的思考，或者说对其进行分解。从运动副概念的表述来看，可以对这句话进行如下分解:首先是有两个构件;再次，这两个构件的关系是直接接触(间接接触可以吗?肯定不行);还要满足一个要求就是这两个构件经过直接接触连接以后还要必须能动，如果不能动的话，那它们就组成了第三个新的构件，就不能称为运动副了。通过上面的思考过程来看，判断是否存在运动副，只要看是否同时满足如下三个条件:①有两个构件;②直接接触;③有相对运动。如果这三个条件同时满足，那么就存在运动副。这个例子看起来简单，但是学生如果对三个条件中的任何一个不能理解的话，就有可能对运动副的概念形成错判。从形式来看，这三个条件与运动副形成了一个二级金字塔的样式。所以说，学生在思考的过程中要掌握思考的方法，那就是，从塔尖塔底一步步的对概念进行分解，并且要理清哪些是同层概念，以及这些概念与其上下层概念直接的联系。

1.3概念表述尽量公式化

机械原理是机械设计的基础和机构原理设计遵循的依据，在概念讲授的过程中如果能够以图形的形式展示概念，那么对后续机械设计将有很大的帮助。再者，机械原理是一门承前启后的课程，对基础课画法几何、理论、材料力学和数学等知识要求比较高，自身内容的连贯性也特别强。所以说，在概念讲解的时候能够结合公式和图形的方式对相关概念进行表述，将会加深学生对概念的理解，有助于学生对概念的掌握。下面以公式化表述概念为例。在教材中速度瞬心的概念，“互做平面相对运动的两构件上瞬时速度相等的重合点，即为此两构件的速度瞬心。”在这个概念的理解上如果单纯就字面意思来看比较抽象，并且在实际的授课过程中发现同学理解起来特别困难，这个时候可以利用对表述公式化有助于对此概念的理解。首先，重合点代表的意义可以用公式表示为V1=V2，这里V1、V2分别代表构件1和构件2在重合点的速度;然后，以ω1和ω2分别表示构件1和构件2绕重合点的旋转速度，并记ω1≠ω2，或者是二者相等但反向。通过如此的公式化表述后，学生对瞬心的理解相对来说就容易一些，最后可以达到从繁入简。换句话说，用通俗的语言来表示瞬心的话就是“速度瞬心是一个点，这个点出两个构件的速度相等，并且这两个构件绕着这个点做相对转动。”

1.4对概念的强化方法

在课堂上通过讲课的过程中学生能够逐步的体会到概念的重要性，并且有意识的学会了对一些概念进行相应的思考，但是在作业和实践等环节往往还存在一些问题，通过了解发现，学生可能在课堂上理解了，或者是思考过了，但是没有较系统的对相应的概念去总结。所以在后续的教学课程中，除了随堂的习题作业以外，建议学生对当天所学的概念进行总结并以作业的形式进行考核。主要的做法是这样的。一个概念为一个序号，直接把教材上针对此概念的叙述一字不差的抄写下来，下面要做的就是此项工作的重点，另起一行写本人对这个概念的认识。比如说(1)压力角:作用在从动件上的驱动力F与该力作用点绝对速度Vc之间所夹的锐角。个人认识:压力角是一个角，对于角度来说是有一个顶点和两条边，那么就压力角来说，驱动力F的作用点就是压力角的顶点，驱动力F的作用线和从动件绝对速度Vc所在的直线就是压力角的两条边。如果能够理解到这种程度，不管是作平面连杆机构、凸轮机构还是齿轮机构的压力角都是很容易的事情。通过对学生对概念的总结情况来看，书写比较认真，并且能够做到很好理解的同学，习题的正确性非常高，期末的考试回答的也特别好，相反就比较差。

2注重现代教学手段与传统教学的结合

2.1现代教学手段的优缺点

目前的教学基本上采用多媒体教学，这种现代的教学手段对教学质量的促进和教学效率的提升确实起到了较大的作用，但是就机械类课程教学来说，全程采用多媒体教学有其一定的缺点，并且影响到最终的教学质量。

