以项链式课程规划为主线的机械原理教学模式改革与实践

以项链式课程规划为主线的机械原理教学模式改革与实践罗继曼郑夕健王丹赵德宏（沈阳建筑大学机械学院，辽宁沈阳110168）［摘要］在机械原理课程教学改革中，以“增强工程理念、提高对知识的应用能力、提升解决复杂工程问题的综合能力”为目标，设计了项链式机械原理课程规划，即将机械原理课程的教学内容按照知识点（链点）内在的关联，组合成若干能完成一定功能的单元模块（链节），针对能力培养的不同层面，设计不同的任务，分阶段指导学生完成任务（链节打磨），最后通过综合设计环节，以“任务、项目”的形式将各模块的内容串起来，达到提升学生解决复杂工程问题的综合能力的目的（“链节成串”）。

结合专业特点和特色，从教学模式上、内容组织上、教学方式和教学方法等方面进一步深化了课程的教学改革。

［关键词］机械原理；教学模式；改革；项链式课程规划［中图分类号］G642.0［文献标识码］A ［文章编号］2095-3437（2018）06-0066-03［收稿时间］2017-12-08［基金项目］辽宁省本科教学改革研究项目课题“贯穿创新创业教育于机械类专业基础课的教学改革与实践”（2016-273）和辽宁省高等教育学会“十二五”高等教育科研课题“以核心课程为引领的机械专业人才培养与评价”（JG15DB340）的支持。

［作者简介］罗继曼（1966-），女，四川双流人，博士，教授，主要从事机械设计及理论、机器人设计和制造技术、工程机械与石材设备设计等方面的研究。

2018年6月June ，2018University Education○、引言机械原理是机械类专业的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。

本课程在培养机械类高级工程技术人才的全局中，为学生从事机械方面的设计、制造、研究和开发奠定了重要的基础。

在长期的教学实践中我们总结了项链式课程规划思想，并对其进行了教学改革的设计，确定了教改的基本思路，即“注重工程观念，优化教学模式，加强综合训练”。

引入项链式机械原理课程规划，可以实现以下培养目标：1.重视工程实例与理论分析的联系与转化，紧密结合工程案例，培养学生的工程观念；2.采用混合式教学模式，教师引导启发、学生边学边练，以培养学生的自主学习能力；3.设计多环节训练，强化知识，让学生做到学以致用、融会贯通，以达到培养学生具有综合分析能力和解决复杂工程问题能力的目标。

一、项链式课程规划的含义和特点项链本是女性颈间不可或缺的美丽饰物，是显示自我魅力与气质的法宝，能够衬托出女性独有的魅力。

这里提出项链式课程规划，旨在依托它的不可或缺和独有的魅力。

基于机构结构分析中的拆分法，我们对项链结构进行拆分，即将每一个链点与各知识点相对应，将每一个链节与知识能力单元相对应，最后，通过各链节的组合（串、并联），构建前后相关联的项链结构，形成完整的知识和能力课程体系，从而培养学生通过掌握各知识点、知识能力单元，学会进行机构的分析与综合的方法与手段，最终获得解决工程实际问题的能力。

项链式课程规划具有以下特点。

1.项链式课程规划针对机械原理课程进行，具有承上启下的作用。

从作用上说，它将代表基本理论、基本知识、基本方法等“大脑功能”与能完成基本技能、任务的“躯干功能”连接在一起，起到重要的承接作用。

从知识体系上说，机械原理等机械专业基础课程也是连接基础理论课程和专业应用课程的重要通道，机械原理项链式课程规划就处于这种重要的地位。

2.项链式课程规划从结构上具有分解与组合的功能。

分解是指将知识体系拆分为“链点”、“链节”，每个“链点”对应一个知识点，每种“链节”又对应各自的知识单元。

这些“链点”、“链节”又通过不同的方式，如串联式、并联式等，组合成完整的“项链”，实现了知识体系的重构。

3.项链式课程规划是对各个“链点”、“链节”进行精工细作、精心打磨的过程。

本课程通过设计相应的分析类“任务”、设计类“项目”等，加强综合训练，以实现对所学知识的理解、掌握和精通。

4.项链式课程规划的具体实施，通过“导学、导练、导用”开展，在教学过程中，应用“云班课”教学平台，课上情景教学、案例教学，课下交流互动，调动学生学习的积极性和主动性。

