时间：2023-03-02 15:07:01
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针对当前《机械原理》课程设计的教学现状，分析其不足，并基于OBE工程教育理念，对《机械原理》课程设计的教学模式改革进行了探讨并付诸实践。《机械原理》课程设计是机械类各专业学生在学习《机械原理》课程后进行的一个重要的实践性教学环节，其模式的改革为适应新形势下对机械类学生机构选型、机械系统运动方案设计和创新设计能力的培养提供了良好的平台和借鉴，具有重要意义。
关键词：
OBE；工程教育；《机械原理》课程设计
为了推进工程教育改革，促进中国工程教育的国际互认，培养与国际接轨的中国工程师，由专门的职业或行业协会（联合会）、专业学会针对高等教育机构开设了工程类专业实施专门性认证，工程教育认证强调工科专业人才培养质量达到行业提出的基本质量标准要求，是一种合格性评价[1，2]。工程教育专业认证强调的三个核心理念：产出导向（Outcomebasededu-cation，简称OBE）、学生为中心、持续改进，这些理念代表了工程教育改革的方向，是一种先进的教育理念[3]。我国若要成为《华盛顿协议》正式签约组织，就必须基于OBE理念，深化我国的工程教育改革和工程教育认证体制。《机械原理》是机械类专业必修的一门重要的技术基础课，它是研究机械的工作原理、构成原理、设计原理与方法的一门学科，而《机械原理》课程设计是紧随《机械原理》课程之后的实践性教学环节，是《机械原理》课程的延伸[4]。基于OBE工程教育认证的12条毕业能力要求及课程规划，《机械原理》课程设计需培养的主要能力包括：1）掌握工程基础理论知识并能将其应用于工程问题（毕业要求1）；2）具有分析和解释数据，得到合理、有效结论的能力（毕业要求2）；3）具有综合运用机械设计理论和技术手段设计复杂机械系统、部件和过程的能力（毕业要求3）。本文基于OBE工程教育理念对《机械原理》课程设计课程能力的上述四条要求，结合近年实践经验，阐述我校《机械原理》课程设计改革模式，并为其《机械原理》课程设计改革提供参考。
一、机械传动系统设计能力
《机械原理》内容包括两部分，其一是对现有机构的学习，包括构型分析、运动学和动力学的学习；其二是针对具体任务，利用所学机构学知识，设计传动方案。前者称为分析，后者称为型综合，《机械原理》学习的最终目的，就是要达到型综合的高度，《机械原理》课程设计正是锻炼综合能力的实践教学。遗憾的是，传统的《机械原理》课程设计，体现不出OBE所要求的设计系统的能力，复杂机械系统更无从谈起，因此，改革势在必行。基于OBE教学理念的课程设计改革使设计题目多样化，调动学生设计的积极性而不限制其思维，并且课程设计只提出最终要求而不限制方法，为了让学生在规定的时间内独立完成设计任务，题目不宜太深太复杂，其原则为：题目具有综合性，以运动方案设计为主；题目要覆盖《机械原理》课程的主要内容；题目应结合生产实际，是学生在日常生活、生产实践中所熟悉的；题目的设计结果应包括两到三种基本机构，也允许选用其他常用机构或组合机构；题目要有一定的灵活性和创新性，有利于发挥学生的创造力。在设计题目确定后，需对已选题目提出三种运动方案，并经反复论证，确定一种最佳运动方案进行设计和分析。这种自由选题的模式可大大提高同学的兴趣。设计方案由学生独立提出，经独立地分析、比较后确定最佳方案，以发挥其主观性、创造力，使学生受到一次真实的设计训练，进而提升其机械传动系统设计能力。此外，改革后的课程设计，学生们可以自由组合，每个小组自由选择设计题目，小组成员分工协作，共同完成设计任务。从选题、论证、设计到最后提交设计成果，共同讨论、研究，各自发挥自己的长处，不仅培养了创新意识和创新能力，也使他们体会到团队合作的作用。这也符合OBE培养大纲中工程毕业生个人能力和人际团队能力培养的要求。
二、工程基础理论知识应用能力
传统的《机械原理》课程设计中，方案确定之后，其相关运动参数也随之给定，每个学生需要做的就是绘制机构运动简图，利用图解法和解析法对所选机构的位移、速度、加速度及力进行分析，并绘制机构运动线图和作误差分析，最后编写课程设计说明书。从本质上来说，这样的设计仅能算一次作业，效果并不理想。尽管学生都能按部就班地完成设计任务，但却调动不了学生的设计兴趣，对工程基础理论知识的应用缺乏深刻理解，谈不上对学生的毕业能力的培养。基于OBE教学理念的课程设计改革使设计题目多样化，只提出最终要求而不限制方法，学生可以充分地利用所学的理论知识去解决实际的问题。考虑到《机械原理》课程设计时间较短，教师在《机械原理》课程教学中，需提前做出安排，如现代工具的使用、软件的学习、各种方法的比较、综合性作业安排等。任务的不确定性导致解决方法的多样性。学生需要根据所选择任务，基于所学的机构学知识，甚至查阅相关文献去设计解决方案，当多个设计方案确定后，需要比较各方案的优缺点，必然会深入了解每个所设计的传动方案，最终方案确定后，需对其进行结构、运动学和动力学分析，因有了方案设计的深刻理解，设计的目的已非常清楚，在相应分析时，对方法的选择和掌握自然水到渠成，加深了对所学理论知识的认识，明确了理论知识的实际应用，从而不至感觉学无所用。
三、分析和解释数据能力
在我国的工程教育认证中，第二条毕业要求学生能够应用数学、自然科学和工程科学的基本原理，识别、表达并通过文献研究分析复杂工程问题，以获得有效结论[5]。传统课程设计整个传动方案为教师所指定，分析方法固定，无需学生深入了解，只需按部就班完成画图和分析即可，可见，传统课程设计在第二条毕业能力要求上基本没起到培养作用。改革后的课程设计，从设计任务到设计方案的确定，均需要学生根据具体情况进行分析，然后根据所学知识，自己设计传动方案，并需要通过多方案的比较而得出可行方案。在方案确定后，详细设计传动系统时，需要根据实际任务确定各参数，最后对机构进行分析，并对数据进行误差分析。为了更真实地让学生理解数据的意义和正确性，要求学生对所设计的传动方案进行全部或者部分的搭接实验，通过搭接实物并测量参数，再与理论分析数据进行对比，找出误差存在原因，从而得出相应结论。
四、考核方式的改进
评估学习产出是OBE教育模式中十分重要的环节，如何合理地对各项能力进行客观评价，对课程的改革及持续改进有非常重要的作用，与课程设计所培养能力相对应，《机械原理》课程设计成绩分为四部分：选题成绩、平时成绩、设计成绩及答辩成绩。各部分成绩分值及考核依据如下。选题成绩占总成绩的30%。主要考查设计机械传动系统方案能力。每个团队均需通过PPT形式，结合参考文献查阅或调研情况，对自己团队的设计任务进行说明，根据所定任务设计两到三种机械传动方案，每个方案中必须包含两至三种典型传动机构，并且必须包含四杆以上连杆机构。根据传动方案是否合理、考虑是否周全、有无创新点、是否实用进行综合考核。平时成绩占总成绩的10%，主要依据设计阶段的出勤情况和态度评定，这是设计正常进行的基本保证，也是初步对毕业要求9中个人与团队能力的培养。设计成绩占总成绩的40%，主要评估工程基础理论知识应用能力与分析和解释数据能力，根据所选择分析方法、数据分析的正确性、模型建立、运动仿真、简图绘制等进行评价。答辩成绩占总成绩的20%，各组将集中设计阶段的工作及成果以PPT形式作汇报，主要介绍组员分工及完成情况，组员自评分，搭接视频等，并回答提问，据此评判答辩成绩。通过此类考核方式，对毕业生的能力9（个人与团队）和10（沟通，包括撰写报告和陈述发言、清晰表达或回应指令）也起到初步培养的效果。此外，上述基于OBE工程教育理念的考核方式对教师的教学投入提出很高要求。例如：教师需要投入较多的精力和心血研究繁琐的教学目标分解和教学方法选择，要求其自身具有扎实的专业理论知识、较广博的基础知识面、较强的动手能力及计算机应用能力。对设计中可能出现的各种方案及其特点要有充分认识，能够正确引导学生，使他们经过认真思考和分析比较后，可以选择一个适当的方案。这样才能适应当前实践教学改革和发展的需要，从而有效引导学生积极思考，培养他们的创新能力。
五、结束语
经过近两年的实践，发现根据OBE教学理念改革后的《机械原理》课程设计，为学生机械传动系统设计能力、工程基础理论知识应用能力、分析问题和解决问题的能力以及团队合作和工程实践能力的锻炼和提高提供了很好的平台，并确实取得了较好的效果。然而，OBE工程教学模式是一个系统的工程，无论是在设计内容，还是在设计方法和评估方式上，还有很多需要完善之处，需要进一步的改革和探索，持续改进，以更好地培养学生相应的毕业能力，实现培养与国际接轨的中国工程师的目标。
作者：曾达幸 李飞 侯雨雷 宜亚丽 郑立娟 张芳芳 单位：燕山大学机械工程学院
参考文献：
[1]中国工程教育专业认证委员会.工程教育认证一点通[M].北京：教育科学出版社，2015.
[2]余天佐，刘少雪.从外部评估转向自我改进—美国工程教育专业认证标准EC2000的变革及启示[J].高等工程教育研究，2014，（6）：28-34.
[3]顾佩华，胡文龙，林鹏，等.基于“学习产出”（OBE）的工程教育模式———汕头大学的实践与探索[J].高等工程教育研究，2014，（1）：27-37.
