面向培养卓越工程师的机械原理教学方法探讨
·150·
当代教育实践与教学研究
一、前言
“卓越计划”是贯彻落实《国家中长期人才发展规划纲要》的重大改革项目与实践工程。其目的是创建具有中国特色工程教育模式，通过教育和行业、高校和企业的密切合作，以实际工程为背景，以工程技术为主线，着力提高学生的工程意识、工程素质和工程实践能力，培养出一批应用类创新型工程师。该计划对促进高等教育面向社会需求培养人才，全面提高工程教育人才培养质量具有重要的示范和引导作用。
机械原理课程是工科学生必须学习和掌握的课程，是培养学生分析问题、解决问题、综合设计能力和创新意识的一门理论性很强的技术基础课程。由于教学学时和教学内容所限，在机械原理教学中，教学内容不能很好地实现各种课程之间的衔接，从而影响了教学质量与效果。
机械原理课程是机械类和近机类专业的必修技术基础课，需要具有较强的工程性、实践性及创新性。本课程凝聚了从认知机械到设计机械的创造性思维的全过程。随着教学改革的深入发展，怎样建立新的理论教学体系，提高学生的创造能力和综合设计能力；怎样培养学生创新意识、创新能力和综合运用各门课程知识解决工程实际问题，以培养适应社会发展需要的综合性和创新性的复合人才，是摆在每一位教育工作者面前的课题。笔者所处团队经过几年的努力建设，并结合吉林大学的学科特点，通过梳理机械原理课程体系，基于机构变异与演化的创新思维与教学方法，将机械原理课程中连杆结构、凸轮机构、齿轮传动机构，以及链传动系统、带传动系统、履带传动系统之间的变异与演化关系运用到机械原理课程教学中，从而培养了学生的机构变异与演化思维，提高了学生的学习兴趣，进而提升了机械原理课程的教学质量。
二、机械原理课程的传统教学体系
机械原理课程的教学目的主要是指导学生熟悉各种常用机构的特点和应用，掌握各种常用机构的设计方法，并能够综合应用各种常用机构进行机械系统方案的设计。在课程体系安排上，目前各种版本的机械原理教材均先介绍平面连杆机构的基本形式及其演化，平面四杆机构的运动和传力性能的基本概念以及设计方法。然后介绍凸轮机构从动件的常用运动规律、凸轮机构压力角的概念，盘形凸轮廓线的设计方法和确定基本尺寸的选择原则。再接着是对齿廓啮合基本定律、渐开线性质及其啮合特性等概念的介绍，标准渐开线直齿圆柱齿轮传动的基
本参数和尺寸计算以及变位齿轮的概念及其他齿轮传动的特点和尺寸计算。最后是对轮系的介绍以及各类轮系传动比的介绍。
在传统的机械原理课程教学体系中，仅仅介绍了平面连杆机构的不同型式的演化，没有详细介绍连杆机构、凸轮机构、齿轮机构之间的变异关系与演化特点，从而使学生不能更好地理解机械原理课程体系安排与各章内容之间的衔接关系。
三、机械原理课程教学方法探讨
吉林大学机械原理课程组结合吉林大学在车辆工程学科的优势与特点，以发动机设计为工程案例（见图１），探讨了机械原理课程与前期基础课程，以及后续专业课程之间的关系。在机械原理绪论课堂教学中，笔者通过讲座的形式，以图1汽车发动机为工程案例，详细介绍了给定设计要求条件下，在设计开发发动机过程中，综合运用大学物理、普通化学、高等数学、理论力学、机械原理、材料力学、机械设计、机械制作工艺、材料热处理以及机械精度设计等各科知识。并要求学生在学习机械原理课程的过程中，能够复习前期课程内容，并结合机械原理课程内容，思考如何进行发动机的设计与开发。引导学生掌握将过去学习的课程内容从短暂性记忆变更为解决实际工程问题的永久性记忆和方法。
图1 发动机模型
发动机主要由曲轴总成、阀系总成和正时机构总成构成。在机械原理课程教学中，笔者向学生提出如何利用发动机的规格与设计技术参数，进行曲轴连杆机构的几何尺寸和结构尺寸的设计（见图２），并根据发动机排量进行曲轴扭矩的计算；如何根据发动机工作原理和进排气门的开启规律，进行阀系总成中凸轮机构的设计与凸轮轮廓函数的求解（见图３）；如何根据发动机配气相位的要求，进行齿轮机构（见图４）、正时链条或正时带传动系统的设计（见图５）。
面向培养卓越工程师的机械原理教学方法探讨
吉林大学 冯增铭 周淑红 罗彦茹
摘 要：本文针对“卓越工程师”的培养目标，探讨了机械原理课程与前期基础课程，以及后续专业课程之间的关 系。以发动机设计为工程案例，介绍各种课程在发动机设计中的角色与作用，并详细讲解机械原理课程内 容中连杆机构、凸轮机构和齿轮机构等在发动机设计中的应用与重要作用，从而使卓越工程师班的学生明 确了机械原理课程乃至其他各种课程的学习目标，激发学习兴趣。同时，本文通过分析连杆机构、凸轮机构、 齿轮机构、链传动、带传动机构之间的相关性，研究了机械原理课程中连杆机构——凸轮机构——齿轮机 构的变异特性与演化方式，探讨了机构变异与演化方法在机械原理课程教学中的应用，提出了不同机构之 间的变异和演化体系，以期提高机械原理课程的教学质量。关键词：机械原理 教材建设 卓越工程师文章编号：
ISSN2095-6711/Z01-2014-09-0150