二、项链式课程规划的实施（一）项链式课程规划的分解与组合——知识体系的重构知识体系的重构就是将碎片化的知识点用能力培养的主线串起来，形成有机的整体，让学生在遇到复杂66工程问题时能将所学过的知识灵活应用，快速找到解决方法。

在本课程的教学中，我们以分析能力、设计能力培养为主线，结合教学内容，将各知识点划分为不同的“链点”，再根据知识点内在的关联穿成串，组成“链节”，以实现课程目标要求。

如将“结构分析”、“运动分析”、“力分析”、“动力学分析”等知识点组成串联式“链节”，组成“机构分析”能力培养环节。

这些知识点之间有承接关联，同时也有内容的交叉，后一种分析必须以前一种分析为条件、作基础，其内在逻辑关系为串联式，具体如图1所示。

根据知识点并行关系还能组成并联“链节”。

如将“1.连杆机构设计”、“2.凸轮机构设计”、“3.齿轮与4.轮系机构设计”等知识点组成并联式“链节”，构成“机构方案设计”能力培养环节。

这些知识点都按照“-1机构分类，-2机构参数与特性分析，-3机构型综合与尺度设计”为主线学习，由于各“链点”面向的机构不同，其具有相对独立性，从知识内在逻辑关系可归为并联式，共同支撑设计能力的训练，具体如图2所示。

不同的“链节”按照需求进行组合就可以组成不同的“项链”，用以解决不同的问题。

以“牛头刨机构”改进设计为例，首先对现有的机构进行分析；选用“分析链节”进行——进行机构的结构分析、运动分析和动力学分析等，找出其存在的问题，并提出改进方案，再选用“设计连接”进行改进设计，然后需要用“分析链节”再做分析，与原有机构的功能进行比较，形成闭环。

如果功能还不达标，继续沿着分析—设计—再分析—对比形成新的闭环，最终完成牛头刨床机构的改进设计。

如图3所示，不同“链节”组成闭环的“项链”能实现机构的更新设计。

（二）项链式课程规划的精细打磨——配套“任务任务””、“项目项目””等综合训练与项链式课程规划相配套，我们设计了与各个链节相适应的“任务”。

每个“任务”将该链节的知识点综合应用，这也是对阶段性学习成果的一次检验。

例如，机械原理课程针对“机构分析链节”，设计了割草机分析大作业，以此作为培养学生分析能力的阶段性“任务”。

这项“任务”要求学生根据割草机的机构参数，对其展开结构分析、运动分析和力分析，将机构分析知识链的内容加以应用，以加深学生对知识的理解，深化实际应用。

综合性“项目”训练是以实际工程为背景、以典型机构装备为主体，要求学生对该设备中的执行装置进行机构性能分析与机构方案设计，将所学的“机构分析链节”和不同的“机构设计链节”进行不同形式的组合，形成综合性项目。

目前，我们已经选用了8种典型装备，如牛头刨床、插床、破碎机、压片机等。

由于学生已经有过“机构分析链节”、“齿轮设计链节”等前期“任务”的训练，因此，在解决类似问题时能做到游刃有余，很快进入角色。

（三）项链式课程规划的个性化与创新性研究研究了“任务”的个性化完成机制。

我们在机械原理课程的理论教学和实践教学改革中，对各项“任务”进行了深入研究，给相同“链节”设置多样的任务，学生根据各自的特长，能自主选择不同的任务形式，如小设计、小制作、小论文、自主实验等。

