機(jī)械設(shè)計(jì)類課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)的探索與研究

盧青蘭　陳　波

摘要：文章從西南石油大學(xué)機(jī)械設(shè)計(jì)類課程實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)的實(shí)際出發(fā)，通過對(duì)工科類高校機(jī)械設(shè)計(jì)類課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)的現(xiàn)狀分析，找出了目前工科院校機(jī)械設(shè)計(jì)類課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中普遍存在的問題，著重闡述了西南石油大學(xué)機(jī)械設(shè)計(jì)類課程實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)中5個(gè)方面的實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革成果。特別列舉了工業(yè)設(shè)計(jì)專業(yè)和機(jī)械設(shè)計(jì)專業(yè)學(xué)生在2006年設(shè)計(jì)的“癱疾病人翻身床設(shè)計(jì)”實(shí)例，對(duì)高校機(jī)械設(shè)計(jì)類課程實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)進(jìn)行了積極的探索，為其他工科院校機(jī)械設(shè)計(jì)類課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)提供了一些參考。

關(guān)鍵詞：機(jī)械設(shè)計(jì)：實(shí)驗(yàn)教學(xué)：創(chuàng)新能力

科學(xué)發(fā)展的歷程表明：許多偉大的發(fā)明、發(fā)現(xiàn)和突破性理論的產(chǎn)生都來自實(shí)驗(yàn)室。高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)是理工科教學(xué)重要的組成部分，它不僅是學(xué)生獲得知識(shí)的重要途徑，而且對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)風(fēng)和素質(zhì)、實(shí)際工作能力和科學(xué)研究能力具有十分重要的作用和意義。目前國(guó)內(nèi)的大學(xué)生由于多種原因接觸工程實(shí)際很少，缺乏機(jī)械以及和機(jī)械相關(guān)的生產(chǎn)實(shí)踐方面的知識(shí)，實(shí)踐動(dòng)手能力相對(duì)較弱，學(xué)生不知道學(xué)習(xí)該類課程的目的，不知道將來如何運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決什么樣的問題?大大挫傷了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，這從一個(gè)側(cè)面反映了國(guó)內(nèi)教學(xué)方式的不足。

機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程是高等工科院校機(jī)械類各專業(yè)的一門設(shè)計(jì)性主干技術(shù)基礎(chǔ)課程。通過機(jī)械設(shè)計(jì)類課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握有關(guān)機(jī)械設(shè)備、制作的基本理論知識(shí)和實(shí)踐知識(shí)。課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)是教學(xué)中一個(gè)重要的實(shí)踐環(huán)節(jié)，是培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際能力、分析問題和解決問題的能力，啟迪創(chuàng)新思維，開拓創(chuàng)新潛能的重要手段。為了提高實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)效果，在實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)方面應(yīng)該進(jìn)行具有新意的改革，從提高學(xué)生素質(zhì)能力來看，目前實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)還需要進(jìn)行必要的改進(jìn)。

一、機(jī)械設(shè)計(jì)類課程實(shí)踐教學(xué)現(xiàn)狀分析

機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程是高校培養(yǎng)學(xué)生進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)能力的最基礎(chǔ)的教學(xué)環(huán)節(jié)，它是一門和實(shí)踐結(jié)合非常密切的課程。在教學(xué)方法上采取了課堂教學(xué)、實(shí)驗(yàn)和課程設(shè)計(jì)等方式進(jìn)行，使科學(xué)研究和工程實(shí)踐相結(jié)合，盡可能地讓學(xué)生通過本門課程的學(xué)習(xí)，掌握有關(guān)機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)踐方面的知識(shí)。

機(jī)械基礎(chǔ)課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目大致可分為演示性實(shí)驗(yàn)、驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)和綜合性實(shí)驗(yàn)。

演示性實(shí)驗(yàn)是通過實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的進(jìn)行，增加學(xué)生對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)形式、種類和運(yùn)動(dòng)規(guī)律等認(rèn)識(shí)和理解，比如：通過參觀陳列室的各種機(jī)械零部件、簡(jiǎn)單機(jī)構(gòu)、機(jī)械的動(dòng)作和實(shí)際機(jī)械的運(yùn)動(dòng)等過程，增加學(xué)生的感性認(rèn)識(shí)。

驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)是通過實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，證明課堂教學(xué)的某種理論或規(guī)律。

設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)是希望學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康牡囊?，自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的試驗(yàn)方式、方法和步驟，增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性，使學(xué)生對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)踐知識(shí)有一個(gè)深刻的認(rèn)識(shí)。

綜合性實(shí)驗(yàn)是包涵上述實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹z查學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)的綜合運(yùn)用能力的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。

