基于應(yīng)用型人才培養(yǎng)的機械設(shè)計類課程實驗改革研究

劉 蘭，何麗紅，高為國

(湖南工程學院 機械工程學院，湖南 湘潭 411104)

基于應(yīng)用型人才培養(yǎng)的機械設(shè)計類課程實驗改革研究

劉 蘭，何麗紅，高為國

(湖南工程學院 機械工程學院，湖南 湘潭 411104)

我校作為應(yīng)用型普通本科院校，定位為培養(yǎng)高素質(zhì)的工程技術(shù)應(yīng)用型人才。通過分析機械設(shè)計類課程實驗教學中存在的問題，按照應(yīng)用型人才培養(yǎng)的要求提出實驗教學改革思路，并從實驗教學體系、內(nèi)容、方法、手段等多方面進行具體實踐改革，有效地提高了實驗教學效果，增強了學生的實際應(yīng)用能力和創(chuàng)新素質(zhì)。

實驗教學；能力培養(yǎng)；機械設(shè)計類課程；實際應(yīng)用

隨著國家社會經(jīng)濟建設(shè)的快速發(fā)展，科學技術(shù)的日新月異以及“互聯(lián)網(wǎng)+”時代和工業(yè)4.0時代的到來，對工程技術(shù)人才的培養(yǎng)提出越來越高的要求。而高等教育規(guī)模的擴大，學生就業(yè)形勢的嚴峻以及社會對人才綜合素質(zhì)和實際應(yīng)用能力要求的提高，使得工科院校的實驗教學改革顯得尤為迫切。這些都要求實驗教學觀念必須與時俱進，實驗教學的課程體系和內(nèi)容必須不斷充實、提高，而且教學手段和方法也應(yīng)該加以改進。

“機械原理”“機械設(shè)計”“機械設(shè)計基礎(chǔ)”是設(shè)計性、綜合性和實踐性很強的課程，在培養(yǎng)綜合素質(zhì)高、構(gòu)思與表達能力、設(shè)計與創(chuàng)新能力、分析與綜合能力強的機械工程人才方面起著重要的作用。機械設(shè)計類課程的實驗教學是課程教學的重要組成部分，與理論教學互為依托、相輔相成；實驗教學不僅向?qū)W生傳授知識、驗證理論、培養(yǎng)實驗技能，而且在引導(dǎo)學生掌握科學的思維方法、提高分析和解決問題的能力、培養(yǎng)創(chuàng)新精神、形成優(yōu)良的工作作風和協(xié)作精神等方面，具有不可替代的育人作用。如何開發(fā)、改進富有啟發(fā)性、綜合性、實踐性的實驗教學內(nèi)容及教學模式來提高教學效果和學生綜合素質(zhì)，是我們探索全面改進機械設(shè)計類課程實驗教學的目的。

一 實驗教學中存在的問題

機械設(shè)計實驗室自2005年被評為湖南省基礎(chǔ)課示范實驗室以來，實驗教學模式和內(nèi)容、手段一直沒有改革，已經(jīng)無法滿足應(yīng)用型人才培養(yǎng)的要求，存在的問題主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

1.課程實驗體系和實驗教學大綱較陳舊，十多年來一成不變，受以前學校硬件投入所限，不能充分保證機械設(shè)計類課程實驗內(nèi)容的系統(tǒng)性和完整性(例如，缺乏“輪系”和“機械平衡”方面的實驗內(nèi)容)。

2.現(xiàn)有實驗教學內(nèi)容中驗證性實驗內(nèi)容仍然偏多，單個實驗項目所涉獵的知識點比較單一，實驗中學生對知識點的掌握上只限于幾個相對孤立的知識點，缺乏對各知識點之間的融會貫通。

3.拘泥于傳統(tǒng)的教學理念，以老師講授指導(dǎo)為主，學生自己動腦思考的機會仍顯不足，沒有突出學生的學習主體地位，學生在實驗過程中的學習積極性和主動性不足。

4.在部分知識點的選擇和安排上脫離工程實際要求，存在“教的沒用，有用的沒教”現(xiàn)象。大部分實驗對象都是模型或?qū)嶒瀸Ｓ脙x器，針對具體實際機器的實驗較少，使學生經(jīng)常完成實驗后還“一頭霧水”，不能清楚了解實驗的工程意義和實際應(yīng)用。

二 實驗教學改革的技術(shù)路線

針對實驗教學中存在的問題，機械設(shè)計實驗室按照大力加強應(yīng)用型本科人才培養(yǎng)的教學思路，貫徹“以學生為主體”的教育理念，整合、完善實驗教學知識體系，對教學模式和內(nèi)容、手段等方面進行改革研究，來提高學生實驗學習的積極性和主觀能動性，著力培養(yǎng)學生的動手能力和分析、解決實際問題的能力，具體改革技術(shù)路線圖如圖1所示。

