时间：2023-09-20 16:56:45
开篇：写作不仅是一种记录，更是一种创造，它让我们能够捕捉那些稍纵即逝的灵感，将它们永久地定格在纸上。下面是小编精心整理的12篇机械原理概念，希望这些内容能成为您创作过程中的良师益友，陪伴您不断探索和进步。
功能分解策略
广义上说，功能是对于某一机械产品工作能力的抽象，它包括产品的功用、用途、性能、能力等。从系统工程学的角度来看，可将机械产品看成是技术系统，功能是以实现某种任务为目标，对其输入量(信息流、能量流、物料流)和输出量之间的相互转换。在概念设计阶段之初，通常要对产品的功能进行分解。通过对现有机械系统的分析，笔者提出功能分解的三个策略:①从解决问题的目的和手段着手;②从产品生产的工艺动作过程(生产的空间顺序和时间顺序)着手;③从机械系统四大模块着手。在实际的产品功能分解中，往往需要采用多种功能分解策略。对机械系统而言，执行系统是机械系统的核心，最终决定产品的功能输出。执行系统的功能是通过工艺动作过程来实现，因此可通过工艺动作过程对其进行分解;而对于机械系统的其他子系统(包括传动系统、控制系统、驱动系统)，可采用“目的－手段”进行功能分解。下面详细介绍这三个功能分解策略的运用方法和步骤。
首先从目的和手段来分解功能，可以把目的称为上位功能，手段称为下位功能，目的功能是主功能，手段功能从属于目的功能，为实现目的功能起手段作用，属于下一级分功能，在下一级分功能中，手段功能又称为目的功能，如图1所示，手段功能2在下一级分功能中称为目的功能3。通过“目的－手段”可以将复杂的产品进行功能分解，同时又可将各个分功能之间的逻辑关系联系在一起，最终获得产品的功能系统图。接着按照工艺动作过程对功能进行分解。工艺动作过程是实现机器功能所需要的一系列动作型式，按一定顺序组合而成的系列动作。机械产品的执行系统功能是通过其工艺动作过程来完成的。例如，汽水灌装自动机的功能包括瓶、盖、汽水的贮存与输送、灌装、加盖、封口、贴商标、成品输送的工艺动作过程来实现灌装功能。又如，平板印刷机的功能是通过上墨、刷墨、印刷的工艺动作来实现印刷功能。
最后是从机械系统四大子系统模块来对产品的功能进行分解，这四大系统分别为驱动系统(动力系统)、执行系统、控制系统和架体支撑系统。任何机械产品的技术过程(主体功能)都是原动机到传动部分，再到工作机构(即执行系统)部分。原动机主要提供机械能或转换为有效的机械功，传动部分主要传递运动和动力要求，工作部分是机器的执行机构，架体支撑系统主要起支撑部件的作用。在主体功能的基础上，再添加辅助功能，通过控制系统来控制协调各部件的工作。下面综合前面讲述的三种分解策略，以挖掘机为例进行功能分解，如图2所示。
寻求功能作用原理策略思想
机械产品功能目标确定后，可针对产品的主要功能提出原理性构思，这可以通过科学原理向技术原理的转变加以实现，技术的需求是科学发展的动力，而技术开发必须以科学规律为基础，产品开发过程就是科学原理与技术经验相结合的过程。作为设计开发人员，应在产品概念设计阶段中，掌握广泛的科学原理，善于实现科学原理向技术原理的转变，例如，在机电行业中，为能实现电能向机械能的转换，一般通过能量转换科学原理向“电磁效应”这一技术原理转变，开发出了电动机。其次，可由已有的技术原理形成新的技术原理，有些技术的产生是在已有技术成果的基础上进行移植、综合和革新的结果。例如，爱因斯坦提出受激辐射理论奠定了激光技术的理论基础。微波波谱的成果进而为激光的应用提供了技术原理。现今，激光已应用于机械制造行业，可对材料进行热加工，如表面热处理，焊接和切割打孔等。因此，在产品概念设计阶段，不断寻找适合的作用原理有利于产品的创新。
执行系统概念设计过程模型探讨
基于FBS概念设计过程模型进行研究，此模型在“功能分解－载体”映射模型的基础上引入行为作为桥梁，即“功能－行为－载体”过程模型。在此基础上进行改进，提出了“功能－作用原理－工艺动作过程－执行动作－行为－功能载体”概念设计过程模型。根据机械产品的功能要求和工作性能要求来驱动寻找实现功能的作用原理。同一功能可通过不同的作用原理来实现功能，从而实现产品创新。
其次，工艺动作过程取决于所需实现功能的工作原理，不同的工作原理有不同的工艺动作过程，本过程模型可通过工艺动作过程支持功能分解。工艺动作过程包括一系列按照时间顺序排列的工艺动作，通过工艺动作进一步分解可以得到按照一定时间顺序的执行动作。最后，通过执行动作与功能载体之间引入机械动作行为作为桥梁，以实现寻找实现功能的载体。图3给出了基于“功能－作用原理－工艺动作过程－执行动作－行为－功能载体”的概念设计过程模型。
执行系统概念设计过程模型映射分析
上述概念设计过程模型的关键是各阶段的求解映射策略，使得寻求作用原理解的关系脉络更为清楚和详细，这使得设计人员在概念设计中能符合设计思维逻辑，并促进开发人员的创新能力。为此笔者提出如图4所示的求解映射策略。从图4中映射层之间的关系，可以看出产品的功能可以通过不同的作用原理来实现，子功能(F123)可由原理层的多个作用原理分别来实现。由于执行系统功能是通过工艺动作过程来实现的，同时工艺动作过程的分解又能实现产品功能分解，而工艺动作过程的分解又取决于工作原理，不同的工作原理有不同的工艺动作过程，例如对齿轮进行加工，有两种不同的工作原理，分别为滚齿原理和插齿原理，显然这两种工作原理的工艺动作过程是不一样的。同时，同一种工作原理的工艺动作过程也可以有不同的工艺动作过程，因此在进行工艺动作过程分解时，可通过增加、减少或者合并工序改变机器的工艺动作，这有利于获得新的结构，创造新的机械设备。如果工艺动作比较简单，可直接采用工艺动作到载体的直接映射求解;反之，就需要对工艺动作进行分解。对于每一个具体分解的执行动作，如果执行动作比较简单，可采用直接映射求解。反之，需要通过行为层为桥梁，来更好的实现从执行动作到载体的映射求解。对于同一个执行动作可采用不同行为关系来实现。行为库中主要包括执行动作的类型、连续性、运动速率特性和运动往复性，由于执行动作的的类型很多，按照机构的运动类型进行分类，主要包括以下几种类型，其分类如表1所示。
应用分析
本节以缝纫机中的GC30型平缝机的执行系统设计为例，对以上提出的执行系统概念设计过程模型进行实例说明。缝纫机的总功能是完成对棉、皮革、人造纤维的缝制作用，完成此功能的工艺动作过程为刺布－供线－勾线－收线－送布来实现此功能的。对于每一个具体工艺动作来说，如果工艺动作比较简单，只需某一种机构就能实现，如果比较复杂，需对每一个工艺动作进行按照实现工艺动作一系列执行动作来完成，即按照实现每一个执行动作的简单机构的组合。机构每一个执行动作的类型可以参照表1，下面主要以送布机构设计为例。需要对送布工艺动作进行分解为具体的执行动作，一般分解的结果会有很多种，容易设计出新的结构，把送布工艺动作分解为:实现针迹距的调节运动－旋转到直线运动－直线到摆动。然后分别通过实现不同执行动作的简单机构来进行组合即可实现送布这一工艺动，送布机构如图5所示。基于图5所示的执行动作过程，简述其传动关系，通过送料调节器螺钉改变送料调节器凸轮面的工作位置，实现不同的针迹距，当针迹距一定时，上轴带动送料偏心轮旋转，通过送料连杆使送料曲柄绕着送料轴摆动形成送料牙的水平运动。
关键词：机械专业；分析力学；教学内容；授课方法
中图分类号：O342 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）11-0174-02
一、分析力学课程特点和内容
分析力学是经典力学的一个分支，其严格定义目前尚未有一致性结论[1]。一般认为分析力学是以广义坐标为手段，虚位移原理和动力学普遍方程为理论基础，运用数学分析的方法研究力学问题的一门学科[2]。1788年，拉格朗日重要著作《Mécanique Analytique》的出版，标志着分析力学的初步形成。之后在各国学者的推动下，分析力学取得了长足的发展，并且有了更丰富的内涵和外延。
分析力学学科具有以下特点：（1）以标量的“能量”以及广义坐标、广义力为中心；（2）不考虑理想约束力，因此比起牛顿力学，更适于处理约束系统；（3）高度数学化，有理论深度；（4）应用广泛，已超出经典力学范畴。
分析力学学科包含如下内容：拉格朗日力学、哈密顿力学、动力学变分原理、微振动理论、刚体动力学、天体力学、稳定性理论、Noether定理、Birkhoff系统、几何力学等。其中，传统工科分析力学的授课内容一般为前三部分，而理科分析力学的内容要更为广泛一些。
二、机械专业分析力学课程存在的问题
对于机械专业来讲，其研究对象为受约束的机构，研究内容为机械振动和机构动力学等。对于机械振动，分析力学可使其建模方法更加规范化；对于机构动力学，由于其存在大量的约束，采用分析力学方法建模更加便捷。因此，机械专业分析力学课程的开展是非常必要的。
目前对于机械专业的分析力学课程，还存在一些值得探讨的问题。首先，这门课程一般只作为选修课，课时有限，授课时必须有所取舍和侧重；其次，工科学生的数学基础相对理科学生略显薄弱，但课程中存在一些数学背景深厚的概念，因此需要在课程的严谨性和易懂性之间取得一定的平衡；最后，分析力学即使在力学课程中也是一门基础学科，因此在授课时应注意将其知识与其他力学课程中的知识串联在一起，而不是孤立地讲授。
下文针对这些问题，讨论了机械专业分析力学课程内容的设置，并阐述了笔者在讲解一些重要内容和知识点时相比传统的授课方法进行的具体改进。
三、机械专业分析力学课程的内容设置和讲授方法
上文提到，机械专业分析力学的应用领域主要在结构和机构动力学，因此，课程的设置应偏重于拉格朗日力学，尤其是第二类拉格朗日方程。
（一）第一章 绪论
讲述近代力学发展史、分析力学的大致定义、分析力学的特点。在近代力学发展史讲授中，要突出分析力学尤其是拉格朗日力学的地位，提高学生对课程的重视性。讲述分析力学特点时，要明确指出其最大特点是适合处理约束系统，以区别理论力学所学的知识。
（二）第二章 分析运动学
这部分属于基础知识，授课内容灵活性不大，讲授内容包括：约束、等时变分、虚位移和自由度、广义坐标、运动学问题的分析法。
对于第一部分约束，笔者相比其他一些传统教材，加入了判断微分约束是否可积的方法。因为学生在接触到微分约束不一定是非完整约束这个结论的时候，很自然地会产生一个问题：究竟哪些微分约束才是可积的？该部分的内容填补了这个空白。
