機(jī)械原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)新體系的建設(shè)與實(shí)踐

王聰慧，王 順，熊 健

（吉林大學(xué)機(jī)械科學(xué)與工程學(xué)院，吉林長(zhǎng)春 130025）

機(jī)械原理課程是工科院校機(jī)械類專業(yè)必修的一門(mén)主干技術(shù)基礎(chǔ)課程，課程包括理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)兩部分。實(shí)驗(yàn)教學(xué)作為實(shí)踐教學(xué)的重要內(nèi)容之一，在學(xué)生理論知識(shí)鞏固、實(shí)踐能力訓(xùn)練、綜合設(shè)計(jì)能力提高，合作精神培養(yǎng)、創(chuàng)新意識(shí)形成等方面發(fā)揮著重要作用[1]。傳統(tǒng)的機(jī)械原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容和組織方式都是以輔助理論教學(xué)為目的，以演示、驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)為主，在幫助學(xué)生理解基礎(chǔ)理論知識(shí)，掌握、鞏固相應(yīng)知識(shí)點(diǎn)方面有其獨(dú)特優(yōu)勢(shì)[2]。然而，功能單一、學(xué)生動(dòng)手機(jī)會(huì)少的傳統(tǒng)課程實(shí)驗(yàn)不適合培養(yǎng)工程實(shí)踐能力強(qiáng)、綜合設(shè)計(jì)能力和創(chuàng)新設(shè)計(jì)技能高的人才，不能滿足新世紀(jì)我國(guó)工程教育在高級(jí)工程人才培養(yǎng)目標(biāo)方面的需求。針對(duì)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的不足，依托國(guó)家工科機(jī)械基礎(chǔ)課程教學(xué)基地和實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心建設(shè)項(xiàng)目，我們建立了機(jī)械原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)新體系。

1 實(shí)驗(yàn)教學(xué)新體系的建設(shè)思路

以培養(yǎng)大學(xué)生綜合設(shè)計(jì)和創(chuàng)新能力為目標(biāo)，根據(jù)學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律[3]，我們將機(jī)械原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)分成了三個(gè)層次：驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)、綜合設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)和研究創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)。機(jī)械原理課程是本科生學(xué)習(xí)階段的第一門(mén)工程設(shè)計(jì)類課程。要理解課程中諸如構(gòu)件、運(yùn)動(dòng)副等陌生概念，掌握各種典型機(jī)構(gòu)的組成、運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)和設(shè)計(jì)原理等復(fù)雜知識(shí)，單純的課堂講授會(huì)讓認(rèn)識(shí)過(guò)程艱難而漫長(zhǎng)。通過(guò)認(rèn)識(shí)工具的參與以及感覺(jué)器官的作用，學(xué)生便可以把各種機(jī)構(gòu)的復(fù)雜實(shí)物形態(tài)信息迅速地轉(zhuǎn)化為適于主體思維的信息。因此演示、驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)是幫助學(xué)生快速理解、掌握相關(guān)理論知識(shí)，輕松進(jìn)入課程學(xué)習(xí)狀態(tài)的最有效的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ健?/p>

