成果名称:机械原理和机械设计课程建设与改革
成果完成单位:西北工业大学
申请人(集体):葛文杰、李建华、吴立言、李育锡、王三民
成果介绍(基本内容、实践效果、理论水平、推广价值):

　　　机械原理与机械设计是高等工科院校机械类专业普遍开设的两门重要的技术
　　　　基础课程。为了适应21世纪培养具有厚基础、宽口径、强能力、高素质,特别
是具有工程实践能力和创新能力的机械工程技术人才的需要,多年来,
　　　　西北工业大学机械学教研室在机械原理和机械设计两门课程的教学和建设中,
　　　　注重教育思想和教学观念的转变,积极开展课程教学内容、课程体系、教学
　　　　方法及教学手段的改革研究与实践,对两门课程的教学进行了整体优化。目
　　　　前已初步建立了以培养学生工程素质和能力为教学目标的新的课程教学体系,
　　　　并在两门课程的系列多媒体教材建设、实践性教学环节建设及师资队伍建设
　　　　等方面取得了可喜的成绩。两门课程在1993、1997年两次经学校复 评,连续
　　　　评为一类课程。随着我室编写的系列多媒体教材和成套教学成果在全国工科
　　　　高校中的推广使用,已在国内产生较大影响,其教学水平处于国内领先地位。

　　　　　　一、以培养学生的素质和能力为教学目标,优化课程教学结构

　　　　　　机械原理和机械设计课程是在理论基础课程与机械类专业课程之间起着
　　　　桥梁作用的技术基础课程。这两门课不仅是学生学好后续专业课程和拓宽专
　　　　业口径的重要基础,也是培养学生的工程素质、科学思维方法、综合设计和创
　　　　新设计能力的关键性课程。多年来,我们教研室一直-关注国内外先进的教学
　　　　思想和教学经验,注重教育观念的转交,开展教学内容和课程体系的改革,以
　　　　培养学生的工程素质和能力为教学目标,对两门课程的各教学环节的教学内
　　　　容、教学方法及教学手段选行了改革,整体优化各教学环节,并以此为主线,
　　　　推动机械原理和机械设计课程建设与改革的各项工作。通过课内外结合、理
　　　　论教学与实践教学结合、教与学结合等多种方式,有机地相互联系,整体优化
　　　　课程教学结构,形成了一套新的课程教学体系(见表l)。 I、主干教材建设

　　　　　　为适应新世纪机械工程人才培养的需要,从93年起教研室开始机械原理
　　　　和机械设计课程教学内容和课程体系的改革研究和实践,并认真做好教材的
　　　　编写工作:广泛收集和查阅国内外优秀教材和有关教学资料,并在吸取先进
　　　　教学内容的同时,设计具有自己教学风格的内容、插图、表格、例题和习题
　　　　;广泛征求和认真听取国内同行专家和教材使用学校教师的意见;注意总结
　　　　近十年来国内机械原理与机械设计教学改革的成采;经常开展教学方法研讨
　　　　活动,讨论研究教材内容的取舍和体系的交灵,并积极进行教改试点工作。
　　　　l996年由我室编写,孙桓、陈作模主编的《机械原理》(第五版)和漠良贵、
　　　　纪名刚主编的《机械设计》(第六版)由高等教育出版社出版。其学术水平、
　　　　教学水平、文字水平及出版质量在国内同类教材中堪称一流。1997年均被
　　　　列入普通高校教育"九五"国家级重点教材编写计划,均荣获1998年教育部
　　　　科学技术进步二等奖,其中《机械原理》教材又被教育部推荐中报国家科
　　　　学技术进步奖的评奖。l996年以来《机械原理》(第五版)发行量83000余
　　　　册,《机械设计》发行量为77200余册, 国内影响较大。

　　　　　《机械,原理》与《机械设计》教材的特点为:着重讲清"三基"内容,由
　　　　浅入深、循序渐进、内容精炼、概念准确、论这严谨透彻、插图清楚、文
　　　　字流畅、教师易教、学生易学。在教材内容体系上有较大改交,在内容和
　　　　质量上可谓是炉火纯青,充分反映了我国十年来机械原理和机械设计课程
　　　　教学改革的成果,如机构选型、组合、交异ZL机械系统方案设计等内容,
　　　　均为我国独创,国外教材皆无此内容,为培养学生的创新设计能力提供了
　　　　条件;充分反映了当代科学发展的最新成采,如图解法的简化和解析法的
　　　　加强,高速凸轮机构、抛物线齿轮、谐波齿轮传动、因弧齿蜗杆传动及窄
　　　　V带传动等内容的适度引入;名词、术语、标准随着形势发展而灵新;在教
　　　　学法方面具有独具匠心的考虑等等(国家教委机械原理与机械设计课程教
　　　　学指导小组专家的评价)。

