系统动力学基础课程设计论文

摘要：交通仿真是近年来新兴的一门学科，研究生交通仿真课程也是伴随着该学科的兴起而产生的，以昆明理工大学交通仿真技术及应用课程为例详细介绍了交通仿真类课程的教学内容、教学过程及教学方法，并探讨了研讨式、探究式、理论联系实际及开放式教学方式在本门课程中应用，实践证明该教学方式可取得较好的教学效果。下面小编整理了一些《系统动力学基础课程设计论文 (精选3篇)》的相关内容，希望能给你带来帮助!

系统动力学基础课程设计论文 篇1：

爆炸物理学课程建设研究

摘 要 从加强军队院校学员综合技能培养，落实新型作战人才建设实施方案的要求出发，结合军队院校改革指导思想，大力推进弹药技术人才建设。阐述开设爆炸物理学课程的意义、课程建设的性质和目的，初步探讨课程的内容和教学的方式方法，提出应注重教师水平和教学专修室建设。

关键词 弹药技术;爆炸物理学;军队建设;课程建设

1 前言

弹药是指装有火药、炸药或装填物，可发射、投掷或布放至预定地点，实现毁伤目标或完成其他战斗任务的军事装备[1]。其性能的高低、质量的优劣、保障运用的强弱，直接关系着作战目标的实现和任务的完成。顺应中国特色军事变革，培养适应现代信息化战争需要的弹药技术人才，对军队建设具有重要的意义。

2 课程建设的意义

新型弹药技术人才建设对学员提出更高的要求，要求系统掌握专业基础理论、装备基本原理、典型装备构造和保障理论，掌握典型装备运用基本知识、基本技能，具有从事装备技术保障、保障指挥、武器系统运用工作的初步能力，了解国内外相关装备发展概况和部队装备管理理论、方法，了解相关部队的主要任务和主要装备的作战性能[2]。

爆炸物理学课程建设，适应弹药装备课程需要，对弹药学员理解弹药爆炸过程以及各种介质中爆炸作用过程涉及的基本问题具有促进作用。此外，课程编排的轻气炮冲击实验、霍普金森杆力学性能加载实验、爆炸过程的数值模拟等，对学员加深弹药爆炸威力的认识有着直观冲击的效果，达到理论教学和实践操作相结合的效果。

3 课程建设

课程的性质和目的 爆炸物理学是以弹药爆炸为研究对象，涉及物理、化学、力学等多个学科领域，综合应用理论、实验和数值模拟的研究途径，全面系统地阐述爆炸的发生和发展规律以及爆炸的力学效应的利用和防护的学科[3-5]。本课程的目的在于让学员通过本课程的学习，了解炸药爆炸的基本概念和基本现象，掌握连续介质力学基础及气体动力学理论，理解炸药的起爆机理，熟悉爆轰产物的一维飞散与推进作用，掌握爆轰对固体的应力波及爆炸冲击波作用，学会爆炸作用数值模拟计算方法，为从事弹药安全工程和弹药作战运用相关课程的后续学习奠定必要的理论基础。

课程设计的思路理念 本课程以综合素质和创新技能的培养为根本，坚持教员导学与学员自学相结合，注重培养学员严肃、认真的工作态度与耐心、细致的工作作风，注重爆炸理论教育的基础性和严谨性，体现爆炸理论的科学性和系统性。课程编排以掌握爆炸作用机理为核心，注重兼顾军事应用的技术基础;对于课程的重难点，在讲授知识的同时应注意前伸和后延，培养启发学员发现问题、研究问题以及运用所学知识解决实际问题的能力。教学过程中充分运用信息化教学资源和手段，优化课堂设计，营造课内外学习环境，实现教与学的深层次互动。

课程内容设计 本课程以炸药爆炸发生、发展规律及作用机理为主线，内容采用模块化设计[6]，分为绪论、连续介质力学基础、气体动力学基础、炸药的爆轰过程、爆轰产物一维飞散与推进作用、爆炸对固体的应力波作用、爆炸冲击波作用和爆炸作用数值模拟计算等八大模块，注意研究各部分内容之间的联系，将教学内容连接成一个有机的整体。既论述爆炸的基本概念和基本现象，又深入分析炸药爆炸发展规律及机械效应机理，同时兼顾实践模拟计算及与军事作战运用的结合拓展[7]。

