機(jī)械傳動(dòng)性能綜合實(shí)驗(yàn)的開發(fā)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)探討

摘 要：文章結(jié)合“機(jī)械傳動(dòng)性能綜合實(shí)驗(yàn)”的開發(fā)，對(duì)傳動(dòng)裝置性能參數(shù)測(cè)試和綜合實(shí)驗(yàn)臺(tái)的組合創(chuàng)新兩個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行了介紹，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中對(duì)“以學(xué)生為主體”，將實(shí)驗(yàn)前的預(yù)習(xí)、實(shí)驗(yàn)過程以及實(shí)驗(yàn)后的實(shí)驗(yàn)報(bào)告有機(jī)連成一體，注重各個(gè)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)的考核，豐富實(shí)驗(yàn)報(bào)告內(nèi)容，杜絕實(shí)驗(yàn)報(bào)告的單一性等進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞：機(jī)械傳動(dòng) 綜合實(shí)驗(yàn)組合創(chuàng)新 實(shí)驗(yàn)教學(xué)

中圖分類號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

機(jī)械是一門工程性學(xué)科，研究工程是以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的，機(jī)械類實(shí)驗(yàn)是機(jī)械學(xué)科教學(xué)的主要內(nèi)容之一。傳統(tǒng)的機(jī)械類實(shí)驗(yàn)均具有單一性，而缺乏綜合性能，學(xué)生只要按照實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書一步步操作即可很容易完成實(shí)驗(yàn)，而且實(shí)驗(yàn)報(bào)告也很容易出現(xiàn)抄襲現(xiàn)象，不能培養(yǎng)學(xué)生的獨(dú)立思考和動(dòng)手能力。

本文結(jié)合“機(jī)械傳動(dòng)性能綜合實(shí)驗(yàn)”的開發(fā)，對(duì)基本模塊化傳動(dòng)裝置性能參數(shù)測(cè)試及機(jī)械傳動(dòng)性能綜合實(shí)驗(yàn)臺(tái)的組合創(chuàng)新兩個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的開發(fā)進(jìn)行了介紹，并在教學(xué)方法上進(jìn)行了探討，強(qiáng)調(diào)“以學(xué)生為主體”的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，注重學(xué)生的創(chuàng)新能力培養(yǎng)。

一、綜合實(shí)驗(yàn)臺(tái)簡(jiǎn)介

機(jī)械傳動(dòng)性能綜合實(shí)驗(yàn)臺(tái)由機(jī)械傳動(dòng)裝置、聯(lián)軸器、動(dòng)力輸入裝置、加載裝置、控制及測(cè)試軟件、工控機(jī)等組成，其工作原理系統(tǒng)圖1所示。根據(jù)機(jī)械傳動(dòng)裝置的不同，可以得出“帶傳動(dòng)”、“鏈傳動(dòng)”、“齒輪傳動(dòng)”和“蝸輪傳動(dòng)”等基本模塊化實(shí)驗(yàn)，將基本傳動(dòng)裝置進(jìn)行有機(jī)組合即可得到各種復(fù)雜的機(jī)械傳動(dòng)裝置，可以進(jìn)行復(fù)雜的傳動(dòng)性能實(shí)驗(yàn)。

在實(shí)驗(yàn)的開發(fā)中，將“帶傳動(dòng)”、“鏈傳動(dòng)”、“齒輪傳動(dòng)”和“蝸輪傳動(dòng)”等安裝在固定的實(shí)驗(yàn)臺(tái)上形成基本模塊化實(shí)驗(yàn)，學(xué)生直接在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行傳動(dòng)性能參數(shù)測(cè)試實(shí)驗(yàn)，而將傳動(dòng)裝置實(shí)驗(yàn)臺(tái)的組合創(chuàng)新及實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新作為培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造能力。

二、綜合實(shí)驗(yàn)的開發(fā)

機(jī)械傳動(dòng)性能綜合實(shí)驗(yàn)的開發(fā)，主要包含基本模塊化傳動(dòng)裝置性能參數(shù)測(cè)試及機(jī)械傳動(dòng)性能綜合實(shí)驗(yàn)臺(tái)的組合創(chuàng)新兩個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。

1 傳動(dòng)裝置性能參數(shù)測(cè)試

本部分主要是為了讓學(xué)生熟悉并掌握對(duì)“帶傳動(dòng)”、“鏈傳動(dòng)”、“齒輪傳動(dòng)”和“蝸輪傳動(dòng)”等基本模塊化機(jī)械傳動(dòng)裝置的性能參數(shù)進(jìn)行測(cè)試的方法，分析機(jī)械傳動(dòng)的性能特點(diǎn)。利用實(shí)驗(yàn)臺(tái)配套的自動(dòng)控制測(cè)試軟件，測(cè)試出機(jī)械傳動(dòng)的轉(zhuǎn)速n(r/min)、扭矩M(N.m)、功率Ⅳ(kw)等性能參數(shù)，并計(jì)算出傳動(dòng)裝置的機(jī)械的效率η。

