摘 要：本文在分析机械原理与机械设计课程内容及教学方法相关问题的基础上，阐述了从整机和系统的角度将机械原理和机械设计课程的教学内容进行优化整合，并将先进的教育教学理念和教学方法引入各教学环节的措施和效果。
关键词：机械原理；机械设计；课程内容；优化整合
机械原理与机械设计课程开设历史悠久，近一个世纪以来，两门课程始终作为全国各工科院校机械类专业主干技术基础课程。
我们长期从事“机械原理”和“机械设计”课程的教学实践与教学研究，多次参与两门课程的教学内容、课程体系、实践环节等方面的教学改革。近年来，随着机械学科的飞速发展、我国高等学校机械类专业人才培养实施宽口径化、21世纪人才综合能力培养的需求，再次审视两门课程的教学体系、课程内容和教学方法，认为依旧存在问题需要探究与改革。
一、存在的问题
1 内容有交叉与重复现象
由于受计划经济体制的束缚和“基本要求”等规范的约束，数十年来机械原理和机械设计两门课程的教学内容基本变化不大，课程内容自成体系，相互之间缺少衔接，存在内容交叉和重复的问题。如齿轮传动设计，历来是机械原理和机械设计课程的重点内容，由两门课程分别讲授，不但部分内容重复，且从设计的思维过程来看，有些内容本来是紧密联系的，却被两门课程所分割。
2 缺少系统性
两门课程缺少对机械系统的介绍，学生学完了两门课程，仍对机械没有整体的认识，对机械的设计过程缺少了解，两门课程的总体效能未能充分显现。致使在后续的专业学习和实际工作中，不能正确地选用或设计机构和机器，
3 实践环节不足
两门课程的实践环节难以适应对学生工程意识和实践能力培养的需求，缺少学生主动实践的环境。如实验项目少，实验类型多以演示型、验证型为主，缺少综合性、设计性的实验内容；两门课程的课外作业形式单一，缺少启迪学生举一反三和创新思维的内容；两课程的课程设计在选题上各自为政，且选题单一、与工程实际脱节、缺乏系统性、缺少设计成分等。
4 教学方法陈旧
两门课程的教学方法距离综合能力的培养还相差甚远。多数学校依旧强调知识的完整性和系统性，教学方法仍很陈旧，重教法、轻学法，重讲授、轻自学，重结果、轻过程，重理论、轻实践。这种教育理念与教学方法，实际上是重视了授学生以鱼，而忽视了授之以渔。
二、理论教学体系的整合与优化
机械产品的设计一般要经过产品的规划、方案设计、技术设计、施工设计等环节，通过机械原理和机械设计课程的学习，学生不仅应掌握一般机械产品设计所需的基本理论知识，还应对机械系统有一个整体的认识，并应了解机械产品设计的基本过程。为此笔者尝试突破“机械原理”和“机械设计”两课程的界线，将教学内容和教学环节进行了重组、融合及整体优化，合并为“机械设计”课程。
1 课程目标
通过本课程理论教学、实验及课程设计等环节，实现总体教学目标：培养学生的工程意识和创新精神；使学生对机械产品具有整体的概念和正确的设计思想；掌握机械系统设计的基础知识，初步具备一般机械方案设计和分析的能力；掌握常用机构及其传动的运动学设计和工作能力设计的基本知识，掌握通用零部件设计计算和选用的基本知识，初步具备一般通用机械的设计能力；培养学生查阅和运用机械设计相关标准、手册及网络信息等技术资料的能力。
2 理论教学体系
在有限的学时内，合理取舍课堂教学内容，是关系到能否真正实现课程目标的关键，经过多年的仔细斟酌、反复探究，提出精、宽、新的授课原则：精——精选重点和难点的内容进行详解与指点，避免烦琐公式的推导和易于自学的内容占用过多的学时；宽——拓宽学生的知识面，注重工程应用，启发学生举一反三；新——注重机械学科发展、将机械学科的科研成果融入教学，让学生了解机械学科的新技术、新方法。理论教学体系构建的基本思路有以下几点。
(1)以机械系统分析和综合设计能力的培养为主线，突出工程意识和创新精神的培养，并将这一思想贯穿课程始终。如将常用机构及其传动的设计均按照工作原理——运动设计——承载能力设计——结构设计的原则组织教学内容，以求培养学生对常用机构及其传动设计的整体概念。