第二部分内容等时变分实际上在这里讲授显得较早，但是该部分内容作为基础，可以使得下一部分内容虚位移中变分符号的出现不显得太过突兀。另外通过学习变分的运算法则，学生才能够从坐标的约束方程得到各虚位移之间的约束方程。
第三部分内容与传统授课相比，笔者主要针对自由度这个概念将学生所学知识横向比较。对于自由度的概念，学生在许多课程中都有学习，但不同课程由于研究对象不同，对其定义也会有所偏差。例如，振动力学由于不涉及非完整约束，就可以把自由度定义为描述系统位形的最少坐标数。另外还要对学生强调，自由度数与所研究的问题侧重点有关，例如四连杆机构有一个自由度，但如果考虑连杆的弹性振动，则有无限个自由度。
第五部分内容运动学问题的分析法是大部分传统教材所没有的，内容主要参考了教材[3]。通过学习这部分内容可以基于坐标之间的关系得到速度之间的关系，避免了采用理论力学的基点法。这样一来，即使学生理论力学基础较差，也不会太过影响这门课程的学习。
（三）第三章分析静力学
这部分内容设置灵活性同样不大，讲授内容包括：广义力、虚位移原理、拉格朗日-狄里克雷定理。
第二部分虚位移原理的使用范围本应是“理想约束、双面约束、实位移是虚位移中的一个”。但是学生对于“实位移是虚位移中的一个”这个表述一般不易理解。因此可以放宽为“理想约束、双面约束、定常约束”，这样并不影响学生应用该原理。对于例题的设置，可以选用一些材料力学和结构力学求解梁支座约束力的题目，以体现分析力学的基础性。
第三部分拉格朗日-狄里克雷定理是虚位移原理在保守系统中的具体应用。对于平衡稳定性的概念，可以引入材料力学的压杆稳定性和流体力学中绕流物体的稳定性进行类比，使学生认识到这是一个具有普遍意义的概念。
（四）第四章分析动力学
传统分析动力学需要讲授哈密顿正则方程及相关概念，但是哈密顿正则方程主要优势在于研究物理领域，对于机械振动和机构动力学，正则方程用处较小。而正则方程延伸出的诸多概念如正则变换、泊松括号等，学生学习起来太过抽象。因此笔者认为机械专业可以不讲授哈密顿正则方程相关内容。因此这一章的讲授内容包括：动力学普遍方程、第二类拉格朗日方程、动能的结构、微振动、初次积分、第一类拉格朗日方程、Routh方程。
本章第二部分第二类拉格朗日方程是分析力学课程最重要的内容。第二类拉格朗日方程的推导过程较为烦琐，学生会感到枯燥，但仍然不可或缺。因为这部分公式的推导为接下来的内容如动能的结构、初次积分等打下了基础，同时对学生的逻辑思维能力也是一个提升。在例题方面，笔者建议设置一些电路系统和机电耦合系统，这样可以使学生意识到该方程的普适性。另外，学生在学习这部分内容时，常犯的一类错误就是眼高手低，尤其是求导、正负号等很容易出错。因此一定要让学生独立完成一定量的课堂练习。
第三部分内容动能的结构虽然略显抽象，但考虑到旋转机械动力学是机械领域的一个重要研究方向，仍然有必要进行讲授。这部分内容也为第四和第五部分内容打下了基础。
第四部分内容微振动主要讲授如何得到非线性振动的线性化方程。笔者发现在许多工科的振动力学教材中，虽然都提到了把动能写成速度的二次型，势能展开为坐标的二次型，就可以得到线性化的振动方程，但并没有给出一种规范的方法，因此添加了这部分内容。这部分内容主要参考了理科教材[4]。
第五部分内容是分析力学求解动力学方程的古典方法。虽然目前求解动力学方程往往采用数值方法，但并不代表该部分内容就不重要了，因为初次积分代表系统存在守恒量，在一些特殊条件下代表具体的力学量的守恒，如能量守恒、角动量守恒等，具有明确的物理意义，而不仅仅是数学上的抽象概念。另外需要对学生强调初次积分和约束的区别，虽然形式相似，但前者是由动力学方程得到的，而后者是纯粹的运动学概念。
（四）第五章动力学变分原理
动力学存在多种形式的变分原理，笔者在授课时只选择了工程中常用的两个变分原理，一是高斯最小拘束原理，二是哈密顿原理。前者在机构分析中应用较多，而后者在弹性振动中应用广泛。这一章的讲授内容包括：高斯原理、泛函与变分法、哈密顿原理。
第二部分泛函与变分法的讲授主要是为哈密顿原理打基础。虽然学生只需记住公式便可运用哈密顿原理，但实际上对于接触最多的有限自由度系统，直接使用第二类拉格朗日方程会比哈密顿原理方便得多，因此哈密顿原理主要是讲述一种思想而非具体方法，所以一定要讲授泛函和变分法的概念。对于哈密顿原理，其泛函的宗量较为抽象，可以引入简支梁的应变能（宗量为挠度）作为类比，便于学生理解。
第三部分的哈密顿原理与第二类拉格朗日方程等价，但使用起来需要分部积分，没有直接采用后者方便，学生往往会有一种印象，认为哈密顿原理用处不大。因此笔者授课时引入了简支梁的振动方程作为例题，虽然推导过程比较烦琐，但可以使学生了解到，哈密顿原理可以处理第二类拉格朗日方程不能处理的问题，而不仅仅是数学形式上更简洁。
四、结论
分析力学作为一门古老的学科，内涵外延非常丰富，针对不同本科专业的授课内容应具有不同的侧重点，授课方式也应有所不同。本文针对机械专业分析力学课程存在的一些问题，阐述了教学内容和方法上的具体改进。在教学内容中，充分考虑机械专业工科特点，删减了一些偏理科专业的内容。在教学方法上，一方面注重与其他课程的联系，突出分析力学的基础性。另一方面兼顾了课程的严谨性和学生的理解能力。实践证明收到了良好的教学效果。
参考文献：
[1]梅凤翔.分析力学的定义和内容――分析力学札记之二十五[J].力学与实践，2015，37（2）：238-242.
[2]力学词典编辑部.力学词典[M].北京：中国大百科全书出版社，1990.
关键词：机械原理；精品课程；课程建设
作者简介：李光煜（1965-），女，内蒙古呼和浩特人，黑龙江科技大学机械工程学院，教授；刘秀莲（1979-），女，辽宁葫芦岛人，黑龙江科技大学机械工程学院，讲师。（黑龙江 哈尔滨 150027）
中图分类号：G642.3 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）34-0126-02
精品课建设是教育部为实施高等学校教学质量和教学改革工程不断提高教学质量而推出的一项重大举措。在精品课建设中，应围绕如何提高教学质量进行研究和实践，其主旨在于充分体现精品课的先进性、科学性和示范性，实现理论知识传授与应用创新能力培养并重的教育目标。在这一过程中，通过整合教学内容，构建新的教学体系，改革教学模式，深化实践环节，造就一支优秀的结构合理的师资队伍，吸收和培养年轻教师，优化教材，实现课程建设的可持续发展。[1，2]
一、进行教学内容的整合，形成新的教学体系
近年来，随着高等教育教学改革的深入和创新应用型人才培养规划的调整，学生某些科目的教学时数有所减少，“机械原理”课程的教学时数也由原来的76学时减少到56学时。在教学时数减少了20学时的情况下要保质保量地完成“机械原理”课程的教学，就要求授课教师对教材内容要融会贯通，对理论知识的讲解能够深入浅出，做到举一反三。通过课程组讨论和教学实践，对理论知识体系进行了重新整合，把课程内容体系归纳为“四大模块”，即机构的组成与运动分析模块、机械系统动力学模块、基本机构及其设计模块和机构组合系统及其设计模块。其中，机构的组成与运动分析模块（10学时）内容包括平面机构的组成原理及其结构分析和平面机构的常用运动分析方法研究。机械系统动力学模块（16学时），包括平面机构的惯性力确定和动态静力分析方法、机械的效率确定及自锁条件分析、机械的平衡条件及其计算、机械的运动方程的建立及其速度波动的调节方法等内容。基本机构及其设计模块（22学时），包括平面连杆机构、凸轮机构、齿轮机构和其他常用机构的类型、应用及各自设计方法。最后是机构组合系统及其设计模块（8学时），包括齿轮系的类型、传动比的计算及轮系的应用和机械系统的方案设计。[3]经过整合课程体系，使课程内容变得更加连贯，学生在学习机械原理这一学科时能够按照认知规律来掌握知识要点，从而使学习变得更加容易。即首先学习并掌握机构的组成原理和结构分析、机构具有确定相对运动的条件和平面机构常用的运动分析方法之后，了解和学习工程中常用机构的类型、组成、应用特点及其设计方法，最后学习和理解机械系统的机构组成及其总体方案设计，从而使各执行构件间达到协调配合。通过形成和利用“机械原理”课程新体系，充分体现出了精品课建设的先进性、科学性和示范性。
二、建立科学合理的教学环节，提高学生掌握知识、运用知识及动手创新的能力
学生对基本概念、基本原理及基本技能掌握程度的关键在于是否建立了科学合理的教学环节，同时学生理论联系实际的能力、亲自动手实践能力和工程应用能力的形成与提高也依赖于科学合理的教学环节。多年来，“机械原理”课程组建立并应用了“三位一体”的教学环节，即把理论教学作为第一环节，第二环节为实验教学，课外综合实践是第三个教学环节。通过“三位一体”的教学环节全面提高了学生掌握理论知识的能力、动手实践创新能力和工程应用能力。[4]
1.改进教学方法与手段，使理论知识变得生动形象，便于学生掌握
在“机械原理”课程教学中没有统一的教学模式，而是根据章、节及课程内容的不同采用灵活多样的教学方法。“机械原理”课程组教师常采用的教学方法有传统的课堂讲授法、启发式教学法，也有新颖灵活的分析讨论式教学法及现场研究式教学法、案例教学法等。例如，在进行轮系这一部分内容的教学时，结合动画和模型等应用实例，利用分析讨论法和学生一起讨论定轴轮系与周转轮系的结构形式的不同、运动特性的不同及它们之间的联系，从而推导出两种轮系的传动比计算方法，通过这样的教学，可以开发学生智力，培养学生科学思维能力，使学生对这一知识点更容易理解和掌握，达到记忆深刻的教学效果。而在学习轮系中“使用惰轮的必要性”这一内容时，采用了案例教学的方式，把采煤机摇臂使用惰轮的录像作为案例让学生观看和了解，从而得出惰轮可以增大传动距离和改变传动方向这两个结论。在齿轮机构和蜗杆机构的教学中，组织学生到机构陈列室及常用机床车间进行现场教学。在去现场之前要给学生布置思考题，让学生带着问题去现场观察，把教材中的理论知识与工程实际结合起来，使学生领会齿轮机构（蜗杆机构）在机器中的应用及其在应用中体现出的不同特性，达到了使学生把理论知识与生产实际结合起来的教学目标。