圖1 實驗教學改革技術(shù)路線圖

三 實驗教學改革的具體實踐

(一)實驗教學體系與內(nèi)容的改革實踐

通過與機械設(shè)計類課程理論教學任課教師進行深入細致地研討，詳細了解其對實驗教學內(nèi)容的要求，廣泛地調(diào)研國內(nèi)多所同類院校本課程實驗室或?qū)嶒炛行模Y(jié)合本校實驗室的具體情況，重新編寫實驗教學大綱，完善、優(yōu)化實驗教學體系，合理安排實驗教學內(nèi)容。

加強實驗項目的研究、開發(fā)，設(shè)計全新實驗項目2項，改進、更新實驗項目3項，淘汰陳舊實驗項目2項，實驗項目的更新率達50%以上，注重實驗教學內(nèi)容與科研、工程、社會應(yīng)用實踐密切聯(lián)系，形成良性互動。

1.新開“輪系機構(gòu)分析”實驗項目。輪系機構(gòu)的分析、設(shè)計與應(yīng)用是機械原理課程教學中的一個重要內(nèi)容。但是，一直以來，我們實驗室并未開設(shè)相關(guān)實驗項目，使得學生無法直觀清晰地了解輪系內(nèi)部結(jié)構(gòu)、運動形式，也使我室的實驗教學在機械原理課程內(nèi)容體系中不夠完整，缺少輪系這重要的一環(huán)。

通過研究理論課程中關(guān)于“輪系”章節(jié)的具體要求，合理設(shè)置實驗課的教學內(nèi)容，讓學生在實驗課上從簡單到復(fù)雜依次分析兩個輪系機構(gòu)(包括規(guī)范繪制機構(gòu)運動簡圖、計算自由度、確定輪系類型、計算傳動比、實測傳動比、分析主、從動輪旋向和增、減速等)。機械設(shè)計1401-1403班學生完成實驗后，普遍反映：對輪系的基本概念、分類方式、組成結(jié)構(gòu)和具體功用有了非常清晰的理解，傳動比的計算也更加熟練，取得良好的實驗效果。

2.新設(shè)計開發(fā)“機械的平衡實驗”?！皺C械的平衡”是機械原理課程中的重要組成部分，但我們實驗室一直沒有設(shè)置相關(guān)的實驗教學內(nèi)容。新開“機械的平衡實驗”的目的：通過實驗，使學生鞏固和驗證剛性回轉(zhuǎn)體平衡理論和方法，明確動平衡和靜平衡概念、分別適用的場合、相互之間的區(qū)別與聯(lián)系；掌握動平衡實驗機的工作原理和方法，掌握機構(gòu)慣性力在機架上的平衡概念和方法。將回轉(zhuǎn)體的靜平衡、動平衡、機構(gòu)的動平衡放在一個實驗項目中，互相比較，又互有聯(lián)系，是一個綜合性的獨創(chuàng)實驗項目。

3.改進擴充“機構(gòu)分析與機構(gòu)運動簡圖測繪”實驗項目。本實驗室開設(shè)有實驗項目“機構(gòu)測繪、分析及設(shè)計”。為了拉近實驗教學內(nèi)容與實際生產(chǎn)實踐的距離，我們特別構(gòu)思將四沖程汽車發(fā)動機、小型牛頭刨床 、手搖式印刷機、圓盤凸版印刷機、按壓式可充電手電筒等實際機器(如圖2所示)作為研究對象，提供給同學們進行具體機械的工作原理和運動情況分析，并繪制機構(gòu)運動簡圖。

通過將實驗內(nèi)容與工程實踐、具體機械、日常生活相聯(lián)系，學生更好的體會機械之美，學會運用所學知識分析實際機械、解決實際問題，并大大提高學生學習興趣和積極性。

4.改進“軸系結(jié)構(gòu)裝拆”實驗項目。本實驗室原開設(shè)有實驗項目“軸系結(jié)構(gòu)裝拆”，課時安排1個學時，其開設(shè)方案是：老師先講解實驗原理、步驟，然后，學生根據(jù)裝配圖拼裝軸系部件，再重新測繪出軸系結(jié)構(gòu)裝配圖。一方面，學生操作思考時間不夠，另一方面，實驗內(nèi)容按圖索驥、呆板枯燥，故實驗效果差強人意。

