《机械原理》 学习指南

西南交通大学“机械原理”课程学习指南
一、遵循大学工科课程的一般学习规律
应当重视平时的预习、听课、复习和答疑、作业、实验、课程设计、测试和考试等环节，根据教学进度，安排好时间，保持与教学进度相协调的学习节奏。

尤其要克服平时松懈，考前突击的不良学习习惯，作到“大考大‘玩’、小考小‘玩’，不考不‘玩’”，平时多下功夫。

二、转变学习和思维方法
机械原理课程的特点在于：相对于数学、物理和理论力学等基础科学，机械原理课程有许多内容是结合机械工程实际的，在考虑具体问题的解决方案时，不仅要从数学、力学等方面考虑，还要从工程实际考虑，比如要考虑设计的经济性、操作和使用的方便性、制造的可行性等等。

而相对于专业课程，机械原理课程的理论性、系统性又比较强，大多数教学内容都是具有比较严密的数学、力学依据的。

由于机械原理课程是大学期间第一门工程设计类课程，不少同学会感到头绪比较多，面对具体问题无从下手。

还有的同学感到课程的教学内容课堂上可以听得懂，但是做作业、或考试时就不会了。

依据我们的教学经验，出现这类问题的学生多数是由于没有注意到科学与工程技术之间的差别，在学习方法和思维习惯等方面还没有适应机械原理这门与过去大多数课程性质不同的课程。

我们认为，在学习中要尽快实现学习和思维的转变：①要意识到工程问题的多样性，学会针对不同的问题构思不同的解决思路，“具体问题具体分析”，逐渐摆脱按照老师或教材的方法“照猫画虎”的学习和思维方式；②要意识到工程问题求解方法和结果的多样性，对同样的工程设计问题，有多种解决方法可以采用，而且，最后的答案也往往不是唯一的。

要逐渐摆脱对所谓的“标准答案”的依赖，建立“只要方法符合数学、力学的基本原理，符合工程设计的实际，就是正确的解”的自信；③教材和老师讲的内容是十分有限的，要多注意观察日常生活、身边的机械装置，不要再对身边的机械“视而不见”，要认真研究、领悟设计的奥妙；④牢记“What I hear, I forget; What I see, I remember; What I do, I understand”。

机械原理中的许多方法只有认真进行了实践，才能体会其中的科学性和实用性。

在我们编写、采用的教材中，对于同类型的问题均有多于两道以上习题。

希望同学们利用这些习题，熟悉和理解各种问题及其解法。

三、注重能力的提高
机械原理课程的主要内容实质上是将数学、物理和理论力学中的基本原理和方法应用于机构的结构、运动和动力分析与设计，从新知识的角度来看，并没有许多新的内容。

而在课
程学习中提高学生的现代工程能力却是一项具有重要意义的工作。

为此，我们利用课堂教学、实验教学和课程设计等教学环节，设计了提高大家现代工程能力的实施方案，如表1所示。

表1 教学环节与现代工程能力的培养（☆表示着重培养，√表示辅助培养）
1 理论教学
理论教学的重点在于：培养学生应用数学、力学、物理学等基础科学和知识的应用能力。

我们在传统的机械原理教学内容之上，增加了“机械系统常用的驱动方式”的内容，该部分内容主要从电动机、内燃机、流体驱动、压电驱动、形状记忆合金驱动的物理原理出发，启发学生将基本物理原理应用于工程实际。

传统的机械原理的教学内容大部分都是将数学和力学原理应用于机械工程实际的范例。

比如：机构的自由度概念是将物理学和力学中的一个刚体的自由度概念推广到由多个刚体组成的机械系统中所得到的；机构位置分析的解析法是将机构运动过程中构件之间的位置几何关系利用数学表示出来，而速度分析和加速度分析是利用数学和物理学中导数的概念；在运动副中的摩擦分析中，利用了积分、力平衡和力合成等数学和力学原理与方法；在机构真实运动的求解中利用了物理学、力学中的功能原理建立机构的动力学方程式、利用了求解微分方程的理论和方法进行机械的动力学分析等等。