处于理论学习阶段的学生还没有接触生产实践，教师不可能每节课都能带学生到现场教学。鉴于此，在“机械原理”教学中，要充分利用机械的实物模型直观教学或利用教学录像片、CAI教学课件、多媒体flas等比较形象的教学工具和手段帮助学生理解和掌握较抽象的理论知识。例如，锥齿轮的当量齿轮和当量齿数这一概念就非常抽象，学生较难理解，但在利用一段录像片展开背锥并结合CAI课件讲授之后，这一教学难点也就迎刃而解了。另外，在精品课建设中还充分利用网络教学资源和环境，建立了机械原理精品课程网站，网站中包含了本课程的教学资料，包括自制的CAI教学课件、多年收集的教学案例以及多套课程教学重点和难点知识的录像片等，还包括机械学科的前沿成果、机械创新园地及课程习题及答案等，为学生的自学和机械创新能力的形成提供便利的条件。
2.完善实验教学设备，改进实验教学方法，提高学生动手实践能力
针对“机械原理”课程对实验教学的要求以及实验项目与内容的改革与整合，学院在实验设备的种类和台套数、实验场地等方面的投入力度逐年增大，使实验室在实验装备和实验技术方面具有较先进的水平，为本课程的实验教学创造了良好的环境。在实验室的管理方面上实行课余时间开放制，学生实验时间自定并提前预约。在实验教学方面，以前的机械原理实验教学多是验证性的，很多学生都只在旁边观摩，起不到对学生锻炼动手能力的培养目的。通过完善实验设备，目前实验室引进了具有研究性、综合性及创新性内容的实验，开设了机电系统创意组合实验和机构创新结构设计实验，学生利用课堂所学的基本概念、基本原理和基本技能，独立思考，亲自动手设计、组装新机构，并对所组装机构的传动系统方案进行评价，通过这样的实验教学方式培养了学生的创造、创新能力和动手实践能力。
3.开展课外综合实践，提高学生对理论知识的应用能力
培养学生解决机械工程应用及其创新发展的能力是“机械原理”课程教学的总目标。要实现这一目标，单凭理论教学和实验教学还远远不够，还要加强对学生课外综合实践的引导和指导。因此课程组创建了面向全校学生的“机械创新训练实验室”、“慧鱼创新组合制作室”，并由专人管理设备。教研室及实验室全体教师均可进行指导，为学生的创新活动提供宽广的平台和指导，为学生个性化创新教育创造广阔的空间。每年定期举办校级机械创新设计大赛和“慧鱼”模型创意组合竞赛，课程组对在大赛及竞赛中出现的优秀作品进行评价，帮助学生对所学基本概念、基本理论知识与工作实际应用做到融会贯通，利用机械原理知识发现问题并解决问题能力；并对其中能够完成实物或模型的作品提供一定的资助，对其中明显具有实用性和创新性的作品给予奖励，在此基础上鼓励和组织学生参加省级或国家级机械创新竞赛及全国大学生科技创新大赛等活动。这样，在培养学生的动手能力和创新能力的同时，也培养了学生的组织协作能力和沟通能力，实现工科大学生由理论知识的掌握和积累向机械创新发展及工程应用能力生成的转变。
4.建立科学的考核方法，综合考评学生成绩
近年来，课程组对“机械原理”课程建立了多元化考核模式，真正发挥期末考核在课程教学中的鉴定、督促和激励作用。具体做法是：首先在考核的内容上，不仅考核学生基本概念、基本理论和基本技能的掌握程度，还要考核学生综合性、创造性地应用基本概念、基本理论和基本技能解决实际问题的能力。其次在考核的形式上，加大了平时学习表现和实践能力考核的力度。不再是由一套试卷和几道试题决定学生对本课程的学习效果，而是综合考量学生的平时作业、讨论课及启发式教学中的表现、实验课教学中动手能力的表现及校级、省级和国家级创新大赛的参加及获奖情况等多个方面进行测评，使期末成绩的构成多元化。利用考核形式的改革，使每一个教学环节都得到学生的足够重视，激发了学生的学习积极性，使学生更加了解“机械原理”课程在今后从事机械工程应用及其创新发展中的重要性，通过建立科学的考核方法，改善了教学秩序，提高了教学质量。
三、加大师资队伍建设力度，提高师资队伍的学历水平和教学能力
师资队伍的建设和师资水平的提升是精品课程建设的关键。“机械原理”课程组教师共9人，其中教授3人，副教授1人，高工2人，讲师3人，高级职称人数占67%。课程组全体教师不断进取，抓住各种机会努力提高自身的学历水平和教育教学能力。[5]目前博士学位1人，在读博士后1人，在读博士3人，硕士学位2人，学士学位2人。对青年教师实行导师制培养计划，对每一位新进教师均配一名骨干教师进行指导，并制订明确具体的培养计划，帮助他们提高教学能力，过好教学关、育人关、实践关。要求新进教师必须经过听课、辅导答疑、批改作业、指导实验、指导课程设计、试讲、点评等阶段后，才能上讲台讲课。鼓励青年教师积极开展教学与科学研究，提高学术水平和工程实践能力，并促进教学水平的提高。几年来，共有5人次参加校级、院级教学大赛，分别获得一、二、三等奖，课程组的教学质量受到学校师生的一致好评。
四、引进国内优秀教材， 完成自编规划教材和自制课件的配套体系
课堂教学的主要载体是教材，教师通过教材把知识传递给学生，教材也是学生课前和课后自学的主要工具，所以精品课程教学效果的改善和教学质量的提高都与教材的选择和建设息息相关。课程组教师长期重视教材的选用与建设，选用的教材均为高教出版社推荐使用的国家优秀获奖教材，并购买了与教材配套的CAI电子教案。同时以“21世纪规划教材”为依托，抓住北京大学出版社“全国高等院校机械类创新型人才培养规划教材”的契机，课题组共同努力出版了与课程建设配套的机械原理教材，并在教学实践中得到应用，师生反映良好。为提高教学效果，增加课堂的信息量，黑龙江科技大学的教师们还自己制作了CAI课件，实现教材立体化，效果很好。
参考文献：
[1]曲向荣.精品课建设的实践与思考[J].沈阳工业大学学报：社会科学版，2008，（2）.
[2]侯治富， 金祥雷，谷树严，等.精品课程建设目标及实现途径的研究与实践[J].中国大学教学，2006，（1）：22.
[3]孙桓，陈作模，葛文杰.机械原理[M].第八版.北京：高等教育出版社，2007.
关键词：《机械基础》 中职生 多媒体 生活化
中图分类号：G718.2 文献标识码：C DOI：10.3969/j.issn.1672-8181.2013.24.098
《机械基础》课程内容繁、杂、广，加上概念性、原理性较多，是典型的教师难讲学生难学的课程。同时，中职生受挫感较强，意志力薄弱，数理化基础差，学习接受能力有限，加之学生仅学习机械制图，学生对机械的感性认识不足，感觉教学与学习比较枯燥，倘若沿用传统的“以教师为主，学生为辅”的方法很难收到良好的教学效果。因此，如何在多媒体时代让中职生学好《机械基础》课程是一个值得探讨的问题，本文结合笔者多年来的教学经验对其进行教改探讨。
1 适当降低教学难度，增强内容的适用性
《机械基础》现有教材难度偏大，如果采用原有的教学方式和方法，仅凭学生现有水平，很难使他们将掌握所授内容，达不到预期的教学效果。教师要本着教学内容“深入浅出、适当够用”、教学手段“灵活多样”的原则授课，让大多数学生能听懂，学习知识能基本掌握，为学生可持续发展打下了基础。对于一些抽象概念的讲解，可适当加一些相应的肢体语言来进行解释。如在讲解运动中相对运动概念时，请两位同学站在讲台上进行演示：①一个站在原地不动，另一个向前或向后走；②两人同向一起走，一个快，一个慢；③两人速走，方向相反；④两人同向同速走；⑤两人同时站立不动。通过肢体表现，学生很快判断出前三个动作是相对运动，后两个动作不是相对运动。从而理解相对运动的概念；上课举例应符合实际、易懂。由于学生大多居住在偏远的农村，城市中常见的装置没见过，所以在讲课过程中，最好根据我校学生的生活环境和条件来举例。如讲解杆件的四种变形时，拉压、剪切、扭转及弯曲变形分别以拉压弹簧、剪刀剪纸、拧矿泉水瓶和臂力器为例，使学生轻松地了解了各种变形的特点；上课时还要善于发现和使用笑料，增加幽默感，加深记忆。如对于机械、机构、构件、零件之间的包容关系，用俄罗斯套娃等来举例（最外面的一层是机械，最里面的一层是零件），再引用相声中的一个笑话加以讲解。使学生在欢笑之余，加深理解，化难为易，达到了教学效果。
2 通过实地教学提高学习兴趣
机械基础课程理论性过强，学生缺乏相应的感性认识，对知识不能巩固记忆，很容易忘记，很难把每一个知识点联系起来，这样就给教学带来了很大的困难。对于这种情况，教师在讲解本课程每一章前，首先应该让学生，对要讲到总体知识结构有一个系统的认识。例如，告诉学生能实现机械传动的机构有哪些，然后再依次分章节逐个讲解，区分出各机构中的异同点，应用在哪些地方，以及每一章节之间的联系及其特点；使学生从整体上把握好本课程的应用特点。同时，按不同专业，到工厂、企业或网站搜集本章相关设备的视频、图片等最新信息让学生了解本章的应用，从而树立起具体的概念，使学生认识到外面的设备与我们平常学习的内容是息息相关的。必要时到教学现场，尤其是本校有的设备现场进行观察，如通过观察自动车床中凸轮机构组成及应用了解凸轮传动原理；通过观察自行车的轮系来了解轴系零部件及传动。
3 利用模型教学
利用教学模型，对每一个知识点进行边演示边讲解的方式，根据职校学生的特点，大部分学生在课堂上能精力集中的注意时间是比较短的，长时间地集中注意力，会导致他们的厌烦。而用边演示边讲解的教学手段，给学生一种具有新意的方式，可以使学生提高兴趣。如在讲铰链四杆机构时，结合教学内容，先采用直观教学，让学生通过对模型及运动进行观察，掌握其组成、名称、画法、类型及运动特点。讲其判定方法时，课前事先让学生用硬纸条作两个四杆机构模型，学生以小组为单位，选用不同的杆为机架，对铰链四杆机构进行观察与汇总，报告教师，教师再进行总结，从而得到铰链四杆机构类型判断的方法，使学生在直观印象中把握了重点；然后辅以视频、动画手段，使学生能够通过动态的画面，来加深印象，形象直观、吸引了学生。
4 教学例子生活化
只要我们留意生活中处处都是与机械有关的知识，我们在教学中列举生活有关的例子学生往往容易理解，收到意想不到的效果。如在教学节流阀时，教师抓住流量是通过改变节流阀的截流面积来调节要点，可以启发同学思考有哪种日常生活用品的原理与节流阀的类同。如此一来，同学们就展开各自的想象，有的同学联想到宿舍内的水龙头，又或者是用来淋花草的软水管。当我们塞住和放开时候，水流量和流速是不一样的。小组活跃讨论热烈。学习轴的上零件固定方式时，教师可以分别带来几根阶梯轴、光轴和齿轮让学生观察，再联系生活中运用轴的机械。这样，学生很快就理解了轴的作用。
