機械原理與機械設計實驗教學探討

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【摘要】本文基于陜西國防工業職業技術學院的實驗教學平臺，結合機械原理與機械設計實驗教學概況和存在的問題，提出整合提升軟硬件建設、加大實驗室開放力度和實現理論實驗教學“雙師化”三個方面的教學改革思路，并進行初步成效分析，為高職院校同類課程的實驗教學改革提供一定的參考與借鑒。

【關鍵詞】機械原理與機械設計；實驗教學改革；成效分析

隨著現代職業技術的快速發展和社會、行業對技術技能型人才的需求不斷提升，機械原理與機械設計課程的實驗教學改革面臨著諸多挑戰。課程涉及的實驗設備、教學內容、評量方式以及學生積極性都對教學效果有著顯著的影響，如何全面提升教學效果、調動學生積極性，是機械原理與機械設計課程的實驗教學改革致力于解決的主要問題。

1課程改革背景

1.1實驗教學概況。教研室遵循人才培養方案要求，在機械制造與自動化、機械設計與制造兩個專業中開設機械原理與機械設計課程，共計48學時教學外加36學時（兩周）課程設計，課程涵蓋的實驗主要包括以下三類：1.1.1演示類實驗。包含機構運動演示和機構運動簡圖測繪，前者目的是使學生了解構件間運動關系及主動件、從動件概念，并深化機構及其組成概念；后者主要要求學生掌握比例尺運用、視圖選取、運動副符號及自由度計算等方面。1.1.2驗證類實驗。包括齒輪范成原理實驗和齒輪參數測繪實驗，前者要求學生使用范成儀繪制正、負變位齒輪和標準齒輪，通過觀察、分析和比較，了解標準齒輪與變位齒輪的區別；后者要求學生使用游標卡尺測量奇、偶數齒輪基本參數，了解齒數、模數、分度圓、齒頂圓、齒根圓、齒距等參數和尺寸計算基本知識。1.1.3減速機拆裝試驗。該實驗為演示性試驗，10-20人一組，部分同學拆裝，部分同學觀看，主要了解減速機的結構、軸上零件的裝配關系、窺視孔、放油塞、油標尺、放氣孔、及吊鉤等附件的位置、尺寸大小等，為減速機設計奠定基礎。1.2教學改革前存在問題。1.2.1部分實驗設備老化，無法滿足實驗要求。由于實驗室搬遷和設備自身老化，部分實驗設備準確性、穩定性和可靠性不足，此前開設的相當一部分演示與測繪實驗已無法開出，教學效果受到了較大影響。課程相關實驗在一段時間里主要是減速機拆裝實驗，但由于設備有限，分組時每組學生較多，限制了學生實踐能力的提高。1.2.2教學方法較為模式化。多數實驗教學模式較為固定，學生嚴格按照步驟詳細、易于操作的實驗指導書完成實驗，教師主要指出原則性錯誤并負責學生安全。該模式在培養學生嚴謹細致、精益求精的素養方面具有積極意義，但與激發學生求知欲、樹立其創新精神并最終解決實際工程問題的目標具有一定的矛盾。1.2.3個性化考核方式有待實現。目前考核內容主要包括實驗完成度和按時到課情況。實驗內容的設定方面未能充分反映學生的水平差異，學生完成的實驗項目以及實驗報告內容基本相似，而考勤情況相同的學生基本會取得相同的實驗成績。評量方式與因材施教、個性化評估的初衷存在沖突。1.2.4學生的學習重視度有限。由于上述原因，外加本課程實驗為課內實驗，并未單獨設置考核學分，學生對實驗環節的重視程度有限，直接導致日后進行課程設計和畢業設計時毫無頭緒，也對學生參與各級各類機械創新設計大賽和學歷提升方面產生了一定的負面影響。

