基于机械创新项目的机械原理课程教学改革

曾斌+陶鑫+谭湘玲+杨威+李政威+刘禄

（湖南文理学院 机械工程学院，湖南 常德 415000）

摘要：针对目前机械原理教学中存在的不足，提出了基于机械创新设计项目的机械原理教学方法改革。通过具体的案例说明，实施该教学改革后，学生的机械原理知识和机械创新设计能力都得到了较大的提高。

关键词：机械原理；教学改革；机械创新

中图分类号：TH111；G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2017）26-0125-02

一、引言

“机械原理”是机械专业一门重要的专业基础课，在专业教学安排中具有承前启后的重要作用[1]。它在机械类人才培养的全局中具有增强学生对机械技术工作适应能力和开发创新能力的作用。机械原理的内容较繁杂，主要研究各种机械的一般共性问题，即机构的组成原理、运动学及机器动力学和常用机构的分析与设计，以及机械传动系统方案设计等问题，且内容抽象，概念性强，公式较多，方法技巧性要求高。“机械原理”具有较强的理论性、应用性和实践性，与工程实际联系紧密，它为学生学习专业技术知识、分析和解决工程实际问题打下必要基础[2]。

在机械原理教学课程中，学生与一些相关的设备、结构进行接触的机会比较少，缺乏将力学知识和实际工程问题紧密结合和转换的能力，学生对这门课程的重要程度认识不足，一些学生疲于应付考试，在解决实际问题时很难对比较抽象的机械原理问题进行正确分析。而机械原理中较多的定理与公式的教学内容，以及部分学生数理基础薄弱、学习积极性不高，是该课程教学效果不理想的另一重要因素。随着高等教育体制的改革与深化，随着新时代大学生专业素养的不断提高，传统机械原理的教学改革的开展势在必行[3]。

二、基于机械创新项目的机械原理课程教学

针对以上机械原理教学中存在的不足，有必要对机械原理教学进行教学改革。基于机械创新项目的机械原理课程教学改革，是要求学生以机械创新项目为依托，实现给定项目的功能，完成项目产品的设计，并最终形成产品的样机，达到学以致用，进一步巩固学生的机械原理基本知识和提高学生的机械创新设计能力。

在机械创新设计项目实施过程中，首先要求学生组成各种兴趣小组，然后对各兴趣小组提出要求，需要完成一个特定的项目。項目的进行可以分为两步。第一步是制造一个课堂上已经学习了的常用机构，如凸轮机构，四杆机构，齿轮机构，间歇运动机构（包括棘轮机构、槽轮机构、不完全齿轮机构等），这些小的项目主要是加强学生对已学知识的理解和掌握，巩固对机械原理课程里面的基本机构，这就实现了学生对机械原理基础知识牢固的掌握；第二步是实现一个复杂的机械创新设计项目，这类项目不应该是一个单一的机构，至少是几类机构的组合，如硬币清分机或纸币分离机、自动化装卸设备、自动化定位装夹装置等，这些项目具有一定复杂性、综合性，完成时需要结合理论力学、材料力学、机械设计、机械原理、数控加工、机械制造基础等知识，完成整体方案设计，最后能够加工制造出实物样机。

将创新设计项目[4，5]引入到机械原理教学课程中，理论联系实际，带着问题去学习，可极大地提高学生对于机械原理课程的兴趣。在制作创新设计项目过程中，学生有了明确的学习目的，制作过程的乐趣也能够促进学生的学习兴趣。

三、机械创新设计实践

在引入机械创新设计项目进行的机械原理课程教学过程中，学生的学习积极性高，并充分利用湖南文理学院的校办工厂，完成了产品的设计及样机的制备。本文以其中的硬币清分机为例，说明在机械原理课程中引入机械创新项目对学生机械原理课程的促进。首先给学生布置课题，完成市面上已有硬币的自动分离。学生通过查找资料，总结了现在的硬币分离装置有以下不足：①功能单一，只能实现硬币的分离或硬币的传输；②分离效率低，难以在短时间内快速有效的将大量硬币加以分拣；③装置结构复杂，导致硬币分离装置体积大成本高，不利于进一步推广。针对上述存在的问题，本次创新设计项目的目的是提供一种功能丰富、效率高、体积小、价格便宜、使用方便的全自动硬币清分机。最后获得的清分机样机如图1所示，清分机工作原理如下：将硬币放入进币盒中，打开开关，在电机的驱动下，曲柄摇杆机构带动进币盒上下摆动，硬币从分币盒中有规律的进入进硬币分离装置进行硬币的分离，其中分离板每一行有三个孔径不同的孔，是用来进行一角、五角和一元的分离。将分币机构倾斜放置，使其向前和向左倾斜，依靠重力势能使硬币通过进币口落在进币轨道上，重力势能转化为动能，硬币通过轨道经过有小到大的孔时一角、五角、一元的硬币依次掉进各自的轨道内，在经过计数器进行计数进入收集盒，收集盒由带传动传输，由斜面机构直接滑入指定位置。完成的硬币清分机的优点总结如下：①能同时实现分币、计数、运输，功能丰富；②采用三层分币导轨，极大地提高了分币效率与分币的准确性；③主体结构采用有机玻璃制作，价格低廉环保，相比于同类产品具有体积小、成本低等优势，具有广阔的应用前景和良好的经济前景。

四、结束语

机械原理是机械工科专业一门重要的专业基础课，为了增强学生对机械原理课程的适应能力和挖掘其开发创新能力，通过在机械原理课程教学中引入机械创新项目，可以让学生对该课程产生浓厚的学习兴趣，能够形成“教学-机械创新项目-教学”相结合的良性循环系统。

参考文献：

[1]赵永杰，程西云.机械原理课程探究式教学改革与探索[J].大学教育，2014，（5）：141-143.

[2]施火结.机械原理教学内容及课程体系的改革[J].教育教学论坛，2012，（5）：69-71.

[3]吴迪.机械原理教学改革的思考[J].吉林省教育学院学报.2006，（12）：83-84.

[4]孙亮波，孔建益，黄美发，等.在机械原理教学中引入机械创新设计项目的研究与实践[J].机械，2010，12（37）：21-33.

[5]袁爱霞，高中庸，李宝灵.机械原理与机构创新设计[J].高教论坛，2007，（6）：78-80.