機(jī)械原理實(shí)驗(yàn)室建設(shè)初探

鄭耿樂

機(jī)械基礎(chǔ)是學(xué)校機(jī)類專業(yè)的主干專業(yè)基礎(chǔ)課，具有實(shí)踐性強(qiáng)與應(yīng)用性強(qiáng)。機(jī)械基礎(chǔ)課程從其結(jié)構(gòu)層面上看，包含內(nèi)容極為廣泛，根據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn)，學(xué)員需掌握三大模塊十一個課目，且各個課目之間并無太直接的聯(lián)系，跨度從常見的標(biāo)準(zhǔn)件到較復(fù)雜傳動機(jī)構(gòu)，涉及內(nèi)容繁雜、機(jī)構(gòu)離散；從課程執(zhí)行層面上看，學(xué)員普遍反映該課程涉及的零部件多數(shù)沒有見過，機(jī)構(gòu)運(yùn)動特性過于抽象，僅憑教員講解，難以形成直觀感受，導(dǎo)致學(xué)員理解困難。授課期間，多名專家聽課后也一致認(rèn)為，語言講授、仿真演示遠(yuǎn)不如實(shí)物模型或?qū)嶒?yàn)演示給學(xué)員的直觀映像強(qiáng)烈，特別是較為抽象的機(jī)構(gòu)運(yùn)動部分和機(jī)械傳動部分。而目前學(xué)校沒有任何相關(guān)實(shí)驗(yàn)室，嚴(yán)重影響了教學(xué)質(zhì)量的提升，因此提出建設(shè)該實(shí)驗(yàn)室。

1 實(shí)驗(yàn)室建設(shè)目標(biāo)和必要性

機(jī)械基礎(chǔ)課程從其結(jié)構(gòu)層面上看，包含內(nèi)容極為廣泛，根據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn)，學(xué)員需掌握三大模塊，十一個課目的內(nèi)容。各個課目之間并無太直接的聯(lián)系，跨度從常見的標(biāo)準(zhǔn)件常用件如螺紋、鍵、銷、齒輪的認(rèn)知到較復(fù)雜傳動機(jī)構(gòu)如四桿機(jī)構(gòu)、凸輪、間隙運(yùn)動機(jī)構(gòu)等，涉及內(nèi)容繁雜、機(jī)構(gòu)離散；從課程執(zhí)行層面上看，學(xué)員普遍反映該課程涉及的零部件多數(shù)沒有見過，機(jī)構(gòu)運(yùn)動特性過于抽象，僅憑教員講解，難以形成直觀感受，導(dǎo)致學(xué)員理解困難。在授課其間，多名專家聽課后也一致認(rèn)為，語言講授、仿真演示遠(yuǎn)不如實(shí)物模型或教學(xué)模具演示給學(xué)員的直觀映像強(qiáng)烈，特別是較為抽象的機(jī)構(gòu)運(yùn)動部分和機(jī)械傳動部分，教具的使用遠(yuǎn)比動畫的模擬更具有說服力和啟發(fā)性。結(jié)合實(shí)際教學(xué)情況和專家意見，機(jī)械教學(xué)組進(jìn)行了討論和調(diào)研，認(rèn)為矛盾主要集中在以下三個方面： （1）理論教學(xué)缺乏示教器材。（2）實(shí)踐教學(xué)缺少操作途徑。（3）創(chuàng)新活動缺乏活動設(shè)備。

實(shí)驗(yàn)室建設(shè)目標(biāo)應(yīng)該為保障學(xué)校機(jī)械基礎(chǔ)課程教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)員基礎(chǔ)技能，樹立規(guī)范操作、嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)創(chuàng)新的科學(xué)態(tài)度。實(shí)驗(yàn)室建設(shè)完成后，應(yīng)能通過實(shí)驗(yàn)加深學(xué)員對所學(xué)知識的理解；能使學(xué)員熟練操作相關(guān)儀器、設(shè)備；使學(xué)員具備利用測試設(shè)備和儀器進(jìn)行采集、分析及處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和實(shí)驗(yàn)誤差的綜合分析能力；培養(yǎng)學(xué)員善于觀察、分析觀察事物和現(xiàn)象的習(xí)慣，并使之具備能綜合運(yùn)用所學(xué)知識進(jìn)行任務(wù)完成的能力，為將來專業(yè)課程學(xué)習(xí)和工程實(shí)踐打下基礎(chǔ)。經(jīng)建設(shè)之后，可容納32名學(xué)員同時進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)部分專業(yè)基礎(chǔ)課教學(xué)場地由教室轉(zhuǎn)向?qū)嵱?xùn)室，開展一體化教學(xué)，建設(shè)主要內(nèi)容包含：實(shí)驗(yàn)的基本知識、基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)、綜合性實(shí)驗(yàn)和創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)四部分。具體為完成常用件參數(shù)測定實(shí)驗(yàn)、機(jī)械原理認(rèn)知實(shí)驗(yàn)（通過觀察機(jī)械原理成列柜認(rèn)知展示的各種常用機(jī)構(gòu)模型，通過趣味自動機(jī)械系統(tǒng)展示臺激發(fā)學(xué)員的學(xué)習(xí)積極性）；機(jī)械原理基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)（包括簡單材料力學(xué)試驗(yàn)、齒輪范成實(shí)驗(yàn)、軸的綜合測量實(shí)驗(yàn)、行為公差實(shí)驗(yàn)等）；綜合實(shí)驗(yàn)（包括平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖測繪實(shí)驗(yàn)、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)動平衡實(shí)驗(yàn)、齒輪參數(shù)測定實(shí)驗(yàn)、機(jī)械傳動性能綜合實(shí)驗(yàn)、等）；機(jī)構(gòu)組合創(chuàng)新設(shè)計實(shí)驗(yàn)。