2課程實驗教學的改革思路

基于上述問題，在學校和分院的支持下，我們從軟硬件建設、實驗教學運行制度、教師素質方面推進課程的實驗教學改革，力求使學生在理實一體、個人素質、團隊協作和不斷創新思維、創新設計方面得到切實提升。2.1整合提升軟硬件建設。2.1.1整合實驗教學設備，開設各類綜合實驗。在認知類實驗中，購置現代化的機械原理演示設備和貼合行業企業應用的機械機構模型，提升學生對行業企業發展狀況與趨勢的認知度；引入信息化教學手段和相關軟硬件資源，起到輔助教學和增強實驗直觀度的作用；充分利用實驗室現有的小型車床、銑床、鉆床等加工設備加工構件，將教學軟件應用和實踐動手環節充分結合。在此基礎之上，開設機構創新設計、機構組合方案設計和機構運動分析及參數測量等實驗，學生根據指導書搭建基本機構后，能夠自主進行模組拆分、簡圖繪制、參數測量和誤差分析等實驗環節。2.1.2結合網絡在線資源，開發虛擬仿真實驗。引導學生在學習時利用網絡平臺上教師上傳的理論知識、實驗指導書、實驗課件和實驗設備資料，做好預習復習，同時引入一定數量切合實驗內容的精品在線開放課程內容，豐富學習素材。同時，利用計算機虛擬仿真技術，開發虛擬實驗項目，如機構運動分析及參數測量虛擬實驗，機構組合方案和機構創新設計虛擬實驗，V帶傳動與鏈條傳動仿真實驗，齒輪的加工方法及參數測量仿真實驗等。將實體設備與儀器上運行的實驗與信息化手段充分融合，豐富學生的學習方式與手段，提升學生的學習興趣與學習接受度。2.2改革實驗教學運行制度。2.2.1實驗類別從驗證型向研究創新和綜合設計型轉化。綜合設計實驗內容，從以往的驗證型實驗向研究創新型實驗轉化，例如將機構創新設計，機構組合方案設計和機構運動分析及參數測量轉化為研究性實驗；將齒輪范成原理與齒輪參數測繪實驗轉化為綜合設計性實驗；將減速機拆裝實驗納入到減速機設計當中，引導學生結合現有減速機設備修正優化手工繪制的減速機設計圖紙。轉化后的實驗主要采用開放方式，學生在其中通過自行設計機構、改變構件的結構尺寸、運動副形式和機架并最終調試成功，在強化基本概念、掌握機構基本組成和各種演化手段的基礎上，建立機構運動簡圖和工程實際結構的聯系，不斷提升自身在實踐過程中的研究創新能力。2.2.2推進科研、創新成果轉化，有機結合課內外實驗。推動最新的教科研成果和各類大賽優秀學生作品向教學資源轉化，相比于成果內容介紹，更注重成果獲取過程中值得借鑒的思維方式、創新精神和設計靈感，拓展學生在機構制作創新方面的視野，激發學習興趣。以此結合虛擬試驗和網絡平臺，將部分開放性實驗和優秀教學資源的學習任務放在課外完成，使學生不必完全在固定的時間和地點進行實驗及學習。在課程結束之前，學生能夠充分利用圖書館、實驗室和計算機房等設施完成各類實驗任務。2.2.3機械原理與機械設計實驗正式納入課程設計考。機械原理方案的實現是機械設計的關鍵，通過將實驗項目納入課程設計考核提升學生對實驗環節的重視。教師參考學生在運動分析、結構設計、受力分析、強度和自由度計算環節后于實驗室拼裝的機構，結合其運動特性重點考核學生在機構設計合理性、經濟型和實用性方面的優秀程度。實驗指導教師通過針對性的意見建業以及公開量化的評分標準，一方面提升學生對于自身作品的理解程度，另一方面將優秀機械設計的標準以較為直觀的方式傳遞給學生。2.3實現理論實驗教師“雙師化”。實驗教學由專職實驗人員負責向實驗員與“雙師型”教師共同負責轉化。機械原理與機械設計課程的實驗內容除了綜合性實驗之外，還包含開課前由理論授課教師在機械原理實驗室開展的“認知實驗”，主要目的是增強學生的工程意識和對機構的感性認識；根據理論授課的進度安排，也會統一安排學生前往校內機械類相關的實驗室和加工中心進行參觀學習，主要目的是提升學生對先進機械設備在總體設計和操作規范方面的直觀認識。上述教學過程對于教師的綜合素質有著較高的要求，教師要在掌握課程理論知識的同時熟悉各類行業企業先進設備，并將其原理和相關知識深入淺出地傳授給學生。這就需要更多教師“雙師化”，在實驗教學場所由專職實驗人員和“雙師型”教師共同完成教學內容，提升學生的學習興趣與成效。

3改革取得的初步成效分析

經過課程組教師的不懈努力，在學校和學院的大力支持之下，課程的教學改革在諸多方面取得了較好的效果。實驗設備和教學環境方面，通過充分發揮演示陳列室功能，全面整合新老設備，目前開出的實驗項目能夠充分實現實驗教學目標，外加新配備的投影儀等多媒體設備，實驗教學環境得到了較大改善。實驗教學方法方面，新增的各類綜合實驗內容較為開放，教師在教學環節中主要進行方向引導、興趣激發和工程問題情境創設等方面的工作，學生在方案設計、軟件應用和設備操作方面具有較高的自主性，有利于培養學生創新精神并提高其解決實際問題的能力。相應的成績考核方面，由于自主性高的實驗過程具有眾多潛在的評分細節，同時采用2-3人的小組人數，指導教師能夠全面細致地評價每一名學生在實驗過程中的表現情況，最終給出充分體現學生個人水平的考核成績。最后實驗室全開放制度持續推行，目前已有10名學生長期參與實驗室管理工作，并結合工作經驗和理論知識在職業院校技能大賽、“互聯網+”大賽等項目中得到了良好的鍛煉并獲得各類獎勵。這些成果起到了一定示范輻射作用，大部分學生的主動性和積極性隨著實驗室的全面開放不斷改善，整體教學效果逐漸提升。

4結語

機械原理與機械設計的實驗教學改革不僅需要充分認識課程的教學概況和存在問題，還需要有科學清晰的教學改革思路，將軟硬件條件、實驗教學運行制度和教師素質等多方面綜合考慮、整體設計。但整個教學改革過程中最重要的是學校為實驗教學創造了良好的教學環境，培養了學生們積極學習的良好作風；課程組教師用先進知識武裝自己，不斷提升自身“雙師”素質；全體學生主動學習、重視創新，不斷探索新知、銳意進取。

總之，教學改革任重而道遠，培養高素質軍工特質技術技能人才，服務地方經濟發展將是我們不懈追求的目標。

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作者:卜新民 趙方舟 單位:陜西國防工業職業技術學院