比如课程中为“机械系统运动方案设计链节”设置“方案设计”、“慧鱼模型制作”、“机构搭建实验”三种“任务”，学生可以任选其一，这些都可以达到连杆机构设计训练的目的。

各链节的任务与项目对照表如表1所示。

表1链点、链节的任务和项目对照表12345机构的组成和结构分析平面机构的运动分析平面机构的力分析与效率机械的平衡机械系统动力学基础分析链节 1.机构运动简图测绘和分析实验2.干草压缩机执行机构综合分析 1.掌握机械工程基础知识和方法2.具有分析求解和论证的能力3.具有基本的机械系统方案设计能力4.通过综合性实验培养学生的研究能力5.通过撰写文稿、设计资料、陈述发言等方式，培养学生具备整合思维、写作和交流的能力6.具备基于科学原理并采用科学方法对复杂机械工程问题进行研究的能力7.具有自主学习、继续学习的能力序号链点链节任务与项目能力培养目标A.机构的结构分析B.运动分析C.力分析D.动力学分析图1串联式链节——机构的分析链节1.连杆机构2.凸轮机构3.齿轮机构4.轮系图2并联式链节图3项链的构成——链节组合University Education67678910连杆机构设计凸轮机构设计齿轮机构轮系机械系统运动方案设计设计链节应用链节机械连杆与凸轮组合实验压床机械供油凸轮机构的设计与分析1.齿轮几何参数的测量实验2.牛头刨床中二级齿轮机构设计与分析1.机械运动创新方案拼接实验2.慧鱼机构创新组合3.工程机械执行端机构方案设计（三选一）序号链点链节任务与项目能力培养目标研究“任务”的多样性和创新性。

我们在机械原理课程设计环节中，紧紧结合工程项目和生活实际，坚持传统设计题目和创新设计题目并举，参照全国机械设计创新大赛主题，设置开放式设计题目，按题目分组进行设计，个人成绩与本组成绩关联，以此激发学生群策群力、大胆创新的活力，努力培养学生发现问题和解决问题的能力。

（四）项链式课程规划的具体落实——将“导学导学、、导练、导用导用””融于教学全过程在教学过程中，通过“导学、导练、导用”的方式，将教改目标贯彻于全课程。

导学——为了突出工程思想，围绕各章知识点给出相应的工程实例，引导学生从工程实际到理论分析的转化，让学生通过对知识点的学习获得解决复杂工程问题的思路。

导练——针对各章知识点，通过边学边练的方法，让学生巩固所学知识，同时加强对重点问题的练习，对难点问题各个击破。

导用——针对课程的知识“链节”开展综合训练，运用各“链节”所学的内容，指导学生应用所学知识，开阔其视野，锻炼其实践能力。

在教学过程中我们采用了“云班课”教学平台，很好地将课上和课下活动结合起来，这有助于机械原理课程规划的实现。

例如通过云班课在课前推送“导学”相关资料，让学生带着问题来听课；在课堂中应用云班课的多种活动功能，实现“导练”的训练；课后利用云班课推送“导用”，通过让学生完成小任务、小测试等方法检验学生对知识的掌握程度，并通过讨论和交流，解决学生的疑问。

三、教学改革实施效果工程教育专业认证对教育教学改革提出了新的要求，而项链式课程规划是以培养学生能力为主线的，符合工程认证对学生毕业十二条的培养要求。

项链式课程规划重视工程实例与理论分析的联系与转化，紧密结合工程案例，有助于学生对工程知识的吸收和理解；课程规划的各链节完成了机构运动方案分析和各方案下基本机构的设计训练，培养了学生对复杂机械工作原理的问题分析能力，以及机构方案设计能力；完成“任务”、“项目”的过程，又支撑了学生基本图样表达和标准规范的应用能力培养、设计报告的书写能力培养、沟通能力的培养。