首先，设计时间一般为集中1-2周，对于一些基础较差，平时又未受过相关训练的学生而言，就不一定能收到预想的效果。其次，设计题目一般由老师给定，学生只要按要求完成设计图纸和设计说明书即可，基本上没有自由发挥的余地，因此制约了学生创造力的发挥，不利于学生个性的发展。第三，受设计题目模式以及教师所掌握资料的限制，设计过程经常是简单的模仿和重复，扼杀了学生强烈的兴趣和积极的投入，不利于激发学生兴趣。第四，对设计结果考核形式有固定模式，使得学生只能按固定的思维模式去机械的完成设计要求，不敢也不能大胆创新，因而限制了学生创新思维，不利于日新月的当今社会对多层次，创造性人才的需求。因此，在应用型人才培养的大前提下，机械原理课程设计从形式到内容以及设计结果等全过程的改进和更新势在必行。
2.教学改革措施
2.1设计时间及设计过程的开放
课堂设计时间不应拘泥于预先设定的固定不变的程式。预设的设计时间不应该成为课堂设计的“紧箍咒”。在机械原理课程开始课程设计即宣布开始，课堂设计贯穿于理论教学全过程。设计过程随着教学过程由浅入深。先以单元小题目的形式给出设计题目，然后再综合各部分小题目给出适合实际要求的综合性题目，是设计过程贯穿始终。具体做法：首先，改变以往学习过程中，单纯的掌握课程内容，并会做课上例题和课后习题的态度。而是要求对学过的知识会灵活运用，对课后习题的完成不拘泥于做出答案，而是能提出自己的见解或对某些题目提出应用价值和创新思路，进行大胆的修改和试验，提出个人见解，为机构的设计与创新打下基础。其次，学会观察生活，在生活中寻找与机械和机构有关的实物，提出与所学内容之间的关联，并在日常学习中有意识地培养学生的创新精神和创新能力。例如：机构的结构分析部分，要求学生对生活中常见的如折叠雨伞、健身器材等机构在稳定性、安全性，或趣味性、实用性等进行分析，发现其存在的问题，并提出改进意见，给出新机构运动简图，并要求对所设计机构作出简单的模型。学生通过此次练习，找到了学习的乐趣，明确了学习本课程的方向，提高了创新意识，同时对本单元课程内容有了较深入的理解，可谓一举多得。最后，根据各部分内容的大量积累，提出能体现本课程主要知识点，并综合运用基本理论、基础知识和基本技能的课程设计题目意向，并完成基本设计内容。理论课结束时课程设计的主要设计已完成，最后集中1周时间完成必要的图纸和说明书，或取消集中设计时间，而是将设计时间分散于教学过程中。
2.2设计题目及设计结果的改革
设计题目不再由教师统一给定，要尽可能启发学生自己选题，诱发更多的创新和创造灵感，发现更多更好的选题。首先，根据教学过程学生对各部分内容提出的问题、改进意见或创新思路，要求每人或分小组讨论决定设计题目初稿。选题时，学生应量力而行，从小处做起，尽可能来自实际，贴近生活；然后，将设计题目初稿交课程设计指导老师，教师引导学生扩展思路，注意对选题的把关；另外，选题还应循序渐进，处理好继承和创新的关系，由学生自己选择，师生共同探讨，最后确定。设计结果应打破固定模式，不再只是要求做出图纸和说明书，而是可以以多种形式提交。如：设计论文，模型，分析报告等。对学生的创新设计结果，期望值不宜过高，要允许失败和反复，不能求全责备。
2.3考核方式的改革
考核是指评价学习成就、学习效果的测验，即对学生达到教育目标程度的测验。因此对学生课程设计的考核方式只是通过图纸和说明书以及答辩情况进行评价，则被动地跟随教师、循规蹈矩的学生可望获得优秀，而来自毕业生工作单位的信息表明，学校里的尖子生未必全是实际工作中的佼佼者。为给学生充足的自由和空间，成绩不仅包括必要的设计结果，还要从以下几个方面考虑：（1）设计题目选择的实用性，综合性；根据选题的难易程度，应用型指标，给出设计基本分，总分60分；（2）在设计过程中对不同问题的理解、综合、应用能力；根据设计过程的各项能力综合，给出相应的加分，总分20分；（3）能否有自己的见解或提出应用价值和创新思路。根据设计论点给出创新加分，总分10分；（4）根据完成结果给出综合分，总分10分。最后综合前边各项分值，给出总评成绩。例如：某学生设计题目选择一般，给出基本分40分；设计过程理解、综合能力较强，加18分；有创新点8分；完成设计内容结果但创新设计结果有不足，8分；则总分74分。若设计题目难度较高，给55分，其它相同，则总分89分。若难度较高而无创新点则创新项会扣掉8分，则总分81分。综合考虑，在课程设计中评“优秀”者，有自己独到的见解和创新点是必要条件，而创新过程允许出现不足。
3.结语
关键词：UG 机械原理 课程设计 新模式
机械原理课程是车辆工程专业的主要技术基础课程之一，在专业课程体系中处于承上启下的重要地位，机械原理课程设计是课程教学的重要实践环节，其目标是提高学生基础知识运用能力并增强机械设计创新意识[1]。随着时代的进步，赋予传统实践教学新教学手段的教学改革势在必行，作为目前流行的集成化系统软件UG，凭借其卓越的设计分析应用功能，可为课程设计教学提供十分强大的支持。针对我院车辆工程专业机械原理课程设计存在的瓶颈，基于专业特点，提出了基于UG平台的课程设计新模式，并通过实例分析探讨了具体实施方法，为机械原理课程设计的教学改革提供了新思路。
1 当前课程设计在教学中面临的瓶颈
1.1 设计思路单一，技术手段滞后
设计思路以参照机械原理课程教学中机械系统方案设计的知识体系进行，每名学生针对所选机械系统提出设计方案，通过对比方案选出最优设计，最终通过二维设计软件AutoCAD将设计构思表达出来。显然，这种基于传统图解法的二维设计已无法有效激发学生的设计热情，使本应生动的实践过程变得枯燥。
1.2 专业特色不突出，难以调动学生积极性
课程设计选题仍以通用机械为主，且学院各专业选题内容没有区别，车辆工程专业学生在设计中很难将本课程与车辆工程联系起来，这种有效关联学生难以构建，因而难以有效调动学生的积极性。
1.3 缺乏现代工程软件应用能力
我院隶属于农科院校，先进设计手段在教学中的应用还较为滞后，尤其是在现代工程软件的应用方面，至今学生还未系统地学习一款三维设计软件。先进的设计工具凝聚着先进的设计思想，如何借助现代工程软件平台，最大化地将现代设计思想灌输给学生，是我院亟待解决的问题。
1.4 缺乏设计分析一体化的整体思维能力
由于缺乏现代工程软件的应用支撑，学生在课程设计中往往只是一些机构的简易拼凑，对方案的可行性、合理性、工作是否会相互干涉等问题无法进行深入思考与切实验证，从而无法有效获得机械系统整体思维能力。
2 课程设计新模式
为了改变目前我院车辆工程专业机械原理课程设计的现状，提出了基于UG平台的课程设计实施新模式，通过将现代工程软件融入课程设计中，提高学生的设计能力。
2.1 工程设计软件平台的选择
针对机械原理课程设计特点，选择的软件平台应具有三维建模、机构仿真、运动及动力学分析功能，另外，考虑到本科阶段学生能力和精力有限的特点，不宜涉及多款专业软件，尽量以学习一款能解决设计中诸多问题的集成化软件为佳， UG正是集CAD/CAE/CAM一体化的大型系统软件，而且实用性好，越来越受到中国高校及企业用户的青睐，而且UG每个版本的更新都能同步反映当代最新的设计方法和理念，为学生今后的知识更新与扩容奠定基础。
2.2 具有专业特色的课题选择
在课程设计题目的选择上，紧紧围绕车辆机械这条主线，针对车辆工程领域常见的机械结构进行传动方案设计、运动仿真以及动力分析。选题基本方针是将各种车辆机械中相应的常见机构作为优选课题，并且为避免课题单一，必须在题目设计上实现多样化、个性化。例如同一机构类型在不同车辆类别、不同型号车辆、不同设计参数下进行设计，这样既能保证学生设计不重题，又能有效促进学生之间的讨论与交流。以专业特点为导向的课题选择，不仅实现了课程学习与专业学习的融合，达到了学以致用的效果，而且也很好地激发了学生的学习动力。
2.3 分层次的设计与指导
分层设计与指导从两个层面展开，其一，扩大选题范围并增加选题层次；其二，基于因材施教的原则，将3～6人作为一个小组，新模式下的分层设计是将一个大课题细化为若干层次的小课题，组员根据自身能力和兴趣选择一个，小课题难度分层次且关联递进，整个大课题只有在每个小课题都完成的情况下才能完成。这种模式不仅便于指导教师的分类指导，也有利于学生独立思考与团队合作。
2.4 新模式的实施框架与目标
通过框架图可以看出，新模式的技术载体是UG软件，UG软件工具运用的熟练程度直接决定了整个课程设计的进展情况。因此，新模式的前期准备阶段至关重要，为了在课程设计正式开始之前使学生对软件有一定的了解，需要教师将工程软件有效引入整个机械原理课程教学中，这方面已有许多教学工作者将之引入机械原理课程教学中，并在提高教学效果的同时就如何提高学生软件运用能力方面作了有益的研究和实践[2，3]，值得借鉴。教师指导重点是把握课题的分层次布置、设计方法的引导以及软件使用技巧的点拨。在整个设计过程中，小组成员共同讨论方案的拟订，然后根据能力层次分工完成机构建模、运动分析、动力分析、设计优化等环节，每个环节在独立设计的基础上又离不开团队合作，在设计完成后以期每名学生既能对所选课题建立起系统的认识，又能熟练掌握相应设计环节的软件运用。
通过这种新模式的实施，所要达到的实践教学目标如图2所示。借助UG平台进行的课程设计，基本目标是使学生同时获取综合运用基础知识和软件应用能力，理想目标是学生完成课程设计后能形成系统的设计思维，创新能力有所提高。
3 新模式实施案例
以具有车辆工程专业特点的典型汽车发动机机械系统为例说明，新模式的实施。三维虚拟设计模型框图如图3所示。
3.1 针对专业特点挖掘设计课题
挖掘具有专业特点的设计题目，发动机是车辆的心脏，透彻了解它的结构是车辆工程专业相关课程教学的一个重点。如图3所示，将发动机整个机械系统作为一个大课题，以发动机活塞运动仿真与分析a、发动机气门运动仿真与分析b、发动机气阀联动运动仿真与分析c为子课题，其中a对应于曲柄滑块机构，b对应于凸轮机构，c对应于齿轮机构，这些常用机构建模、装配及仿真，教师在前期准备环节中，都应通过UG软件平台将其融入机械原理课程教学中。类似的课题还可以从车辆传动机械系统转向机械系统、制动机械系统等中挖掘，车辆类别可从普通汽车扩展到农用车辆、铁路车辆等。
3.2 分层次地设计指导
本课题可根据学生能力和成绩，按分层教学思想和模式分配给3～6名学生共同完成。其中对于成绩差的学生，指导重心应放在运用基础知识创建典型机构的运动方案上，如活塞运动、气门运动、气阀联动的工作原理拟定及运动尺寸的确定，并学会运用UG创建单个零件的三维模型；对于成绩较好的学生，指导重心应是学会运用UG进行单一机构的装配设计和干涉检查；对于成绩好、能力强的学生，指导侧重点放在整机的运动仿真及方案优化上。在整个设计过程中，每个层次的指导又不是割裂的，每个子课题相互关联递进，强调每名学生在有所侧重的基础上共同参与，实现系统思维的构建、综合能力的培养。
3.3 基于UG的设计过程
在机械原理课程设计中，UG软件平台主要借助建模、装配和运动仿真三大模块功能。首先，学生要对UG建模模块中的常见操作命令熟练掌握，领会三维建模思想，这是每一名学生在课程设计开始之前必须达到的要求；其次，学生进入UG装配模块进行机构的装配设计并进行干涉检查，这一环节需要教师进行示范演示并穿插上机强化；最后，在机构装配完成后进入UG运动仿真模块，学生通过仿真结果，给出方案评价或方案优化。
4 结束语
UG软件平台背后的CAD/CAE技术已逐步成为现代产品设计的主流技术，我们必须树立新的教育质量观念，调整和改进机械原理课程设计的内容和手段，提高课程设计的技术含量和设计质量。如何更有效地发挥诸如UG这一类现代工程软件在工科教学中的作用，是我们教学工作者面临的一个重要课题。
参考文献
[1] 王涛，张艳华.机械原理课程设计新模式的探索与实践[J].中国电力教育，2010（1）：155-156.