5 适当利用多媒体
引进多媒体先进教学。在《机械基础》课程中，往往采用挂图、模型以及教师口授，这些方式对于结构复杂的机械图来说，有时要理解透彻还是相当困难的，所以容易导致学生厌学、逃学等现象，效果不理想。尤其对于一些难懂的内容，如：液压传动的原理、液压元件工作原理、平面连杆机构分类及其性质等内容，学生较难观察到内部运作情况。一节课下来，绝大部份学生容易产生视觉疲劳，走神等现象。我们可以利用多媒体设备，将生产设备播放，教会学生识别生产设置的元件。再结合动画，将油液的流向、元件的工作情况表达出来，从此动画中，学生可以观察到：油如何从液压泵的吸油阀进入经出油阀流出，到过节流阀，再经换向阀，到达执行元件，元件的工作过程我们可以多次观看，如此生动形象的动画，学生有如亲临其境的感觉，再经教师的形象化的语言、手势、板书等教学手段，使原本枯燥无味的，抽象的原理形象化，静止的变成动态化，增强教学的形象性和直观性。学生印象深刻、易懂。
一、教学内容的创新
创新教育的目的就是培养和提高受教育者的创新素质和创新精神。要实现此目的,首先从改变教学内容入手,重视介绍学科发展的新动态、新方向、新内容,注重激励学生的学习欲望,调动学生的积极性,让学生了解更多更新的理论、技术与方法。例如,在绪论部分的讲述中,以往的内容主要是针对本课程的研究对象、基本概念、课程的地位和作用以及本课程的学习方法等展开的。但是,为了培养学生的创新意识,调动学生的创新积极性,除了经典部分的阐述外,还有必要结合现代科学技术的飞速发展,重点阐述机械原理学科的发展动向。如在机构的结构理论发展发面,可以让学生了解:为了广泛应用机电一体化技术,当今社会也迫切希望开展包括对液压、电磁、光电等非机械传动元件的广义机构设计。在对机构的平衡问题进行介绍时,引申到机构的动力学研究,进而让学生了解到大型机械设备的故障诊断和在线监测都是现代研究者关注的重点。有意识地将一些机械原理学科前沿的研究引入教学内容中,如微型机械的研究,它不是将传统的机械直接微型化,而是已经远远超出了传统机械的概念和范畴,是涉及多学科的综合技术的应用,也推动了处于机械原理学科前沿的微型机构学分支的产生。结合一些相关视频资料,学生在课堂上获取到这些知识的同时,兴趣也被调动了起来,拓宽了知识面和视野。让学生意识到“创新是一个民族进步的灵魂,是国家兴旺发达的不竭动力”,“一个没有创新能力的民族,难以屹立于世界民族之林”[3]。此外,在教学内容的创新改革中,还可以尝试重心的转移,强调创新设计能力的培养,突出计算机的应用。教师在教学过程中逐渐实现淡化图解计算分析,强化解析法内容的教学,进一步加强学生对机械系统设计的综合认识。这种重心转移体现在:由图解法为主向解析法为主转变,使计算理论与计算机技术统一起来,提高机构设计的效率和正确性;由手动设计计算向计算机自动计算转变,提高学生计算机应用能力;由过去重机构分析计算向重机构综合转变,提高学生机构方案构思与设计创新能力和综合应用知识解决实际问题的能力。在教学中不断地营造创新环境,大大提高了学生的创新积极性。
二、教学方法的创新
教学方法应该能够配和教学内容的改革。创新素质就是指由知识结构、智慧品质、人格品质三种成分有机结合构成的综合素质。创新教育就是要培养具有这种综合创新素质的学生。在当前课堂教学中,以知识传授为主导的教学方法并未根本改变,教与学的关系是以教师为主导、为中心的,这种方式在某种程度上制约了学生的学习主动性及其创新潜能的发挥。在机械原理课程的教学方法上,应加强与学生的互动,要将以教师为主的“灌输式”教学向以启发式、问题式、讨论式教学为主的新的教学方法转变,让学生从被动学习转变为主动学习,真正成为教学活动的主体。以学生为本的创新教育教学方法可以通过以下几个方面来实现:鼓励学生不迷信书本知识、不迷信权威观点,敢于提出问题,无论课堂内外,对于任何问题都应多问几个为什么。如对“极位夹角”的概念解释,大部分教材上的定义是“摇杆处于两极限位置时,相应的曲柄位置线所夹的锐角”。在教学中可以引导学生进行思考,对这个广泛应用的定义提出质疑———是否所有的“极位夹角”都是锐角,是否有钝角的情况存在,而不是直接给出学生更完善的定义。在这个过程中,学生开始学会发现问题,也开始尝试如何自己解决问题。鼓励学生的求异思维和发散思维,开阔学生的思路。当然,创新离不开科学的根基,引导学生要坚持科学的思维,在提出自己独特见解的同时,也应该能用科学的理论对其进行解释和验证。鼓励学生多参加亲身实践,只有亲自动手验证了创新思维的正确性,才能真正达到创新的目的。机械原理是一门既有高度的抽象性,又有很强实践性的课程。如机构运动简图、机构运动分析与力分析模型等都是从实际机械中抽象出来的,许多的概念需要通过动态过程才能得到准确描述。原来的教学方法大多通过教师手工绘制或将静态图展示给学生,教学效果并不理想。因此,现在的教学方法中采用多媒体手段教学,课件中涵盖了丰富的三维动画、趣味的图片、简洁的文字等。通过教师讲解、动态演示与板书相结合的方式,使学生在学习中可直观地了解机构的运动过程及其所具有的特性、产生的各种现象,加快了学生对诸如“死点”、“急回特性”等概念、原理的理解速度,激发起学生的好奇心,强化了直觉思维,加深了学生对这些概念所表达物理意义的理解程度。
三、教学手段的创新
在教学手段上,着重培养学生对机械系统的整体认识,注重学生的参与,与机械原理课程设计、机械原理创新实验相结合,加强学生对所学基础理论知识的理解。培养学生应用所学过的知识,独立解决工程实际问题的能力,培养学生的创新设计能力,使学生得到一次较完整的设计方法的基本训练。在机械原理课程设计中,教师通过介绍创新设计的方法和展示创造发明实例,启迪学生创新的思维,让学生了解设计过程,掌握设计方法。在设计过程中,能在认真思考的基础上提出自己的见解,充分发挥自己的创造性,不是简单的抄袭或没有根据的臆造。教师仅指明设计思路,主要启发学生独立思考。设计方案确定后,安排学生向小组成员介绍自己的方案,并与其他成员讨论,这样既提高了学生学习兴趣,调动了学习主动性,又破除学生对创新设计的神秘感,有助于让学生对自己的设计方案有全面的认识,使学生受益匪浅。机械原理创新实验是一个针对机械类或相关专业学生的开放性动手实验。它是一个很好地培养学生主动学习能力、独立工作能力、创造能力以及团队协作能力的平台。学生自己拟定、设计机构运动方案,根据机构组成原理对杆组进行拆分,再将构件正确拼装实现机构的运动,这个过程就要求学生必须将所学的理论知识充分地运用到具体的实验中去。例如,学生要设计并实现一个具有急回特性的送料机构,该机构就有多种搭建方案,实验过程中学生首先提交自己根据要求拟定的设计方案,绘制该平面机构的运动简图,再计算所有的杆长、角度、位移等数据,然后在此基础上将运动简图搭建为能够正确运动的实验机构。设计过程中学生将会接触到机械原理的各大机构,也会进一步深入了解各大机构的运动特点,而搭建过程又会涉及到机械设计及零件的知识。将学生分为多组,同组学生共同拟定实验方案、协同完成实验,最后各自撰写实验报告。在设计和拼接过程中学生会遇到各种在理论学习中很少遇到的问题,在发现问题、解决问题的过程中学生各方面的能力也得到了很好的综合培养。该创新实验用问题法、探究式教育来培养学生的创新意识和科研能力,让学生学习到了许多课本上学不到或曾经被忽略的知识,参加过创新实验的学生都深有体会。
四、结语
总之,机械原理教学集理论与实践于一身,而如何在此过程中体现并实现对学生创新意识、创新能力的培养是一个长期复杂的工程。要实现培养和造就大批具有创新精神和创新能力的高素质创新人才的目标,充分发挥教师教书育人的作用,还需要高等教育工作者们做更多的工作,付出更多的努力。
关键词： 机械原理 教学 培养 创新
中图分类号：F407.4 文献标识码：A 文章编号：
随着社会的发展,机械化生产规模将日益扩大，需要设计出各种高质量的机械设备或对原有的机械设备进行技术改造,这就需要具有掌握机械原理知识和创新能力的工程技术人员。因此机械原理教学就越来越重要,我们不能拘泥于填鸭式的教学方式,而应该改进机械原理课程教学,并培养学生的创新能力。
我们现在所培养的学生,都将是21世纪的建设者。为培养跨世纪需要的基础知识扎实、知识面宽、动手能力强、素质高的创造性人才,机械原理课程肩负着重任。我们常说要有创新精神,而学生的创新能力的培养是我们教学过程中非常重要的任务。创新能力基于创新意识,如果有了创新的意念,再加上掌握一些创新方法,就具有创造的基本条件。我们就此问题在机械原理课程的教学过程中进行了探索和实践。
一、把培养学生的创新意识作为课程的主要任务
机械原理课程是机械类专业的一门重要技术基础课,它的重要任务之一是培养学生能进行机械运动方案的构思和创意设计,是发挥学生创造力的一门较合适的课程。那么目前技校学生的创造性思维现状如何呢?为了作到胸中有数,我们在一次考试意出了一个结构改错的题目,将一个简单的自由度为0的运动链改为F=1的机构。结果大多数同学在情急之中都提出了自己认为合理的改进措施,有低副机构，也有高副机构，各种各样的想法都有。这个结果很令人鼓舞。它告诉我们：只要善于引导，即使是普通技校的学生也能拥有创造力。如何培养学生的创造力,需要全社会的重视与全体教育工作者的努力。这一现状提醒我们应该在课程的指导思想上进行改革。我们提出“以培养学生创新意识为主线”的教学指导思想,并将它贯穿于课堂教学、课外科技活动、实验、课程设计等一系列教学环节中。
二、培养学生创新意识的几点做法
在将“以培养学生创新意识为主线”的教学指导思想付诸实践的过程中,我们认为知识是创造的基础,一个人如果没有丰富的基础知识就根本谈不上有所创新。机械原理课程基本概念多，比较抽象，如何让学生想学并学会这些枯燥无味的、抽象的基本概念呢?如果不注意采用合适的教学方法,就很难有好的教学效果。我们从以下几个方面进行了一些尝试：
(1)为了更好的培养学生的创新思维，在课堂教学中要鼓励学生积极思考，注重启发式教学，营造一个活跃的课堂氛围，使学生养成积极主动思维的习惯。“机构”、“机器”贯穿于机械原理课程讲授的全过程，怎样让这些没有实践经验的学生建立起机械的概念，从而认识机械呢？为了唤起学生的认识,提醒学生根据自己的日常接触和经验进行归纳整理,如洗衣机、汽车、各种机床等，对一些典型的例子进行剖析，如汽车四冲程内燃机、织布机等。对一些基本概念让学生在理解的基础上进行记忆。从而摆脱单一固定的模式，鼓励学生进行发散思维。
