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“机械原理”案例式课程改革
发布时间:2018-06-08 点击次数:
“机械原理”是机械工科专业一门技术基础课,主要研究各种机械的一般共性问题,[1,2]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等,且内容抽象,概念性强,公式较多,方法技巧性要求高,因此目前“机械原理”课程的教学广泛存在以下问题:(1)课程内容多,理论性强,学生学习过程中费力,影响学生学习的积极性;(2)实践课程附属于理论课。课程设计时间短,选题范围窄,学生通过课程设计收获不大;(3)考试以闭卷考试为主,应试教育特征明显,难以激发学生的创新性思维。[3]
案例教学是以“案例分析”为核心的一种参与式教学模式,通过对一个具体案例的分析,促进学生对课程内容的学习,督促学生自己提出问题、分析问题、解决问题,最后最大化的激发学生的机械创新能力。[4]目前,案例化教学在某些课程中已经得到了应用,但是在机械原理课程的应用相对而言还是比较少的。
1 案例式教学的实施条件
要实施案例式教学,我院已经做了以下准备工作。
1.1 图书资料库的建立
为进一步促进学生主动学习,提高教学质量,教研室教师利用各种机会为学生收集扩充资料,并应用于教学。扩充性资料包括大量相关工程实例、教学影像资料、机构学学术期刊和习题库等,让学生借助这些资料,掌握运用机械原理方法分析和解决工程实际问题,为今后的专业学习打下坚实基础。经教学实践检验,学生对本课程的兴趣越来越高,学生对机械原理学习兴趣浓厚,解决问题和分析问题能力增强,通过这些扩充资料,极大地拓展了学生的知识空间和视野,对提高教学质量和教学效果起到了积极作用。
1.2 网络教学环境的建立
网络含有丰富的机械原理学习资源:多媒体课件、电子作业,实验录像等等,可供网络教学使用,也可供学生自学或自修用,利用网络可以在网上自主学习。同时学院充实的校园网教学资源,也为本课程的理论教学提供了保障。近年来,我们一直在课堂教学、实践教学、课外辅导、练习等多方面进行网络教学体系建设工作。目前已完成了课程简介、教学大纲、教学实施方案、电子教案、《机械原理》教材、实验指导、练习、教学课件、教学录像等网上资源的建设工作。网络教学与学习系统的建立,可将教与学的过程延伸至课外,产生良好的效果,为学生的自学创造了条件。
1.3 实践性教学环境的改善
机械原理课程是一门与实验联系较强的专业基础课,为了保证课程的教学效果和教学质量,学院本着满足教学需求、逐步建设的原则,完善与建设机械原理实验室,并加强实验室师资建设,充实了实验室技术力量,实验室现在能完成如下实验:(1)机构几何参数的测定与运动简图的绘制。(2)机械运动参数与力参数的测定与分析。(3)用实验方法进行机构尺度综合。(4)机械动力学参数的测定和分析。
2 案例式教学的具体实施
本文以硬币分离机为案例,简单介绍案例式教学在我校的实施情况。
首先,将硬币分离机在课堂上布置给学生,并对学生进行分组(3 人/组),对硬币分离机案例进行讨论并查阅相关的文献。通过对相关资料的查阅,学生制定了拟解决的几个关键问题:(1)如何避免在分币过程中硬币的堆叠现象;(2)如何实现不同硬币的分离;(3)如何实现硬币的计数;(4)如何实现分离后硬币的存储。通过对上述四个问题的研究,学生制定了多个方案解决上述各个问题,现重点列出其中一部分展示学生的案例式教学的成果。
(1)分币过程中硬币的堆叠现象的解决措施。

图1 入币盒
如图1,曲柄作整周转动时,入币盒作摆动。混币落入入币盒,入币盒的出币口高度大于一个硬币厚度,小于两个硬币厚,保证了通过的硬币仅仅为一个硬币的厚度;使用一个曲柄摇杆机构,其中摇杆与入币盒固连,曲柄摇杆机构每转动一圈,入币盒摇动一个来回,将放入入币盒的硬币逐个通过入币口。
(2)硬币分离的解决措施。

图2 硬币分离导槽
如图2,硬币从分币盒中有规律地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。
(3)如何实现硬币的计数。

图3 硬币计数器
如图3,硬币从筛选装置出来以后下滑到计数装置,采用U 型计数器,确保精准计数。
(4)如何实现分离后硬币的存储。

图4 硬币传送装置
如图4,滑下的硬币直接落入传送带上,通过传送带到达一个斜面,硬币通过斜面直接滑入收集盒,完成对分离后硬币的收集。
通过以上措施,解决了硬币分离机中的几个关键问题,最后得到了一个完整的硬币分离装置,如图5 所示。

图5 硬币分离机
实践证明:案例式教学极大的提高了学生分析问题和解决问题的能力,提高了学生学习知识的兴趣。通过案例教学与传统教学法的结合,使学生掌握了机械原理课程的基本概念和核心能力,提高了机械创新设计能力。
3 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案例式教学,可以让学生对该课程产生浓厚的学习兴趣。
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