■ 课程教学是一所大学最重要的活动，是大学的生命线。

　　■ 上好一门课的前提是能对这门课程所代表的学科有较为深刻的认识，这往往来源于自己的科研体会和积累。

　　■ 要学会理解现代机器的构思和开发过程，我们需要抛开具体的物理结构去寻找机器背后隐藏的设计思想。

　　■ 机构与机器科学的发展是永无止境的，《机械原理》课程的教学改革也应永不停歇。

　　“师者，所以传道授业解惑也”，作为一名大学教师，最基本的传道授业的途径就是课程教学。如何搞好课程教学是一名大学教师需要考虑的首要课题。对在校大学生来说，其大学生活的首要任务则是课程学习，其知识与能力结构的合理建立也应该主要来源于课程学习。因此，要让我们的学生在完成大学学业时能达到学科基础扎实、创新意识强烈、创新能力强劲，课程教学的作用是十分重要的。可以认为，课程教学是一所大学最重要的活动，是大学的生命线。每一位大学教师的责任是非常重大的，我们所承担的每一门课程都是构建学生知识和能力大厦的砖和瓦，必须用十二分的热情和努力搞好我们的课程教学工作。

　　教学与科研融合

　　自1999年留校工作以来，我一直从事《机械原理》相关课程的教学和科研工作。刚开始时，对课堂教学没什么经验，自己主动向老教师学习，去听老教师的课，认真当学生，揣摩老教师如何把握课堂节奏，模仿他们的教学风格。十几年来，随着教学经验的积累和科研工作的开展，在教学实践过程中逐渐有了自己的一些体会和想法。

　　上好一门课的前提是能对这门课程所代表的学科有较为深刻的认识，这往往来源于自己的科研体会和积累。作为一门机械工程专业的核心基础课程，《机械原理》讨论的对象是机构与机器的概念、组成、分析、设计等基本理论和方法，通俗地讲就是讨论机器的“骨骼”如何设计、怎样最优，这也就是现代机械产品的运动方案创新和设计问题。我以为，未来机器不论如何发展，大都还是要借助机械运动来实现机器的功用，都少不了要有强壮有力的“骨骼”系统。有什么样的“骨骼”，就要求有什么样的“大脑”，“骨骼”不一样，机器就会大不同，运动方案和机构设计在现代机械产品设计中是居于龙头地位的。实际上，机构性能设计与运动方案设计在现代机械产品开发中是处于设计过程前端的，创新性极强，其分析与设计结果也处于产品价值链的前端，事关企业产品的市场竞争能力高低、产品创新程度高低和知识产权归属、技术水平高低、产品附加值高低甚至企业利润高低。鉴于机构及其设计在现代机械产品中处于这样的特殊位置，《机械原理》课程的重要性是不言而喻的，不仅能培养学生分析和设计机械产品的能力，更为重要的是，经过合理的课程重构，可以充分发挥这门课程在培养学生具备全局观、系统观、多学科融会贯通的大视野观等方面具有的独特作用。

　　表象与本质统一

　　曾几何时，我们对国外技术过度依赖，设计产品多是“照葫芦画瓢”，绝不敢“脱胎换骨”，其实我们缺少的是创新的勇气，以及创新的意识和创新的技巧。对于《机械原理》来说，一度有人认为这门课程对现代机电产品开发没有多大用处，没有它也能搞机器的开发。近些年来，随着我国经济连年快速发展、产业升级、对知识产权的保护日益重视，企业逐渐由主要依赖参考国外产品的整机方案进行自己产品设计的低级阶段，慢慢步入了一个需要依靠自身力量进行产品新方案开发的新阶段，企业自主开发新产品的动力和压力越来越大。这种情况下，关于产品创新与设计的很多研究越来越受到大家的重视。大环境的变化，以及课程自身的积极变革，也使得对《机械原理》课程的种种误解逐步被化解了。