2.2采取传统教学方法的必要性

通过与学生的多次沟通交流，大多数学生反映的情况是，利用多媒体教学在动画演示、视频播放方面可以很好的展示所讲授机械的结构和运动、作业情况，但是针对一些原理性的讲述，比如说是在机械原理课程中，就凸轮轮廓曲线的设计过程、机构运动简图的绘制等，如果是通过多媒体进行展示，学生的普遍反映是效果比老师在黑板上手工演示要差得多。所以说，在机械类课程，特别是涉及一些应用性的内容时要注重现代教学手段与传统教学方法的相结合，这样可以很好的兼顾到学生对知识的掌握和理解，取得较好的教学效果。

3强调实践能力培养的重要性

3.1机械类课程的特点

从画法几何开始，机械类所开设的课程都基本要求学生要具有较强的生活观察能力、动手能力和理论与实践相结合的融会贯通的能力。再一个，机械类课程的理论性特别强，数学、力学、运动学和动力学等要求比较高。

3.2实践能力培养的方法

鼓励学生多注重观察周围的事物，特别是与机械相关的物件，养成一种爱观察、勤思考的习惯，这是决定学生能否实现实践能力培养的一个保证。再就是学院的实验室在教学期间全程向学生开放，鼓励学生多进实验室，对机械模型进行多观察、多思考，对教学实验用具多拆卸和组装，培养自己的动手和操作能力。并提醒学生在实践的过程中注重理论联系实际，结合课程理论内容的学习进度，有计划的进行相关实践的实施。

4注重团队精神的培养

4.1培养学生善于思想交流的习惯

机械设计没有最好，只有最合适，所以设计的过程中有仁者见仁，智者见智的韵味，只要能够满足设计的功能要求，可以说基本上就是合适的。在概念理解方面鼓励同学间互相交流，并就同一个概念的理解给出自己不同的认识，使大家得到在不同的角度对同一个概念的理解，这样可以优化自己的设计理念，实现最优设计。交流的过程本身是一个分享的过程，任何一个设计一般来说不是单个人能够完成的，需要几个人或者是很大的一个团队才能实现，作为一名设计人员不仅要具有较强的专业素养，更需要有良好的交流沟通能力。

4.2培养学生的整体意识

学生的整体意识培养主要包括两方面的内容，一是，学生对所设计的机械要有一个整体的概念，这是从专业的层面对学生的基本要求。再一个就是，学生在协同设计的过程中要注重团队的整体，不能顾己不顾彼，不考虑自身与团队成员间的设计部分的衔接问题，最后可能会出现衔接不上或者是相互干涉。

5结语

篇10

关键词：中国制造2025；虚拟样机；Adams；机械原理；教学改革

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2017）28-0112-02

当前我国制造业正处于结构性转型升级的关键时期，同时面临着日益加剧的来自发达国家的“再工业化”战略和其他新兴经济体的加快成为承接产业转移新阵地这样的“双向挤压”挑战[1]。为此，2015年5月19日，国务院印发了《中国制造2025》规划，旨在通过推动我国制造业由大到强的转变，从而加快建设制造强国的中国梦。新形势下，工业企业对机械类毕业生的创新能力、设计能力等综合素质提出了更高的要求。“机械原理”作为机械类相关专业的基础课程面对中国制造2025的强国目标，也迎来了与时俱进的挑战[2]。

一、虚拟样机技术与Adams软件

虚拟样机技术以多体系统运动学、动力学和控制理论为核心，借助计算机图形技术、交互式用户界面技术、集成技术等，从外观、功能和空间关系上模拟真实产品，模拟在真实环境下系统的运动学和动力学特性，为物理样机的设计和制造提供参数依据，是先进生产力的代表[3]。Adams是虚拟样机技术的集大成者，是公认的优秀的机械运动学和动力学分析软件，已被越来越多的机械工程人员应用。Adams软件可以将机构的运动和动力分析结果以更加形象的动画和直观的图表呈现出来，弥补复杂和抽象的机构运动及分析给学生学习带来的困难。因此，如何将Adams软件学习融入到“机械原理”课程教学中，改变传统的教学模式，激发学生学习热情，能增强教学实践效果、培养学生的创新创造能力，是本课题组重点研究的问题[4，5]。为此，本课题组开展了以下工作。