[2] 陈奇，朱家诚，公彦军.将计算机软件引入机械原理教学的探索与研究[J].合肥工业大学学报：社会科学版，2011（1）：145-148.
[3] 华剑，晏亮.工程软件在机械原理教学中的应用 [J].长江大学学报：自然科学版，2008（3）：363-365.
关键词：机械原理；系统化；多样化创新性设计；实践性
作者简介：张莉洁（1976-），女，河南洛阳人，洛阳理工学院机械工程系，讲师。（河南 洛阳 471023）
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2014）14-0120-02
机械系统的设计是机械设计中极其重要的一环，机械系统设计的正确合理性，对提高机械的性能和质量，降低制造成本与维护费用等影响很大，决定着机器性能的好坏。机械系统方案设计是一项极富创造性的活动，要求设计者善于运用和总结已有知识和实践经验，深入理解，广泛积累，收集相关技术资料，充分发挥创造性思维和想象能力，灵活运用各种设计方法和技巧，从而设计出新颖、灵巧、高效的机械系统。
作为“机械原理”课程的一个重要实践性教学环节，机械原理课程设计的内容正是对机器进行机械系统方案设计。它是学生将所学知识转化为实际工作能力的桥梁，使其将所学知识系统化；使理论与工程实际相结合，提高分析解决工程实际问题的能力，树立机构分析和设计的概念，树立正确的工程设计观点；通过创造意识的教育，培养学生创造、实践能力。根据近年来对课程设计实践教学环节的深入探索及积累的经验，本着洛阳理工学院提出的培养工程应用型创新人才的教育理念，笔者总结了学生在进行课程设计时出现的普遍问题，针对机械原理课程设计的培养目标，本文从机械系统设计过程的系统化、实践性及创新性这三个方面对原有教学模式存在的问题加以提出、探讨和论述。
一、机械原理课程设计教学内容及存在的问题
“机械原理”课程设计的核心内容是对机械系统进行方案设计。其一般设计步骤为：拟定机械工作原理，制订总体功能，提出设计要求；执行构件和原动机的运动设计，确定执行构件的数目、运动形式、运动参数及运动协调配合关系；机构选型，选择满足机械运动、动力要求的机构类型，确定机械系统结构方案，绘制系统示意图；机构的尺寸综合，根据执行构件和原动机的运动参数，以及各执行构件运动的协调配合要求，确定各构件的运动尺寸，绘制机构运动简图；方案分析，进行运动学和动力学分析，对系统方案合理性进行论证，验证其能否满足运动要求。机械系统设计工作是一项创造性劳动，设计过程通常不会一次性完成，经常出现反复和交叉，通过不断论证分析的过程才能达到最终的设计目的和最优的设计要求。
根据近年来“机械原理”课程的理论教学，结合课程设计实践环节指导经验，笔者发现学生在机械系统设计中，普遍存在如下问题：面对复杂的机械系统，学生在初始确定机械方案的工作中不能把握全局，没有“整体规划”的概念，竟不考虑机械系统各部分的运动协调性和机构运动实现的可行性，设计工作呈现照猫画虎的状况，无法发挥自身主观能动性和创造能力，如此“参考设计”并不利于学生真正掌握机械系统设计的精髓。另外，原有课程设计所选设计题目大都集中于传统、经典式的机床类设计，题目过于单一，创新设计性体现不强，导致学生缺乏设计兴趣。
笔者认为在课程设计过程中应积极发挥学生的主观能动性，能够通过思考自行提出解决方案，培养创新和实践能力，这才是该课程设计所应达到的教学目的，针对以上培养目标和所述问题，本文分别对课程设计进行中的重要环节和应注意的问题加以探讨和论述。
二、系统化、实践性及创新性教学探索
1.总体规划，把握正确设计方向
机械系统的正常工作是依靠各部分机构的协调运动来实现的，因此机械系统方案设计的最初工作阶段应是“系统工程设计”，即应在满足机器各执行构件的协调运动关系和运动、动力要求下，高屋建瓴地进行整体规划，该阶段应包括上节所述设计步骤的前三步。“系统工程设计”阶段将为之后各设计阶段提供设计目标、依据和技术参数，其重要性正如房屋的架构或是汽车的运行，决定了机械系统方案设计工作成功与否及方案的可实现性与合理性。
然而，“系统工程设计”工作正是学生在设计过程中遇到的最大困难，其不愿运用逻辑思维统筹分析各部分运动协调关系和机构运动的合理性，而是莽撞地从熟知的局部机构入手开始设计，如此毫无方向性的设计方法无异于盲人摸象，而后的工作无论进行得多细致也无法保证正确的设计结果，最终导致南辕北辙的失败。
进行“系统工程设计”的关键步骤是绘制各执行机构的运动工作循环图。运动工作循环图使各执行部分协调运动关系明晰可见，更有助于设计者理清思路。最清楚的绘制方法是在直角坐标系中分别做出各执行构件所对应原动件在一个工作循环内的运动位移曲线以及对应的阻力曲线，该曲线将为之后的机构设计、运动和受力分析提供必要的设计技术参数。
以牛头刨床机构举例分析，该机器有两个相互协调的执行端运动，其一为刨头的往复直线运动，通过电机、减速装置及转动导杆和曲柄滑块机构的组合执行机构来实现；另一个运动是工作台的横向进给运动，该运动由主运动通过传动系统，而后通过曲柄连杆、棘轮机构及丝杠螺母组成的螺旋运动来实现，两者的运动协调关系为工作台的横向进给运动必须在刨头非切削时间内进行，否则被加工工件将被损坏。绘制运动循环图时应分别画出刨头、工作台对应于原动件曲柄转角转动一周的位移曲线图。另外，其工作中切削阻力曲线也应相应绘出，为之后在任意位置进行受力分析时提供相应数据。
运动循环图将对之后各阶段提出一系列设计要求，如工作台进给的间歇运动是最终通过棘轮机构实现的。若通过曲柄摇杆机构来实现主动曲柄和棘轮的运动传递，则应考虑如何设计曲柄连杆机构，才能保证棘轮的工作行程（拨齿使工作台进给）位于刨头主运动的回程段，且工作周期一致。以上运动协调性为之后进行机构尺寸综合提出了设计要求，通过分析可将其转化为机构设计的三大类基本问题来解决。
2.开展实践调查研究，锻炼自主研究能力
由于理论学习占授课的主要部分，许多学生对实际机器缺乏感性认识，只会按既定方案进行教条设计，如此闭门造车的设计状态使学生缺乏设计兴趣，且设计出来的方案也是纸上谈兵，不符合实际。
优秀的机械系统设计工作依赖于设计者的丰富经验，针对专业知识匮乏，实践少的问题，在进行课程设计前的准备工作中应提出以下要求：开展实践调查研究，锻炼学生自主收集获取相关技术资料及深入自主研究的能力。鼓励学生广泛阅读，扩展知识面，了解最先进的机械构造和设计技术，对机械系统的丰富性能窥得一斑。生活中先进机械系统实例举不胜举，如汽车构造中实现前车轮转向的机构、四连杆独立悬架直线机构等等，都是极具创意且包含先进设计思想理念的设计实例。
获得实践的方式很多，如实地参观考察，听现场工人师傅讲解；图书馆、网络技术资源也能够感受到一个丰富精彩的机械世界。通过实践，再与所学理论知识相结合，学生再一次经过了由感性上升到理性的认识过程，掌握了课本知识与实际机器的内在联系，在设计时更易发挥其主观能动性。在补充专业知识的过程中，领略前辈们的智慧和创新精神，想必也一定会激发学生自主设计的欲望与热情。
3.拟定多样化、创新型设计题目，启发创新思维
目前现有传统的经典式机械系统设计题目通常是一些仅要求满足急回特性和一定协调运动的机床类设计，这类设计题目多数较为成熟，设计难度不小，而类型过于单一，创意思考空间并不大，无法体现机械系统的丰富性。而实际机械系统的功能和设计要求是极其多样化的，学生在进行课程设计中却始终没有机会接触到这些，无法感受到机械系统设计的丰富多样性和创新趣味性，更无法为学生带来创新设计成功后的成就感和喜悦感，更甚者学生直接照搬照抄，比葫芦画瓢。
笔者认为，针对初学的学生拟定机械系统题目不宜太过复杂，而在于有思考性和设计意义。只要有创新和分析价值，能激发起学生创新设计的欲望，这样的题目即可获得事半功倍的效果。随着不断完善的教学体系发展，多样化、创新性设计题目应有所呈现，而这些题目能使学生充分利用所学之术，锻炼分析判断能力和解决实际问题的能力。
举例来说，机械系统中执行机构通常是由一些简单而极富创意设计的四连杆机构来实现的，如从这方面选题，就应要求学生在完成设计的过程中要使设计既不过分复杂，同时又能让人感受到机械系统的设计理念。在此举出以下实例加以说明。
如让学生进行汽车前车轮转向系统的设计。首先向学生提出以下问题：两前轮转向时，两车轮的转角是否相等；然后分析问题：汽车高速行驶时首先要保证行驶的安全性，因此车轮转向时应保证整车纯滚动，否则将会出现打滑的危险。由此得到结论：前车轮两轴线必然与后车轮轴线交于一点，由几何分析得到两车轮转角具有一定的函数关系。该机构可由等腰梯形四连杆机构来实现，其设计问题可归纳为给定两连架杆位置的函数生成问题。该问题可分别采用图解法和解析法来进行求解。
再有，鹤式起重机的执行机构为双摇杆机构，其末端利用连杆的运动来实现重物的移动。问题看似简单，但其设计却有一定的特殊功能要求。为保证起重机在左右移动时不上下起伏，避免不必要的做功浪费，应保证连杆末端轨迹为直线，该问题正归纳为连杆机构设计的难点――轨迹生成问题。设计时可首先让学生了解经典的直线轨迹机构，可采用图解法先进行几何特征分析，然后再利用优化设计来建立数学模型，以与直线轨迹误差最小作为优化目标进行针对性设计。
通过以上所举实例可知，实际机械系统中有很多亟待解决和优化的问题都依赖于机械系统方案设计。诸如此类具有一定不确定性的设计问题，让学生真正感受和接触到实际问题的存在，即使在设计过程中的思考和思维过程很艰难，解决问题时会感到困苦，但收获成果的喜悦是无法替代的。整个设计过程是伴随着激情和设计灵感的创造性活动，而不再是一项繁琐枯燥的事情，使机械系统创新设计理念深入人心。
三、总结
综上所述，通过创新性、实践性的课程设计过程，使学生对机械系统的设计理念有所感悟，使学生更好地在创造实践能力和分析思维方面得到大幅度的锻炼，真正达“机械原理”课程设计实践教学的目的。同时，也对学生今后进一步深入研究并确定其研究方向和领域大有裨益，起着导向作用。期待在今后的机械原理课程设计中将出现更多丰富的创新实践性题目和先进的设计理念，培养出优秀的应用型创新人才，以适应我国科学技术及工程创新的发展。
参考文献：
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[5]张永安.机械原理课程设计指导[M].北京:高等教育出版社,
关键词：机械原理课程设计；虚拟样机技术；ADAMS；教学研究