　　那么，《机械原理》课程在现代机器开发中应起到什么作用，如何起到作用呢？关键在于我们能否正确认识现代机器的本质。比如，美国成功发射了火星探测机器人，若仅从结构上看，无非就是一堆轮子、连杆、齿轮、电机、计算机、传感器、无线通讯单元、摄像机、太阳能电池板等零组件。但就是这些看似普通的零组件，组装起来却能完成令全人类瞩目的太空探测任务。显然，只从物理结构和如何制造的角度来看现在的机器，我们是看不到机器的“灵魂”的，看不出这些机器在当初是如何被工程师们精巧地构思和开发出来的。纷繁复杂的物理结构掩盖了机器背后真实的设计意图和过程。也正因为如此，现代机器的知识含量高、附加值高，难以被仿制，即使仿制成功也往往“形”似而“神”不似。因此，要学会理解现代机器的构思和开发过程，我们需要抛开具体的物理结构去寻找机器背后隐藏的设计思想，深入分析其设计过程，在解读现代机器设计的同时，逐步建立起设计新机器的能力和思维方式。

　　继承与发展共存

　　要搞好课程的教学，就不得不要花些心思去认识清楚课程的研究对象，对于《机械原理》这门课程也是如此。既然背后隐藏的设计思想与精巧构思才是一部机器的“灵魂”所在，观察一部机器就应该换一个角度，将机器的实体结构进行合理的抽象，从设计的需要即功能的角度去理解它。我们不难发现，无论什么机器都包含执行和控制两大功能模块。执行功能模块是机器的“骨骼”；控制功能模块进一步可以划分为两部分，一是信息处理与控制子系统，这就是机器的“大脑”；二是传感检测子系统，也就是机器的“感觉器官”。现代机器是通过控制与执行的功能模块间相互配合、相互协调来共同实施机器的运动过程，实现机器的功能。控制与执行的功能模块之间构成了开环或闭环的信息传递与控制回路，这就是现代机器的逻辑结构。

　　那以前的所谓传统机器呢？曾经有一个观点，认为传统机器已经过时了，《机械原理》也要过时了，这的确是一个美丽的误会。从外表来看，现代机器与传统机器的确存在很大差异，“土”“洋”对比强烈。传统机器由各种粗笨的机械零部件构成，土里土气；而现代机器除了各种精致的机械零部件外，还常常装备有各种令人眼花缭乱的传感器、控制器、计算机等时髦家当。其实，造成这种差异的根本原因在于机电一体化技术得到了不断发展和广泛应用。在机器的“控制”功能电子化的同时，机电一体化技术不仅优化了机器的机械结构，也为机器增添了“智慧”。

　　从包含的功能子系统看，现代机器与传统机器本质是相同的，都有执行和控制两大功能模块，但功能模块的实现手段不同。对于执行功能模块，传统机器用的是各类机械手段，现代机器则不限于此，而是拓宽为现代的广义机构及系统。对于控制功能模块，传统机器主要采取凸轮分配轴、挡块、行程开关等机械实现方式，现代机器更多的则是采用了控制器、传感器、计算机和软件、光电等新科技手段。机器的控制功能得到了大大加强和拓展，现代机器必然朝着结构简单化、功能多样化、性能最优化、运行智能化的方向发展。

　　从功能实现的角度看，现代机器和传统机器的设计也是一脉相承的，其原理方案设计都遵循一般机器的设计过程和设计方法，通过功能分解来寻求功能原理解。不过对现代机器来说，功能分解的途径有了很大的扩展，功能元的求解空间也不再局限于各类传统机构，而是扩展为各类广义机构、传感器、控制器及信息处理与控制算法了。控制功能载体的变革是现代机器的最大特征，不仅在系统层次上改变了现代机器的物理组成，也在单元层次上促进了广义机构的发展，更为人机交互、人工智能等信息新科技的介入留下了有效接口，机器的物理面貌变得更加多姿多彩了。

　　知识与能力并重

　　正是基于对现代机器这样的理解，交大在《机械原理》的课程教学中很早就引入了新思路。1999年，我的导师邹慧君先生在其主编出版的《机械原理》教材中率先增加了广义机构和机械运动方案设计方面的教学内容，并配套编写了《机械原理课程设计手册》，可以说是以系统观来贯穿《机械原理》课程的教学和学生创新能力培养的先行者。

