機(jī)械原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革

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摘要：機(jī)械原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)是學(xué)生將機(jī)械理論知識(shí)與工程實(shí)際相結(jié)合的必要手段，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力起著舉足輕重的作用。為適應(yīng)新工科對(duì)機(jī)械創(chuàng)新人才培養(yǎng)的要求，針對(duì)傳統(tǒng)機(jī)械原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的不足，提出了幾點(diǎn)改進(jìn)措施，希望可以對(duì)學(xué)生的培養(yǎng)發(fā)揮作用。

關(guān)鍵詞：新工科；實(shí)驗(yàn)教學(xué)；創(chuàng)新

一引言

為進(jìn)一步促進(jìn)我國(guó)工程教育的深化改革，加快建設(shè)我國(guó)向工程教育強(qiáng)國(guó)的轉(zhuǎn)變，更好地推進(jìn)我國(guó)經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型的升級(jí)，2017年，教育部提出了新工科建設(shè)[1]。建設(shè)與發(fā)展新工科成為我國(guó)由制造強(qiáng)國(guó)向創(chuàng)造強(qiáng)國(guó)發(fā)展的必然要求，高校培養(yǎng)新工科人才對(duì)當(dāng)今社會(huì)新經(jīng)濟(jì)發(fā)展有重要戰(zhàn)略意義。大學(xué)生是實(shí)施創(chuàng)新發(fā)展戰(zhàn)略的人才儲(chǔ)備，新工科人才的培養(yǎng)是當(dāng)今社會(huì)對(duì)高等學(xué)校的迫切要求，也是高校義不容辭的職責(zé)[2]。

二機(jī)械原理課程地位

機(jī)械原理課程是機(jī)械類各專業(yè)必修的一門重要的技術(shù)基本課程，其知識(shí)面更寬、適用性更廣、更接近工程實(shí)際，在培養(yǎng)新工科人才中將起到不可或缺的重要作用。本課程研究的內(nèi)容主要包括機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)分析的基本知識(shí)、機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析、機(jī)器動(dòng)力學(xué)、常用機(jī)構(gòu)的分析與設(shè)計(jì)和機(jī)械系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)等問題[3]。通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握各種機(jī)構(gòu)中的一些共性問題，理解基本原理，并初步具有設(shè)計(jì)機(jī)械系統(tǒng)方案的能力。本課程的學(xué)習(xí)為學(xué)生后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)打好理論基礎(chǔ)，為機(jī)械產(chǎn)品的創(chuàng)新設(shè)計(jì)打下良好基礎(chǔ)，為機(jī)械的合理使用和革新改造打下良好基礎(chǔ)。本課程在創(chuàng)新機(jī)械所需的知識(shí)結(jié)構(gòu)中占有核心地位，在高層次的人才培養(yǎng)中具有提升學(xué)生對(duì)機(jī)械新產(chǎn)品的開發(fā)和創(chuàng)新能力的作用[4]。

三實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀

機(jī)械原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)是機(jī)械原理課程整個(gè)教學(xué)過程中的一個(gè)重要部分，是學(xué)生將機(jī)械的理論知識(shí)與工程實(shí)際相結(jié)合的必要手段，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和綜合素質(zhì)起著關(guān)鍵作用[5]。但是，目前的實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在一定的問題，具體表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

（一）考核方式不完善

傳統(tǒng)的機(jī)械原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)一般是作為理論教學(xué)的輔助手段，大多依托于相應(yīng)的理論課程。對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的考核也是依托于課程成績(jī)，沒有單獨(dú)的考核成績(jī)，只是作為最終課程考核成績(jī)的一小部分，一般占10%左右。實(shí)驗(yàn)考核大多以實(shí)驗(yàn)報(bào)告完成情況作為評(píng)分依據(jù)，很難體現(xiàn)出學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握程度。因此教師更加注重學(xué)生對(duì)課堂理論知識(shí)的掌握和理解，對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重視程度不夠；學(xué)生為了應(yīng)對(duì)課程考試，也僅僅是注重對(duì)理論知識(shí)的學(xué)習(xí)，對(duì)實(shí)驗(yàn)課程學(xué)習(xí)的重視程度也不夠。這嚴(yán)重阻滯了學(xué)生工程實(shí)踐能力的培養(yǎng)，對(duì)學(xué)生的培養(yǎng)極為不利。