第1章：绪论。本章主要涉及炸药的概念及类别，爆炸的定义、特点及分类，旨在使学员掌握爆炸现象及性质，理解炸药爆炸的基本特点，了解爆炸科学的发展历程，对炸药爆炸现象进行初步认识。

第2章：连续介质力学基础。爆炸物理学虽然绕不开对间断面的研究，但仍然以介质的连续性假设为前提，学习爆炸物理学自然需要一定的连续介质力学基础。本章简要介绍流体力学基础、应力分析基本概念、流体动力学基本方程等基础知识，其他相关知识将在后续适当章节择需介绍，意在为本课程学习提供必要的数学和力学基础知识。

第3章：气体动力学基础。实验表明，爆轰波的传播以及爆炸对外界的作用，必然涉及爆轰产物、空气等气体的高速膨胀和流动，要涉及相关波的知识。因此，研究爆炸的发生、发展规律及其力学效应，有必要先学习一些关于气体的流动、扰动波的传播以及冲击波的经典理论等气体动力学方面的基础知识。本章主要包括气体的物理性质、状态参量的定义、热力学基础及波的基本概念、气体的平面一维流动和平面正冲击波等内容。

第4章：炸藥的爆炸过程。本章主要涉及炸药的起爆机理、气体爆轰参数的近似计算和稳定爆轰条件及爆轰波参数计算，意在使学员了解炸药起爆过程，掌握气体炸药爆轰现象和云雾爆轰现象，掌握爆轰浓度极限确定方法，熟悉气体爆轰参数的计算，掌握凝聚炸药爆轰传播过程的直径效应，理解爆轰波的波形及其控制。

第5章：爆轰产物的流动及其与物体的相互作用。炸药爆轰形成高能量密度气体爆轰产物，而爆轰产物的剧烈膨胀流动，必然促使与其接触的介质或目标发生加速运动或变形，从而造成包括但不止于力学效应在内的损伤与破坏。也就是说，爆炸破坏作用根本上来源于炸药能量的释放，最初的环节是爆轰产物的膨胀流动。因此，有必要在前述气体一维等熵流动的相关知识和爆轰产物初始参数计算的基础上，研究爆轰产物一维飞散流动中状态参数的时空分布规律，及其对钢壁物体的冲击相互作用。本章主要涉及爆轰产物一维分散流动的描述、爆轰产物对钢壁的作用冲量、爆炸对刚性物体的一维抛射计算及弹丸破片初速计算。

第6章：爆轰对固体的应力波作用。前述研究炸药爆轰的发生与发展及其对介质的作用，爆轰产物属于流体，被作用介质或者假定为刚性体，或者假定为不可压缩流体，仅在破片初速计算中简单涉及固体材料的变形问题。实际情况中，炸药爆轰对固体的作用，包括高速运动物体(如破甲弹金属射流)对固体的撞击作用，都有可能在固体材料中产生所谓的应力波并引起介质状态的复杂变化，进而导致破坏。固体材料受爆轰作用所引起的状态变化与流体介质既有联系又有区别，有必要专门予以研究。为此，本章简要介绍固体应力波基础知识，着重介绍爆炸对固体接触面的破坏作用和层裂效应。

第7章：爆炸冲击波作用。本章以炸药爆轰形成的冲击波作用为研究对象，简要介绍介质中爆炸的基本现象以及冲击波的形成、传播与作用等。内容要求包括了解空气冲击波的形成与传播，理解空气冲击波初始参数内涵，掌握空气冲击波的爆炸相似律与参数计算，掌握空气冲击波的作用以及水土介质中的爆炸作用。

第8章：爆炸过程数值模拟。借助数学模型进行数值模拟，能够直观体现弹药的爆炸毁伤性能[8]。本章从数值模拟方法的概述入手，重点讲解数值模拟方法在爆炸物理学中的应用，内容编排包括数值模拟算法和爆炸仿真软件的应用，意在使学员理解爆炸数值模拟的算法，掌握典型爆炸仿真软件的应用，能够对数值模拟软件结果进行验证和修正。