(2)在学校组织的课外科技活动中，鼓励学生做一些用机械原理知识去解决的一些工程实际问题的题目，激发学生的创造欲望。例如装卸货平台高低调整板，需用到好几套平面连杆机构来实现其运动,它的创意构思和设计极大地唤起了学生的创造欲望。很多学生积极参与到科技小制作中来,在第二课堂中，通过制作，同学们得到了实际的锻炼和创造性思维的训练。
(3)在机械原理课程设计中,增加机械运动方案选型设计的内容。开始时规定一个工艺动作由学生每四人一组定方案,给每个同学定具体题目,自己构思一个具体机构,如折叠椅、水果去皮机、擦窗机、扫地机或者某一玩具设计等。同时也鼓励他们选自己感兴趣的课题。学生在学完常用机构后就可构思,他们对这类题目很兴趣,认为虽然经历了辛苦的创意劳动,但确有收获。
(4)创建机构创新设计实验室。刚接触到机构运动简图时,很多同学不习惯,也看不懂机构简图。因为他们的感性认识太少,为解决这个矛盾,除在课堂教学中适当多用教具模型、电化教学等手段外,我们还购制了一些典型机器和机构实物,这些反映创新意识的、具有较为新颖的机构及机械结构的机电产品可供学生随时拆装、观察。学生通过了解各种新颖的机构和巧妙实用的机械结构,分析它们的工作原理、运动方案、机械结构和关键技术,并在此基础上重新进行创造性构思,使他们受到创造思维的训练。
采用现代化教学手段CAI,使原来静止不动的机构在屏幕上“动”起来,一可以节约大量的教师讲解时间,还能使学生建立起各种机构、机器运动的感性认识。有兴趣的学生可参与到软件制作的行列中,提高学生的学习兴趣。
三、探索体会与建议
目前很多技校在普遍压缩机械原理课程学时数的情况下，还想增加内容，这样一来，原有的学时数少而教学内容多的矛盾愈加突出，很难引入更多的训练与开发创新设计能力的内容。为此合理取舍和安排教学内容，根据各教学环节的教学特点，恰当选择教学方法和教学手段，以期在最短的时间内达到最佳的教学效果。为了使学生的创新思维得到更好的训练,，可以采取以下措施：
首先由于在引导学生创新思维的过程中，机械原理课程任课教师起着非常关键的作用。能否对学生进行系统的创造性思维训练,教师自己得身体力行。不断加强自身素质建设,注重自己能力的培养,因此在理论研究及教学之余，参加科研活动是必经之路。
其次，各相关课程都应把培养学生的创新性思维的训练作为课程的主要内容，并将其落在实处，通过教学各环节对学生进行训练，逐渐培养其创新意识,激起他们的创造激情，使他们掌握创新设计方法。
最后在技校中开展课外创造性设计的实践活动，使学生可根据自己的特长选择自己感兴趣的机构进行设计制作，为这些机构提供必要的场所和活动资金，在学生在实践过程中增长知识，从而加深对创新设计的认识。
除了上述方法之外，还可以通过参赛提高学生的创新设计能力，激发学生的创新热情。使学生在参加竞赛的过程中，不断提高和完善自己的创作，增强他们的学习兴趣和自信心，同时使学生在竞赛中加强学术思想的交流，激发更新的创新意识。
结语：
通过机械原理教学过程中加强创新设计能力的培养，我们深深体会到：学生中的确蕴藏着巨大的创新潜力。他们朝气蓬勃，思维不受条件的约束，容易产生创新的火花。关键是要在一种宽松和谐的教学环境中，积极调动学生学习的积极性和创造性，拓宽学生的知识面，将课堂教学、创新理论和实践有机结合起来，学生才可能发挥创新能力，开发出一流的产品，服务于社会。
参考文献：
关键词：机电一体化;产品创新;概念设计
机电一体化产品的概念设计有着极其丰富的内容，同时也是产品在整个生产过程内最具创造性的阶段。其中，包含的原理与方法论对相关产品研发者起到关键的引导效用。因此，对机电一体化产品创新性概念设计进行探索，具有十分重要的现实意义。
1机电一体化产品概念设计的概述
1.1机电一体化产品概念设计的内容
机电一体化产品是在机电一体化基础上建立起的包含系统与构件、基本元内容的集合，而机电一体化产品概念设计的含义则是依据产品使用周期中各个环节所需要求对产品实施功能改造、分析和子功能开发，进而实现其满足功能结构要求的系统化设计活动。这种设计工作的过程包括前期规划、设计概念以及对计划进行详细化和丰富化，并加以改进补充。机电一体化产品概念设计过程中的程式化内容可以通过计算机技术代为实现，但除此之外难以被程式化的方面还需产品设计人员通过人工设计逐步完成。通过构建人机协同的概念设计理念，对其功能与组织开发的过程按照模块化思想进行划分，以此实现这一设计工作的层次性、协调性。目前，发达国家对机电一体化概念设计的深入研究大体集中于其调控系统的设计。机电一体化的理念自1971年被提出以来，经过几十年的发展，内容也在逐步丰富，尤其在科技快速发展的今天，广阔的市场空间与消费需求的升级，更加迫使机电一体化产品对自身性能、可靠程度提出更高要求。而计算机技术、互联网信息技术、传感技术、AI技术、微电子技术、新材料技术、集成技术以及其他相关技术的进步，都为机电一体化产品的革新打下了技术根基，使得机电一体化产品朝着更优质、更高效的方向迈进。
1.2机电一体化产品创新概念设计的意义
机电一体化产品的创新型概念设计本身有着重要作用，其既是产品品质的深层内容，又是其功能属性得以发挥的保障，对其本身质量的影响也约占60%～70%。因此，建成机电一体化产品创新的概念设计具有极其显著的意义。简要概括，主要包括以下三方面内容。第一，创新机电一体化产品的概念设计是保障机电一体化产品品质的必要性要求。机电一体化体系具有多种学科互相交叉、集成融合的特点，本身具有着复杂内涵。因此，现今许多的机械产品的设计并不适应机电一体化技术本身的特色，难以做到根据机电一体化技术特征随之作出应对。第二，机电一体化产品概念设计的创新促使其理论体系得到发展。要创新这一概念设计，必将建立新的方式、理论基础。只有在合理、可靠的概念设计基础上，才能使之收获具有优异性能的机电一化体产品。再加之如今概念设计的思想理念获得了社会中乃至整个世界越来越多的关注与认同，如QFD理论、公理化理论、TRIZ理论等设计理论的建立，对于推动创新机电一体化产的概念设计发展起到了不可忽略的效用，进一步促进了机电一体化技术体系的建立和机电一体化技术的完善。第三，机电一体化产品创新概念设计对于生产能力与工作质量的提高起到切实的帮助作用。许多机电一体化产品都带有自动处理、调节的功效，通过这些能力的实现，能够保证工作质量与效率的稳步提升。例如，在数控机床的使用过程中，其生产效率要高出普通基础5～6倍，并能够实现机床数量减少50%，节省50%操作人员的效能，生产周期也能缩短40%，进而使得生产成本降低50%左右。
2机电一体化产品创新概念设计理论
2.1机电一体化产品应用到的系统原理
机电一体化系统是该类产品中最为重要的基础。就其本质来说。它算是一种复杂机械，但与普通的机械相比还有着显著区分。机电一体化体系是通过在机构的动力功效、信息功效、控制功效以及主功能方面引入先进的电子技术，并使之与软件相互联合形成的一类新型机械系统。就其功能来说，机电一体化系统包含机械力、能量流、运动力等多种动力学有关的特殊机械，以及一些机电部件互相关联的系统。其中，机电一体化系统的核心又在于集成协调各种技术，通过对机械工程、控制系统、计算机技术、电子技术、电工技术等多项技术的联合利用，实现其运动行为可控的目标，而不仅简单对各项技术进行拼凑堆积。这也是利用计算机的调节和处理能力，实现驱动元件可控特征的现代化机械系统。有关机电系统化原理的研究主要包含三方面内容。第一，三环论。研究者认为，机电一体化产品可以划分为电子、机械、软件三项功能模块。第二，五块论。通常视机电一体化产品是由动力功能、控制功能、构造功能、操作功能和传感检测五个功能模块组成的。第三，两个子系统理论。研究人员认为，机电一体化系统是由控制系统和物理系统两项分支系统共同组成的。以上三种理论的提出具有重要意义，但同时也有着较大的局限性。三者立足于控制和电力两部分，但没有对机械主体加以强调，也并未对处理好机电一体化系统的概念设计中出现的复杂性、多面性和模糊性等问题提出方法。因此，这些理论对该类产品的概念设计不能起到重要作用。在概念设计实际工作中，机电一体化系统往往会被划分为传感检测、执行机构、信息控制处理三个子系统。通过这三个子系统的系统分工，各自完成信息检测、机械运动与信息控制的工作，这种分工方式才能真正实现该系统中各项功能的优化和最佳效果的发挥，并以此获得机电一体化系统的概念设计合理的相关方案。
2.2机电一体化产品创新的概念设计方法
对机电一体化产品而言，其概念设计是许多领域内知识、技术之间的交织融合，具有新颖复杂、反复迭代、目标多解、结构不良等特点。满足机电一体化产品概念设计的创新，关键在于发挥设计者的主观能动性，通过展现设计智慧，满足创新性的要求。要实现这一目标，主要在于实现人机协调配合。计算机技术的飞速进步，促使人们对人工智能提出新的期待。但创新产品设计这类任务，主要还得依靠人类的智能实现。机电一体系统也是人机协同系统，通过对设计者与计算机的分工，来达到创新概念设计的目的。机电一体化产品概念设计创新主要方法包括三方面内容。第一，落实人才战略，培养专业性人才。科技竞争最终都会落实在人才竞争上。要实现机电一体化产品概念设计的创新，人才供应是重要保障。机电一体化技术专业人才在制造行业占据就业满意度第三位的好名次，就业率更是高达100%。因此，加强专业人才培养更有着多方面的积极意义，国家以及机电行业要在培养、优化道路中贡献出更多力量，从多方面对学生展开培训工作，以此实现增强研究者、开发者、设计者以及其他相关从业人员素质的目的。第二，努力拓宽供应市场，严守质量关。市场是检验产品的试金石，将机电一体化产品投放到市场中，一方面保障其生命周期能够实现，另一方面通过买方对产品性能体验所作反馈也对产品研发起到反作用力的效果，使其优点得以保存、延续，缺点得到改良、进化，从而不断促进机电一体化产品性能的整体提升。第三，将环保技术纳入机电一体化的发展策略中。机械技术、计算机技术、电子技术、电力技术等多种技术的应用，往往会伴随着电子、机械污染的问题。在机电一体化产品的生产过程中，无可避免也会产生一些污染物。因此，设计者在设计研发过程中要考虑到环保问题，让机电一体化产品朝着节能环保的方向发展，以施行环保、可持续的发展策略为其提供方法指引。通过一些环保设施和环保科技的实行，有效遏制资源浪费、污染物增多的问题。当实际运行过程中出现技术故障时，也可以反复利用一些资源，以减少资源、材料的消耗。相关生产负责人还应主动淘汰一些产能落后的设备、产品，以此改变过去投入高、输出高的模式，最终实现发展的可持续，使人们拥有健康的生存环境。