　　　　　2、辅助教材建设

　　　　　　为了更有效地提高两门课程的教学质量,以两本通用教材的建设为
　　　　龙头,配套编写了成套的辅助教材l3种和相应的电教片,以及CAI课件和
　　　　教学参考书。1996年新 编了《机械原理作业集》和《机械设计作业集》,
　　　　修编了《机械原理学习指南》(第二版)、《机械设计学习指南》(第二
　　　　版)和新编了教师教学参考书《机械原理教学指南》(以上五本书均为高
　　　　等教育出版社出版);编写了《机械原理课程设计指导书》、《机械设计
　　　　课程设计指导书》(西工大出版社出版)、《机械原理实验指导书》、《
　　　　机械设计实验指导书》;编印了《机械原理解题指南》和《机械设计解
　　　　题指南》两本教师教学参考书;修编了近机类专业使用的《机械原理教
　　　　程》和《机械设计教程》(西工大出版社出版)两本教材;摄制了用于课
　　　　堂教学的一套《机械原理电教教学程序片》(机构运动简图绘制等29集
　　　　短片,共345分钟)和用于机械设计课程设计的"减速器工艺及设计"两集
　　　　电教片(均由西北工业大学出版社出片时,编制了机械原理CAI软件包(涉
　　　　及六个部分,共20个课件)和机械设计CAI软件包(有螺栓联接等九个模块,
　　　　此软件l994年由高教出版社出版)。

　　　　　　为了使这两门课程的教学能更好地适应21世纪高质量人才培养的
　　　　需要,我们参加了由国家教育部l996年立项的"面向21世纪工程制图与
　　　　机械基础系列课程教学内容 和课程体系改革研究与实践"课题(我校
　　　　为项目主持单位之一)的研究工作,并开展了1996年由教育部批准立项
　　　　建设的我校"国家级工科机械基础教学基地"(西北地区唯一一个)的建
　　　　设工作。为此,我们广泛收集了国内外高等工程教育改革的情况,就机
　　　　械类人才的培养模式、人才素质及能力和课程改革等问题对全国近150
　　　　所大中小型企业发出了问卷调查信(返回到封),西航发动机公司、西飞
　　　　公司等单位的专家、领导科技工作者进行座谈4次,在教研室多次开展
　　　　了关于教学内容和课程体系改革讨论与研究的教学法活动,从而形成了
　　　　系列课程教改方案及课程建设方案。

　　　　　三、积极开展科学和教学研究,建设高水平的师资队伍

　　　　　　师资队伍建设是课程建设的关键。我教研室现有教师I7名(高级
　　　　职称占65%),基本上为中青年教师,43岁以下教师均具有博士或硕士
　　　　学位,并承担了全校本、专科的机械原理、机械设计及机械设计基
　　　　础等课程和硕士研究生的机械CAD、优化设计等7门课程,基本形成
　　　　教学水平和学术水平较高,年龄、职称结构合理的师教队伍。在 师
　　　　资队伍建设上总的思路是:以科研促教学,以研究和建设促水平,以老
　　　　带新,使用和培养相结合,创造条件,推进青年教师培养:

　　　　　　(l)鼓励教师积极争取并参与科研项目,提高教师的学术水平和
　　　　工程实践能力。近几年来我教研室教师争取到的科研项目有:国家自
　　　　然科学基金项目(l项)、航空科学基金(5项)、航空高校自选课题(6
　　　　项),CJ2000预研项目及横向合同课题(2项)、科研总经费为4l0万。发
　　　　表科研论文64篇,获科研奖5项。通过科研活动不仅使教师学术水平提
　　　　高,而且使教师讲课内容灵丰富、生动。如通过横向课题"吐哈油田的
　　　　井下工具试验装置的研制",这对青年教师的工程设计能力起到很好的
　　　　锻炼作用。

　　　　　　(2)积极开展教学研究和课程建设,提高教师的教学水平。近年来,
　　　　我教研室教师在承担较繁重教学任务的同时,还积极开展教学研究和
　　　　课程建设,校内立项教学研究项目5项,国家教育部立项的项目5项,共
　　　　发表教学研究论文25篇,获校教学成果奖5项。通过教学研究和课程
　　　　建设,教师不仅提高了教学的理论水平,深化了教学内容,拓宽了知识
　　　　面,而且也增强了 教师的责任感和教书育人的主动性,近年来我室教
　　　　师获学校教书育人奖和奖教全共l3人次。