课程教学的方式方法 立足军队建设与训练改革实际，紧扣弹药作战效能评估能力建设和弹药作战运用问题研究，统筹考虑知识结构、教学内容更新设计、教学方法设计、教学过程设计和教学结果评价诸方面的协调，建立包括和谐教学模式和有效教学质量检测的现代化教学体系;充分利用多媒体、网络教学、虚拟实验等现代信息技术和现代教育技术，丰富教学方法和教学手段[9]。

课程教学采用启发式、导学式、研究式等多种行之有效的教学方法，启发诱导学员思考，强化敛散思维训练。运用弹药辅助模型、教学挂图、电子媒体、网络资源等不同手段，扬长避短、优势互补，实现教学方法和手段多样化，达到强化基础、密切联系实际、注重思维能力培养的教学效果。实验教学对于学员理解抽象深奥的爆轰波理论具有重要的作用，可以化抽象为具体，便于学员理解。课程考核方式采用过程评价和结果评价相结合，重点考核学员对所学知识的综合运用能力。

课程考核评价 从基本理论与实践操作两方面来综合评价学员的学习效果。实践过程中记录各实践科目的组织过程、操作规范性、实践报告内容的正确性与完整性，根据对记录的量化分析给分。终结性考试采取闭卷考试形式，考试内容主要为理论综合应用简答题和计算题，主要考核学员对炸药爆炸的发生、发展规律与作用机理的理解和相关计算推导解决爆炸相关问题的能力。最终成绩采取考试成绩占70%、随堂作业和实践操作占30%的量化分布方式。

4 教学心得和展望

弹药技术专业特点要求对课程的讲解内容侧重点不同。本专业是一个交叉的学科，涉及的知识面和相关的课程比较多。因此，对授课教员要求扩大知识面，同时加深理论知识的体系巩固，以及相关弹药效能的更新发展。课程建设中，多与地方和军内其他院校行业专家学者沟通学习，着力拓宽相关知识点的深度和广度，强化对授课教员专业实训时对设备的操控能力，便于今后对学员进行实践课程的讲解与指导。

弹药是武器系统火力终端，是达成目标毁伤、有效歼敌的终极手段。可以说，在构成部队战斗力的全部要素中，弹药是决定最终作战效力的最重要的物资保证。爆炸物理学课程作为弹药技术专业的一门专业必修课程，希望学员通过课程的学习，加深对爆炸及其作用的理论认识，夯实对爆炸过程中冲击毁伤的物理原理及计算能力的掌握，进而为后续弹药相关课程的学习奠定必要的理论基础。着力按照加强学员技术能力、保障指挥和武器系统运用培养的思路，完成大学本科教育和军官基础教育训练，培养德、智、军、体全面发展，适应建设信息化军队、打赢信息化战争需要，从事装备技术保障、指挥管理等工作，具备“指挥员+工程师”复合素质的新型装备保障指挥军官。

參考文献

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[3]奥尔连科.爆炸物理学(上册)[M].孙承纬，译.北京：科学出版社，2011.

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[7]甄建伟，刘国庆，王国栋，等.关于《弹药作战运用》课程教学改革的几点思考[J].军械教育研究，2016(3)：45-47，91.

[8]唐琦.火力毁伤仿真中典型目标模型的研究[D].石家庄：军械工程学院，2009：8-47.

[9]雷彬，蔡军锋.军队院校实验室建设的探索与思考[J].实验技术与管理，2012(10)：191-192，196.

作者：韩瑞连 刘国庆 王国栋 张华翔

系统动力学基础课程设计论文 篇2：

研究生交通仿真课程教学的探索与实践

摘 要：交通仿真是近年来新兴的一门学科，研究生交通仿真课程也是伴随着该学科的兴起而产生的，以昆明理工大学交通仿真技术及应用课程为例详细介绍了交通仿真类课程的教学内容、教学过程及教学方法，并探讨了研讨式、探究式、理论联系实际及开放式教学方式在本门课程中应用，实践证明该教学方式可取得较好的教学效果。