η=P₂/P₁=M₁n₂/M₂n₁=M₁/M₂i

其中：扭矩M=9550 N/n(Nm)，轉(zhuǎn)速n及扭矩M可以通過ZL轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩傳感器測(cè)得。

通過本實(shí)驗(yàn)，除了讓學(xué)生達(dá)到掌握通過現(xiàn)代手段測(cè)試機(jī)械傳動(dòng)性能參數(shù)外，還可以讓學(xué)生了解zL轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩傳感器的原理及測(cè)試方法，了解變頻電機(jī)、扭矩測(cè)量卡、磁粉制動(dòng)器等其它測(cè)試部件的工作原理及方法，具體的實(shí)驗(yàn)過程如圖2所示。

2 綜合實(shí)驗(yàn)臺(tái)的組合創(chuàng)新

本部分實(shí)驗(yàn)是在學(xué)生完成上述模塊化機(jī)械傳動(dòng)裝置性能測(cè)試及其配套測(cè)試器件功能的基礎(chǔ)上，熟悉不同種類的機(jī)械傳動(dòng)裝置，讓學(xué)生充分發(fā)揮創(chuàng)新思維，設(shè)計(jì)出基于模塊化的組合創(chuàng)新傳動(dòng)裝置，繪制出傳動(dòng)方案圖和結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖，有興趣的同學(xué)可以利用課外時(shí)間自己動(dòng)手進(jìn)行傳動(dòng)連接、安裝調(diào)試和測(cè)試，進(jìn)行設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)、綜合性實(shí)驗(yàn)或創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)。

由“帶傳動(dòng)”、“鏈傳動(dòng)”、“齒輪傳動(dòng)”和“蝸輪傳動(dòng)”等基本模塊的兩兩、三個(gè)或者多個(gè)不同組合，可以得到各種不同的傳動(dòng)方案，表1為兩個(gè)基本模塊組成的方案。

傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)過程是教師先講解實(shí)驗(yàn)原理和實(shí)驗(yàn)臺(tái)組成，之后學(xué)生按實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書一步步操作完成實(shí)驗(yàn)，然后回去完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告，因此大部分學(xué)生都是走過程，未能實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹１緦?shí)驗(yàn)的開發(fā)，嘗試采用“以學(xué)生為主體”的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，并注重學(xué)生的創(chuàng)新能力培養(yǎng)。

1 強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)前預(yù)習(xí)

課前預(yù)習(xí)可以增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，理解和鞏固所學(xué)的相關(guān)知識(shí)，發(fā)現(xiàn)問題，并帶著疑問進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室，有助于提高學(xué)生的注意力和師生互動(dòng)效果。本實(shí)驗(yàn)學(xué)生需要了解的信息量較大，因此要求學(xué)生來做實(shí)驗(yàn)前完成實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)報(bào)告，在實(shí)驗(yàn)報(bào)告紙上完成實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)原理、主要儀器設(shè)備、實(shí)驗(yàn)方法和實(shí)驗(yàn)步驟，并提出實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)中的疑惑和問題等，以達(dá)到縮短實(shí)驗(yàn)前的講解時(shí)間，增加學(xué)生操作訓(xùn)練時(shí)間，更好地完成實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)。

2 學(xué)生講解實(shí)驗(yàn)為主，教師精講點(diǎn)評(píng)為輔

在“以學(xué)生為主體”的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，嘗試摒棄傳統(tǒng)的教師講授實(shí)驗(yàn)要求、實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)方法、注意事項(xiàng)和演示操作步驟，改為學(xué)生結(jié)合預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書內(nèi)容進(jìn)行講解和示范，教師輔助補(bǔ)充，精講要點(diǎn)。學(xué)生處于主體地位，既有新鮮感，又肩負(fù)責(zé)任感，促使學(xué)生課前認(rèn)真預(yù)習(xí)，不得馬虎。根據(jù)學(xué)生講解中出現(xiàn)的問題，教師可以直接地掌握學(xué)生預(yù)習(xí)的效果，并從中發(fā)現(xiàn)問題進(jìn)行針對(duì)性的精講和指導(dǎo)。教師的主導(dǎo)作用和學(xué)生的主體意識(shí)有機(jī)結(jié)合，能切實(shí)提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，促進(jìn)了學(xué)生的全面發(fā)展，加深了對(duì)本次實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的了解，為綜合實(shí)驗(yàn)臺(tái)的組合創(chuàng)新打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

3 注重實(shí)驗(yàn)過程

本實(shí)驗(yàn)儀器的臺(tái)套比較少，因此需要對(duì)學(xué)生進(jìn)行分組。由過去的經(jīng)驗(yàn)得出，一組同學(xué)中只有部分同學(xué)認(rèn)真做實(shí)驗(yàn)，而部分同學(xué)作陪襯，因此本實(shí)驗(yàn)擬將實(shí)驗(yàn)考核內(nèi)容貫穿整個(gè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程之中。在實(shí)驗(yàn)過程中，認(rèn)真考查每一位同學(xué)的實(shí)驗(yàn)態(tài)度，對(duì)不同學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中的提問，結(jié)合實(shí)驗(yàn)中易出現(xiàn)的問題，給予必要的提示和指導(dǎo)，使學(xué)生對(duì)問題的認(rèn)識(shí)更加深入化，發(fā)現(xiàn)學(xué)生的操作技能有誤或觀察判斷不正確，要及時(shí)啟發(fā)學(xué)生糾正。