2 實(shí)驗(yàn)室建設(shè)內(nèi)容

實(shí)驗(yàn)室建設(shè)包含硬件建設(shè)和軟件建設(shè)，其中硬件建設(shè)涵蓋場地、儀器等，軟件建設(shè)主要包括實(shí)驗(yàn)課程的建設(shè)、實(shí)驗(yàn)室的運(yùn)營管理等等。下面重點(diǎn)探討一下實(shí)驗(yàn)課程的建設(shè)。

機(jī)械基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)涵蓋工程力學(xué)、互換性與測量技術(shù)、機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計、機(jī)械工程材料等內(nèi)容。機(jī)械基礎(chǔ)試驗(yàn)課程的教學(xué)目的是（1）加深學(xué)員對所學(xué)知識的理解；（2）熟練操作儀器、設(shè)備，完成實(shí)驗(yàn)?zāi)康?；?）學(xué)會利用測試設(shè)備和儀器進(jìn)行采集、分析及處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和實(shí)驗(yàn)誤差的綜合分析（4）培養(yǎng)學(xué)員善于觀察、分析事務(wù)和現(xiàn)象的習(xí)慣，并能綜合思考的良好學(xué)風(fēng)，訓(xùn)練理性思維，在嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)實(shí)驗(yàn)中提高科學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?；?）培養(yǎng)學(xué)員綜合運(yùn)用所學(xué)知識的能力，為將來崗位實(shí)踐打下堅(jiān)定基礎(chǔ)。

機(jī)械基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課程的主要內(nèi)容有一下四個部分：（1）實(shí)驗(yàn)的基本理論，包含基本物理量測量技術(shù)基礎(chǔ)、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的誤差分析處理、實(shí)驗(yàn)設(shè)計方法；（2）機(jī)械基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)，包含認(rèn)知實(shí)驗(yàn)、基本原理實(shí)驗(yàn)；（3）機(jī)械綜合實(shí)驗(yàn)，包括換換性與技術(shù)測量、機(jī)械原理探究、技術(shù)設(shè)計等內(nèi)容；（4）機(jī)械設(shè)計創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)，包括機(jī)構(gòu)組合創(chuàng)新與機(jī)構(gòu)仿真實(shí)驗(yàn)等。

3 實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法的建設(shè)

傳統(tǒng)的教學(xué)教學(xué)，都是通過模型、實(shí)物等形象化教學(xué)手段并通過教師的語言描述來組織教學(xué)，注重知識和技能的傳授。整個教學(xué)過程對于思維能力要求高，操作性不強(qiáng)，連貫性差，知識跳躍幅度大，學(xué)員很難在短時間掌握。因此實(shí)驗(yàn)部分的教學(xué)在方法上需要創(chuàng)新。具體來說可以在以下幾個方面來開展。

（1）教學(xué)模式是可以采用“翻轉(zhuǎn)課堂”模式。所謂翻轉(zhuǎn)課堂，就是教員創(chuàng)建視頻，學(xué)員在課外觀看視頻中教員的講解，回到課堂上師生面對面交流完成作業(yè)的教學(xué)形態(tài)。具體來說課前采用“微課”，“微視頻”等形式下發(fā)學(xué)習(xí)任務(wù)，充分調(diào)動學(xué)員主動學(xué)習(xí)的積極性。

（2）對同一實(shí)驗(yàn)進(jìn)行“參數(shù)化”設(shè)計，是不同小組學(xué)員之間的使用體現(xiàn)出差異，這樣既可以促使學(xué)員獨(dú)立思考。具體來說，以“搭接鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)”實(shí)驗(yàn)為例，給學(xué)員提供的“桿件”數(shù)量要多，使每個小組學(xué)員都不相同。

（3）運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，拓展實(shí)驗(yàn)教學(xué)的空間。機(jī)械原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)必須依托相應(yīng)實(shí)驗(yàn)室才能完成，對于復(fù)雜的機(jī)械原理試驗(yàn)和機(jī)構(gòu)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)在短時間內(nèi)無法完成實(shí)驗(yàn)教學(xué)任務(wù)。教員可以利用虛擬樣機(jī)開發(fā)相應(yīng)軟件，在學(xué)員在網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)室中觀看機(jī)械原理的仿真的視頻并通過鼠標(biāo)操作參與實(shí)驗(yàn)過程，從而縮短實(shí)際裝配教學(xué)的時間。

總之依據(jù)上述思路，采取上述教學(xué)手段及方法破有助于破解了機(jī)械原理試驗(yàn)教學(xué)的部分難題，提升了整個機(jī)械基礎(chǔ)課程的教學(xué)質(zhì)量。 在具體教學(xué)過程中，絕大多數(shù)學(xué)員積極主動，對實(shí)驗(yàn)內(nèi)容產(chǎn)生了濃厚興趣，為了解決實(shí)驗(yàn)中遇到的問題，學(xué)員會主動學(xué)習(xí)、尋找解決問題的方法，求知的欲望明顯得到加強(qiáng)。由于倡導(dǎo)“內(nèi)部原理求簡，外部特征求細(xì)，應(yīng)用結(jié)合求全”，并與機(jī)械原理課程的理論知識緊密結(jié)合，不但大大增強(qiáng)了學(xué)員的動手能力，也使學(xué)生對課程知識的綜合能力得到了鍛煉和提高，為后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)奠定了較好的基礎(chǔ)。endprint