作者简介：黄小龙（1977-），男，广西梧州人，北京信息科技大学机电工程学院，高级实验师。（北京 100192）
基金项目：本文系北京信息科技大学2010年度高教研究课题资助项目（项目编号：2010GJZD02）的研究成果。
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）04-0102-02
《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010-2020年）》明确指出：高等教育须提高人才培养质量，其措施之一就是强化实践教学环节。在工程技术人才的培养中，实践教学的意义是不言而喻的。“机械原理课程设计”是机械原理课程教学的一个重要实践环节。而“机械原理”课程是高等学校工科机械工程类本科生必修的“机械设计系列课程”之一，是一门主干技术基础课程，在学生的知识、能力和素质培养体系中占有十分重要的地位。[1]因此，为了提高机械类人才培养的质量，充分调动学生学习积极性和主动性，十分有必要对“机械原理课程设计”这一实践教学环节进行建设。
一、教学现状分析
“机械原理课程设计”的任务是使学生更好地理解和掌握“机械原理”课程的基本理论和方法，进一步提高学生查阅技术资料、绘制工程图和应用计算机等能力，特别是加强培养学生创新意识和分析问题、解决问题的能力。课程设计实施基本要求是按照一个简单机械系统的功能要求，综合运用所学知识，拟定机械系统的运动方案，并对其中某些机构进行分析和设计。[1]
目前，北京信息科技大学（以下简称“我校”）在“机械原理课程设计”教学过程中遇到了以下几个问题：
1.设计题目单一
课程设计的选题主要是插床或牛头刨床导杆机构的运动分析与动态静力分析，这也是很多高校在“机械原理课程设计”中的选题。设计方案及参数往往已给定，课程设计过程中学生只是按照设计说明书上的设计步骤对拟定好的执行机构进行运动和动力分析设计，没有机械系统的方案设计和机构的选型设计。从知识层面上说，学生缺乏进行系统设计创新的机会和能力锻炼的机会，也导致了学生处于被动的学习状态。课程设计中，让学生自主设计和发挥主观能动性的内容少，无法激发学生的创造力，不利于创新思维和工程实践能力的培养和训练。
2.设计方法陈旧
目前学生课程设计所采用的方法主要是图解法，少数学生还应用了解析法。不管是图解法还是解析法均是传统“机械原理课程设计”通常采用的设计方法。图解法形象直观、清晰，便于学生理解与分析检查，但作图复杂、工作量大、准确性差、效率低，[2]一张图只能反映一个位置的情况，当全班或半个班同学同做一个题目，只是机构的运动参数有所区别时，一部分同学存在依赖或抄袭他人的情况，这样导致了这些学生只是按照设计说明书走过场的情况。解析法可以获得精确的计算结果，且可以获取任意点位置的情况，但建立数学模型以及编制计算程序较为烦琐复杂，[3]计算结果不便于分析，同时学生往往不具备独立完成编程求解的能力，他们几乎不得不把全部精力都放在提高计算机编程能力上，这样使“机械原理课程设计”变成了计算机语言课的训练，[4]偏离了课程设计的目的。而若指导教师将已编好的计算程序交给学生，由学生上机输入并调试程序，进行计算，将计算结果与图解法所得结果相比较，它只是起到对图解法的结果进行检验的作用，[2]学生应用计算机解决实际问题的能力没有得到有效的锻炼。若想进一步对机构方案进行对比分析或深入探讨，以上两种方法很难实现，这在很大程度上影响到课程设计的教学效果，不利于培养学生的工程应用能力以及创新能力，也不易调动学生的学习积极性。
3.学时相对较少
《机械原理课程教学基本要求（机械类专业适用）》中要求“机械原理课程设计”时间不应少于1.5周。[1]我校目前设置的课程设计时间为1周，并且根据教学计划“机械原理课程设计”安排在学期末最后1周，若除去设计准备和答辩的时间等，实际工作日不到四天，并且学生此时心思往往不在学校，急于回家，从时间跨度来说学生主动思考和解决问题的机会较少，完全处于被动的地位，他们很少有机会进一步优化设计或方案，与教学指导委员会制定的基本要求有一定的距离。学生课程设计的成果仅仅是一份图纸和书面报告，体会不到学习的乐趣，更不能提高创新能力。
二、虚拟样机技术
虚拟样机技术是随着当代科学的飞速发展在设计领域新兴的一种计算机辅助工程技术，是一种用来代替真实的物理样机设计、基于产品的计算机仿真模型的数字化设计方法。虚拟样机技术涉及机械、电子、计算机图形学、协同仿真技术、系统建模技术、虚拟现实技术等多个领域、多项技术，其本质是以计算机支持的仿真技术和生命周期建模技术为前提，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、并行工程技术、信息技术、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并根据仿真结构优化系统，为物理样机的设计和制造提供参数依据。[5]虚拟样机技术改变了传统的设计思想。
借助于虚拟样机技术，设计工程师可以在计算机上建立机械系统的模型，伴之以三维可视化处理，模拟在现实环境下系统的运动学和动力学特性，并根据仿真结果对整个系统进行不断改进，直到获得最优设计方案。这极大地缩短产品的开发周期，节约产品的开发成本。目前，国外虚拟样机相关技术软件的商业化过程已经完成。其中美国MSC公司的软件产品ADAMS就是虚拟样机技术平台的杰出代表，该软件可以对虚拟机械系统进行静力学、运动学和动力学分析，并且方便快捷地可视化输出位移、速度、加速度和反作用力曲线等。随着虚拟样机技术在机械工程领域的应用和发展，ADAMS已成功应用于航空航天、汽车工程、铁路车辆、工业机械、工程机械等领域。
三、将虚拟样机技术引入“机械原理课程设计”教学
1.必要性
教育部高等学校机械基础课程教学指导分委员会2009年制定了“关于深化机械原理课程实践教学改革的意见”，其中明确指出目前机械原理课程实践教学改革应当重点关注的问题之一是商业软件（如ADAMS、Pro/E等），在实践教学中应用的相关问题，比如是否有必要对学生提出在软件应用方面的要求等。[6]面对新形势下“机械原理课程设计”教学出现的问题，有必要探索一种可激发学生学习兴趣、提高实践能力的新教学方法。
ADAMS软件具有快捷的、形象的动画展示等功能，采用ADAMS软件可快速方便地创建完全参数化的机构模型，快速对各种设计方案进行仿真分析，结果以曲线图和动画显示的方式形象展示，使机构运动学、动力学问题的分析变得简单、直观和精确，可弥补学生实践经验的不足，使学生有更充足的时间进行方案设计，方便学生对各种设计方案进行对比分析以及参数优化等，有利于激发学生的好奇心，提高学生自主学习的积极性，培养学生进行创新设计的能力，以及营造支持学生独立思考、自由探索的良好环境。在近几年，国内已有多所高校将ADAMS软件应用到“机械原理课程设计”中。[2-4，7-9]
2.实施过程
将ADAMS软件引入“机械原理课程设计”教学中，将会改变传统的教学模式，为了能增强教学实践效果、真正提高课程设计质量，笔者进行了以下的工作：
（1）课堂引导。根据教学计划，课程设计安排在第二学年，此时了解ADAMS软件的学生相对较少，基本上没有学生使用过，其原因一方面是由于该软件被引入国内的时间比较晚，另一方面是由于该软件的专业性强。学习和掌握ADAMS软件是关系到“机械原理课程设计”改革实践的关键，因此笔者在“机械原理”课程理论教学课堂中有意识地引导学生关注该软件，并在一些教学案例中演示如何应用ADAMS软件解决问题，使学生自主学习的目标得以明确。
（2）设置开放实验。在学生学习“机械原理”课程过程中，同时设置“典型机构运动仿真分析与验证”开放实验，实验内容为应用ADAMS软件建立一些简单、典型的连杆机构、凸轮机构以及齿轮机构模型，进行仿真分析，得到相关参数值，并以曲线图和动画等方式显示仿真结果。开放实验为选修实验，由学生自愿报名参加。在开放实验中，指导教师讲授并演示ADAMS软件基本操作以及连杆机构、凸轮机构、齿轮机构建模与仿真分析的内容和操作步骤，分3次讲授，每次3课时。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。通过开放实验的锻炼，学生掌握ADAMS软件的基本操作，并对此产生浓厚的兴趣，同时为学生应用ADAMS软件进行“机械原理课程设计”打下基础。
（3）实际指导。编制一本应用ADAMS软件进行“机械原理课程设计”的指导书，明确课程设计的内容与要求。在课程设计周指导学生上机操作，与学生讨论、分析问题，引导学生与应用图解法的同学相互讨论、检验结果，从而体现学生主体、教师主导的教学思想。
3.应用实例
笔者连续两年在2009级、2010级机械设计制造及其自动化专业和车辆工程专业进行了“机械原理课程设计”试点教学。
2011年，首次将虚拟样机技术引入“机械原理课程设计”教学，在设置“典型机构运动仿真分析与验证”开放实验时，面向2009级机械设计制造及其自动化、车辆工程专业共8个班，采取学生自愿报名的方式。考虑到第一次进行尝试，为保证实验质量及效果，开课之前通知学生每班限额5名，但实际报名情况超出预想，达到了74人，择优选择52名同学。在开放实验过程中，学生学习了ADAMS软件基本操作以及连杆机构、凸轮机构、齿轮机构建模与仿真分析的内容和操作步骤，为下一步进行机械原理课程设计打下了良好的基础。在机械原理课程设计周，笔者指导其中一个班，在该班参加过开放实验的同学中选择了部分有意向的同学进行试点，要求这些同学除了完成图解法的课程设计内容之外，还须运用ADAMS进行机构建模、仿真分析，并验证图解法的结果等。试点的结果是仅有少数同学能达到要求，即利用图解法进行课程设计之外，还能运用ADAMS软件，经调查获知原因是时间紧、工作量大。试点后同学对运用ADAMS软件进行课程设计产生了兴趣，有自主学习的积极性。
2012年，结合2011年经历并为保证教学效果，仅从2010级机械设计制造及其自动化专业其中2个班选择31名同学参加开放实验。由于人数得到控制，指导教师有更多的时间与精力辅导学生，因此学生对ADAMS软件的掌握更为熟练。在机械原理课程设计周，笔者同样是指导其中一个班并选择了有意向的同学进行试点。根据2011年经验，这次允许学生不使用图解法，而是直接运用了ADAMS进行机构建模、仿真分析，但须对设计方案进行比较分析，并优化各个设计参数。这样，学生有更多的时间相互讨论并设计各种方案，对计算结果分析得更为透彻，能独立思考问题，真正锻炼分析问题、解决问题的能力，变学生被动学习变为主动学习。