過往經(jīng)驗(yàn)得出，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)活動(dòng)中充分發(fā)揮了學(xué)生的主體作用，調(diào)動(dòng)了學(xué)生的積極性和自覺性，激發(fā)了學(xué)生實(shí)驗(yàn)的興趣，變“要我練”為“我要練”，同組學(xué)生進(jìn)行分工協(xié)作，每個(gè)學(xué)生都可盡情展示才能，使他們?cè)趯?shí)驗(yàn)教學(xué)中學(xué)會(huì)觀察問題、提出問題，達(dá)到分析問題和解決問題的目的，從中培養(yǎng)他們的創(chuàng)新思維和實(shí)踐能力。

4 培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力

創(chuàng)新教育是培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神、科研能力和科學(xué)素養(yǎng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式。教師作為創(chuàng)新思維的啟發(fā)者、創(chuàng)新精神的培養(yǎng)者、關(guān)鍵操作的示范者和實(shí)驗(yàn)過程的幫助者。要引導(dǎo)學(xué)生善于發(fā)現(xiàn)和認(rèn)識(shí)新知識(shí)、新事物，掌握新方法，為培養(yǎng)高素質(zhì)的創(chuàng)新人才奠定基礎(chǔ)。

機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)作為機(jī)器的重要組成部分，不僅應(yīng)能實(shí)現(xiàn)預(yù)期功能，而且應(yīng)具有良好性能。實(shí)現(xiàn)相同功能的傳動(dòng)系統(tǒng)可以有不同的組合方案，從中選出一種綜合性能好的組合方案是至關(guān)重要的。本實(shí)驗(yàn)以學(xué)生為中心，在單項(xiàng)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目基礎(chǔ)上，要求學(xué)生通過深入分析組合創(chuàng)新的創(chuàng)新思維和各類創(chuàng)新技法，自主提出了一種基于組合原理的組合方案，并獨(dú)立設(shè)計(jì)出繪制出傳動(dòng)方案圖和結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。

組合創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)可以實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)活動(dòng)由“教”向“學(xué)”以及“教”向“導(dǎo)”的轉(zhuǎn)變，使實(shí)驗(yàn)教學(xué)活動(dòng)真正建立在學(xué)生自主活動(dòng)、主動(dòng)探索的基礎(chǔ)上。

5 改革實(shí)驗(yàn)報(bào)告

本實(shí)驗(yàn)在實(shí)驗(yàn)報(bào)告的撰寫上嘗試改變傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)報(bào)告的單一和千篇一律性，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)報(bào)告的多樣化。實(shí)驗(yàn)報(bào)告由實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?shí)驗(yàn)原理、單項(xiàng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果、單項(xiàng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析、組合創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)方案、組合創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)傳動(dòng)裝置傳動(dòng)原理圖和結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖，以及實(shí)驗(yàn)小結(jié)組成。這樣每一份實(shí)驗(yàn)報(bào)告既包含了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)部分內(nèi)容，又包含了個(gè)人創(chuàng)新部分。

多樣化的實(shí)驗(yàn)報(bào)告雖然給指導(dǎo)教師帶來批改上的不便，但可以真正做到讓學(xué)生人人參與實(shí)驗(yàn)，并培養(yǎng)學(xué)生的獨(dú)立思考和創(chuàng)新思維。

四、結(jié)語

在機(jī)械傳動(dòng)性能綜合實(shí)驗(yàn)的開發(fā)過程中將普通實(shí)驗(yàn)提升為創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)是機(jī)械實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重要改革。實(shí)驗(yàn)開發(fā)中“以學(xué)生為主體”，將實(shí)驗(yàn)前的預(yù)習(xí)、實(shí)驗(yàn)過程以及實(shí)驗(yàn)后的實(shí)驗(yàn)報(bào)告有機(jī)連成一體，注重各個(gè)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)的考核，對(duì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告進(jìn)行了改革，杜絕了實(shí)驗(yàn)報(bào)告的單一性。

實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，充分發(fā)揮了教師的主導(dǎo)作用和學(xué)生的主體作用，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，培養(yǎng)學(xué)生觀察現(xiàn)象、分析問題、解決問題的能力。有助于學(xué)生加強(qiáng)理解和鞏固機(jī)械基礎(chǔ)知識(shí)，并且能提高學(xué)生的邏輯思維、獨(dú)立操作和自學(xué)能力，使學(xué)生獲得比較熟練的實(shí)驗(yàn)技能，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)事求是、嚴(yán)肅認(rèn)真的科學(xué)態(tài)度。

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(文字編輯、責(zé)任校對(duì)：賈俊蘭)