在学习这些内容的时候，建议大家重温、复习一下数学、物理和理论力学的相关内容。

学习的目的不仅仅是掌握某种方法、具有什么知识、会计算什么问题，而是要形成将工程问题转变为数学或力学问题而进行分析和研究这样的一种思路和方法。

在理论教学中，我们也穿插了分析数据的解释能力、现代工程设计工具、技术和技巧应
用能力的培养等。

主要方式是：在教学中引入了商业软件ADAMS。

利用ADAMS可以方便地得到机构力分析或运动分析的线图和数据。

利用这个优势，我们一方面介绍线图和数据的分析方法，比如机构的急回作用在线图中是如何表现出来的，等等。

在学习过程中，如果对这些软件有兴趣，则可以自学ADAMS的使用方法。

我们也提供了相应的软件和学习指导。

我们在平时测验、期中和期末考试中均采用了开卷考试的方式。

考试题目加强了分析和解决问题能力的考核，也加强了机构运动方案设计能力的考核。

这样做的目的是为了考察学生的现代工程能力。

2实验教学
实验教学着重培养学生的实验和分析数据的解释能力。

我们提供了13个实验供大家选择，其中11个实验是利用我们自己研制开发的软件或实验设备开展的。

在实验中，我们加强了对实验结果分析的要求，同时增加了实验结果是多样的或不可预知的综合型实验以及学生自主设计型的实验。

比如在“机械运动学参数测定与分析”的实验中，我们不仅要求学生测定出机构输出构件的位置、速度和加速度线图，还要求学生对测出的线图进行理论分析，并利用ADAMS进行验证。

在我们提供的15个实验中，有许多实验是利用商业软件开发的。

比如“运动副认知实验”是利用Pro/E开发的，“平面机构惯性力平衡设计”是利用ADAMS开发的。

这些虚拟实验的设计，不仅可以方便地改变机构的尺寸，使实验对象多样化，实验结果多样化，而且还可以使学生与现代工程设计软件有直接的接触，使他们对这些软件的功能和应用产生直观的印象，有利于促进学生自学这类软件。

因此，希望大家不要把实验看成是满足教学要求的“走过场”，要有实实在在的收获。

3课程设计
机械原理课程设计是大家在大学学习期间所从事的第一个、设计性实践教学活动，是培养学生现代工程能力最好的教学方式。

我们在满足教育部高等学校机械基础课程教学指导分委员会制定的关于机械原理课程设计的基本要求的基础上，鼓励学生自选设计题目、组成少于5人的设计小组完成课程设计任务。

为了培养学生的工程问题判断、定义和解决的能力，我们要求自选设计题目的小组必须进行市场调研，查阅资料，最后形成包括功能和参数要求的设计任务书。

虽然这个过程对于学生来说，难度比较大，但是我们发现：案例教学是培养“工程问题判断、定义和解决能力”的比较好的教学方式。

大家可以从许多从概念产生到形成产品的机械设计事例中吸取经验，
建立信心，克服困难。

为了培养学生按照设计要求进行系统、元件和过程的设计能力，我们要求学生必须对同一个设计问题提出多个机构设计方案，并且比较各个方案的优缺点。

通过这种方式，使学生建立起工程问题的求解不是惟一的、各种方案各有不同的优缺点的观念和思想；同时培养学生在方案的选择上要综合考虑产品的结构、制造、使用、经济性能等多方面因素的工程思维习惯。

为了培养学生的团队合作协调的能力，我们鼓励学生参加到各个设计小组。

小组的组成方式可以是教师指定或学生自愿组合。

每个学生的最终成绩分为小组成绩和个人成绩两部分：小组成绩根据小组完成任务的情况确定，小组内每个人都是相同的；而个人成绩则根据每个学生的表现和贡献确定。

为了使设计小组能够正常工作，大家可以分析了一些设计小组成功的和不成功的案例，从中吸取经验。

在培养学生的工程设计有效交流能力方面，我们将重点放在了技术文件撰写和口头表达能力两个方面。

在技术文件撰写方面，我们要求学生在课程设计中完成“项目规划报告”、“进展报告”和“设计计算说明书”三个技术文件，并对这三个文件的内容、结构组成、语言风格、参考文献的标注和引述、装订均提出了具体的要求。

在口头表达能力方面，我们安排了系列的“项目规划”、“项目进展”、“项目研讨”等报告和讨论会，要求每个小组派一名成员，走上讲台，利用PPT，在规定的8分钟中进行报告或陈述。

然后，回答同学和教师的提问，同时，其他小组对该小组的表现进行评价和打分。

经过这样的教学活动，让大家体会到什么样的表述是好的表述、什么样的PPT是好的PPT，体会到如何准备和发挥才能在有限的时间内对自己的设计工作作出清晰的陈述。

我们在课程设计中，以设计题目选择、国内外现状调研、机构选型、机构运动设计、机构运动分析、机构动力分析和设计这6个环节构成了机械的运动和动力分析及设计“循环体”，通过这样的教学“循环体”，使学生经历了设计过程中的主要环节，了解到各个环节应当完成的工作，在锻炼了其他能力的同时，也使学生的项目规划、组织和执行能力得到了很好的锻炼。

以上是我们在机械原理课程教学中教学活动的整体设计，体现出以提高学生的现代工程能力为核心的教学理念，也希望同学们了解各个教学环节设计的主要意图，配合教师的教学工作，在机械原理课程学习中取得好成绩，能力也有较大的提高。

四、各章节重点和难点及其学习指导（见各章节）。