关键词：交通仿真课程;研究生教学;探究式教学;理论联系实际;开放式教学

一、概述

目前國内许多高校在本科及研究生阶段都开设了交通仿真类课程，但本科阶段的交通仿真课程主要是介绍授系统仿真建模的基础理论和技术，侧重以基础知识为核心，并辅以简单介绍国际上一些比较著名的仿真软件，如Vissim、Aimsun、Transmodeller、Transcad等。部分学校也会在本科交通仿真课程教学内容中增加课程设计，但本科阶段的课程设计只能停留在一些简单的仿真案例，如交叉口的信号配时仿真、简单路网的交通分配仿真等。在科研中引导学生发现问题，鼓励学生活学活用是对研究生交通仿真类课程教学的主要方法，让学生自主查找资料，开展实验及讨论，并以此对学生思维方式进行训练，使学生的学习兴趣和探究能力得到提升。

本文以昆明理工大学交通工程学院(以下简称“我院”)为研究生开设的“交通仿真技术及应用”课程为例，以培养学生的探究能力、自主能力和创新能力为目的全面探索了研究生交通仿真类课程教学的内容选取、教学方法及过程、考核方法等方面的内容。

二、教学内容

研究生具备丰富的知识储备和较强的学习能力，对新知识可以很快消化吸收，同时考虑到同一门研究生课程可能有来自各个不同专业学生同时选学，因此对研究生专业课的教学要求要从新意、深度和广度等方面综合开展，这是与本科专业课教学有区别的地方。我院的交通仿真技术及应用课程选修的学生有交通运输工程一级学科下的载运工具运用工程、交通运输管理与规划、交通信息工程及控制三个专业的学生及机械工程一级学科下车辆工程专业的学生如图1，涉及研究生的范围较广，所以本门课程在选取教学内容时兼顾两个学科。

我院的交通仿真技术及应用课程注重学生在交通运输领域方面的学习，通过对系统建模与仿真理论基础和建模方法的介绍，让学生系统地了解道路交通运输及车辆工程领域的前沿概况，还通过仿真专论的学习，如典型的交通、运输、车辆专用仿真系统或软件的开发和应用来强调本领域的深度。具体教学内容共分理论基础篇、仿真专题篇和项目训练篇三个部分，如图2。

(一)理论基础篇

理论基础篇是我院交通仿真技术及应用课程的基础理论部分。主要介绍道路交通运输系统建模及仿真的基础理论及基本方法。教学重点围绕道路交通系统领域相关的建模玩问题培养学生建模思路。本部分主要采取课堂讲授的形式，其中与本科生课程不同之处在于强调了交通仿真的新进展介绍，例如基于驾驶员行为的交通仿真建模方法等。本部分将强调学生的课外阅读量，对于参考教材以及涉及的专业基础理论需要大量的课外阅读来深化掌握，要求学生针对课程教学涉及理论部分，课后完成不低于1.5倍课堂时间的阅读量，阅读内容要求涉及较多最新的相关领域英文文献，并要查询了解相关核心知识点。

(二)仿真专题篇

课程以交通运输领域仿真工具和仿真软件为基础，以科学研究依托，涉及汽车动力学仿真、人-车-路在环系统仿真、交通微观及宏观仿真、物流系统仿真等多个方面的实例应用。因此本部分以案例分析为主，授课教授结合实际科研项目经验，并邀请国内外业内知名专家开展讲座，介绍各专项研究的仿真方法及思想。在本部分采用上机训练的形式和项目实践情景融入方式对学生进行教学，并且至少邀请国内外交通领域专家讲座1次。本部分的教学内容将实时的根据教师的最新研究进展和学科前沿情况进行讲授，确定大的研究领域，但案例教学内容的选取根据主讲教师以及学科内热点研究问题而定。

(三)项目训练篇

为培养研究生独立思考问题和解决问题的能力，在掌握交通系统仿真专题的基础理论、方法及工具应用的基础上，设定多个学生可选案例(Case Study)，让学生根据自己的专业和研究方向自选并开展某一专题研究的项目训练。培养学生的科研能力及素质。能够在他们掌握相应的交通仿真方法的同时，训练其相关交通仿真软件实际操作能力。具体形式为：在选定案例后，与指导教师进行讨论独立完成案例的分析，解决问题，编写专题研究(计算)报告，最后组织进行专题研究讨论(Seminar)。本部分的教学形式为教师指导和专题讨论。