(2)从整体设计思想出发，精简烦琐的公式推导及过时的工程方法，实现相关内容的融合贯通和整体优化。将机械设计的共性问题如机构的组成、运动学、动力学、零件的强度、机械的结构和摩擦学等基本理论进行整合，而在讲授具体机构及零部件设计计算时，针对具体机械的工况与技术要求，应用基本理论知识解决实际问题。
(3)实现机械原理与机械设计课程教学内容的有机融合。如将两门课程的齿轮传动内容进行整合，形成了从齿轮啮合的基本原理、基本参数、运动设计、强度设计、结构设计及润滑设计等的体系。再如将质量平衡与功率平衡组成机械系统的动力学设计；轮系和减速器等融合为传动系统设计的主要内容。整合后的课程体系由“设计基本理论”、“常用机构及其传动设计”、“通用零部件设计”和“机械系统设计”四部分构成。
三、实践教学体系的构建
实践教学体系由实验教学、机械实例分析与设计(大作业)、典型机械设计(课程设计)三部分组成，三个模块均以加强自学能力、研究能力、动手能力及工程意识与创新精神为培养目标。
1 实验教学
在实验教学中将计算机技术和网络技术与现代实验技术相结合，加强实验内容的综合性与设计性，如增开了典型机器与机构分析、机构系统创意组合、机械系统创意组合等综合性实验，对启迪学生的创新意识和培养学生的设计能力起到非常积极的作用。
2 机械实例分析与设计
本课程传统的课外作业内容虽然对一些基本概念、定义的理解起到一定的作用，但是由于各章相对独立、就题论题、解题方法千人一面等问题，让学生感到枯燥无味，抄袭现象严重。为了解决此问题，将“书本习题”大大减少，增加数个综合性、实践性很强的机械实例分析大作业。如“典型机构的综合与分析”大作业让学生走出课堂、走进实际生活、步入工程现场，观察、分析和比较现实生活中或工程实际中构思巧妙、设计新颖的机器或机构；再如“机构创意设计”大作业让学生根据生活中或生产现场的需求，自拟选题，进行机械运动方案的设计，对于优秀作品可以依托机械创新大赛，将创意构思完善、制作成实物，使学生完成对简单机械的概念设计、原理方案设计、运动设计、强度设计和施工设计的全过程。
通过对机械实例分析与创意设计，学生不仅对机械、机构有了更清楚的认识，对机械的运动规律的各种特征及其作用效果有了更深入的了解，把课堂上所学理论知识用于对实际机器或机构的分析与设计，得到了全面的
锻炼。
3 课程设计
课程设计是很重要的一个教学环节，课程设计的性质决定了它在对学生进行素质教育，培养学生工程意识和设计能力等方面具有独特的优势。原来的机械原理和机械设计的课程设计是分开的，相互之间没有联系，机械原理的课程设计是以机构的分析为主，机械设计是以零件的强度分析和绘制图纸为主，教师不仅限定了设计题目和方案，还给学生提供了非常齐全的参考资料，学生的创新意识得不到发挥。
将两门课程的课程设计进行了优化整合，从题目的选择到实施过程，更加符合现代机械的设计思路，即把过去仅进行机构和零部件的尺度综合、运动分析和动力分析，改变为进行机械系统的综合设计。通过一个有生产背景的实际课题(如粉料压片机、锯棒机、便携式举重器等题目)，要求学生在4周的时间内，从系统的角度首先进行执行系统方案设计、动力机选择和传动系统设计、然后采用优化方法对系统进行运动学设计，在此基础上再进行关键零部件的工作能力设计和结构设计。在结构设计方面，初步建立了由三维设计到二维设计的新模式。
通过课程设计内容的扩充和具有生产背景的实际课题的综合设计，不仅有助于学生建立对机械系统的完整认识，更为重要的是，通过对学生综合能力的培养，使学生的创新潜能得到了发挥，提高了设计的能力、计算机运用能力、形象思维的能力。
四、教学方法与手段的改革