四、结束语
将虚拟样机技术引入课堂使教学效果有了明显的提高，真正体现了学生主体、教师主导的教学思想，学习的兴趣较浓。经过课程设计锻炼后，学生普遍认为收获较大，实践能力得到了提高，随之积极参加、开展各种课外科技活动。实践中也发现了一些新的问题，如指导教师工作量大大增加、知识面不足等，这样就对指导教师提出了更为严格的要求。如何解决这些新问题以及如何将试点普及到整个专业所有同学，使更多的同学受益，需进一步研究与探索。
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关键词：成人教育；机械原理；精品课程；课程改革
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2014）30-0207-03
一、简介
机械原理是以高等数学、机械制图、理论力学及普通物理等先修课程为基础，并为学习机械设计和有关机械类专业课程奠定必要基础的一门课程。通过课程的学习，学生需要掌握机构学和机械动力学的基本理论、基本知识和基本技能，并初步具有拟定机械系统方案、分析和设计机构的能力。机械原理课程理论性较强，且各章节相对较独立，内容多，因此在其教学过程中应注重贯彻少而精的原则，不强调面面俱到，知识点要浅些，宽广度需适应成人教育的特点。成人教育具有和普通高等教育不一样的特点，主要体现在个体差异大，知识结构参差不齐，整体水平不高；一般年龄偏大，工作和家庭负担重，工作忙碌，学习时间难保证；原有的知识结构不适应目前所从事的工作，需要提高自身的专业素质；随着年龄的增长，成人的理解力增强，记忆力较差，但是成人学员大多为一线工作人员，实践经验丰富，对与现场联系较密切的教学内容及实践兴趣极高。近年来入学的成人学生的年龄有不断减小的趋势，其记忆力方面较强，但在实践经验方面略有欠缺。国家提倡的精品课程建设是以一流教师队伍、一流教学内容、一流教学方法、一流教材、一流教学管理等为特点的示范性课程。成人机械原理精品课程建设的目的是针对成人教育的特点，从教学队伍建设、教学内容和课程体系改革、先进的教学方法和手段、教材建设、理论与实践结合、课程建设全面规划等方面进行努力和发展，使成人的机械原理课程教育教学在各方面符合国家示范性课程的要求。
二、课程建设方法
根据精品课程建设的要求，并结合我校自身的发展和基础条件，从以下几个角度进行了相关工作：
1.面向工程应用的课程设置。机械原理是机械类专业的一门重要的专业基础课，在整个专业培养和课程体系中具有十分突出的地位，是从基础课过渡到专业课、从理论性分析为主过渡到工程实践为主的一门中间课程。该课程是学生接触工程化的第一个实践环节，因此如何深化工程化的概念对于机械原理的教学十分重要。随着各高校的扩招，年轻教师越来越多，而且具有博硕士学位的比例越来越高。但目前的年轻教师主要是从学校到学校，缺少工程经验，工程化的师资队伍建设成为时展的需求。结合国家级“河海大学-宝菱重工卓越工程实践中心”的建设，为增加年轻教师的学习经历，在学生进驻企业的同时，各指导教师全程陪同，参与企业的项目建设。建立各学习模块，为各模块配备校内导师和企业教师，企业导师负责实践教育，校内导师负责理论教育，相互学习，既提高了校内导师的实践能力，也为企业带去了较高的理论分析水平。而为了提高课堂教学时课程的工程应用比例，还借鉴了蚌埠学院的相关做法，如：（1）优先引进同时具有高学历和工程实践背景的师资人才，聘请企业内高级技术人员做校外兼职导师；（2）集合学院乃至校区的力量，积极参与常州市及周边地区的建设，增强校企联合；（3）鼓励专利、产学研结合和技术服务，而不仅仅是理论研究和科技论文。
2.课程实施条件。在课程的具体实施过程中，主要从教师队伍建设、教材规划、教学条件保障等方面进行：（1）主讲教师。从机械原理的教学人员构成来看，任课教师中有1名教授、1名副教授、3名讲师，学历均在硕士以上。年龄从35岁到50岁，结构合理，形成了一个教师梯队。课程的主讲教师在成人以及本科教育教学、教改研究等方面具有十分丰富的经验。全体任课教师定期召开教学例会、集中备课、针对教学过程中出现的问题及时处理和分析。（2）教材规划。理论课教学选用了由清华大学出版、申永胜编著的普通高等教育“十五”国家级规划教材《机械原理教程》。该教材配有习题集可有效提供成人学生自主学习和研究性学习的资料。精品课程建设中，教材规划参考天水师范学院的立体化教材建设方法。立体化教材包括主教材、教师参考书、学习指导书、电子教案、CAI课件、网络课程、试题库等。该教材的建设与整个机械原理课程内容、体系的改革相结合，电子教案和课件能够及时反映教学改革的要求，网络课程建设促进教学改革的尝试，逐步提高机械原理的教学水平。（3）教学保障。成人的机械原理教育依托于本科教学环节，能够使课程教学的教学条件得到充分保障。学院经过二十多年的建设，教学设备先进，教学设施齐全。学院设有本科教学的机械基础省级实验教学示范中心、机电工程学院实验中心和河海大学常州校区工程训练中心，机械基础省级实验教学示范中心2007年立项建设，2010年顺利通过江苏省验收；专用与通用仪器和设备价值达2000余万元；学院实验室占地4000余平方米，拥有实验设备仪器1200余台套。目前实验室开设的实验课程主要包括：机构运动简图测绘；齿轮参数测量和范成实验；机构运动拼接实验；机构运动参数实验。目前实验课程主要对本科生开设，对于成人教育正逐步开展进行。（4）网络化教学。针对成人学生的上课时间较难保证、课时紧等问题，要鼓励学生能够充分利用课余时间，因此建设好机械原理课程的网络资源是十分重要的。我校机械原理的精品课程网站内容主要包括课程简介、教学管理、教师队伍介绍、教学资源等。其中教学资源主要包括助学式课件、思考题、练习题、习题答案、课程重点及难点解析等。网站中还有留言信箱，方便同学对于课程的疑问和问题能够及时和老师沟通和联系。
3.课程评价体系。课程评价围绕课程培养目标，不仅要评价学生掌握的知识与技能，而且还要评价学生课堂的表现、出勤率和学习过程。评价时以课程考试为主要的评价方式，并辅助以课堂表现和出勤率等，力求评价方式的多样化[5]。单纯的期末考试不能完全反映出一个学生对课程的掌握程度，目前各高校大多都采用多种方式如课后作业、报告、实验、小测验、考试等进行考核，表1所示为根据我校成人教育的特点采用的评分标准和比例。多样化的考核方式，使学生必须注重平时的学习积累，不能通过突击的方式完成课程考试，学生有了积极学习的压力和动力，更能均衡反映学生学习的实际水平和学习效果，符合正态分布。
4.课程改革与创新。机械原理课程具有较强的实践性和可动性的特点。即课程研究的所有问题都来源于生产和生活中实际的机构和机器，并且研究对象都是具有确定运动的机构。因此学习方法也要与之相适应，在学习过程中，尤其应注意理论知识与实践应用相结合、机构运动简图与具体实物相结合、机构的静态分析与动态分析相结合、形象思维与逻辑思维相结合。机械原理的课堂教学、教学方法与手段等方面力求创新改革，探索适合成人学生学习的课程体系和教学方式，培养学生的学习兴趣、创新思维和独立分析问题、解决问题的能力。（1）教学内容的创新。针对成人教育中学生的理论学习时间少而又急需提高应用能力的学习特点和需求，机械原理课堂教学的主要内容为：机械运动方案选型设计、机构运动分析与尺寸综合、机械动力学分析和设计。此外还要重视介绍学科发展的新动态、新方向、新内容，注重激励学生的学习欲望，调动学生的积极性，让学生了解更多更新的理论、技术与方法。实践教学方面主要包括小项目和专题、实验教学、课程设计、课外创新等。如近年来国家以及省级组织的大学生创新训练计划，在创新竞赛的过程中提高了学生的创新意识，学生得到了实践锻炼的机会、开阔了眼界。（2）教学方法的创新。机械原理教学方法配合教学内容的改革，加强与学生的互动，要将以教师为主的“灌输式”教学向以启发式、问题式、讨论式教学为主的新的教学方法转变，让学生从被动学习转变为主动学习，真正成为教学活动的主体。鼓励学生应用成熟的工程软件进行相关课程的学习。例如在很多章节中涉及到图形法可以采用AutoCAD软件来分析和设计，可以得到比手工绘图精确得多的解，又可以锻炼利用AutoCAD软件绘图的能力。如图2所示为图解法分析凸轮机构的相关参数。在解析法中可以结合matlab软件教学，既可以直接利用matlab编程的方法，具有丰富的库函数、编程简单、可视化功能强，又可以采用simulink和simMechanics进行机构的运动学和动力学分析。如图3所示，某曲柄摇杆机构中，各杆件长度分别为l1=120mm，l2=40mm，l3=70mm，l4=100mm，曲柄运动角速度250rad/s，利用simulink分析得到杆件BC和CD的角速度图形。（3）教学手段的创新。在教学手段上，着重培养学生对机械系统的整体认识，课程重点突出，难点得到有效分析，课堂教学过程吸引学生的注意力，注重学生的参与，启迪学生的思考、联想。加强学生对所学基础理论的理解。培养学生应用所学过的知识，锻炼其独立解决工程实际问题的能力。教学方法得当，充分利用多媒体教学，努力激发学生学习兴趣和提高教学效果。多媒体课件中除了课程的文字性内容外，主要包括自制的动画课件和机械相关的视频信息，如企业内各种设备、工具和零部件及加工录像等。此外，在机械原理课程中有关结构分析、运动分析、力学分析等方面的教学还应该注意多媒体和板书的综合利用。
三、总结归纳
机械原理课程在机械类成人教育的课程体系中处于承上启下的地位，因此加强成人机械原理的精品课程建设具有非常重要的意义和作用。在课程建设过程中，从面向工程化、保证课程实施、课程评价体系以及课程改革和创新等方面采取不同的措施和方法，可提高成人的教育教学质量，提高学生的学习兴趣和自主性，提高学生的实践能力和创新能力，使学生能够牢固掌握机械原理中的相关基础知识和内容，为机械类的后续课程的学习打下良好的基础。
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关键词：机械原理；精品课程；课程建设