三、教学方法及教学过程

本课程采用多种教学方法和手段进行教学，主要包括课堂研讨式、探究式、理论联系实际及开放式教学方式。

(一)课堂研讨式教学

研讨式教学作为以研讨为主的教学方法，带领学生在课堂上讨论和交流，引导学生独立钻研和思考，通过学术观点的相互碰撞、交流与补充以达教学目的。课程教学中课堂讨论的环节可以使学生更深地理解理论。因此本课程教学中课堂研讨式教学贯穿整个教学过程，例如在讲授模型建立时，启发学生通过实例归纳总结出系统建模的基本步骤，这样学生印象深刻，对于建模过程有了实质性的了解。又如道路交通问题，安排学生讨论，并由学生在课堂上向大家讲述，大家一起讨论、分析和评价，使每个学生都有兴趣积极参与，不但活跃课堂气氛，还培养研究生把握知识点内在规律的能力。

(二)探究式教学

教师在教学过程中以探究为主要的教学方法，启发学生在自主学习和协作讨论的基础上，进一步探究理论知识的内容。并引导学生參照研究与生活，通过表达质疑与探究讨论将所学知识应用于实际问题是解决。本课程的探究式教学是利用仿真手段解决交通问题的首要步骤，包括问题探寻和案例研讨教学，从复杂纷乱的交通调现象中通过问题诊断，快速剥离出交通本质问题和结症所在。采用问题探寻教学法就是介绍交通仿真类科研项目的研究目的、现状条件和背景，启发学生对规划相关问题进行深入思考，引导学生逐步总结问题，提炼问题主线。在项目训练过程中，以教学组已有的科研实践项目为实例，对应每一个专题，设置情景、任务、途径、资源、结论、展示等教学环节，有利于学生充分掌握应用仿真工具进行道路交通科学研究的过程、步骤和方法。

(三)理论联系实际的教学

理论联系实际是我国研究生教育所推崇的基本原则之一。我院的交通仿真技术及应用就是一门实践性要求较高的课程，学生的动手能力和在实际中解决问题的能力在课程学习过程十分重要，因此，在教学环节采用理论与实践结合教学法，在学生专题研究的教学过程中，教师事先就Case Study的要求、选题、难度等方面进行指导;Case Study要求学生针对实际的交通运输系统中出现的问题进行调查、剖析问题出现的原因，并利用各种仿真工具及方法进行问题的解决，这种教学方式可以大大加强学生理论联系实际的能力，并提高其实际动手能力。

(四)开放式课堂教学

依托于我院的云南省交通运输工程实验教学示范中心，在原有道路交通的人-车-路(环)大型驾驶模拟系统平台的基础上，通过整合我院几个专业学科的虚拟仿真实验教学资源，并利用我院云南省内燃机重点实验室的“高原大气模拟内燃机仿真实验平台”和云南省高校智能交通系统工程研究中心的“城市道路交通运行与控制仿真平台”的技术资源优势，进一步深化车辆与交通运输各学科的仿真教学实验的开发与应用;引进先进的虚拟仿真教学实验与资源共享网络平台，逐步形成了覆盖车辆工程、载运工具运用工程、交通运输规划与管理和交通信息工程及控制四个学科的虚拟仿真实验教学体系。2015年6月，在该教学体系基础上组建的云南省“道路交通运输虚拟仿真实验教学中心”获批，该平台的获批为我院、云南省乃至全国相关课程的实验环节提供了虚拟仿真资源的开放平台，同时该平台的建设针对我校研究生推行了“开放实验计划”，使课程的学习真正达到了“巩固基础知识，强化动手能力，提升综合素质，提高创新能力”的教学目标。

四、课程考核

课程考核是检验学生对本门课程掌握情况和学习效果的重要方式。而当前的课程考核方法即闭卷考试和开卷考试都有其弊端，闭卷考试是对研究生基本知识的考核，但试题达不到对学生能力的考核;开卷考试是以书本知识的摘抄为主的考试。两种考核形式均不能全方面对研究生的研究能力进行满足高质量的研究生培养。根据研究生知识面广、综合能力强的特点，我们采取了多种方式结合的考核方法，考试总成绩以课堂讨论Presentation+Project训练+自主专题研究(Case Study)来进行综合考核。这样可以使课程考核贯穿整个教学过程，任课教师也可以实时动态掌握研究生的课程学习情况，激发研究生的学习欲望，促进研究生的自主学习，增加课程学习的效果。