目前西南石油大學(xué)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)與其他院?；鞠嗤捎趯?shí)驗(yàn)項(xiàng)目多為演示性、驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)。部分綜合性實(shí)驗(yàn)，在這些試驗(yàn)過程中，沒有達(dá)到讓學(xué)生理解機(jī)械設(shè)計(jì)的綜合運(yùn)用知識(shí)的目的。我們?cè)儐枀⒓訖C(jī)械實(shí)驗(yàn)課的學(xué)生，對(duì)所學(xué)的實(shí)驗(yàn)課程有什么印象和體會(huì)，學(xué)生認(rèn)為目前一些實(shí)驗(yàn)課程。讓學(xué)生自己動(dòng)手操作的太少，因此實(shí)驗(yàn)沒有達(dá)到預(yù)期的目的。這種現(xiàn)象是目前很多實(shí)驗(yàn)課程中的普遍情況。我們?cè)?、查詢相關(guān)資料，發(fā)現(xiàn)國(guó)外大學(xué)工科專業(yè)實(shí)驗(yàn)課程學(xué)時(shí)相對(duì)較多，一個(gè)實(shí)驗(yàn)可以做4個(gè)或6個(gè)學(xué)時(shí)，有的甚至8個(gè)學(xué)時(shí)，雖然實(shí)驗(yàn)內(nèi)容相對(duì)多了一些，但能保證學(xué)生比較充分地參加實(shí)驗(yàn)，讓他們較為深刻地了解實(shí)驗(yàn)的過程、內(nèi)容和目的，其實(shí)驗(yàn)效果較好。

二、實(shí)踐教學(xué)改革建設(shè)與創(chuàng)新

機(jī)械基礎(chǔ)課程是面向?qū)嵺`生產(chǎn)過程的知識(shí)，缺少工程實(shí)踐活動(dòng)，很多簡(jiǎn)單的內(nèi)容就不容易被學(xué)生理解。從提高學(xué)生實(shí)踐知識(shí)能力的目的來分析，作為機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，應(yīng)該開展能夠使學(xué)生有較多機(jī)械設(shè)計(jì)生產(chǎn)實(shí)際的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，尤其是設(shè)計(jì)性的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，學(xué)生通過自行設(shè)計(jì)制作實(shí)驗(yàn)過程，可以提高學(xué)習(xí)興趣，促進(jìn)學(xué)習(xí)效果。

為更好地提高西南石油大學(xué)機(jī)械類專業(yè)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)水平，機(jī)電工程學(xué)院廣大教師和實(shí)驗(yàn)人員對(duì)傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行了反思，對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)從體系結(jié)構(gòu)、手段和方法等方面進(jìn)行了廣泛的探索，并進(jìn)行了積極的改革。本文從機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)內(nèi)容的建設(shè)出發(fā)，分析機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀和實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革成果，從加強(qiáng)學(xué)生實(shí)踐動(dòng)手能力、提高學(xué)生創(chuàng)新能力出發(fā)提出教學(xué)改革辦法。

(一)培養(yǎng)學(xué)生觀察生活、發(fā)現(xiàn)問題的能力

發(fā)現(xiàn)問題比解決問題更加重要。由于我國(guó)教育體制原因，學(xué)生長(zhǎng)年學(xué)習(xí)只注重書本上的理論知識(shí)，忽略實(shí)踐這一重要的環(huán)節(jié)。學(xué)生只顧讀書，對(duì)身邊的事情漠不關(guān)心，當(dāng)布置設(shè)計(jì)型課題時(shí)不知道應(yīng)該做什么樣的題目，嚴(yán)重影響了學(xué)生探索知識(shí)的積極性。設(shè)計(jì)是為人服務(wù)的，設(shè)計(jì)的目的是拓展人的能力，使人生活更加舒適、工作更有效率。為人解決問題正是提高學(xué)生設(shè)計(jì)興趣的重要手段。我們?cè)谡n堂教學(xué)中增加對(duì)應(yīng)教學(xué)內(nèi)容的相應(yīng)實(shí)例，讓學(xué)生明白學(xué)習(xí)的機(jī)構(gòu)、結(jié)構(gòu)在具體工作、生活中是如何應(yīng)用的。適當(dāng)引導(dǎo)學(xué)生對(duì)案例中不滿意的地方進(jìn)行改進(jìn)，促使學(xué)生主動(dòng)思考。

(二)培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維能力

為了培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維與創(chuàng)新能力，應(yīng)當(dāng)在教學(xué)中有意識(shí)地去發(fā)展直覺思維，在實(shí)驗(yàn)中“探索一發(fā)現(xiàn)”最有助于學(xué)生直覺思維能力的培養(yǎng)，重視學(xué)生的操作實(shí)驗(yàn)活動(dòng)，發(fā)現(xiàn)新的問題、新的現(xiàn)象。一方面應(yīng)充分利用和挖掘課本上的探索性實(shí)驗(yàn)，另一方面還可將一些驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)改成探索性實(shí)驗(yàn)，鼓勵(lì)學(xué)生自由的思考，包括機(jī)靈的猜想，去探索去發(fā)現(xiàn)，以促進(jìn)學(xué)生直覺思維向合理程度發(fā)展，使他們成為知識(shí)的主動(dòng)探索者。