　　　　　　(3)重视青年教师的培养。首先充分发挥青年教师主观,能动性,
　　　　鼓励他们积极参与科研、教学研究课题和课程改革与建设工作,在干
　　　　中学,在实践中成长。其次,充分发挥老教师的传帮带作用,通过"培
　　　　养青年教师的导师制"和"青年教师试讲制"等制度,帮助青年教师尽
　　　　快通过教学关。近年来我室青年教师一人被选定为西北工业大学跨
　　　　世纪学术带头人,四人被选定为西北工业大学跨世纪教学带头人,两
　　　　人获西北地区高校机械原理青年教师讲课竞赛l、2等奖,三人获陕西
　　　　省:高校机械设计青年教师讲课竞赛I等奖2项,二等奖l项。

　　　　　四、改革课程教学方法和手段,提高课程教学质量和效益311
　　　　吟止在?f Jj〉要提高课程教学质量和效益,不仅要注意课堂教学方
　　　　法和手段伪改革来提高教师的课堂教学效果和信息量,而且还妥注
　　　　重各教学环节的教学方法及手段的改革来提高学生学习的效果和效
　　　　率,尤其是要重视培养学生自我获取知识和自我发展的能力。为此,
　　　　我们采取了以下改革措施:
　　　　l、注重启发和引导,采用多媒体教学手段

　　　　　　在教学方法的改革上,通过示范性讲课,青年教师试讲,学科发
　　　　展讲座等方式,注重根据课程各教学环节的教学特点、效果来合理
　　　　分散、取舍和安排教学内容,达到重点突出,难点分散;在讲授方法
　　　　上,提倡采用"三段法",即提出问题、分析问题及得出结论,并在提
　　　　出问题上下功夫,达到启发和引导学生的思维;注重适度引入本学科
　　　　和相关学科的新发展,以启发和开阔学生的思路等等。在教学手段
　　　　改革上,注重采用多媒体的教学手段。根据教学内容的特点,恰当选
　　　　择挂图、模型、电教片或CAI课件等教学手段来获得最佳的教学效
　　　　果,提高课内信息量。结合机械原理课程的电化教学编制了属国内
　　　　首创的《机械原理电教程序片》(29集),并用于配合课堂讲挨插播;
　　　　针对重点和难点编制了机械原理的l2个课件和机械设计的8个课件
　　　　(该软件获国家教委第一届全国优秀CAf软件三等'奖)j 1993年我
　　　　们在两门课程中率先开展计算机辅助课堂教学,产生了很好教学效
　　　　果:1993年扩建了可供I30人上课用的并配有计算机、投影仪、多
　　　　功能投影仪、录相机等设备的电视闭路系统多媒体电化教室;1996
　　　　年又 开发了机械原理l8个课件,并获l996年航空总公司电教教材一
　　　　等奖;l997年又增编了用于大作业自检软件,获第二届全国高等工
　　　　业学校优秀CAI软件二等桨,目前已有国内近十所高校使用;1998年
　　　　结合"九五"国家重点科技攻关项目一-CAI软件开发与研制,编制了
　　　　"连杆机构网络多媒体示教型CAI软件"和"带传动多媒体CAI软件"。
　　　　使两门课程在电化教学和电子教材建设方面也处于国内前列。

　　　　2、注重学习方法培养,编制指导学习型的作业集。

　　　　　　针对课程教学时数减少、又无习题课、学生习惯于理论课学
　　　　习,而缺乏技术基础课的学习方法,普遍存在做习题困难,效果差、
　　　　效率低等问题,我们编制了《机械原理作业集》和《机械设计作
　　　　业集》。这两本作业集在内容及形式上属于国内首创。发行量均
　　　　达30000余册.高教出版社的力学机械,室主任马盛明对此作业集
　　　　给予很高评价"该作业集很有特色,凝聚了你们丰富的教学经验"。
　　　　《机械原理作业集》的主要特色为:

　　　　　　(I)内容丰富,既重基础又注重能力培养,精选了一定数量(共
　　　　l06道题)的各类典型习题,设计了一些具有工程应用背景和创造
　　　　情境的习题,以加强对学生解决工程 实际问题的能力训练和启发
　　　　学生的创新设计;