2.3机电一体化产品创新的概念设计的发展展望
机电一体化产品创新的概念设计主要发展在于理论的进步。虽然机电一体化体系中依旧存在许多问题需要加强分析、研究，但其发展总趋势还是积极向上的。概括有五方面内容：第一，根据被测物理量，建立传感器特点和类型的知识库；第二，构建与机电一体化产品的概念设计相关的推理方法库；第三，将执行机构的实现运动与动作进行分类，构建执行机构库和驱动元件库，以促进驱动元件、执行、传动机构和两者的集成选择实行；第四，实现对该类产品概念设计在各个环节评价体系的建立，尤其在概念设计初期中构建对功能原理设计环节的评价体系；第五，构建调节和控制信息的资料库，以促进挑选硬件和编制软件中对机构子系统高效管控的实现。随着机电技术与各项科技的快速进步以及机电一体化研究的逐步深入，促使机电一体化产品概念设计的理论体系更加丰富，并具有更为强大的实用功能和操作功能，从而顺利实现对机电一体化产品的创新与研发。
3结束语
机电一体化产品的研究虽然已经取得了较为瞩目的成绩，但关于机电一体化产品设计的研究成果目前依然处于初级阶段，仍需要相关从业者不断加强探索、创新，通过大量细致的实践研究工作，促进机电一体化产品创新概念设计的完善和成熟，并最终实现其优异的实用价值。
作者:王中元 单位:内蒙古机电职业技术学院
参考文献:
1导入新课环节
可以通过图片、短片、生动形象的描述等形式列举地震波、水波、声波、无线电波和光波、扫描遂穿显微镜、电子显微镜引出3类典型的波———机械波、电磁波和物质波，指出虽然本质不同，但有许多共同之处……本章通过讨论机械波来说明波动过程的基本概念和基本规律．这体现理论联系实际，运用多种教学方法与手段，激发学生的学习兴趣和热情，同时起到承上启下的作用．
2新课教学环节
首先通过多媒体播放Flas引导同学归纳出产生机械波的条件，再通过实验，建立正确的机械波形成与传播的概念．为了便于分析机械波是如何形成与传播的，必须建立波传播的简化模型：一维波传播模型．通过下面过程逐步进行，演示“绳波”，可以看到一孤立的向上凸起的波向前传播，水平振动，可以看到连续完整的波向前传播．比较绳波与水波，找出二者共同点；介质各部分均振动、均形成凹凸相间的形状向前传播．最后得出结论：绳中传播的是机械波，它的形成与传播原理，就是所有机械波的形成与传播的原理．第一步，建立物理模型，将软绳简化为若干质点连接而成；第二步，利用箱式横波演示仪演示机械波是如何形成与传播的，通过以上教学过程，学生建立如下概念：（1）在介质中，前面质点振动，带动后面质点也跟着振动，但时间上有延迟，大量质点相互“配合”形成机械波；（2）质点只是在各自的平衡位置附近振动，不会随波迁移；机械波传播的是“机械振动”这种运动形式．进一步发展科学概念，让科学概念理解更全面深刻，前面所分析的机械波均属于横波，对于一个完整科学的概念而言，还需分析纵波的情况：通过多媒体观看有关横波和纵波动画，弹簧中传播机械波的情况并分析此现象，让学生明确该现象传播的也是一种振动形式，是机械波并给出横波与纵波的概念；说明纵波是如何形成与传播的；总结对机械波的形成与传播概念的理解，不论是横波还是纵波，均有：理解一，机械波的形成是因为前面的质点带动后面的质点，后面的质点重复前面的质点运动；理解二，介质中的质点并不随波迁移，只是在各自的平衡位置附近振动［1，2］；理解三，机械波是大量质点的集体行为，机械波传播的是振动这种形式，波动是振动状态的传播，相位的传播，波形的传播（平移），能量的传播．这为波函数的建立提供铺垫．随后进一步联系给人类社会带来灾难的地震波且说明它的的产生，传播过程既有纵波（P波，首波）又有横波（S波，次波），两种波速的差异可以用来计算震源的位置，又由于横波只能在固体中传播，而纵波可以在固、液、气中传播的特点，指出人类可以利用地震波实现对地球内部结构的认识了解地壳地层的分布，它是石油和天然气勘探的一种重要手段．这体现将物理知识转换成科学技术的力量．在利用唐山、汶川大地震带来的灾难来感受波动中的能量的传播．既然得出了波动是弹性介质内部大量质点参与的一种集体运动形式，如何来描述它呢？引出本节课的第二个问题———波的描述，对于几何描述和周期性描述，还是利用动画和绳波实验，直观明了以达化解难度之目的，从而得出：（1）机械波传播的速度与介质有关，与振源振动的频率无关；（2）认识到横波中的波长的意义，知道振源振动一个周期，机械波向前传播一个波长．在引入波速由介质的性质和波的类型决定这一概念时，解释为什么海啸波在开阔的大洋表面的浪高不过1m左右，不甚显眼，但随着向海岸传播浪头会越集越高达几十米，形成排山倒海巨浪拍岸的壮观场景．这再一次让学生体会学以致用，物理就在身边，以此激发学生的学习兴趣和信心．机械波的数学表达式的形式即平面简谐波的波函数的建立是本章的重点也是难点，在前面我们深刻理解波动是振动状态的传播，相位的传播，弹性介质中的各质元的振动状态沿波的传播方向依次落后的基础上建立波函数．目的就是找到一个能描述任意时刻t、任意位置x处质点运动（振动）状态的方程．这里采用多媒体和板书的有机结合详细分析和讨论，假设已知波源在原点O（xO＝0）处和已知波源在任意位置B处（xB≠0）的质点的振动表达式的情况下求波函数的方法，最后总结出一般规律波动中各质点并不随波前进，只是在各自的平衡位置附近做振动；各个质点的相位依次落后，波动是振动状态的传播，相位的传播，波形的传播（平移），能量的传播［3］．
3课堂小结环节
由自愿组合的10名同学手手相连，在教师的指导下组成“人浪”表演［4］，以教师的启发提问和同学的回答来归纳总结本次课的知识点（在黑板上一一标出）．最后提出问题：当几列波相遇又会有怎样的现象和规律？引出下次课要学习的内容，以便学生预习．
4结束语
本节课采用多种教学手段在教学中创造一种接近真实的情境，通过学生的参与和感悟、形成机械波的概念，掌握机械波的规律．这种教学设计完全符合“以学生为中心”的教育理念．充分发挥了学生学习的主动性和积极性，收到了良好的教学效果．
作者：魏英智 张晓兰 徐宝玉 刘炳胜 田雪松 丁红伟 单位：黑龙江科技大学理学院
【关键词】机械专业;自动控制原理;教学改革
自动控制原理是机械类专业一门重要的专业方向基础课程，是控制类课程的核心，该课程与机械工程实际密切相关，课程教学中必须与机械类专业其他课程联系起来，要让学生对该课程引起足够重视，使该课程成为机械类专业后续课程的重要基础。为了掌握塔里木大学机械类专业学生在学习自动控制原理课程中的各种问题，也为了获得学生对该课程的意见和建议，帮助教师选取更实用的教学内容、采用合适的教学方法等，提高该课程的教学质量，帮助机械类专业学生学好这门重要的控制类基础课程。为此，对塔里木大学机械设计制造及其自动化、机械电子工程、农业机械化及其自动化三个机械类本科专业学生进行了自动控制原理课程的问卷调查，通过问卷调查发现学生在该课程中的各种问题，教师以此为重要依据，来进行课程教学改革，努力提高课程教学效果。
一、问卷调查的实施
(一)问卷调查内容的拟定。
结合机械类专业自动控制原理课程实际，设定如下的调查题目:大家认为学习自动控制原理课程的重要性如何?大家在学习自动控制原理课程时，遇到的最大问题是什么?大家认为自动控制原理课程中最难理解的是哪些知识点?大家的自动控制原理作业是如何完成的?大家在学习自动控制原理课程时，最感兴趣的是哪些内容?大家希望在自动控制原理教学中教师采用哪种教学方法?大家学完自动控制原理课程后最大的感受是什么?大家自己是采用哪些学习方法来学习自动控制原理课程的?请大家列出学习自动控制原理的收获?请大家列出对自动控制原理课程的意见和建议?以上这些调查题目，针对不同内容，有的给出了选项供学生选择，有的是让学生自行根据实际填写，通过问卷调查，充分挖掘学生在自动控制原理课程学习中的各种问题。
(二)问卷调查的发放和回收。
通过对机械设计制造及其自动化、机械电子工程、农业机械化及其自动化三个机械类专业已经学过自动控制原理课程的班级发放问卷调查，问卷采用不记名的形式，由学生自行根据自己实际情况如实填写。三个机械类专业各发放30份调查问卷，一共90份调查问卷，教师督促学生全部交回调查问卷。
(三)问卷调查的分析。
1．课程重要性认识方面。
大部分学生都明白自动控制原理课程的重要性，都懂得该课程是机械类专业控制类课程的基础，都能从心底里引起足够重视，只有很少一部分学生感觉该课程理论性太强，感觉好像在学数学，对于数学基础薄弱的这些学生来说，对该课程重视不够，甚至对该课程有抵触情绪，总的来说，大多数学生能重视这门课程，有学好该课程的强烈愿望。
2．课程学习中遇到的最大问题。
大部分学生表示，该课程学习中遇到的最大问题是课程对数学知识要求很高，学生在学习该课程时，必须先要翻阅数学课本，重新温习微分方程、函数、向量、拉普拉斯变换、拉普拉斯反变换、傅里叶变换、复数、矩阵等数学知识，所以数学基础薄弱的学生在学习该课程中，往往由于数学的问题，导致该课程上课时听不懂，跟不上老师的节奏，久而久之，就放弃了该课程。还要相当一部分学生反映，在该课程学习中遇到的问题还有结合图形分析，该课程的教学中，很多知识要通过图形讲解，分析问题也要涉及到画图，很多学生厌烦画图，所以学生感觉图形分析也是本课程的难点之一。
3．课程最难的知识点。
大部分学生表示，自动控制原理课程中根轨迹分析是课程最难的地方，因为根轨迹分析法比较抽象，概念不好理解，首先要画出根轨迹图才能进行分析，画根轨迹图必须要熟悉大量的绘制根轨迹的规则，学生对这些绘制法则比较模糊，理解不透彻，导致很难画出准确的根轨迹图，会影响对系统的分析。还有一些学生认为该课程另外一个比较难的知识点是系统的设计与校正，设计的步骤学生好理解，关键是系统设计中用到校正，学生不易理解校正的具体应用。
4．课程最感兴趣的内容。