學(xué)生一旦發(fā)現(xiàn)問題，就會(huì)產(chǎn)生極大興趣想辦法解決。科學(xué)的解決辦法往往事半功倍。我們?cè)诮虒W(xué)中穿插一些創(chuàng)造學(xué)的內(nèi)容和方法，有時(shí)開設(shè)講座、集體討論等形式加以補(bǔ)充，使學(xué)生結(jié)合所學(xué)的機(jī)構(gòu)、結(jié)構(gòu)、連接等知識(shí)完善其構(gòu)想。這樣自然地引導(dǎo)學(xué)生想去將構(gòu)想變成現(xiàn)實(shí)，為開設(shè)設(shè)計(jì)動(dòng)手類型的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目奠定了基礎(chǔ)。

(三)在課程教學(xué)中增加動(dòng)手制作類實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目

為了實(shí)現(xiàn)學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐的軟著陸，我們首先在課程教學(xué)中增加機(jī)構(gòu)、制作作業(yè)，例如設(shè)計(jì)制作突出產(chǎn)品特性的動(dòng)態(tài)商業(yè)廣告、設(shè)計(jì)制作等。讓學(xué)生了解機(jī)構(gòu)不是枯燥無味的畫圖，而是解決運(yùn)動(dòng)的重要手段。在課外進(jìn)行學(xué)生講評(píng)、答辯和教師評(píng)價(jià)等方式，不僅鍛煉了學(xué)生動(dòng)手解決問題的能力，也提高了學(xué)生表達(dá)能力，對(duì)將來學(xué)生就業(yè)自我推薦也有積極的意義。

從提高學(xué)生實(shí)踐動(dòng)手能力的目的出發(fā)。機(jī)械基礎(chǔ)課程的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目應(yīng)有以下特點(diǎn)：

1、貼近生活。結(jié)合學(xué)生的生活實(shí)際，讓學(xué)生在生活中能夠感受到所學(xué)的知識(shí)

不是空中樓閣。

2、親自動(dòng)手。增加學(xué)生親自動(dòng)手操作、實(shí)踐的機(jī)會(huì)，讓學(xué)生通過實(shí)際操作，學(xué)習(xí)機(jī)械基礎(chǔ)課程的知識(shí)。

3、易于掌握。實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容不能過于復(fù)雜，因?yàn)闄C(jī)械基礎(chǔ)知識(shí)學(xué)習(xí)階段，學(xué)生的接受能力還是有一定限度的。

4、安全。實(shí)驗(yàn)應(yīng)具有較好的安全性，才有利于提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，才能取得較好的學(xué)習(xí)效果。

(四)結(jié)合課程教學(xué)內(nèi)容開設(shè)綜合設(shè)計(jì)類型實(shí)驗(yàn)

目前的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，學(xué)生自主動(dòng)手的機(jī)會(huì)太少，多數(shù)情況下學(xué)生只是以觀眾的身份參加實(shí)驗(yàn)，因此對(duì)實(shí)驗(yàn)的要求、內(nèi)容和方式方法沒有比較全面的體會(huì)。雖然實(shí)驗(yàn)前作了準(zhǔn)備。但在實(shí)驗(yàn)過程中由于沒有能夠獨(dú)立完成，對(duì)于整個(gè)實(shí)驗(yàn)的目的、要求和作用機(jī)理沒有詳細(xì)了解，同學(xué)注意的是如何完成自己的工作；不熟悉的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，難以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，影響學(xué)生學(xué)習(xí)的效果。開設(shè)設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目應(yīng)注意開設(shè)既符合課程要求、學(xué)生又比較熟悉的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目；機(jī)械設(shè)計(jì)類課程的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目還應(yīng)注意注重基礎(chǔ)內(nèi)容的學(xué)習(xí)，盡量結(jié)合學(xué)生的生活環(huán)境。學(xué)時(shí)不夠，可以增加課外學(xué)時(shí)，也可以結(jié)合開放性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目完善設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。

(五)通過開放實(shí)驗(yàn)。提倡團(tuán)隊(duì)合作完成較完整的綜合性設(shè)計(jì)