　　　　　　(2)注重方法指导。通过"提示"、习题附加说明或思考题等
　　　　方式,针对不同习题的教学点及教学目的,提出了具体的作题要求,
　　　　提高了学生做作业的效果,并达到对学生学习方法的指导;

　　　　　　(3)编排形式灵活。在作业集的编排上,根据不同习题应解
　　　　决的关键问题和达到的教学目的,分别要求学生作出全部解答、
　　　　补充解题、解题思路,填空或者改错等等,达到既多练、又精练
　　　　的教学效果。

　　　　　　作业集的使用起到了良好效果。如"平面机构运动分析"是学
　　　　习的难点,过去作业正确率仅为lo~l5%,使用作业集后提高到80%以
　　　　上,学生不仅较好掌握基本方法,还系统地学会一些分析方法和技
　　　　巧。作业集中的一些习题还启发了一些学生提出设计"收藏式床头
　　　　小写字桌和书架"等创新设计的构思。

　　　　3、注重学生素质培养,增设课外大作业,提高学生运用计算机和机械CAD的能力

　　　　　　为了提高学生运用计算机和机械CAD的能力,他们从1993年开始
　　　　试点增设了课外CAD大作业(凸轮机构设 计、平面连杆机构的运动
　　　　分析),1995年开始在全校二、三、十及十二系机械类专业l3个班中
　　　　推广。学生按给定的要求编程上机并独立完成分析、设计计算,绘
　　　　图和结果分析,最后以设计计算说明书的形式提交编写的大作业。
　　　　通过大作业使学生运用计算机的能力有了明显提高。学生用C语言、
　　　　C++、JA VA等多种语言将大作业编制成可进行计算及图形打印、动
　　　　画仿真和可变参数的通用性多种软件,为学生在后续课程中运用计算
　　　　机及毕业设计时很快进入软件开发打下了良好的基础。学生深有体
　　　　会地说,通过大作业亲自动手编程上机调试,才知道运用计算机编程
　　　　计算是怎么一回事,并不是象过去想像那么简羊。这两个大作业已
　　　　编入《机械原理作业集》,并在全国部分院校推广使用。

　　　　4、改革答疑方式,加强课外课程辅助教学,培养学生获取知识的能力

　　　　　　教师在整体课程教学中主要作用是启发、引导学生的学习,解决
　　　　学生学习的难点,并为学生创设学习情境和条件。为此,我们改革传
　　　　统答疑方式,采取了以下做法:变过去任课教师只管自己任课班学生
　　　　的每周一次答疑为由教 研室统一安排同类课教师面对全校学生的每
　　　　周4次以上的答疑;变过去任课教师羊一面对学生答疑的方式为兼顾
　　　　为学生开放有关辅助教学的各陈列室如:机器总体陈列室、机械原理
　　　　陈列室、机械设计陈列室以及机构陈列室,让学生在观察实物过程和
　　　　动手中去学习,培养学生自己获取知识的能力;利用课外答疑时间定期
　　　　为学生播放有关拓宽学生知识面和开阔学生思路的电教片,如"中国古
　　　　代机械"、"接线针轮传动"、"谐泼传动"、"智能机器人"、"机械子"
　　　　等,大大激发了学生学习的主动性和积极性。

　　　　五、注重学生综合创新能力培养,加强实践性教学环节和第二课堂建设

　　　　　　综合能力和创新能力是21世纪具有竞争力的工程人才的重要素
　　　　质,也是21世纪高等工程教育的教学目标。多年来,我们对两门课程
　　　　的实践性教学环节的改革进行了积极的探索和实践,基本思路是:通
　　　　过创建能增长学生工程实践知识的直观教学基地,改变传统的羊一机
　　　　构和羊一零件的展示教学,使零件和机构具体体现到一个真实的现代
　　　　机器系统中或机械产品实现过程中,以增强学生的工程意识;改变传
　　　　统的局限于验证理论和掌握操作技术的课程 实验,开发能增强学生
　　　　综合实践能力的新实验,综合培养对学生的实验思想、方案、技术、
　　　　观察力、表达力和创造性;设计和建设在内容上贯通的机械原理课程
　　　　设计和机械设计课程设计,形成学生综合与创新设计训练主线。通过
　　　　举办大学生课外"机械,创新设计与制作竞赛"活动及建设开放式机械
　　　　创新制作实验室来加强第二课堂建设,形成对学生综合与创新设计训
　　　　练的一条辅线。