（二）實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式滯后

傳統(tǒng)的機(jī)械原理實(shí)驗(yàn)缺乏系統(tǒng)性，沒有形成一個(gè)完整的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系[6]。實(shí)驗(yàn)教學(xué)的基本要求僅僅停留在學(xué)生加深對(duì)理論知識(shí)的理解以及對(duì)課堂上所學(xué)理論知識(shí)的驗(yàn)證，沒有發(fā)揮實(shí)驗(yàn)教學(xué)的真正作用。在實(shí)驗(yàn)的開設(shè)過程中，往往以教師的講解為主，學(xué)生很少思考，對(duì)實(shí)驗(yàn)的原理和儀器的測(cè)試方法處于一知半解，甚至完全不懂的狀態(tài)，不主動(dòng)參與實(shí)驗(yàn)，做實(shí)驗(yàn)的積極性不高，只是照本宣科的按照實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書的步驟和方法進(jìn)行，不能充分發(fā)揮學(xué)生作為實(shí)驗(yàn)課堂的主體作用。這種實(shí)驗(yàn)的開設(shè)對(duì)學(xué)生自身的鍛煉意義不大，學(xué)生只是為了完成任務(wù)，不能真正參與其中，實(shí)踐動(dòng)手能力差，不能滿足當(dāng)今社會(huì)對(duì)人才培養(yǎng)的要求。這些實(shí)驗(yàn)的開設(shè)沒有體現(xiàn)實(shí)驗(yàn)課程對(duì)學(xué)生創(chuàng)新能力發(fā)展的價(jià)值，只是加深了對(duì)理論知識(shí)的理解。

（三）實(shí)驗(yàn)手段簡(jiǎn)單

傳統(tǒng)的機(jī)械原理實(shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)手段比較簡(jiǎn)單，主要以認(rèn)知性和驗(yàn)證性試驗(yàn)為主，綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)沒有發(fā)揮作用[7]。例如機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，學(xué)生沒有設(shè)計(jì)思路，為了應(yīng)付實(shí)驗(yàn)，搭建的機(jī)構(gòu)過于簡(jiǎn)單，而且完全按照書上已有的模型進(jìn)行搭建，沒有自己的思考。這種實(shí)驗(yàn)由于學(xué)時(shí)有限，沒有獲得充分的重視。但這種實(shí)驗(yàn)恰恰是最能鍛煉學(xué)生的，培養(yǎng)學(xué)生如何根據(jù)所學(xué)知識(shí)解決現(xiàn)實(shí)生活中遇到問題的能力，能夠充分發(fā)揮學(xué)生的主觀作用，有理論教學(xué)不可替代的作用。

四實(shí)驗(yàn)教學(xué)改進(jìn)措施

新工科背景下對(duì)大學(xué)生的創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力提出了更高的要求，傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)顯然已經(jīng)不能滿足對(duì)人才培養(yǎng)的需求。針對(duì)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的不足，提出以下改進(jìn)措施。

（一）加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的考核

加強(qiáng)機(jī)械原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的考核，可以增加本實(shí)驗(yàn)課程在整個(gè)機(jī)械原理課程成績(jī)中的比重；也可以單獨(dú)開設(shè)機(jī)械原理實(shí)驗(yàn)，單獨(dú)考核，單獨(dú)計(jì)入學(xué)分。實(shí)驗(yàn)教學(xué)的考核可以根據(jù)學(xué)生出勤、實(shí)驗(yàn)完成度、實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新性、實(shí)驗(yàn)報(bào)告等綜合情況進(jìn)行評(píng)分。這樣學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)課程的重視程度也會(huì)提高，可以大大提高學(xué)生對(duì)于實(shí)驗(yàn)課程學(xué)習(xí)的自主性和積極性。

（二）構(gòu)建實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系

根據(jù)機(jī)械原理教學(xué)模式的改革，結(jié)合我校機(jī)械原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀及實(shí)驗(yàn)室實(shí)際情況，采用逐層遞進(jìn)的方式構(gòu)建新的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系。1.認(rèn)知性實(shí)驗(yàn)。這是第一階段實(shí)驗(yàn)，帶領(lǐng)學(xué)生走進(jìn)機(jī)械的世界，學(xué)生可以根據(jù)機(jī)械原理陳列柜中的語(yǔ)音講解以及動(dòng)畫演示，對(duì)課堂上所學(xué)的理論知識(shí)有一定的感性認(rèn)知。2.驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，包括機(jī)械運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖的測(cè)繪，漸開線齒輪參數(shù)測(cè)量實(shí)驗(yàn)，齒輪范成實(shí)驗(yàn)，轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡實(shí)驗(yàn)。這是第二階段實(shí)驗(yàn)，此類實(shí)驗(yàn)的開設(shè)可以增加學(xué)生對(duì)機(jī)械原理課程中理論知識(shí)的掌握，實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)不必過長(zhǎng)。3.綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，包括平面（空間）機(jī)構(gòu)創(chuàng)意組合實(shí)驗(yàn)、機(jī)械系統(tǒng)裝配訓(xùn)練實(shí)驗(yàn)、機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)速度波動(dòng)調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)。這是第三階段實(shí)驗(yàn)，此類實(shí)驗(yàn)的開設(shè)目的是培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力以及讓學(xué)生掌握現(xiàn)代化的實(shí)驗(yàn)測(cè)試手段和方法，適當(dāng)增加實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)。

（三）增加綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)

綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)是當(dāng)前實(shí)驗(yàn)教學(xué)的趨勢(shì)。在保留傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)課程內(nèi)容的同時(shí)，應(yīng)大大增加綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的開設(shè)比例，以此增強(qiáng)學(xué)生綜合認(rèn)識(shí)問題和解決問題的意識(shí)和能力，培養(yǎng)學(xué)生的設(shè)計(jì)能力和創(chuàng)新能力。如平面機(jī)構(gòu)創(chuàng)意組合實(shí)驗(yàn)，教師可以根據(jù)實(shí)際生活中存在的一些問題，讓學(xué)生們思考如何運(yùn)用所學(xué)知識(shí)設(shè)計(jì)一個(gè)方案來解決這些實(shí)際問題。學(xué)生可以分小組完成也可以獨(dú)立完成，運(yùn)用所學(xué)的平面機(jī)構(gòu)的知識(shí)，提出設(shè)計(jì)方案，畫出機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖，計(jì)算自由度，驗(yàn)證設(shè)計(jì)方案的可行性，在試驗(yàn)機(jī)構(gòu)上進(jìn)行機(jī)構(gòu)的搭接訓(xùn)練。在搭接過程中，學(xué)生可以加深對(duì)機(jī)構(gòu)組成原理的認(rèn)識(shí)。同時(shí)還可以利用試驗(yàn)機(jī)構(gòu)上配套的計(jì)算機(jī)仿真軟件對(duì)搭建的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)參數(shù)進(jìn)行測(cè)試，掌握測(cè)試方法，提高動(dòng)手實(shí)踐能力。在此基礎(chǔ)上，還可以增加空間機(jī)構(gòu)創(chuàng)意組合測(cè)試分析實(shí)驗(yàn)。學(xué)生在解決生活中實(shí)際問題的同時(shí)，會(huì)大大增加其自信感和成就感，激發(fā)學(xué)生的熱情和興趣，營(yíng)造良好的學(xué)習(xí)氛圍。這類實(shí)驗(yàn)的開設(shè)，能夠充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，對(duì)學(xué)生的創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力有很大的提高。

（四）營(yíng)造開放式實(shí)驗(yàn)環(huán)境

機(jī)械原理課程是大學(xué)生接觸的與工程實(shí)際聯(lián)系最緊密的第一門專業(yè)基礎(chǔ)課程，其教學(xué)內(nèi)容豐富且抽象，這對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)提出了頗為嚴(yán)苛的要求。學(xué)生對(duì)機(jī)械的認(rèn)知完全借助于實(shí)驗(yàn)室。就我校目前的機(jī)械原理實(shí)驗(yàn)室而言，僅在開設(shè)實(shí)驗(yàn)課時(shí)對(duì)學(xué)生開放，而且個(gè)別實(shí)驗(yàn)設(shè)備出現(xiàn)了閑置的現(xiàn)狀。這就要求學(xué)校對(duì)實(shí)驗(yàn)室的開放時(shí)間進(jìn)行合理安排，每個(gè)工作日定期對(duì)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行開放，這樣可以保證有需求的學(xué)生能隨時(shí)接觸到實(shí)驗(yàn)設(shè)備，為學(xué)生搭建一個(gè)良好的實(shí)驗(yàn)環(huán)境。同時(shí)還可以提高實(shí)驗(yàn)設(shè)備的有效利用程度，減少實(shí)驗(yàn)設(shè)備的閑置時(shí)間，合理利用資源。開放性的實(shí)驗(yàn)環(huán)境可以增加學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，給予學(xué)生更多自由發(fā)揮的空間，引導(dǎo)鼓勵(lì)學(xué)生參加機(jī)械類的學(xué)科競(jìng)賽，有利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神。

五結(jié)語(yǔ)

新工科對(duì)機(jī)械工業(yè)中創(chuàng)新型人才的渴求與日俱增。然而，傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)對(duì)學(xué)生綜合能力的培養(yǎng)顯然是不夠重視的，無法達(dá)到教學(xué)大綱的要求，無法滿足新工科對(duì)機(jī)械原理課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)的要求。通過加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的考核，構(gòu)建實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，增加綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，營(yíng)造開放性實(shí)驗(yàn)環(huán)境等措施，提升學(xué)生的動(dòng)手能力和獨(dú)立思考的能力，這對(duì)培養(yǎng)基礎(chǔ)扎實(shí)，實(shí)踐能力強(qiáng)，綜合素質(zhì)高，具有創(chuàng)新精神的創(chuàng)造型人才具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。未來社會(huì)最重要的是人才的培養(yǎng)，而創(chuàng)新能力的培養(yǎng)是人才培養(yǎng)的重中之重。只有重視創(chuàng)新人才的培養(yǎng)，才能更好地服務(wù)未來的產(chǎn)業(yè)。

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作者：趙婕 單位：太原科技大學(xué)晉城校區(qū)