經(jīng)歷一段時(shí)間的理論學(xué)習(xí)和實(shí)驗(yàn)認(rèn)識(shí)，學(xué)生對(duì)課程中的基本概念和典型機(jī)構(gòu)的基本知識(shí)有了感性認(rèn)識(shí)，并具備了一定的分析和解決問(wèn)題的能力。然而，機(jī)械原理課程教學(xué)內(nèi)容在近十余年中，已經(jīng)從傳統(tǒng)的以機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力分析為主轉(zhuǎn)向?yàn)橐詸C(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì)、機(jī)構(gòu)的綜合為主。為跟上教學(xué)內(nèi)容改革的步伐，實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容必須對(duì)機(jī)械系統(tǒng)的整體概念進(jìn)行強(qiáng)化，對(duì)學(xué)生的綜合設(shè)計(jì)能力進(jìn)行重點(diǎn)訓(xùn)練。綜合設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)就是因此目的開(kāi)設(shè)的。這類實(shí)驗(yàn)以機(jī)械系統(tǒng)整體運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì)為訓(xùn)練核心，將典型機(jī)構(gòu)外延到電、液、氣、光、磁等驅(qū)動(dòng)和控制的廣義機(jī)構(gòu)，植入機(jī)-電-液一體化概念，添加結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和機(jī)械制造的簡(jiǎn)單知識(shí)，拓展了驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)的廣度、深度和難度，更具有應(yīng)用性、系統(tǒng)性和綜合性。經(jīng)歷了綜合設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)的訓(xùn)練，學(xué)生的動(dòng)手能力、解決問(wèn)題能力，特別是綜合設(shè)計(jì)能力得到提升，機(jī)械系統(tǒng)的整體概念得以強(qiáng)化。此時(shí)部分思維敏捷、興趣濃厚的學(xué)生逐漸脫穎而出，進(jìn)一步的實(shí)踐鍛煉便會(huì)激發(fā)這些學(xué)生主動(dòng)參與實(shí)踐活動(dòng)的熱情，激發(fā)他們的創(chuàng)新思維和創(chuàng)造性解決問(wèn)題的能力。研究創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)就是以激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新潛能為訓(xùn)練目標(biāo)設(shè)計(jì)的，可以有兩種實(shí)驗(yàn)平臺(tái)：一是自制實(shí)驗(yàn)臺(tái)，實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、方案、?shí)施過(guò)程由學(xué)生自己制定，留給學(xué)生足夠的自學(xué)空間和創(chuàng)新空間，完成預(yù)期實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目；二是利用實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心各種綜合性、專業(yè)性的實(shí)驗(yàn)臺(tái)開(kāi)展創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)研究。

2 實(shí)驗(yàn)教學(xué)新體系的實(shí)踐

2.1 實(shí)驗(yàn)教學(xué)新體系

基于上述建設(shè)思路和實(shí)驗(yàn)室的實(shí)際情況，我們開(kāi)發(fā)了如下實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系(表1)。

表1 機(jī)械原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系

2.2 實(shí)驗(yàn)教學(xué)新體系的特點(diǎn)

(1)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容根據(jù)學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，分層次設(shè)置，逐步擴(kuò)展了內(nèi)容的廣度、深度和難度，具有系統(tǒng)性；(2)將部分課堂教學(xué)內(nèi)容轉(zhuǎn)到驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)中，讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中分析、理解和掌握，如漸開(kāi)線齒輪加工的知識(shí)并不在課堂教學(xué)中講解，而是在齒輪范成原理實(shí)驗(yàn)中呈現(xiàn)；(3)綜合設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)自主開(kāi)發(fā)，獨(dú)立設(shè)課，跨課程，擁有獨(dú)立學(xué)分和自編實(shí)驗(yàn)教材，實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)充足，保證了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的質(zhì)量；(4)綜合設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)的指導(dǎo)教師為理論課教師。教學(xué)中教師不過(guò)多參與實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、操作和分析，只做輔助性引導(dǎo)和啟發(fā)，全部實(shí)驗(yàn)過(guò)程由學(xué)生以實(shí)驗(yàn)小組形式協(xié)作完成，構(gòu)建了以教師為主導(dǎo)、以學(xué)生為主體的教學(xué)組織模式；(5)建立大學(xué)生創(chuàng)新基地，通過(guò)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室提供的設(shè)備自制實(shí)驗(yàn)臺(tái)和利用實(shí)驗(yàn)中心資源兩種方式開(kāi)展研究創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)。學(xué)生自建創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)，配有實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師，依托課外科技創(chuàng)新競(jìng)賽項(xiàng)目和教師的科研課題開(kāi)展創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)研究。(6)三類實(shí)驗(yàn)的考核方式不同：驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)通過(guò)實(shí)驗(yàn)報(bào)告和期末試卷協(xié)同考核；綜合設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)通過(guò)實(shí)驗(yàn)小組現(xiàn)場(chǎng)演示、答辯和提交科技報(bào)告的形式考核；研究創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)的效果將直接反映在大學(xué)生課外科技競(jìng)賽項(xiàng)目的結(jié)果中。