五、教学效果

通过昆明理工大学研究生课程教学质量评价表进行教学评价，教学效果评价体系如图3，包括教学队伍、教学条件建设、教学内容、教学方法与手段四个一级指标，其中，教学队伍(15%)包含三个二级指标：主讲教师(8%)、教学队伍结构及整体素质(4%)、教学研究(3%);教学条件建设(20%)包含：教材与指导书(3%)、课程教学材料(6%)、实践教学条件(5%)、网络教学环境(6%);教学内容(40%)包含：课程内容(30%)、教学内容管理(10%);教学方法与手段(10%)包含：教学方法(4%)、教学手段(3%)、考核办法(3%);教学评审(15%)包含：领导、同行、专家、督导听课评价(5%)、学生评教(5%)、录像资料评审(5%)，将以上二级指标权重组成权重体系，通过督导、学生、教师的综合评价，计算得出平均评分结果，计算如图3。

在研究生当中进行了交通仿真技术及应用课程的教学内容、教学能力与方法与教学效果的调查，调查结果显示该课程在激发学生的求知欲、主动学习能力、知识应用能力、掌握科学的学习方法及研究方法及提高创新能力等方面都取得良好的教学效果。鉴于课程教学过程中取得良好效果，该门课程被列为昆明理工大学的研究生百门核心课程进行建设。

六、结束语

研究生课程教学方法的良好选择有助于提高研究生的相关科研能力，对研究生夯实基础知识，提高科学素养起重要作用。我院交通仿真技术及应用课程教学与工程实践紧密相关，利用课程教师科研与实践实例作为教学脚本，以技术与应用为主开展“学生自主专题研究”环节，开阔学生眼界的同时，让研究生依据不同的研究方向进行仿真技术的侧重学习，并促进学生处理工程问题的能力，实现本课程“教学与科研结合”、“教学与工程应用相结合”的目标。其次，本课程以“基础-方法-应用-专题研究”为课程体系，依靠自主开发的KMRTS驾驶模拟系统平台及主流仿真软件工具，进行课堂教授，项目训练与专题研究等教学，同时将教学与科研实践紧密结合，对课堂的理论知识多方面补充，该教学形式具备独特的特色，在教育体系中具有一定的优势和影响。

参考文献：

[1]程中华，高崎，田燕，等.积极创新课堂教学方法不断提升研究生教学质量[J].中国电力教育，2012(1)：51-51.

[2]徐清，喻萍，刘天宁.将研讨式教学方法带进研究生课堂教学[J].昆明理工大学学报，2006，17(4)：67-68.

[3]白雁，王星，李永强.研究生仪器分析课程讲授的改革与实践[J].实验室研究与探索，2011，30(10)：111-113.

[4]曹雷.研究生课程考核方式及研究生质量保证体系研究[J].技术与创新管理，2010，31(4)：487-490.

作者：郭凤香 熊坚 秦雅琴 万华森

系统动力学基础课程设计论文 篇3：

机械原理教学中虚拟样机技术的应用实践

摘要：结合机械原理专业基础课的特点，以培养学生综合设计能力为主线，针对机械原理课程教学中教学形式进行改革探索。在机械原理教学过程中引入虚拟样机技术，在课堂教学、实践教学以及实验教学中应用ADAMS软件进行辅助教学，提高教学的直观性，增强学生学习的积极性，培养学生的机构综合设计能力。

关键词：机械原理;虚拟样机技术;ADAMS;综合能力

作者简介：张伟(1977-)，男，安徽亳州人，湖北汽车工业学院机械工程学院，讲师。(湖北 十堰 442002)

机械原理是高校工科机械类专业的重要基础专业课，是基础课与专业课之间重要的衔接课程，其理论学习与工程实践的联系较为紧密。[1，2]机械原理课程涉及到对一系列先修课程的应用贯通，在机械原理的教学过程中要逐步使学生能够建立从工程应用的角度来理解和应用所学理论知识，培养学生从机构和机器的设计理论学习提升到分析和解决工程实际问题的能力。所以，为满足复合型工程应用人才的培养需要，传统的以理论分析为主线的机械原理教学体系需要进行有意的改革探索，改善机械原理课程各教学环节，有效地调动学生学习积极性和主动性。