近年来，随着两门课程体系的改革和深化，课程内容不断更新和增加，但教学学时相对减少，学时与内容成了突出矛盾。如何激发学生兴趣、启迪学生的潜能，提高学习的自主性和能动性，使学生在较短的时间内掌握机械设计的基本理论与方法；如何培养学生的工程意识、创新精神和设计能力，是教学方法和教学手段研究的重要课题。
1 从培养兴趣入手
得“完美无缺”，要给学生的自学留有余地和空间。四是改变就题论题、解题方法千人一面，解题过程枯燥无味的课外习题方式，开发能够激发学生的创新意识，充分发挥个人智慧的课外作业和实践训练，使学生在思考和探究中举一反三。
如由教师或学生提出讨论题目，通过小组讨论和研讨，调动学生的主观能动性，让学生成为学习主体，让学生有机会发表自己的学习体会和研究成果，使台上、台下教与学融为一体，课堂气氛十分活跃。再如，向学生推荐研究题目或启发学生自拟选题，通过各种渠道进行调研，完成与课程相关的小论文，并将其成绩大比例记入课程总成绩。通过这些开放式教学举措，将课堂延伸到图书馆、网络、和工程现场，不仅加强了对学生工程意识的培养，开发了学生潜在的创新意识，同时使许多过去认为走错了门的学生对机械产生了浓厚的兴趣。
3 倡导主动实践
兴趣是成才的起点，是成就事业的沃土。学习兴趣能激励学生充分发挥学习潜能，提高学习效率和质量。杨振宁先生谈大学教育和人才问题时讲到：“上课其实是一种表演，成功不成功最重要的一个标准，就是看教师能使多少学生对这个科目发生兴趣”。著名数学家华罗庚也曾说过：“有了兴趣就会乐此不疲，好之不倦，因而也就会挤时间来学习了”。我们在进行教学体系与教学内容的研究与改革时，也始终在思考与努力实践如何激发学生学习兴趣的问题。
启发式教学是激发学生兴趣的关键，这虽已是老生常谈的话题，但依旧是阻碍教学质量提高的关键问题。启发式和互动式教学是需要设计的，包括教学内容、讲授方式、教案、课件等等都需要设计。教学内容的设计，包括如何以问题开头，如何联系实际(包括恰当地将生活中的物理现象与课程内容结合)；讲授方式的设计，包括如何互动，如何使学生能够主动思考问题；多媒体教案或课件的设计，从内容、版面、色彩、字体等，都需要围绕如何激发学生兴趣而精心设计。总之要当个好“演员”，要引起“观众”的兴趣，就一定要设计好“剧本”。
2 开放式教学
开放式的教学方法，一是要打破传统的“一本书”，大力提倡课外阅读，让学生了解教科书之外相关领域的知识，更要让学生了解新理论、新方法和新技术。二是打破“一言堂”，给学生适当的“自由”，鼓励学生向老师提出问题，帮助学生树立“不唯书、不唯师、只唯实”的实事求是精神；三是教师不要把所有的知识点讲
被动实践是指实践的对象、方法、程序等关键要素都是由老师制定的，学生在老师规定的框架中，沿着老师制定的路线去完成实践任务。在基本规定的路径中，无需发挥个性和想象力，即可完成任务，主动实践的关键在于调动和激发学生对实践的兴趣和渴求，让学生尽可能真正作为主体参与实践活动的各个环节，包括对象的确定、方法的制定、程序(路线)的设计以及问题质疑、分析总结等。在主动实践的过程中，学生的质疑力、观察力、协同力等素质都能得到培养。
在机械设计课程的实践环节中，特别注重培养学生主动实践的能力。无论是课外“机械实例分析与设计”、还是实验和课程设计环节，均无限定题目，给学生充分发挥想象力和主动实践的空间与环境。使学生主动地留心观察身边的“动态物体”，寻找课堂上讲授的机构和机械的原型，通过观察、分析、想象，将其与课堂上、书本中的知识点联系到一起。利用北京得天独厚的条件，组织学生参观与机械相关的国际博览会，如食品加工、医疗器械、包装机械等国际博览会，使学生大开眼界，不仅提高了学生对机械的感性认识，了解机械设计领域的现状和发展趋势，更重要的是使学生产生了强烈的求知欲望，和学有“用武之地”的感觉。
上述研究内容经过多年的实践，在培养学生机械系统的整机观念和设计能力、激发学生对学习机械的兴趣、培养工程意识和创新精神等方面取得较好的效果，获得北京市教学成果奖。
[责任编辑：文和平]