2.3 實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果

實(shí)驗(yàn)教學(xué)新體系歷經(jīng)幾年的實(shí)踐，獲得了明顯的效果，主要表現(xiàn)在：(1)輔助學(xué)生理論學(xué)習(xí)。實(shí)驗(yàn)教學(xué)毫無(wú)疑問(wèn)可以幫助學(xué)生鞏固理論知識(shí)，并且在目前課程學(xué)時(shí)嚴(yán)重縮短情況下，將部分課堂教學(xué)內(nèi)容轉(zhuǎn)到實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，一定程度上緩解了學(xué)時(shí)緊張問(wèn)題；(2)學(xué)生的自學(xué)能力得到增強(qiáng)，實(shí)驗(yàn)技能得到強(qiáng)化，綜合設(shè)計(jì)能力得以提高。綜合、研究型實(shí)驗(yàn)要求學(xué)生能夠綜合運(yùn)用機(jī)械原理、設(shè)計(jì)、制造、機(jī)電一體化等多門(mén)課程知識(shí)，而大多數(shù)課程的基礎(chǔ)理論知識(shí)要依靠學(xué)生自學(xué)提前獲得，這很好地鍛煉了學(xué)生的自學(xué)能力。分層次的實(shí)驗(yàn)教學(xué)強(qiáng)化訓(xùn)練了學(xué)生綜合應(yīng)用所學(xué)理論知識(shí)和高級(jí)工程軟件進(jìn)行工程設(shè)計(jì)的能力，利用各種實(shí)驗(yàn)手段進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究的能力以及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理能力，逐步建立應(yīng)用先進(jìn)的技術(shù)和工具解決工程問(wèn)題的習(xí)慣和能力；(3)培養(yǎng)了學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神。以實(shí)驗(yàn)小組或創(chuàng)新小組形式開(kāi)展的實(shí)驗(yàn)活動(dòng)讓學(xué)生充分意識(shí)到了團(tuán)隊(duì)協(xié)作的重要性，這種協(xié)作精神在實(shí)驗(yàn)中得到磨練；(4)學(xué)生實(shí)踐積極性高漲，創(chuàng)新意識(shí)增強(qiáng)，創(chuàng)新能力提高。綜合、研究型實(shí)驗(yàn)的教學(xué)組織形式和評(píng)價(jià)體系充分調(diào)動(dòng)了學(xué)生的主觀能動(dòng)性，學(xué)生參與實(shí)踐活動(dòng)的積極性更高，創(chuàng)造性更強(qiáng)；(5)促進(jìn)了教師知識(shí)更新。承擔(dān)實(shí)驗(yàn)教學(xué)任務(wù)的教師必須不斷豐富和更新自己的知識(shí)，掌握學(xué)科發(fā)展的前沿，掌握科學(xué)研究方法，學(xué)習(xí)運(yùn)用各種先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)手段，努力提高自己的業(yè)務(wù)水平，才能迎接實(shí)驗(yàn)改革帶來(lái)的挑戰(zhàn)。

3 結(jié)語(yǔ)

機(jī)械原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)新體系歷經(jīng)幾年的建設(shè)與實(shí)踐，獲得了良好的教學(xué)效果，但仍存在一些不足之處。開(kāi)放實(shí)驗(yàn)教學(xué)的管理、高素質(zhì)實(shí)驗(yàn)師資隊(duì)伍的建設(shè)、考核評(píng)價(jià)體系的完善、研究創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的選擇等方面還有待進(jìn)一步的探索和完善。機(jī)械原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革是一項(xiàng)延續(xù)性的工作，需要我們堅(jiān)持不懈的努力，才能產(chǎn)生出新的、高水平的改革成果。

[1]房海蓉,方躍法.談機(jī)械原理實(shí)踐教學(xué)改革對(duì)學(xué)生創(chuàng)新素質(zhì)的培養(yǎng)[J].北方交通大學(xué)學(xué)報(bào):社會(huì)科學(xué)版,2003,2(3):63-66.

[2]陳愛(ài)華.實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系改革探索與實(shí)踐[J].實(shí)驗(yàn)科學(xué)與技術(shù),2012,10(3):54-56.

[3][美]布魯納.教育過(guò)程[M].北京:文化教育出版社,1982:25-27.