作者简介：李光煜（1965-），女，内蒙古呼和浩特人，黑龙江科技大学机械工程学院，教授；刘秀莲（1979-），女，辽宁葫芦岛人，黑龙江科技大学机械工程学院，讲师。（黑龙江 哈尔滨 150027）
中图分类号：G642.3 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）34-0126-02
精品课建设是教育部为实施高等学校教学质量和教学改革工程不断提高教学质量而推出的一项重大举措。在精品课建设中，应围绕如何提高教学质量进行研究和实践，其主旨在于充分体现精品课的先进性、科学性和示范性，实现理论知识传授与应用创新能力培养并重的教育目标。在这一过程中，通过整合教学内容，构建新的教学体系，改革教学模式，深化实践环节，造就一支优秀的结构合理的师资队伍，吸收和培养年轻教师，优化教材，实现课程建设的可持续发展。[1，2]
一、进行教学内容的整合，形成新的教学体系
近年来，随着高等教育教学改革的深入和创新应用型人才培养规划的调整，学生某些科目的教学时数有所减少，“机械原理”课程的教学时数也由原来的76学时减少到56学时。在教学时数减少了20学时的情况下要保质保量地完成“机械原理”课程的教学，就要求授课教师对教材内容要融会贯通，对理论知识的讲解能够深入浅出，做到举一反三。通过课程组讨论和教学实践，对理论知识体系进行了重新整合，把课程内容体系归纳为“四大模块”，即机构的组成与运动分析模块、机械系统动力学模块、基本机构及其设计模块和机构组合系统及其设计模块。其中，机构的组成与运动分析模块（10学时）内容包括平面机构的组成原理及其结构分析和平面机构的常用运动分析方法研究。机械系统动力学模块（16学时），包括平面机构的惯性力确定和动态静力分析方法、机械的效率确定及自锁条件分析、机械的平衡条件及其计算、机械的运动方程的建立及其速度波动的调节方法等内容。基本机构及其设计模块（22学时），包括平面连杆机构、凸轮机构、齿轮机构和其他常用机构的类型、应用及各自设计方法。最后是机构组合系统及其设计模块（8学时），包括齿轮系的类型、传动比的计算及轮系的应用和机械系统的方案设计。[3]经过整合课程体系，使课程内容变得更加连贯，学生在学习机械原理这一学科时能够按照认知规律来掌握知识要点，从而使学习变得更加容易。即首先学习并掌握机构的组成原理和结构分析、机构具有确定相对运动的条件和平面机构常用的运动分析方法之后，了解和学习工程中常用机构的类型、组成、应用特点及其设计方法，最后学习和理解机械系统的机构组成及其总体方案设计，从而使各执行构件间达到协调配合。通过形成和利用“机械原理”课程新体系，充分体现出了精品课建设的先进性、科学性和示范性。
二、建立科学合理的教学环节，提高学生掌握知识、运用知识及动手创新的能力
学生对基本概念、基本原理及基本技能掌握程度的关键在于是否建立了科学合理的教学环节，同时学生理论联系实际的能力、亲自动手实践能力和工程应用能力的形成与提高也依赖于科学合理的教学环节。多年来，“机械原理”课程组建立并应用了“三位一体”的教学环节，即把理论教学作为第一环节，第二环节为实验教学，课外综合实践是第三个教学环节。通过“三位一体”的教学环节全面提高了学生掌握理论知识的能力、动手实践创新能力和工程应用能力。[4]
1.改进教学方法与手段，使理论知识变得生动形象，便于学生掌握
在“机械原理”课程教学中没有统一的教学模式，而是根据章、节及课程内容的不同采用灵活多样的教学方法。“机械原理”课程组教师常采用的教学方法有传统的课堂讲授法、启发式教学法，也有新颖灵活的分析讨论式教学法及现场研究式教学法、案例教学法等。例如，在进行轮系这一部分内容的教学时，结合动画和模型等应用实例，利用分析讨论法和学生一起讨论定轴轮系与周转轮系的结构形式的不同、运动特性的不同及它们之间的联系，从而推导出两种轮系的传动比计算方法，通过这样的教学，可以开发学生智力，培养学生科学思维能力，使学生对这一知识点更容易理解和掌握，达到记忆深刻的教学效果。而在学习轮系中“使用惰轮的必要性”这一内容时，采用了案例教学的方式，把采煤机摇臂使用惰轮的录像作为案例让学生观看和了解，从而得出惰轮可以增大传动距离和改变传动方向这两个结论。在齿轮机构和蜗杆机构的教学中，组织学生到机构陈列室及常用机床车间进行现场教学。在去现场之前要给学生布置思考题，让学生带着问题去现场观察，把教材中的理论知识与工程实际结合起来，使学生领会齿轮机构（蜗杆机构）在机器中的应用及其在应用中体现出的不同特性，达到了使学生把理论知识与生产实际结合起来的教学目标。
处于理论学习阶段的学生还没有接触生产实践，教师不可能每节课都能带学生到现场教学。鉴于此，在“机械原理”教学中，要充分利用机械的实物模型直观教学或利用教学录像片、CAI教学课件、多媒体flas等比较形象的教学工具和手段帮助学生理解和掌握较抽象的理论知识。例如，锥齿轮的当量齿轮和当量齿数这一概念就非常抽象，学生较难理解，但在利用一段录像片展开背锥并结合CAI课件讲授之后，这一教学难点也就迎刃而解了。另外，在精品课建设中还充分利用网络教学资源和环境，建立了机械原理精品课程网站，网站中包含了本课程的教学资料，包括自制的CAI教学课件、多年收集的教学案例以及多套课程教学重点和难点知识的录像片等，还包括机械学科的前沿成果、机械创新园地及课程习题及答案等，为学生的自学和机械创新能力的形成提供便利的条件。
2.完善实验教学设备，改进实验教学方法，提高学生动手实践能力
针对“机械原理”课程对实验教学的要求以及实验项目与内容的改革与整合，学院在实验设备的种类和台套数、实验场地等方面的投入力度逐年增大，使实验室在实验装备和实验技术方面具有较先进的水平，为本课程的实验教学创造了良好的环境。在实验室的管理方面上实行课余时间开放制，学生实验时间自定并提前预约。在实验教学方面，以前的机械原理实验教学多是验证性的，很多学生都只在旁边观摩，起不到对学生锻炼动手能力的培养目的。通过完善实验设备，目前实验室引进了具有研究性、综合性及创新性内容的实验，开设了机电系统创意组合实验和机构创新结构设计实验，学生利用课堂所学的基本概念、基本原理和基本技能，独立思考，亲自动手设计、组装新机构，并对所组装机构的传动系统方案进行评价，通过这样的实验教学方式培养了学生的创造、创新能力和动手实践能力。
3.开展课外综合实践，提高学生对理论知识的应用能力
培养学生解决机械工程应用及其创新发展的能力是“机械原理”课程教学的总目标。要实现这一目标，单凭理论教学和实验教学还远远不够，还要加强对学生课外综合实践的引导和指导。因此课程组创建了面向全校学生的“机械创新训练实验室”、“慧鱼创新组合制作室”，并由专人管理设备。教研室及实验室全体教师均可进行指导，为学生的创新活动提供宽广的平台和指导，为学生个性化创新教育创造广阔的空间。每年定期举办校级机械创新设计大赛和“慧鱼”模型创意组合竞赛，课程组对在大赛及竞赛中出现的优秀作品进行评价，帮助学生对所学基本概念、基本理论知识与工作实际应用做到融会贯通，利用机械原理知识发现问题并解决问题能力；并对其中能够完成实物或模型的作品提供一定的资助，对其中明显具有实用性和创新性的作品给予奖励，在此基础上鼓励和组织学生参加省级或国家级机械创新竞赛及全国大学生科技创新大赛等活动。这样，在培养学生的动手能力和创新能力的同时，也培养了学生的组织协作能力和沟通能力，实现工科大学生由理论知识的掌握和积累向机械创新发展及工程应用能力生成的转变。
4.建立科学的考核方法，综合考评学生成绩
近年来，课程组对“机械原理”课程建立了多元化考核模式，真正发挥期末考核在课程教学中的鉴定、督促和激励作用。具体做法是：首先在考核的内容上，不仅考核学生基本概念、基本理论和基本技能的掌握程度，还要考核学生综合性、创造性地应用基本概念、基本理论和基本技能解决实际问题的能力。其次在考核的形式上，加大了平时学习表现和实践能力考核的力度。不再是由一套试卷和几道试题决定学生对本课程的学习效果，而是综合考量学生的平时作业、讨论课及启发式教学中的表现、实验课教学中动手能力的表现及校级、省级和国家级创新大赛的参加及获奖情况等多个方面进行测评，使期末成绩的构成多元化。利用考核形式的改革，使每一个教学环节都得到学生的足够重视，激发了学生的学习积极性，使学生更加了解“机械原理”课程在今后从事机械工程应用及其创新发展中的重要性，通过建立科学的考核方法，改善了教学秩序，提高了教学质量。
三、加大师资队伍建设力度，提高师资队伍的学历水平和教学能力
师资队伍的建设和师资水平的提升是精品课程建设的关键。“机械原理”课程组教师共9人，其中教授3人，副教授1人，高工2人，讲师3人，高级职称人数占67%。课程组全体教师不断进取，抓住各种机会努力提高自身的学历水平和教育教学能力。[5]目前博士学位1人，在读博士后1人，在读博士3人，硕士学位2人，学士学位2人。对青年教师实行导师制培养计划，对每一位新进教师均配一名骨干教师进行指导，并制订明确具体的培养计划，帮助他们提高教学能力，过好教学关、育人关、实践关。要求新进教师必须经过听课、辅导答疑、批改作业、指导实验、指导课程设计、试讲、点评等阶段后，才能上讲台讲课。鼓励青年教师积极开展教学与科学研究，提高学术水平和工程实践能力，并促进教学水平的提高。几年来，共有5人次参加校级、院级教学大赛，分别获得一、二、三等奖，课程组的教学质量受到学校师生的一致好评。
四、引进国内优秀教材， 完成自编规划教材和自制课件的配套体系
课堂教学的主要载体是教材，教师通过教材把知识传递给学生，教材也是学生课前和课后自学的主要工具，所以精品课程教学效果的改善和教学质量的提高都与教材的选择和建设息息相关。课程组教师长期重视教材的选用与建设，选用的教材均为高教出版社推荐使用的国家优秀获奖教材，并购买了与教材配套的CAI电子教案。同时以“21世纪规划教材”为依托，抓住北京大学出版社“全国高等院校机械类创新型人才培养规划教材”的契机，课题组共同努力出版了与课程建设配套的机械原理教材，并在教学实践中得到应用，师生反映良好。为提高教学效果，增加课堂的信息量，黑龙江科技大学的教师们还自己制作了CAI课件，实现教材立体化，效果很好。
参考文献：
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[3]孙桓，陈作模，葛文杰.机械原理[M].第八版.北京：高等教育出版社，2007.