圖2 機構(gòu)分析與機構(gòu)運動簡圖測繪實驗中的典型機器

這次教學改革中，實驗課時增加到2學時，對實驗課流程安排進行了優(yōu)化，實驗內(nèi)容大大增加?？紤]到原實驗沒有充分體現(xiàn)實驗的設(shè)計性特點，特別設(shè)計了軸系結(jié)構(gòu)設(shè)計題目(如圖3所示)讓學生們在實驗中思考、實踐，將課堂所學理論知識具體運用去解決設(shè)計問題。

圖3 軸系結(jié)構(gòu)裝拆實驗設(shè)計題目

通過改革，學生不再是照著裝配圖拼裝，而是老師只提出設(shè)計題目，學生根據(jù)傳動零件、軸上載荷大小、軸的轉(zhuǎn)速高低等不同要求，合理選擇軸承類型、牌號、密封潤滑方式、軸承安裝方式，再拼裝軸系結(jié)構(gòu)，這樣就突顯出實驗的設(shè)計性，對學生設(shè)計能力、合理運用理論知識的能力、動手能力都大有裨益。

5.改進“減速器結(jié)構(gòu)分析”實驗項目。這個實驗原來的計劃學時是1學時。由于時間不夠，學生只能對減速器的結(jié)構(gòu)有一個大致了解，淺嘗輒止。現(xiàn)在增加到2學時，提供更多時間給學生觀察、分析、研究。要求學生在實驗室完成實驗記錄(包括一張減速器傳動示意圖，兩個計算減速器參數(shù)的表格，29個簡答題)。

另外，實驗的時間安排上也盡量靠近機械設(shè)計課程設(shè)計周，學生在課程設(shè)計過程中，遇到的關(guān)于減速器結(jié)構(gòu)細節(jié)等方面的疑難問題，通過具體實驗，可以有的放矢地對照實物，提高感性認識，明了各零件的內(nèi)部構(gòu)成、設(shè)計原理及其視圖表達，從而提高學生課程設(shè)計的學習效率。

6.取消“機構(gòu)運動參數(shù)與機構(gòu)動平衡綜合實驗”和“機械系統(tǒng)性能研究及參數(shù)可視化分析實驗”。這兩個實驗所用設(shè)備完好率較低，保養(yǎng)不便，屢修屢壞，使用極其不便，完好可用設(shè)備少，致使每組學生數(shù)較多，實驗教學效果差，且實驗內(nèi)容與其他項目有所重復(fù)。經(jīng)過教研室和實驗室充分討論，這兩個實驗予以取消。

(二)實驗室管理、教材及實驗教學方法、手段等方面的改革實踐

1.努力開展學生科技創(chuàng)新，將全開放模式引向深入。充分利用實驗室資源，為學生的科技創(chuàng)新提供良好的硬件條件。鼓勵和指導(dǎo)學生參加各類科創(chuàng)新活動，建立了兩個學生課外創(chuàng)新實踐小組，結(jié)合學生專業(yè)知識和實驗室具體實際開展研究性學習和創(chuàng)新性實驗。

申請校級課題2項(批準立項了1項)——基于聲光電等多種手段的機械陳列柜的研究與應(yīng)用、基于單片機技術(shù)對機械創(chuàng)新展示柜電控系統(tǒng)的改良與創(chuàng)新。這兩個項目都是對我實驗室上世紀八十年代所購陳列柜(目前已老舊不堪)進行合理的升級改造、電控系統(tǒng)設(shè)計、制作與調(diào)試等等。這些項目與學生所學機電專業(yè)知識結(jié)合緊密，難易適中。一方面，學生能學以致用，用自己所學的專業(yè)知識去具體實踐中發(fā)現(xiàn)問題，解決問題，從而提高學生的求知欲望、實踐能力和創(chuàng)新能力；另一方面，這些項目是針對學校老舊設(shè)備的升級改造，通過項目研究，既可以為學校節(jié)約新購設(shè)備經(jīng)費，也可為我校的老舊設(shè)備改造升級探索一種新的途徑。

2.新編實驗教材注意內(nèi)容的先進性、科學性、實用性和啟發(fā)性，貫徹理論與實踐相結(jié)合的原則。內(nèi)容由易到難，由淺入深，著重培養(yǎng)學生分析問題能力和獨立思考能力。主要在以下三個方面進行擴充調(diào)整：

(1)對于綜合性、設(shè)計性實驗，著重闡述基本思路、研究方法和實驗技能的綜合訓練，而不是如以前實驗教材那樣強調(diào)實驗的具體步驟和操作方法，留給學生更多的思考、探究空間，以培養(yǎng)學生的實驗設(shè)計能力和獨立思考能力。