二、教学实践

（一）理论知识形象化

根据教学安排，机械原理课程安排在第四学年。这个阶段学生们已经进行完理论力学、材料力学、机械制图和计算机辅助设计内容的学习，有了一定的理论基础和软件操作能力，但这理论知识相对抽象，并且是静态的、平面的，与实际的工程问题还有很大的差距。这个时候加入Adams软件的学习，会给学生耳目一新的感觉。在讲第二章机构的结构分析中，利用Adams对课程设计到的机构进行建模并演示机构的运动，让平面的机构立体化，并运动起来，吸引学生的注意力，激发学生对软件应用的兴趣。在第三章平面机构的运动分析中，通过Adams软件对机构进行运动分析，将分析结果与图解法和解析法的结果进行对比验证，并通过一些教学案例的演示解决实际工程问题，使学生切实体会到软件应用的好处，并建立起自主学习的动力。

（二）理论、实践教学融合

在典型机构的设计章节中，先将设计理论和设计方法进行讲解，紧接着进行平面连杆机构、凸轮机构和齿轮机构的实验设计。实验课中，指导教师先讲授Adams软件基本操作，接着进行连杆机构（如图1所示）、凸轮机构（如图2所示）、齿轮机构（如图3所示）建模与仿真分析的内容讲解。实验内容为典型的机构的建模，并进行运动学和动力学仿真分析，得到相关参数值，并以曲线图和动画的方式显示仿真结果。实验总共6课时，分三次课。在实验过程中，先由教师讲解并通过虚拟样机进行机构的建立和仿真，对所涉及的机构问题给予直观生动的演示。学生则利用课余时间，通过上机练习来熟悉和掌握软件的操作。

每次相关内容讲授完毕后，由学生自主完成实验指导书提供的典型机构，同时开放机房，学生可利用课余时间学习。这样理论和实践紧密的结合到一起，让学生们即刻体验到软件设计带给他们的快乐。

（三）转换自主学习模式

传统的课程设计主要采用图解法和解析法对机构进行综合设计以及运动学和动力学分析。传统设计分析方法，使得学生花费大量的时间和精力在绘图和计算过程中，很难开发学生对机构设计的创新意识。为此，我们在“机械原理课程设计”指导书中加入Adams软件的应用，并将设计的题目多样化，且更贴近实际需要（如图4所示）。设计中引导学生利用Adams软件，发挥创新意识，对比多种设计方案，同学间讨论、分析问题，对比结果，充分调到学生学习的积极性和自主性，从而体现学生主体、教师主导的教学思想。

三、结论

在“中国制造2025”制造业强国梦的背景下，本文在“机械原理”课程中引入虚拟样机这一先进技术，通过运用Adams软件对课程中机构进行演示以及与机构系统的运动学和动力学分析等内容有机的结合，使静止的机构图形运动起来，提高学生的学习兴趣，增强对问题的深刻理解，为培养学生进行机构创新设计与分析的能力奠定基础。

参考文献：

[1]周济.智能制造――“中国制造2025”的主攻方向[J].中国机械工程，2015，（17）.

[2]张雪雁，冯立艳.基于三维仿真和分析软件的机械原理课程改革[J].教育教学论坛，2016，（04）.

[3]席俊杰.虚拟样机技术的发展及应用[J].制造业自动化，2006，（11）.

[4]黄小龙.虚拟样机技术在“机械原理课程设计”教学中的应用[J].中国电力教育，2013，（04）.

[5]朱玉.Pro/E和ADAMS在《机械原理课程设计》教学中的应用[J].江苏教育学院学报（自然科版），2006，23（4）：112-114.