«机械原理»是工科类学生一门重要的技术基础课,它在培养高级工程技术人才的全局中,起到增强学生对机械技术工作的适应能力和开发创造能力的作用。我们1997年开始,从理论和实践两个方面入手进行改革,涉及教学内容、教学方法、教学手段、实践性环节的组织安排等诸多内容,通过多年来的探索、改革和实践取得了一批教改成果,获得了良好的教学效果。但是,在进行课程教授和实践环节的实施中,在学校提倡“建立在通识教育基础之上,宽口径、柔性化的专业教育”的指导思想下,对课程安排也不可能抽出更多的学时提供给本课程,由于此门课程涉及到机械制图、机械设计、互换性与公差、机械制造基础、工程材料等课程的学科知识,要把如此多的内容在给定的课时内讲透彻、让学生理解和掌握是非常有难度的。为此,我们从以下五个方面来开展课程的教学。
1. 课堂教学注重教学内容、教学方法及教学手段的改进,提高教学效率和教学质量。
教学内容的更新是所有学科教学的经常性任务,随着机械科学、信息科学、网络技术等相关学科的发展,机械原理课程的内容也在不断的变化,尤其是新设计方法的引进,以及国内外同行信息的拓取等等,都迫使教学内容的改进,所以也就需要不断更改教学方法与之相适应,作为教师来讲,如果认为一本教材讲熟了就不愿更改,或者强调学时少,甚至于对教材的修订部分也删去不讲,讲稿也是多年“一贯制”,如果这样,就无法培养出与时俱进、具有创新素质的学生,因此,课程教学内容的改革是提高教学质量的首要问题。教学内容的变换和改革依赖教师知识体系的完备和更新速率,作为基础课程的教师应该主动积极地跟上科学技术发展的态势,注意该学科和课程的国内外最新成果和经验,然后把这些成果、经验、学科前沿的内容有机的结合于教学。
在选择教学内容上,随着专业的不同,内容的侧重点和要求也各不相同,如何与各自的专业相结合是一个非常重要的问题。在为后续专业课学习打好必备基础知识的同时,处理好这个问题不仅仅能提高同学们的学习兴趣,还能培养同学们对该门课程的自觉性和主动性。因此,首先要考虑到该课程的系统性,必须从系统的观点出发,把所涉及的各个“知识点”加以综合,形成一条“知识线”,并依据此制定相关的教学计划,组织好有关的课程和实践环节的教学内容,最终实现该门课程中所涉及的各部分内容相互协调、衔接、渗透和综合运用。课程教学在完成教学大纲要求的内容同时,将微型机械(Micro-mechanism)、挠性机械(Compliant-mechanisms)、机器人技术(Robotics)等机械学科最新发展领域的发展动态、研究内容和成果,以及机械学科在航空航天、深海作业、生物工程等领域的应用情况也及时地介绍给同学,拓宽了同学的知识面和对学科前沿的了解,使他们懂得本课程的用途和重要性,提高了学习兴趣。同时,CAD、CAE技术的发展和成熟为现代机械设计提供了可靠的技术支撑,将基本的三维虚拟样机技术、参数化设计技术和机械工程分析设计技术结合在“机械原理”课程一同讲授,一方面能适应社会需要,使学生及时掌握最先进的机械设计手段,加快设计进程,同时也提高了同学的就业竞争能力。
2. 改进教学效果,改革教学方法
为提高本课程的教学效果,应改革教学方法,这一点对同学非常重要,首先要搞好课堂效果,根据各章内容多少的不同、难易的不同、特点的不同、学生的不同,采取不同的授课方法,但总的原则是循序渐进、逐步深入、诱导启发、教学互动,讲清课程的基本内容、重点内容和难点内容,尤其是对难点内容要阐述透彻,尽量将难点分散,避免同学们消化不了课堂讲授的内容。