学生普遍对该课程中自动控制的应用最感兴趣，学生普遍关注的是自动控制系统如何运行的，如何发挥出自身优势，如何能减轻人的劳动力。学生对自动控制的应用充满无限遐想，心里想着，生活中哪些方面可以想办法引入自动控制，以提高效率，减轻人的劳动。
5．期望采用的教学方法。
考虑到自动控制原理的图形多、公式多、分析方法多等特点，学生们普遍表示，该课程的教学中不能教师在课堂上满堂灌地讲概念、推导公式、介绍各种系统分析方法等，必须要采取新颖的教学方法，才能提高学生的学习兴趣，学生普遍表示，教学中要多举实例，每章结束后要及时总结，希望教师把每章的知识点能进行梳理，可以采用微课的形式对每章知识点进行视频表述，方便学生业余时间观看学习，在该课程的实验中，要改变单一的传统实验模式，可以在实验中引入仿真，这些新颖的教学方法，可以为学生营造轻松的学习环境，提高学生的学习积极性。
6．课程学习方法。
大部分学生表示，学习该课程主要靠课堂上听老师讲解，大部分学生课后只是完成教师布置的作业，作业完成以后就不再看书，对该课程的学习投入不够。将近一半的学生能进行课前的简单预习，极个别学生课前根本不预习。课程作业基本都是按照教师讲的解题方法或者参阅教材上的例题，按部就班完成任务，很少深入思考，极个别学生作业不会做，也不认真思考解决，为了完成任务而抄同学作业。
7．学完课程的收获。
学生普遍表示，学完自动控制原理课程，懂得了自动控制的概念、组成、类型、应用、要求等，明白了自动控制的重要性，特别是对于机械类专业的学生，非常有必要学好自动控制原理课程，因为很多的机械设备在工作中离不开自动控制，所以必须了解自动控制的最基本内容。学完该课程，了解了自动控制系统的分析方法和设计步骤，也学会了基本的判断自动控制系统能否稳定的方法等。学生在脑海里能把机械工程实际和自动控制联系起来，树立了机械工程背景。
8．对课程的意见和建议。
大部分学生建议该课程教学中，教师不能只讲课本理论知识，要多介绍自动控制在机械工程中的具体应用，要把该课程与机械工程实际结合起来，要多讲解自动控制案例，在课程教学中要利用好板书和多媒体，两者要良好结合，在课程实验中增加最新的仿真软件，来学会用计算机辅助系统的分析和设计，在教学中，教师要多把自动控制系统的前言知识和科研成果与课程内容联系起来，扩展视野。
二、自动控制原理课程教学改革的实践
针对在问卷调查中分析总结的问题，结合教师从事自动控制原理课程的经验，对机械类专业自动控制原理进行教学改革，以此提高该课程的教学质量，帮助学生学好该课程，为学生后续的专业课学习打下好的基础。
(一)课堂教学采用案例讲解和微课教学模式。
在该课程教学中，教师多查找机械工程实例，把课程知识与案例联系起来，为学生的学习树立机械工程背景，引起学生对课程的重视和学习热情。针对学生对每章知识点把握不准，在课堂教学中引入微课辅助，把每章重要的知识点制作成微课，学生对微课很感兴趣，除了在课堂上每章结束给学生通过微课总结，学生也可以利用课余时间观看微课视频，方便学生随时学习。在课堂教学内容方面，要针对学生学习该课程中遇到的困难，对难的内容要反复讲解，教学中要及时给学生补充复习数学知识，在学习方法上，要给学生正确引导，要让学生每次必提前预习，特别是涉及到数学知识时，要求学生课前必须先预习回顾数学知识，做到课堂听课时心中有数，能跟上教师的讲解节奏。要重视课程的作业，及时布置典型作业题，及时批阅，及时讲解作业题中发现的问题，使作业成为检验学生所学的重要依据。
(二)实验教学中增加系统仿真。
要改变传统的实验台接线验证实验原理的简单实验模式，在自动控制实验中增加计算机仿真，给学生提供新颖的实验模式，提高学生实验兴趣，让学生学会用计算机仿真来进行系统仿真分析和设计。
三、结语
通过在机械类三个专业学生中进行自动控制原理课程问卷调查，能更好地发现学生在该课程学习中遇到的问题，及时听取学生对课程的意见和建议，以此来进行课程的教学改革，一切为了学生，不断提高教学质量，帮助学生学好该课程，为学生后续的机械专业课学习打下好的基础。
【参考文献】
［1］买买提热依木•阿布力孜．民族班“自动控制理论”课程问卷调查及教学改革［J］．电气电子教学学报，2012，2:23～24
随着我国科学技术的不断发展与社会的不断变革，给机械制造行业带来了前所未有的发展机遇与挑战。在机械化迅速发展的今天，机械自动化技术创新也取得了长足的发展。而机械自动化主要指的是在机械制造领域当中应用自动化相应的技术，在机械加工生产当中实现自动化，从而加快生产材料的流动速度以及对于加工形式的变化，最终实现自动生产过程的优化。当前机械制造领域当中，机械自动化的技术改进与发展已经成为了主要方向之一。对于我国的机械行业来说，机械领域所具备的水准高低，不仅仅关系到了机械制造当中的发展的关键问题，更是直接影响到了国民经济的有关部门的技术进步。在机械制造领域当中，机械设计是重中之重，而自动化技术创新与机械设计的有效融合，能够将机械制造服务做到更好。
一、自动化技术创新在机械设计中的应用
不断的将机械产品的创新能力优化与提高，与国家、机械领域的企业单位发展与生存有着密切的联系。在美国，相关的机械工程的设计委员会制定了2005年到2030年的有限资助计划领域中，将机械创新设计作为重要的资助之一；另外，机械个性化的发展趋势以及机械市场的复杂多变也要求了企业需要在机械设计当中不断的更新、设计，迎合市场的需要，而自动化技术创新的运用是确保企业能够在第一时间内研发出迎合市场需求的产品的有利武器。因此，对于21世纪的机械工程设计学科来说，创新性与快速性就成为企业是否能够适应市场需要、社会发展的关键所在。在机械产品概念设计的初期阶段，也就是原理方案的设计当中决定了产品是否具备创新性。
对于机械产品的设计概念来说，主要是设计到了人们的创新思维，也可以看成为人脑抽象与形象思维综合运用的一种结果。当然也受到了人们创新思维以及知识积累的局限。人们进行机械创新设计时，具有很大的随机性，并不能够确保想要的设计，同时兼具创新性的方案能够在一定的时间段之内得出。因此，想要在第一时间内设计出满足市场需求、能够占据市场的产品，存在一定的困难局限性，也是不太现实的问题，因此，在机械产品的创新迅速实现过程中，基于计算机化的创新就是非常有效的方法之一。
从广义的机构学的教学来看，对于机电一体化系统（包含了机、电、液与控制等等），都可以将其看成为两个组成部分——广义的传动机构与传动载体。而对于创新机电一体化系统的方案，就在于创新广义机构。因此，笔者在本文当中针对机械设计当中自动化技术创新的运用提出了一套机械系统创新设计以及自动化的方案（基于三维平台，以下所述都是基于三维平台）。
二、机械设计与自动化体系
对于上述中的复杂机械系统进行创新设计以及对于机械相应的自动化系统的组成方面，主要是以下：两种具有较强的获得创新性设计方案的能力的、在计算机化方法当中适合于机械系统创新设计当中较为复杂的方案；直接支持产品设计方案的三维虚拟样机装配与仿真的自动化建模过程，能自动化地对创成的复杂机械系统符号方案进行仿真、建模以及装配。而快速与创新则是其最大优点。
对于初期机械设计概念的这一阶段放纵，主要通过自动化系统为创新设计提供两套方案：其一，基于机械设计的基本规则而采用的创新设计方案；其二，创新方案的功能改良分解以及重组。考虑到这两种系统设计在方案的产生原理上都是采用的符号形式将最终的方案列出。而对于机械概念设计的初期阶段的使用符号的方案，机械自动化则会将方案进一步的分解成为机构的基本形式以及相互的连接这两个方面。在进行识别基本的机构方法选取上可以考虑到进行运动分析，从而将内部各个构件运动时所产生的分析数据展示出来。为了将开发机械产品的速度进一步提高，就能够使用面向对象的技术来进行基本机构的设计。然后，三维平台进行的二次开发，在采用的措施当中选择特征控制参数、数据库驱动等等，对于整体的基本机构三维造型设计，能够使用少量特征控制参数对其进行驱动。能够良好的解决基本机构虚拟建模的问题。
在机械领域当中，对于刚度、美学的等方面都有着很高的要求，因此为了满足机械运动刚度以及美学，可以最优的布局算法能够考虑到基本机构所占据的空间以及连接关系，从而基本机构在空间当中的位置进行确定，从而可以将机械系统空间限制到最小的占有空间。对于装配方案“后台预置”的借用，对于基本机构的运动分析数据以及布局结构的参照，则能够在特定的布局空间当中放置好虚拟的模型。连续的变化驱动构件的位置，在概念设计当中使用符号方案的设计，就能够得到其三维虚拟样机（复杂机械系统）。
在对于符合方案这一产品流程概念设计阶段所得出来的能够将自动化的生成和与之相对应的虚拟样机进行仿真。如此操作，就能够将产品方案的评价方案从再概念设计阶段进行的价值评价，逐渐推进到在虚拟样机阶段的进行的评价——定量行为，从而依靠三维虚拟样机，在众多的优秀的设计方案中快速地、准确地选取最具备创新性、并且各方面性能优良的设计方案。
总之，在我国的机械制造领域当中，自动化技术创新的运用，不但要确保高起点，将眼光看向世界先进水准，还要采用多种见效快、使用成本低的技术方案，并且坚持普及与提高相互结合的仿真，这样才能够确保在机械制造领域当中，自动化技术创新能够逐渐迈入高质量、高速度、高经济效益的轨道。
机械基础是技工学校机械类专业的基础课，其机构组成较为繁杂，工作原理抽象，对于中技生而言有一定的难度。利用多媒体技术对文本、声音、图形、图像、动画的综合处理及其强大交互式特点，编制计算机辅助教学课件，能充分创造出一个图文并茂、有声有色、生动逼真的教学情境，为教师顺利实施教学提供有效的表达工具，激发学生学习兴趣，提高学生的学习效率。下面笔者就结合自己的教学实践，谈几点体会。
一、运用动画模拟激发兴趣
心理学证明：活动的对象易于被感知。传统的机械基础教学方式以采用挂图、实物模型为主，教学效果并不十分理想。究其原因，一方面学生接触机械设备机会少，缺乏一定的感性知识；另一方面，静态挂图配实物模型使学生在接受教学内容时，缺乏直观的机械运动逼真性，及机构内部结构的可见性，造成学生与学习内容之间的理解差距，加大了学习难度。引入多媒体后，那些难以想象的机械运动过程和工作原理以清晰的画面演示出来，极大地丰富了课堂教学的表现力，提高了教学效果。如：一对渐开线齿轮的啮合过程，通过多媒体课件的动画演示，让同学们能清晰地观察到一对渐开线轮齿齿廓在不同点的啮合状况，体会到齿轮传动是依靠每一对齿轮的轮齿齿廓的逐点啮合实现的。实践证明，通过具有形象的、直观的多媒体教学，使得形、光、声、色同时作用于学生的感官，能够使学生积极跟随教师的教学思路思考问题、分析问题，强化了学生的理解能力，提高了教学效果。