機(jī)械類課程實(shí)踐環(huán)節(jié)只能培養(yǎng)學(xué)生在機(jī)構(gòu)、結(jié)構(gòu)方面的動(dòng)手實(shí)踐能力。而學(xué)生希望最終能解決實(shí)際問題。解決整個(gè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)問題需要多學(xué)科團(tuán)隊(duì)，例如，工業(yè)設(shè)計(jì)、機(jī)械、電子控制等多方面人才的結(jié)合。可以利用學(xué)校整體資源以開設(shè)開放性實(shí)驗(yàn)的形式組成解決產(chǎn)品設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)，利用業(yè)余時(shí)間合作完成最終設(shè)計(jì)。對(duì)完成實(shí)驗(yàn)的學(xué)時(shí)進(jìn)行必要的改動(dòng)，不必在固定的時(shí)間進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，可以根據(jù)學(xué)生的實(shí)際情況，讓學(xué)生隨時(shí)都能到實(shí)驗(yàn)室作實(shí)驗(yàn)，從而達(dá)到要求的學(xué)習(xí)效果。

三、教學(xué)實(shí)踐嘗試

西南石油大學(xué)工業(yè)設(shè)計(jì)專業(yè)、機(jī)械設(shè)計(jì)專業(yè)學(xué)生在2006年合作完成“癱瘓病人翻身床設(shè)計(jì)”制作就是一個(gè)典型例子。2005年工業(yè)設(shè)計(jì)專業(yè)一學(xué)生因父親癱瘓多年在床上。在開放實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目中提出該課題。針對(duì)醫(yī)院、療養(yǎng)院、家庭中重病人和癱瘓病人活動(dòng)不便設(shè)計(jì)一款操作簡(jiǎn)單、成本較低的癱瘓病人翻身床，要求床能抬頭、屈腿，另外，還要求側(cè)翻。而市場(chǎng)上產(chǎn)品只能抬頭、屈腿；或者只能側(cè)翻，故該課題有大的潛在市場(chǎng)。大學(xué)生對(duì)醫(yī)院病床不陌生，卻不太了解翻身床的原理及性能。學(xué)生在廣泛設(shè)計(jì)調(diào)查的基礎(chǔ)上提出參考醫(yī)療設(shè)備采用液壓傳動(dòng)，將床體分為8塊，通過鉸鏈連接。為了便于兩個(gè)方向翻身，故設(shè)計(jì)8個(gè)特殊球鉸鏈連接?？刂撇捎脝纹瑱C(jī)控制，有效解決了護(hù)理癱瘓病人時(shí)遇到的困難。實(shí)驗(yàn)室購置了一些標(biāo)準(zhǔn)零部件，學(xué)生自己動(dòng)手制作出實(shí)現(xiàn)雙向翻身的小模型。在校有關(guān)部門的大力支持下，結(jié)合設(shè)計(jì)模型到廠家制造出樣機(jī)參加2006年全國(guó)大學(xué)生機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽獲全國(guó)二等獎(jiǎng)，四川賽區(qū)一等獎(jiǎng)，是西南地區(qū)最好成績(jī)。學(xué)生在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)開發(fā)了病人對(duì)接床，兩項(xiàng)設(shè)計(jì)成功獲得實(shí)用新型專利授權(quán)。

四、結(jié)論

通過多年實(shí)踐，要提高學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐能力，還要結(jié)合學(xué)校政策、教師積極性等多方面綜合考慮，現(xiàn)總結(jié)如下：

學(xué)校政策支持。學(xué)校對(duì)教學(xué)重視程度，對(duì)指導(dǎo)教師待遇提高才能鼓勵(lì)教師積極參與課外實(shí)踐活動(dòng)，帶領(lǐng)學(xué)生進(jìn)行創(chuàng)造性活動(dòng)。

課程教學(xué)應(yīng)該結(jié)合實(shí)驗(yàn)特性加入設(shè)計(jì)制作作業(yè)，讓學(xué)生逐步習(xí)慣動(dòng)手實(shí)踐。

鼓勵(lì)學(xué)生進(jìn)行有創(chuàng)造性的改進(jìn)實(shí)驗(yàn)，讓有新的見解、想法的學(xué)生進(jìn)行自己認(rèn)為符合生活要求的創(chuàng)新設(shè)計(jì)等。

將大的課題按照設(shè)計(jì)步驟拆成若干實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，這樣便于最終有一個(gè)較完整的作品。

不同專業(yè)學(xué)生根據(jù)課題性質(zhì)組成臨時(shí)課題組，發(fā)揮各自優(yōu)勢(shì)，以開放實(shí)驗(yàn)為載體，在指導(dǎo)教師帶領(lǐng)下，將實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)中好的方案細(xì)化完善成為樣機(jī)模型。這樣對(duì)低年級(jí)學(xué)生積極參與動(dòng)手實(shí)驗(yàn)具有積極的促進(jìn)和鼓勵(lì)作用。