其次在授课方法上,有些章节可采用教师讲授为主,有些章节可采用老师精讲,有些内容老师只需要概述,其它由同学们自学为主,还有些章节可以与后续内容穿插进行。上课的过程中,教师可以在黑板上(或幻灯片上)写出要解决的几个主要问题,让同学们在限定的时间和地点,结合具体的问题来看书,最后再根据教学要求提问让同学们回答,以了解同学们自学的效果,也可以组织一些有针对性的讨论,在教学过程中,不再采用教师满堂罐的形式,而是充分调动同学的主动性。不定期地请同学走上讲台当“小老师”,讲解其对某个知识点的理解,从而提高了同学学习主动性,和教与学之间的互动性。同时,鼓励同学从身边发现问题,并将问题提供给大家共同讨论,锻炼同学对客观事物的观察力和好奇心,这是进行创新设计的一个必要环节。
根据机械原理课程特点,充分利用现代化教学手段和CAD、CAE中的虚拟样机仿真技术,将常用机构的结构、运动及其特性栩栩如生地呈现在同学们眼前,使学生在轻松、直观、有趣的环境中接受了“机械原理”课程中的内容。为配合多媒体教学,我们在上海市教委和东华大学教务处的支持下开发了《机械原理计算机辅助教学CAI课件》,1997年,该课件通过了学校组织的现代化教育技术成果的专家鉴定,并荣获东华大学计算机辅助教学软件一等奖。经国家新闻出版署批准,该光盘于2000年由中国纺织大学出版社正式出版,这在全国高校系统范围内,是最早出版的CAI课件之一,光盘出版后,被全国10余所高校使用过。机械原理课程的教学改革也连续获得了东华大学1998年度和2000年度优秀教学成果二等奖。所开展的面向新世纪的“机械原理”课程改革获上海市教学成果三等奖。
此外,在教师讲授某一章的内容之前和之后,都要给同学们提供一定的参考书目,让同学们在学习的过程中能够兼收并蓄,以弥补教师在讲课过程中可能存在的遗漏点和不足,同时对同学们作业练习存在的共性问题在课堂上集中讲解,分析思路和方法,以及错误的原因,这样可以起到事半功倍的效果。最后对于现有的PPT授课教学方法也注意加以改革,即针对不同的内容,采用PPT授课与黑板授课相结合的方式,并且在使用PPT授课的时候,可以分别采用动画演示、步进式、迭加组合式等方法对内容进行讲解。
3. 导入实践环节,培养动手能力。实践教学注重创新能力、工程设计软件的应用能力、分析及解决问题的综合能力、团队合作精神等各方面的培养
“机械原理课程设计”是机械类专业学生在学完机械原理课程后进行的一次实践性教学环节,以培养学生综合运用所学知识来分析和解决工程实际问题的能力。为了适应现代社会对人才知识结构的需要,我们在教学环节中大胆实施改革,注重对学生的创新能力、工程设计软件的应用能力、分析及解决问题的综合能力、团队合作精神等各方面的培养。课程设计体现以人为本,以学生为主的理念,一改以往所有学生的设计题目千篇一律的传统,广泛搜集合适的课程设计题目,并鼓励学生自选课题开展研究,扩大了题目的数量和类型。课程设计的组织形式不再采用“单打独斗”的模式,而是以小组(一般2-3人)为单位进行设计,每个小组一个设计题目,小组成员分工不同,相互协作共同完成设计任务。最后,通过计算机软件虚拟样机仿真技术,快速验证其设计方案的可行性,从而提高了同学的设计兴趣。例如,利用ADAMS 或SOLIDWORKS这样的三维虚拟设计软件,同学们能够将自己的设计方案很快地在计算机里进行实现和仿真,利用计算机软件进行空间位置和干涉现象等判断,并及时进行调整。同时,利用计算机软件进行机构的运动学分析,将分析结果与设计要求进行对比,不符合要求时,进行调整直至达到要求。通过这样的改革,给学生充分的发挥和想象的空间,使他们通过课程设计的实践,学会分析问题、解决问题的能力,以及团队协作精神,真正做到理论联系实际,学以致用, 为今后踏上工作岗位进行了一次很好的演习。还鼓励和组织学生开展课外科技活动,指导学生运用所学到、掌握的CAD、CAE中的虚拟样机仿真技术和有关机械原理方面的知识,进行机构创新设计,并将设计的机构进行三维造型和运动仿真,提高了大家对机械类课程的学习兴趣,调动了学生开展机械创新设计的积极性。正是在这种创新实践思想的指导下,我校所指导的学生在第二届全国大学生机械创新设计大赛上夺得一等奖。