　　　　　　根据上述改革思路制定的实践性教学环节建设方案已列入我校
　　　　国家机械基础教学基地的建设中。并已部分实施形成特色

　　　　　　(l)建成一个有牛头创床、小型自动机、内燃机、缝纫机、电影
　　　　放映机、糖果包装机和复印机等十多种真实机器,有部分机器剖切的
　　　　直观教学基地,配制了相应的传动简图。经几年的教学使用表明,不仅
　　　　在增长学生对实际机器的感性知识、增强学生对两门课程的学习系统
　　　　性等方面有很好的教学效果,而且激发了学生对机械的兴趣,有利于调
　　　　动学生学习的主动性。

　　　　　　(2)在机械类专业的lo个班中开设以机械系统传动方案设计为内
　　　　容的机械原理课程设计。目前已有游戏机、 推包机及小型卧式模锻
　　　　机的传动系统设计等6个设计题目,编写了《机械原理课程设计指导
　　　　书》。配合课设介绍了有关机构选型、机构组合、变异等机构创新
　　　　教学内容;购置了伪装式小警车、海豚顶球等十多种设计巧妙的玩具、
　　　　一些巧设计工具和小机电产品等,并配制了相应的彩色传动简图,为学
　　　　生进行演示教学,以启发学生创新构思。这一课程设计指导书已在国
　　　　内部分院校推广使用。

　　　　　　(3)举办大学生"机械创新设计与制作"竞赛活动。学校拟若干设
　　　　计选题,如高楼自救器、自动关闭水龙头等四个设计题目供学生选择,
　　　　主之励学生自选题参赛。l998年举办第一届大学生"机械创新设计与
　　　　制作"的竞赛,报名参加人数为l45人。经过5周的方案设计竞赛和三
　　　　周的结构设计竞赛,通过专家两次坪选,许一等奖2项,二等奖5项。获
　　　　奖的作品,不仅构思巧妙、结构简单,而且工艺性好

　　　　　　六、成果及推广价值

　　　　　　　l、成果

　　　　　　我室经过多年的课程改革和建设工作已取得了以下主要成果:
　　　　　　(I)建立了适应跨世纪高质量工程技术人才培养需要的、具有课
　　　　　内与课外、理论与实际和教与学有机相结合特色的新的课程教学体
　　　　　系,并取得很好的教学效果。

　　　　　　(2)编写并出版了高质量的主干教材和与之配套的辅助文字教材、
　　　　　教学参考书以及声像教材和CAI软件,其配套齐全程度在国内外均
　　　　　属罕见。

　　　　　　(3)建立了有助于提高学生工程素质和创新能力的较完备的实验
　　　　　教学和直观教学基地。

　　　　　　(4)顺利完成了新老交替,已建成了一支教学和学术水平较高、
　　　　　年龄和职称、结构合理的教师队伍。

　　　　2、专家许价

　　　　　　　清华大学中永胜教授(现课委会委员)许价为"《机械,原理》(
　　　　　第五版)是一本在全国工程院校发挥重要作用和具有重要影响的优
　　　　　秀教材。l997年教育部工科机械原理与设计课程指导小生且和全
　　　　　国机械原、理研究会曾联合对全国近百所高校进行了问卷调查,结
　　　　　果表明有近75%的学校用该书作教材"。

　　　　　　　清华大学吴宗泽教授(原课委会委员)坪价为"开发了多媒体教
　　　　　材,第六版打破了过去一本书解决一切问题的 模式,明确地规定了
　　　　　本书配套教材及软件(见书封皮),包括学习指南、作业集、CAI软件
　　　　　包,对精练教材、多媒体统一编排,起了很好的作用,显示了高校教
　　　　　材的发展趋势"

　　　　　3、推广价值

　　　　　　　前达成果中除了所形成的《机械原理》和《机械设计》两门课
　　　　　程的主千教材及其配套的多媒体系列辅助教材以及教学参考书等已
　　　　　经在国内推广使用外,还有以下教学成果具有推广价值

　　　　　　　(I)组织编写教材和搞好系列多媒体教材建设的经验,

　　　　　　　(2)技术基础课程师资队伍建设和青年教师培养的经验;

　　　　　　　(3)体现加强学生素质、能力培养特别是学生综合设计和创新设
　　　　　　计能力培养,并具有课内外相结合、理论与实践相结合及教与学相
　　　　　　结合的特色的机械原理及机械设计两门课程的教学思想、教学体
　　　　　　系以及各教学环节的教学内容、教学方法和教学手段以及教学经验。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　填表人:葛文杰I999年4月3日