二、运用演示实验解决教学中的重点、难点
学生是课堂学习的主体，教学重点、难点皆是针对学生的学习而言。因此，正确处理好教学中的重点和难点是一个非常重要的环节。在机械基础中，有许多重点和难点的内容是比较抽象的，由于大多数学生缺乏与学习内容相应的感性认识，因而难以开展抽象思维活动，不能较好地理解，甚至越解释越糊涂。此时应用多媒体辅助教学，能突破视觉的限制，多角度地观察对象，并能够突出要点，有助于概念的理解和方法的掌握。例如在铰链四杆机构的急回特性这一节中，当曲柄作等速回转时，摇杆作变速的摆动。在证明这一问题时，学生缺乏对曲柄摇杆机构运动特性的感性认识，在理解曲柄与摇杆其位置的一一对应关系特征的时候，就时常感到困惑。对此，笔者在教学中采用多媒体课件演示曲柄摇杆机构运动的过程，演示时可使运动中的曲柄与摇杆停留在任何位置，帮助学生获得对曲柄摇杆机构运动特性的感性认识，使他们理解了曲柄摇杆机构在工作时具有急回特性。又如：螺旋传动机构中，差动螺旋的运动分析是本章的难点，主要就难在对“差动”这一概念的理解上。在教学中，先通过多媒体课件演示，让同学们观察差动螺旋机构传动的动画，并与同学们一起回顾和分析普通螺旋传动机构的基本应用形式，及普通螺旋传动直线移动方向的判定，引导学生观察、思考、分析，究竟差动螺旋机构各构件间的相对运动是怎么样的？该机构是怎样实现差动位移的？在分析、思考的基础上理解“差动”这一概念。实践证明，运用多媒体这一教学手段，能够将书本上的抽象概念和原理等难点问题变成生动、形象、直观的动态形式，不仅使抽象转化为形象化，化难为易，同时也培养了学生的逻辑思维能力、分析问题和解决问题的能力，促进了学生创新思维的发展，充分发挥了学生的观察能力和积极思考能力，有利于学习目标的全面实现。
三、运用声像材料创设学习情境
据研究表明，学生在学习时，视觉的注意效果高于听觉，所以教师在教学中要利用多媒体的动画演示，创设特定的学习情境，使教学内容与实际事物联系起来，图、文、声、像并茂，调动学生的情绪和注意力，激发他们主动探索知识的热情和兴趣。例如：在平面铰链四杆机构的教学中，通过具体实例设计情境，联系实际进行教学，先放一段“牛头刨床”工作过程的视频，使同学们产生“身临其境”的效果，然后依据画面提出问题：画面中牛头刨床有几种运动形式？这几种运动都是由平面铰链四杆机构的哪些类型实现的？针对问题让同学们展开讨论。通过这种教学设计，由感知转化为问题，再由问题启发思考。接着展示牛头刨床横向进给运动机构、滑枕往复运动机构的动画课件，并进行验证和说明，最终使同学们“豁然开朗”。
总之，多媒体技术为机械基础教学提供了一种有效的教学手段，只有结合学生在学习中的实际情况，依据教材内容，合理的运用多媒体课件，并融合传统的教学方法，才能发挥多媒体在机械基础课教学中的作用，并更好地服务于教学。
（作者单位：阳泉高级技工学校）
关键词：ERP原理及应用、教学改革、本科
中图分类号：H191 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）40-0084-02
一、机械类本科《ERP原理及应用》课程特点及现状
“众创空间”、“万众创业”等一批新的名词及概念近来在网络上及社会上引起了很强烈的反响，尤其是国家每年毕业的大学生数量逐年增加，2016年大学生毕业数量预计达到770万，再加上出国留学回来的30万学生以及目前仍未找到工作的往届毕业生，预计将有1000万大学生同时竞争相关岗位。就业压力必然导致一批学生开始需求更好的创业机会，而此时恰逢国家的政策给予了非常大的空间，这也让一批学生对于企业管理能力培训的需求增大。而机械行业作为国民经济的支柱产业，如何加强这一领域学生的创业能力也显得更加关键。本课程作为为数不多的在机械类学生中开始的企业管理类课程，具有非常好的学习需求及对象。同时，也亟需提升本科生对于《ERP原理及应用》课程的理论学习及实践。《ERP原理及应用》是机械类学生的一门重要的专业选修课，目前很多高校都在管理类课程中设定。然而，机械类学生的创业需要及对于企业管理知识的缺乏导致了开设本门课程的重要性也愈发明显。机械类大学生很少接触到如何进行企业管理、企业的组织框架设定、以及企业制造的过程，导致并没有相关的企业学习经验，对于企业创办的成功率都是极为不利的。因此，本课程作为培养工程师乃至杰出企业家的一门基础课之一，应当在课程开始的内容及实践等环节设置上展开相应的课程改革，以提高学生对于本课程的核心知识的掌握效率。为了培养机械类大学生掌握企业生产及运营环节的基本知识，提高对于先进管理理念如ERP，以及对于ERP软件的应用能力。本课程主要讲授ERP的基本知识、概念及演化、ERP系统的主要功能、生产计划及采购模块、人事工资系统等内容，并安排相关的实践环节。但在课程的教学及实践过程中发现了如下问题。
二、《ERP原理及应用》课程教学发现的问题
本课程的教学过程中，由于本课程教学团队已开展了数年的摸索，发现主要积累的问题可以归纳为以下三个方面。
（一）学生认识层面
由于机械类的学生接触的课程多与工程类课程有关，且对于管理理念、企业背景等方面的知识了解比较薄弱，导致学生在学习的过程比较吃力，理解困难。虽然学生的学习积极性还是非常高，但是，理论知识背景的匮乏直接在课堂学习的效果上打了很大的折扣。
（二）教师背景层面
本课程教学团队教师搭配新老教师，由于本门课程教学需要教师有比较多的企业背景，而现在新入职的青年教师多直接从高校毕业，缺乏一定的企业应用背景。因此，在实践课程的讲授环节会存在一定的困难，学生学习起来也很难理解。
（三）课程大纲层面
目前，本课程的学习内容从理论介绍到实践操作，但一共设置36学时，理论教学时间为24学时，实践环节为10学时，考核环节为2学时，内容的搭配上还不是最佳，实践环节过少，导致学生的实践能力没有得到提高。
三、《ERP原理及应用》课程改革优化方案
（一）课程内容精简化
《ERP原理及应用》课程的学习主要内容包括两大模块：第一是ERP的原理，包括其演化过程、基本概念、ERP系统的主要内容。第二大模块是ERP在企业的应用，这其中涉及到的是如果运用典型的ERP软件开展相关的学习及实践。本课程的学习应当将基础难度降低，以迎合目前机械类学生对于本课程需要基本知识的欠缺。
其次，将核心功能及概念作为重点集中讲授，比如目前的24学时理论教学环节，多集中在介绍ERP的主要功能（8学时），从而导致后期学习ERP软件基础知识的不足。因此，需要精简本课程的内容，压缩这一部分课时，并给出4学时的时间介绍ERP软件的主要情况及部分简单操作。此外，在本课程的实践环节，之前的教学内容上一共安排10学时，前2个学时用于查询ERP的相关标准及对比，并布置学生考虑一个企业的框架，第3～4学时则用于学生描述企业的功能，在此教学过程发现学生的效果并不是很好，因为学生对于如何查阅相关的文献能力还比较缺乏。因此，在课程的改革上，引导学生从实践环节伊始，以4～6人为一个小组，设定一位CEO为组长，其他人员为虚拟企业的不同部门负责人，增加通过小组讨论及模拟企业的运营等各个环节。精简实践部分环节，提高学生的积极性。
最后，实践环节还结合考核的要求，以小组为单位，CEO汇报各小组的企业运营功能，并由教师提出问题，各部门负责人回答，有效增强了学习效果，让每位学生深刻体验如何创办企业，如何思考自己的角色定位。通过精简本课程的理论教学内容及实践教学内容，在有限的时间让学生掌握基本的必须基础知识，并通过有限的实践课时掌握软件操作及ERP的基本功能。
（二）教学方式灵活化
本课程一开始以课堂讲授为主，但随着对实践要求的需求加大，以及学生互动要求的提高，在课程开始阶段，建立如图1所示的二维码。调查问卷以获取学生的基本信息，以便在后续的课程教学及实践环节上安排更为合理的内容。
提高自主创新能力，在传统教学中，主要以教师为主导，通过讲授的方式来传授知识。但随着计算机技术的不断发展，当代大学生的学习方式也不断的改变。因此，基于网络化的平台及学习更能吸引学生，所以本课程的教学过程中，以小组为单位，建立各个小组为虚拟企业的竞争运营团队，建立微信平台及企业功能平台，加强模拟真实感。让学习从被动接收知识到主动学习，尤其是提升个人的岗位职责，大大增加了学生的学习效果。
（三）实践环节多样化
在传统的实践环节中，学生按照软件的流程自己操作相关步骤，但在这个环节中发现与教师的沟通远远不够，学习效果没有达到。所以在本课程的改革中，通过以小组CEO为企业运营负责人实践模式，让学生积极参与到ERP过程的管理及知识获取。并以此为考核依据，激发学生的学习积极性。在课程的教学过程中，发现虽然安排讲授了很多的企业案例，但学生对于企业的运营状况仍然不是很清楚，这是因为学生缺乏实践企业的ERP操作经验，导致在后续的实践过程中，软件的操作效果并不是很好，而且缺少一定的真实企业数据，在模拟的过程中造成一定的空洞。因此，在教学方式上，可以在实践环节与ERP应用比较好的企业，建立一定的合作关系，教师也能够在课余时间去合作企业加强了解实践。让学生实地考察ERP操作环节，增强包括从订单制定、物料管理、库存车间、人事工资系统、企业决策等环节的认识及了解，真正实现并达到从理论到实践，从实践到应用的目的。
今年是“十三五”规划的开局之年，如何紧跟时展的需要，并加强当代大学生核心课程的建设是至关重要的。尤其是面对每年大批量机械类毕业生投身创业的现状，加快推进《ERP原理及应用》课程的建设及改革已势在必行。本文探讨了《ERP原理及应用》课程学习，尤其是机械类学生的学习过程中所遇到的问题及解决措施，在今后的教学过程中，加强师生互动，构建师生共同体，最大程度地将学生主动学习的潜力激发出来，同时加强实践环节的建设及安排，促进学生与ERP应用企业的直接接触，让学生真正能够学到ERP的核心知识及重要实践内容，为今后机械类学生的就业及创业铺平道路，奠定基石。
参考文献：
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