此外,对于机械类的实践环节,传统上的认识就是课程结束后的课程设计或讲课进行中的大作业,但是通过对多个年级的教学发现,这种集中的实践环节,效果并不一定好。毕竟日常的训练相对较少,因此应该加大实践环节的工作量,导入各种形式的实践环节,将最后集中的实践和日常多种形式的实践相结合,这对加深和巩固课堂上讲授的内容十分有必要。
4. 利用网络平台,促进教学质量提高
课程信息化方面,当前本科教学目标的发展方向就是构建优质得教学资源,实现优质资源的共享和传播,以使得教学资源得到最大程度的利用,同时也便于在使用中发现问题、反馈问题、交流经验,该课程建设的同时进行了多方面信息化工作,在多媒体课件、教学日历、教学大纲及教学园地等方面进行了大量的信息化建设,丰富了教学资源的形式,是对课堂教学形式有利的补充。所开发的网络课件具有鲜明的特色,在“机械原理网络课件”中,充分利用CAD、CAE中的虚拟样机仿真技术,独立自主地开发了大量动态演示、三维仿真的机构实例。提高了学生对机构运动的感性认识,增强了学习的积极性。进行网络环境下基于知识点的素材库、资源库的开发建设,便于教师灵活组织教学内容,优化教学资源,提高教学质量。素材库和资源库的建设,在同类课程的网络课件中,具有我校鲜明的特色。我校在2000年出版了《机械原理计算机辅助教学CAI课件》,现已被全国10余所高校使用。并为配合双语教学,“网络课件”中加强了关键词汇的中英文对照,并开发制作“机械原理网络课件”英文版网络课件。同时将国内外与机械学科有关的中英文网站推荐给学生,拓宽学生获取知识的途径。为了适应网络教学的需要,开发了多媒体机械原理网络课件并放在校园网上,方便学生自主学习。网络课件围绕机械原理课程的教学大纲,以知识点为主线组织各章的教学内容,表现手法丰富、操作简单,交互性好;每章后面增加了习题及答案,有利于同学课后复习;同时每章后面还设有“本章教学素材库”,以便于教师组织教学材料和同学快速查找本章的重点知识。本网络课件已经用于教师的上课和学生的课后复习环节,受到了学生的好评。
5. 发挥教师主导,激发学生热情
在教学活动中,教师和学生承担的任务不同,故所起到的作用也各不相同,而机械类课程的内容相比其它课程而言略显枯燥,因此,教师更应该在整个课堂教学过程中充分发挥主导作用,使教学计划按照一定的步骤依次实施,以实现把教师的知识顺利的转化为学生能够理解的知识,激发学习的热情,使学生能够自觉、主动的学习。首先应该使同学们明确学习的目的,激发学习的兴趣。尤其是对绪论课,应该给予高度的重视,绪论课效果的好坏对后续的学习有着很好的启蒙作用。例如在绪论课中,首先给学生播放一些机械传动装置的三维动画,让同学们体验自己最原始的、最直观的感受,紧接着对这些感受加以剖析,告诉学生为什么有这样或那样的感受,然后针对这些感受再引出课程的作用和目的,这样慢慢引导学生建立起对后续课程的好奇心和学习兴趣。其次,进行启发式、互动式教学,重视能力的培养。传统的“注入式”、“宣讲式”、“填鸭式”教育方法只能使“学生成为一个无意识的承受器皿”,而不能很好的锻炼学生的思考能力、判断能力、创新能力。现代的教师应该是能够通过启发式的讲授来引导同学们自己动脑、动手、动口,使同学们有思考的时间,以对知识能够融会贯通、举一反三。启发式、互动式的教学方法还应该是步步深入、一层层的“剥笋”式教学法,可以采用多种形式,例如教师自问自答、教师问学生答、学生问教师答、课上问下次课答等多种形式,这样在整个过程中使师生都处于积极的思维当中。最后,热爱学生,建立新型的师生关系。感情是通往学生心灵的桥梁,热爱学生也是教好学生的关键,是教师能否在教学过程中起到主导作用的前提和基础,对待学生不偏好,以公正的态度对待每一个学生,例如在提问的时候应该对各种程度的同学都给予热情的鼓励和表现的机会,提高他们学习的自信心,只有这样才能得到同学们的承认和尊重,也更有利于教学内容的传授和新教学方法的实施。