一、教学现状分析

机械原理是综合研究机构运动及其整体设计的基础课，涉及到基本理论的学习和初步工程实践的训练。在课堂理论教学过程中涉及到较多的理论分析，以及机械运动方案的设计实现问题。机械原理课程需要对先修课程较好地掌握，例如数学、理论力学、物理学以及机械制图等，在这些基础上，掌握机构的基本概念、运动分析、动力学分析以及典型机构的功能分析。机械原理实践教学中，通过实验和课程设计的实践环节，增加学生对理论的理解和提高工程设计实践能力，最后需要完成复杂功能机构的综合设计。在机械原理教学及实践中，复合型人才的培养对机械原理课程体系提出了新的挑战，因此，机械原理的课程体系理论教学以及实践教学在教学方法、形式等方面的改革势在必行。目前的主要问题有：

第一，课堂理论教学讲解为主，其中理论分析占用了大量时间，学生往往难以跟上进度，导致对课堂教学的兴趣越来越少。

机械原理课程中主要是对机构的研究分析，对于初学者来说机构基本概念、原理的很多描述过于抽象化和理论化，并且学生由于缺乏实践经验学生对机构的分析综合设计的实践性要求与先修课程不能很好衔接，从而导致教学效果较差。

第二，实验动手能力较低。一般实验中，以老师的讲解、示范为主，较难开展学生自主设计的实验，学生的积极性不高。

实验教学任务中，主要是学生建立机构的认识、了解典型机构运动特性以及机构动力学的基本计算机分析。由于受到实验条件限制，大部分实验教学中，不能实现学生对机构进行动手拆装分析，减少了学生对机构理论分析与工程应用中机构分析的认识。

第三，课程设计环节思路有待改进。一是设计题目单一，主要是学生安装题目要求一步步完成典型机构组合的设计;二是设计方法主要是以图解法以及解析法为主，设计过程工作量大，不但不能较好地训练学生的设计能力，反而变为繁重的计算了。课程设计是对整个机械原理教学的总结和升华，应该让学生通过具体的机构综合设计来提高对理论的认识和理解，提高训练学生工程实践能力。

综上所述，对于机械原理的教学，应该整体上把握综合理论教学与综合设计。让学生能理论学习与实践紧密结合一起，直观有效地实现对机构的运动学、动力学分析以及机构综合性能的分析是目前机械原理教学中的主要问题。

二、虚拟样机技术

随着计算机技术的发展，数字模型即虚拟样机(Virtual Prototype)[3]技术迅速发展，并逐步形成一项应用广泛的计算机辅助工程(CAE)技术。虚拟样机通过计算机技术实现对实物的数字化处理，实现对实际物理模型的数字化建模，建立对应的虚拟样机，并对其进行分析。虚拟样机技术能够快速便捷地实现机械原理教学中对机构运动学和动力学的分析，并能快速实现机构综合设计。采用虚拟样机技术，可以在计算机上快速建立机械系统的可视化模型，仿真现实环境下机械系统的运动学和动力学特性，并根据仿真分析结果对整个机械系统进行优化改进，获得最优设计方案。

目前，较为成熟的商用虚拟样机相关技术软件主要有美国MSC公司的软件产品ADAMS，以及ANSYS公司的RecurDyn，其中以ADAMS应用较为广泛。该类软件可以对虚拟机械系统进行静力学、运动学和动力学分析，并且方便快捷地可视化输出位移、速度、加速度和反作用力曲线等。随着虚拟样机技术在机械工程领域的应用和发展，ADAMS已成功应用于航空航天、汽车工程、铁路车辆、工业机械、工程机械等领域。

应用ADAMS进行创建和测试模型，一般分以下七个步骤：第一，创建一个机械系统模型，其中包括运动件、运动副、柔性连接和作用力等;第二，测试所建模型，模拟仿真模型在实际操作过程中的动作;第三，比较验证，分析比较模拟仿真结果与物理样机试验数据，验证所设计的方案;第四，进一步细化虚拟样机模型，提高仿真测试数据与物理样机试验数据一致性;第五，深化设计，评估系统模型针对不同的设计变量的灵敏度;第六，优化设计方案，找到能够获得最佳性能的最优化设计组合;第七，自动化设计步骤，以便迅速地测试不同的设计可选方案。