　　透过现代机器的本质分析，我们可以归纳《机械原理》课程教与学的基本目标应该包含两大方面，一是帮助学生系统地掌握机构与机器的基本概念、基本机构分析与设计的思维和方法；另一是帮助学生建立起对现代机器的基本认识、培养学生进行现代机械产品运动方案设计的勇气和创新能力。与此相适应，《机械原理》课程应该采取课堂讲授与研究型学习结合、基本概念理解与知识运用能力并重、结论传授与思维过程并重的、以学生为中心的广义互动式教学方法，主讲教师要力争通过科研把握教学方向、在教学中贯穿科研思维，逐步培养起学生的系统观、创新意识与研究性学习习惯。

　　因此，在教学安排上，《机械原理》课程包括课堂教学和设计训练两个环节。对课堂教学环节来说，机械原理章节众多、内容分散、课程跨度大，需要我们在传授机构学知识的同时，更要注重知识背后的有机联系和共性思维方式，注重学生对基本概念的理解和掌握。一些基本概念在不同章节、不同机构的分析和设计中都反复出现，如压力角、死点、瞬心、传动比、等效、相对运动原理等。抓住这些基本要点，前后串讲、有机联系起来，就能够让学生逐步树立起对机械原理自身基本知识及本质的关注和理解。同时，新的机构形态和概念不断出现，我们应及时加以整理和引入，不仅能拓宽学生的知识面，也会拉近学生与学科前沿的距离。另外，在机构分析和设计中，来自不同学科的工具被运用进来，如运动学分析中采用的矩阵、复数向量等，机构受力分析和机构平衡中采用的理论力学知识，机械调速中采用的力学建模和微分方程求解等，在教学中可以引导学生建立起灵活运用其他学科知识解决问题的能力。

　　对课程设计训练环节来说，为达到好的训练效果，我们通过实践摸索，更加合理地设定课程设计的任务，确保贴近生活、贴近科研，令学生有创造的冲动和激情。设计题目的确定形式多样，可以由老师提出，也可以由学生提出。设计按小组形式进行，培育团队合作精神。课程设计过程与真实的产品设计开发过程一致，通过立题时的国内外现状调研，保证了设计结果的先进性和创造性，让学生完成作品时充满了成就感，增添了创新的勇气和信心。

　　《机械原理》课程的教改实践取得了良好成效。学校推行网络匿名评教以来，本课程都一直得到学生的好评。学生不仅经历了研究性学习和探究式设计过程的训练，所得设计方案也充满新意，富有激情的同学在课程结束后还申报国家发明专利，近两年已有3项获得了授权。

　　机构与机器科学的发展是永无止境的，《机械原理》课程的教学改革也应永不停歇。不断进行教学思想探讨，坚持科研与教学相互促进、以研促教，保证教学内容与教学思想的前沿性和时代性，就能充分发挥《机械原理》课程在培养学生创新能力方面的作用，将高素质人才的培养落到实处。

　　学者小传

　　郭为忠，上海交通大学机械与动力工程学院教授。1993年在青海海洋大学获工学学士学位，1996年在东南大学获工学硕士学位，1999年在上海交通大学获工学博士学位。先后在香港中文大学、曼彻斯特大学作访问学者，在热那亚大学、华沙理工大学作访问教授。2010年人选教育部“新世纪优秀人才支持计划”，获“宝钢优秀教师奖”。主讲上海市精品课程《机械原理》等。

　　主要研究工作包括现代机构学、机器人机构学、重大装备设计等。先后主持承担3项国家自然科学基金项目、1项国家863计划项目等。主编教材2本，参编论著7本，在国内外刊物和会议发表论文100余篇，获国家发明专利授权10余项。获高等学校科学研究优秀成果奖自然科学奖一等奖、上海市科技进步一等奖、中国机械工业科技进步特等奖等。中国机械工程学会高级会员、ASME会员。兼任中国机械工程学会机构学专业委员会秘书长、全国机械原理教学研究会理事等。

　　热心教改和大学生科创活动，指导本科生申请国家发明专利8项（其中已获授权3项）、发表期刊论文5篇、会议论文7篇（其中获优秀论文奖3篇）、获机械原理国际奥赛个人金银牌和团体银牌、节能减排大赛二等奖等，指导的大学生“玉碎锁”发明获广泛报道。2008年获校“教学新秀”、“晨星青年学者奖励计划-SMC优秀青年教师奖”。