关键词：卓越教育；机械原理；机械设计；精品课程；课程改革
作者简介：张洪双（1976-），男，吉林梅河口人，河海大学机电工程学院，讲师；楼力律（1973-），男，浙江湖州人，河海大学机电工程学院，副教授。（江苏 常州 213022）
基金项目：本文系2013年江苏省高等教育教改研究立项课题（课题编号：2013JSJG121）、面向“卓越计划“的机械设计课程教学改革研究和实践（项目编号：XZX/13A001-25）的研究成果。
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2014）05-0067-03
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，同批的高校包括清华、北航、浙大、南大等重点高校，目前国内各高校在机械原理和设计课程上主要从课程的教学体系、课程内容、教学方法、课程的配套教材、课程的师资队伍建设、教学管理等方面进行努力和尝试，提高学生的创新意识和能力，提高学生的工程实践能力。[1]国外和国内“卓越计划”相近的工程教育模式为CDIO：[2]构思（Conceive）、设计（Design）、实现（Implement）、运作（Operate）。该工程教育模式由麻省理工学院和瑞典皇家工学院等四所大学自2000年起，经过四年的探索研究后提出的，是近年来国际工程教育改革的最新成果。
机械原理及机械设计是以高等数学、机械制图、理论力学、普通物理、材料力学和工程材料等先修课程为基础的，并为学习有关机械类专业课程奠定必要基础的一门课程。通过课程的学习，学生需要掌握机构学和机械动力学的基本理论、基本知识和基本技能；初步具有拟定机械系统方案、分析和设计机构的能力；掌握通用机械零、部件的设计原理、方法和机械设计的一般规律，具有设计通用机械零件和简单的机械装置的能力；具有运用标准、规范、手册、图册和查阅有关技术资料的能力等。因此本课程具有从理论性课程过渡到结合工程实际的设计性课程，从基础课程过渡到专业课程的承先启后的桥梁作用。机械原理及设计课程理论性较强和实践结合紧密，且各章节相对较独立，内容多，因此在其教学过程中应注重贯彻少而精原则，不强调面面俱到，知识点要突出，适当增加宽广度，注重机械发展的新概念和新方向。
国家提倡的精品课程建设是以一流教师队伍、一流教学内容、一流教学方法、一流教材、一流教学管理等为特点的示范性课程。面向卓越工程师的机械原理及设计精品课程建设的目的是针对卓越教育的特点，从教学队伍建设、教学内容和课程体系改革、先进的教学方法和手段、教材建设、理论与实践结合、课程建设全面规划等方面进行努力和发展，使卓越教育的机械原理课程教育教学在各方面符合国家示范性课程的要求。[3]
一、课程建设方法
根据精品课程建设的要求，并结合河海大学（以下简称“我校”）自身的发展和基础条件，从以下几个角度进行了相关工作：
1.面向工程应用的课程设置
机械原理及设计是机械类专业的一门重要的专业基础课，在整个专业培养和课程体系中具有十分突出的地位，是从基础课过渡到专业课、从理论性分析为主过渡到工程实践为主的一门课程。该课程是学生接触工程化的第一个实践环节，因此如何深化工程化的概念对于机械原理的教学十分重要。
随着各高校的扩招，年轻教师的数量越来越多，而且具有博、硕士学位的比例越来越高。目前各校新引入的年轻教师主要是从学校到学校，缺少工程经验；企业导师具有丰富的工程实践经验，但在理论高度和课程教育上又有所欠缺，所以工程化教育的师资队伍建设成为时展的需求。结合国家级“河海大学—宝菱重工卓越工程实践中心”的建设，为增加年轻教师的工程实践经历，在学生进驻企业的同时，各专业指导教师需要全程陪同，参与到企业的实践项目建设中。建立企业内实践的各学习模块，为各模块配备校内教师和企业导师，采用双导师制，企业导师负责实践教育，校内教师负责理论教育，相互学习，既提高了校内教师的实践能力，也为企业带来了较新的理论分析方法。而为了提高课堂教学时课程中工程应用的比例，进一步借鉴了蚌埠学院的相关做法：[4]优先引进同时具有高学历和工程实践背景的师资人才，聘请企业内高级技术人员做校外兼职导师；集合学院乃至校区的力量，积极参与常州市及周边地区的建设，增强校企联合；鼓励专利、产学研结合和技术服务，而不仅仅是理论研究和科技论文。
2.课程实施条件
在课程建设的具体实施过程中，主要从教师队伍建设、教材规划、教学条件保障等方面入手。
（1）主讲教师：从机械原理及设计的教学人员构成来看，任课教师中有1名教授、1名副教授、3名讲师，学历均在硕士以上，年龄从35岁到50岁，结构合理、年富力强，形成了一个教师梯队。课程的主讲教师在本科教育教学、教改研究等方面具有十分丰富的经验。为了提高教育教学效果，全体任课教师定期召开教学例会、集中备课、针对教学过程中出现的问题及时处理和分析，不断总结经验。
（2）教材规划：理论课教学选用了由东南大学出版、吴克坚编著的《机械设计》教材。该书是教育部“高等教育面向21世纪教学内容和课程体系改革计划”的研究成果，是面向21世纪课程和普通高等教育“十五”国家级规划教材。该教材以机械系统设计为主线，将机械原理和机械设计内容进行有效的整合。精品课程建设中，教材规划参考天水师范学院的立体化教材建设方法。[5]立体化教材包括主教材、教师参考书、学习指导书、电子教案、CAI课件、网络课程、试题库等。该教材的建设与机械原理和机械设计的课程内容、改革体系相结合，电子教案和课件能够及时反映教学改革的要求，网络课程建设促进教学改革的尝试，逐步提高机械原理及机械设计的教学水平。
（3）教学保障：卓越机械原理及机械设计的教育依托于本科教学平台，能够充分保障课程教学的教学要求。20多年来，学校不断加大投资力度，完善建设，学院的教学设备先进、设施齐全。学院设有本科教学的机械基础省级实验教学示范中心、河海大学常州校区工程训练中心、机械基础省级实验教学示范中心，其中省级实验教学中心在2007年立项建设，2010年顺利通过江苏省验收；专用与通用仪器和设备价值达2000余万元；学院实验室占地4000余平方米，拥有实验设备仪器1200余台套。目前实验室开设的实验课程主要包括：机构运动简图测绘、齿轮参数测量和范成、机构运动参数、螺栓连接、轴系零件组合、减速器拆装和自行车拆装等基础实验，以及机构运动拼接和机构组合实验等多个创新型实验环节。通过基础实验环节，学生能够加深对课程内容的理解和把握；通过创新型实验环节可以进一步提供学生的创新实践能力。除了校内的实验环节，还依托“河海大学—宝菱重工卓越工程实践中心”，对企业内部的设备、设计、工艺和检验等环节进行跟踪学习，让学生深入到车间生产一线，切身体会和了解企业内生产流程，为更好地适应企业环境打下良好的基础。
（4）网络化教学：为了提供一个自主的学习平台，提高教师对学生的教学管理能力，增强学生全方位的素质，完善了网络化教学模式。[6]我校机械原理及机械设计的精品课程网站内容（图1）主要包括课程简介、教学管理、教师队伍介绍、教学资源等。其中教学资源主要包括助学式课件、思考题、练习题、习题答案、课程重点及难点解析等。网站中设有留言信箱，方便同学对于课程的疑问和问题能够及时与老师沟通、联系。
3.课程评价体系
课程评价围绕课程培养目标，不仅要评价学生掌握的知识与技能，而且还要评价学生课堂的表现、出勤率和学习过程。评价时以课程考试为主要的评价方式，并辅助以课堂表现和出勤率等，力求评价方式的多样化。[6]单纯的期末考试不能完全反映学生对课程的掌握程度，目前各高校大多都采用多种方式，如课后作业、报告、实验、小测验、考试等进行考核，表1所示为根据我校卓越教育的特点采用的评分标准和比例。多样化的考核方式使学生必须注重平时的学习积累，不能通过突击的方式完成课程考试，学生有了积极学习的压力和动力，更能均衡地反映学生学习的实际水平和学习效果，符合正态分布。
表1 多样化的考核方法
考核项目
作业 实验 随堂测验 企业实践 期末测试
20% 15% 20% 15% 30%
4.课程改革与创新
机械原理及设计课程具有较强的实践性和可动性的特点。即课程研究的所有问题都来源于生产和生活中实际的机构与机器。因此学习方法要注意课程的特点，在学习过程中尤其应注意理论知识与实践应用的相结合、机构运动简图与具体实物的结合、机构的静态分析与动态分析相结合、形象思维与逻辑思维相结合，将理论分析内容和工程软件的应用相结合。
机械原理及设计的课堂教学、教学方法与手段等方面力求创新改革，探索适合卓越计划学生学习的课程体系和教学方式，培养学生的学习兴趣、创新思维和独立分析问题、解决问题的能力。