ADMAS软件具有较好的用户应用界面以及良好的帮助文档，从机械原理教学应用出发，学生可以很快上手进行简单的机构设计和分析。

三、机械原理教学中应用虚拟样机技术

采用ADAMS软件可快速方便地实现物理样机的参数化的机构模型建模，针对模型对不同的设计方案进行仿真分析，并能够以曲线图和动画显示的方式形象地展示结果，使机构分析中的运动学、动力学问题得以简单化、直观化，并能够获得较为精确的分析结果。ADAMS引入机械原理教学过程中，主要体现在三个部分。

1.ADAMS辅助课堂教学增强学生对基本理论的理解

在具体的教学实践中引入ADAMS软件的学习，主要是在理论教学中穿插介绍基本的ADAMS入门知识。一般可以安排在机构、运动副等基本概念教学后进行ADAMS的基本操作讲解。同时结合机械原理实验教学，对常用典型机构如四杆机构、凸轮机构和齿轮机构等进行建模仿真分析，得到不同参数的机构运动动画以及相应的运动学和动力学分析结果曲线图等仿真结果。随着理论学习的深入，鼓励学生参照作业练习ADAMS建模分析，逐渐提高软件应用的能力。

ADAMS软件能很好的解释一些机械原理中的抽象概念，例如运动副、自由度等，可以在ADAMS建模过程中分析这些概念。

2.实验中加强ADAMS的应用

实验是进一步提高学生对理论知识理解的重要手段。老师在进行基本机构讲解时，强调对典型机构的认识，并要求学生自己进行建模和分析，并与实验进行对比分析。

在实验教学实践中，实验室除了典型机构的拆装，也鼓励学生对身边常见机构进行拆装，例如补鞋机、螺旋千斤顶等，并采用ADAMS进行建模分析，增强学生动手能力。对能较强的学生，鼓励其进行复杂综合结构的建模分析。

通过实验加强学生对机构的认识与理解，同时逐步提高学生ADAMS应用能力，激发学生的好奇心和自主学习的积极性，培养学生创新设计的能力。

3.采用ADAMS辅助机械原理课程设计

机械原理课程设计是检验学生理论知识与工程实践能力的重要环节。[4，5]传统的课程设计主要采用图解法和解析法对机构进行综合设计以及运动学和动力学分析。受制于传统设计分析方法，课程设计中的机构都是实现简单的动作的典型机构的串联组合，学生进行设计的过程主要是花费大量的时间和精力采用图解法和解析法进行理论分析和设计，很难体现学生对机构设计的创新意识。

通过在课堂教学和实验教学中对学生ADAMS应用的要求，学生在机械原理课程设计阶段基本具备了应用ADAMS进行简单建模和分析的能力。由于虚拟样机技术的建模快捷和功能强大，应用ADAMS进行机构综合设计，使学生更多地专注于机构的功能实现方面的设计，并能快速比较不同设计方案，可以充分开发学生机构创新设计思维。因此，在机械原理课程设计的实践中，设计方案不再局限于传统的机构组合设计。学生可以自己提出方案并由老师把关确定设计难度是否可行，充分调动学生的积极性。

通过近几年的教学实践来看，学生对ADAMS软件的学习应用能力较强，能够结合其他三维设计软件如Solidworks、Catia、UG等来实现稍微复杂组合机构的设计分析。

四、结论

在机械原理教学过程中，将虚拟样机技术应用到机械原理课堂教学环节、实践环节以及实验中能够较好地改善教学效果，有效提高学生课堂学习的积极性，能够积极激发学生的创新思维。通过机械原理课程设计实践教学进一步地练习，多数学生能够对所学理论有着进一步的理解，并能够较好将理论与工程设计实践结合起来。同样，在机械原理课程的教学过程中，虚拟样机技术的引进对老师的工作能力也提出了更高的要求。

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(责任编辑：王意琴)

作者：张伟