（1）教学内容的创新：针对卓越计划教育中学生的理论学习时间压缩而需要提高实际应用能力的学习特点和需求，在机械原理及机械设计课堂教学中的主要内容为：机械运动方案选型设计、机构运动分析与尺寸综合、机械动力学分析和设计、常用零部件的选择、常用机构选择及设计、机械系统设计等。此外还要重视介绍学科发展的新动态、新方向、新内容，注重激励学生的学习欲望，调动学生的积极性，让学生了解更多更新的理论、技术与方法。实践教学方面主要包括小项目和专题、实验教学、课程设计、课外创新等。[7]近年来国家以及江苏省组织了大学生创新训练计划、机械创新大赛等，在创新竞赛的过程中提高了学生的创新意识，使学生得到了实践锻炼的机会，开阔了眼界。
（2）教学方法的创新：机械原理及设计教学方法配合教学内容的改革，加强与学生的互动，将以教师为主的‘灌输式’教学向以启发式、问题式、讨论式教学为主的新的教学方法转变，让学生从被动学习转变为主动学习，真正成为教学活动的主体。
鼓励学生应用成熟的工程软件进行相关课程内容的学习中。例如在原理部分章节中涉及到的图形法采用AutoCAD软件来分析和设计，既可以得到比手工绘图精确得多的解，又可以锻炼利用AutoCAD软件绘图的能力。在解析法中可以结合matlab软件教学，既可以直接利用matlab编程的方法，具有丰富的库函数、编程简单、可视化功能强，又可以采用simulink和simMechanics进行机构的运动学和动力学分析。[8]如图2所示，某曲柄摇杆机构中，各杆件长度分别为l1=120mm，l2=40mm，l3=70mm，l4=100mm，在曲柄运动角速度250rad/s，利用simulink分析得到杆件BC和CD的角速度曲线。零件的强度分析是机械设计中的一个重要内容，应用有限元软件可以得到非常直观的应力及位移图形。[9]如图3所示为应用ANSYS 13.0对某齿轮进行强度分析的应力和位移图，其中齿轮模数mn为2mm，齿数z为24，螺旋角β为10°，材料45钢，在轮齿上受到20Mpa的力。对于这类专业软件有时学习起来比较困难，耗时间，可以采用一些其他三维造型软件自带的一些插件进行近似的分析，如Solidworks Simulation等，虽然结果上有一定的差异，但对于受力的整体变形趋势的分析仍然有很大的参考价值。
（3）教学手段的创新：在教学手段上，着重培养学生对机械系统的整体认识，突出课程重点，有效分析课程难点，课堂教学过程能够吸引学生的注意力，注重学生的参与，启发学生的思考和联想，加深学生对课程基础理论的理解。培养学生主动应用课程所学内容，锻炼其独立解决工程实际问题的能力。教学方法得当，充分利用多媒体教学，激发学生学习兴趣，提高教学效果。[10]多媒体课件中除了课程的文字性内容外，还要包括自制的动画课件和机械相关的视频信息，如企业内各种设备、工具和零部件及加工录像等。此外，在机械原理及设计课程中有关结构分析、运动分析、常用零部件选型、强度分析和计算等方面的教学还应该注意多媒体和板书的综合利用。
二、总结归纳
机械原理及设计课程在“卓越计划”教育的课程体系中处于承上启下的地位，因此加强卓越班级机械原理及设计的精品课程建设具有非常重要的意义和作用。在课程建设过程中，从面向工程化、保证课程实施、课程评价体系以及课程改革和创新等方面采取不同的措施和方法，可进一步提高卓越计划的教育教学质量，提高学生的学习兴趣和自主性，提高学生的实践能力和创新能力，使学生能够牢固掌握机械原理及设计中的相关基础知识和内容，为机械类后续课程的学习打下良好基础。
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【关键词】机械设计；课程；创新能力培养
0.前言
创新是一个民族的灵魂，是人类社会发展的不竭动力，自19世纪工业革命以来，创新推动着机械工业不断发展。特别是近十余年来，包括信息科技在内的高新科技与传统机械科技的融合，形成了新的概念与思想、新的结构与功能，新产品新工艺不断涌现。机械工业的进步促进了机械工程学科的创新与发展，同时对机械工程教育提出严峻的挑战。在我国，高职院校机械类专业均开设了《机械设计》课程，它为一般的机械类产品设计提供了基本原理和设计方法，而设计原理、设计方法的创新同产品综合性能的创新是一脉相承。因此，对于机械类大学生而言，如何在课程教学中加强创新意识、创新思维、创新知识、创新人格的培养就体现的尤为重要。本文将分析目前高职院校机械设计创新教育存在的问题，通过创新教学思想、创新理论教学内容、创新实践教学内容和创新综合课程设计等，对培养学生创新能力进行了有益的探索。
1.目前高职院校《机械设计》创新教育存在的问题
1.1教学方法与手段方面
随着科学技术的日益发展，提倡在教学中充分利用多媒体技术的背景下，受教育资源等客观因素的影响，相当一部分学校的《机械设计》课程教学仍处于传统的教学模式中，即教师借助于挂图、简易的实物模型等来说明机械的工作原理、结构、设计理论与计算方法。由于教师语言的表达能力的差异和学生知识水平的参差不齐，这种教学方式很难达到教与学的共鸣，理论与实践的严重脱节，部分学生听完也只能知其然但不知其所以然，导致学生在下面被动听的应试教育，把设计看作是自己遥遥不可及的顶点，甚至认为和自己没有关系，被动学习，没有创新意识。
1.2人才培养的目标不明确，影响创新教育
教学目标是教学的灵魂，教学要以目标为起点，又要以目标为归缩。我国在很早就提出建设创新型国家，所以高等学校都具有培养创新型人才的重任，即把培养具有创新精神和实践能力作为重要的质量目标，重点是提高学生的发展能力。什么是学生的发展能力？我们认为它应该具备适应社会发展需要，既适应当前又适应未来的能力，而一些专业教师对当前经济发展状况和未来趋势陌生，对企业发展人才需求及岗位能力要求缺乏应有了解，对企业技术进步和科技发展前沿、新技术应用缺乏足够的了解、认识和掌握，缺乏实践经验等，这些因素往往会造成他们对所承担的专业教学培养目标定位不准，从而也就无创新能力教育可谈。
1.3教学内容的选择不合理，忽视学生创新能力的培养
目前，我国的高等教育由精英教育转变为大众教育，高职生源素质有了很大的变化，其高考文化成绩大都位于考生群体的中间层，逻辑思维智能优势不突出；另一方面随着社会发展与科学技术进步，新技术、新工艺不断涌现，催生了特殊功能的零件，出现了许多新的设计理念和设计方法，特别是计算机辅助设计。因此在教学中应适当增加新知识、新方法和新理论。
1.4客观条件的利用和创造存在局限性
虽然有的学生具有创新动机，能积极寻找新的学习方法，但由于学校创造性学习条件的局限以及学生自身不善于利用学校的现有条件，缺乏向知识经验丰富的老师或同学请教的勇气，往往不能把握本学科最新发展的动态和相关学科知识的横向关系，由此制约了学生创新能力的进一步发展。
2.本课程教学中创新能力培养思路
2.1教学思想的创新
2.1.1教师要有强烈的创新意识
自古以来，我国教师的职责被限定为“传道，授业，解惑”，它对教师所持的“以传授知识为中心”的教学观念，有着根深蒂固的影响。如果教师本身缺乏对认知理论的学习和研究，自身没有建立起创新教育的意识，对学生创造性天赋和行为所表现出来的个性特征了解的十分有限，缺少促进学生创造性思维发展所需的具体教学策略和技能。只停留于替学生“解惑”，而没有让学生学会和掌握“解惑”。一个创新精神、创新能力方面的欠缺的老师，如何对学生所进行创新能力教育。
2.1.2创新能力的培养作为《机械设计》教学的一个重要目的
传统的课程教学的目标只是要求学生掌握，机械零件设计的基本原理和基本方法。创新教育只是作为其中一个内容而非目的。实践证明培养学生的创新能力比单纯让学生掌握机械设计的基本知识更为重要。机械设计理论和方法是机械创新的基础，而创新能力是学生进行机械创造活动的出发点和内在动力。这就需要把对学生创新能力的培养与正常的教学活动有机的融为一体。需要把这两者都作为教学目标进行考核和评估。
2.2创新理论教学，培养学生创新能力
2.2.1构建有利于培养学生创新能力的课程教学内容
传统的机械设计课程是以工作原理—常见类型—失效形式—结构的合理设计—参数的合理选择—必要强度、刚度及寿命计算为教学路线，这种教学内容突出是机构分析和机械设计理论，逻辑性较强，但学生一旦遇到工程实际问题就会茫然不知所措，也即解决实际问题能力十分有限，因此我们要改变传统的以机构分析为主线的课程体系，构建以机械设计为主线、创新能力为培养目标、基于工作过程的新课程体系。该体系可将教学内容划分为三大模块十三大项目（如上图），积极采用项目教学法，以工程事例为任务起点，以解决实际问题为归宿，增强教学内容与职业活动之间的联系。新课程体系更加贴合工程实际和人才培养的规律，充分体现了学生设计能力培养的循序渐进性，为学生创新能力的培养建立了一个良好的基础。