(2)每一個實驗項目前加入“實驗問題的提出”，作為實驗項目的引子，強調(diào)實驗的具體實踐意義和工程背景何在。

(3)更新部分實驗思考題，編寫與日常生活、工程實踐密切聯(lián)系的思考題，使學生能將實驗所學不斷擴展、思考、提升，以解決實際問題，從而提高學生學習興趣和積極性。

例如，在“機構(gòu)分析與機構(gòu)運動簡圖測繪”中思考題是“自行找一把折疊雨傘，繪制實現(xiàn)傘面收放機構(gòu)的運動簡圖，計算自由度，并分析其運動情況”，以及 “分析電風扇搖頭裝置的工作原理和運動情況，畫出機構(gòu)運動示意圖”要求學生課后完成。

3.使用多媒體課件和計算機輔助實驗教學軟件進行實驗教學。重新編寫、修改多個實驗多媒體課件用于實驗講解。實驗室還充分利用計算機技術(shù)和虛擬仿真技術(shù)，在基本平面機構(gòu)設(shè)計及運動學實驗、輪系機構(gòu)分析、軸系結(jié)構(gòu)裝拆等3個實驗中模擬各種零件、部件和機構(gòu)運動，更加立體、生動、逼真地展示軸系零部件的裝配情況和各種輪系的運轉(zhuǎn)情況、各種基本平面機構(gòu)的運動等等，學生將虛擬軟件和具體儀器設(shè)備相結(jié)合，操作簡單，結(jié)果準確直觀，做到“虛、實”結(jié)合，優(yōu)勢互補，達到事半功倍的教學效果。

4.積極開展提問啟發(fā)式教學和小組討論式學習。嚴格控制實驗課堂中老師講授基礎(chǔ)理論的時間(要求同學課前認真預(yù)習相關(guān)理論知識)，留出充足的時間給學生動手操作和思考討論。實驗過程中，老師多啟發(fā)，多引導(dǎo)，盡量讓學生帶著問題去實踐，去解開謎團。針對課程特點,注重在實驗教學中強化工程實踐思維的培養(yǎng)，強調(diào)實驗項目的工程背景是什么，實際問題的解決方法是什么等內(nèi)容。

實驗操作后，老師認真組織學生對實驗結(jié)果進行有效分析和積極討論。對于符合預(yù)期的實驗結(jié)果，分析總結(jié)經(jīng)驗、原理；尤其重視不符合預(yù)期的實驗結(jié)果，找出原因，提出改進方法，強調(diào)工程實踐的多因素影響和復(fù)雜性，以培養(yǎng)學生作為未來工程師的工程實踐思維。

四 結(jié) 語

機械設(shè)計實驗室建設(shè)經(jīng)過不斷改革與實踐，已經(jīng)取得了階段性的成果：建立了具有應(yīng)用型本科人才培養(yǎng)特色的實驗教學體系；踐行了以學生為主體，培養(yǎng)學生的實踐能力和創(chuàng)新能力為核心的教學理念；對實驗教學內(nèi)容、教學方法、教學手段和實驗室教學管理進行了全方位的改革。學生的學習積極性和主動性不斷提高，學生在機械設(shè)計方面的綜合分析問題、解決問題的能力大大加強，取得了良好的教學效果。今后實驗室將進一步完善各方面教學工作，并通過優(yōu)化整合實驗室資源，大力提高教學質(zhì)量，努力培養(yǎng)更多優(yōu)秀的應(yīng)用型專業(yè)技術(shù)人才。

[1] 馮 敏，王猛猛，李 寧．機械基礎(chǔ)實驗教學與管理體系改革的探討[J].中國現(xiàn)代教育裝備，2013(15)：39-40、53.

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[3] 高為國，董麗君，吳安如．基于卓越工程師培養(yǎng)的“機械工程材料”課程建設(shè)[J].湖南工程學院學報(社會科學版)，2010,20(3)：74-77.

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[5] 鄭蓓蓉，周 晨，謝曉文，等．構(gòu)建機械基礎(chǔ)實驗教學體系培養(yǎng)大學生創(chuàng)新能力[J].實驗室研究與探索,2009，28(11)：137-139，200.

ResearchonPracticeTeachingReformofMechanicalDesignCoursesfortheCultivationofApplication-orientedTalents

LIU Lan，HE Lihong，GAO Weiguo

(College of Mechanical Engineering, Hunan Institute of Engineering, Xiangtan 411104,China)

As an application-oriented undergraduate university, Hunan Institute of Engineering aims at training high-quality talents in engineering technology. By analyzing the problems existing in practice teaching of mechanical design courses, according to the requirements of applied talents’ cultivation，we put forward the thought of practice teaching reform, and carry on the concrete practice teaching system, content, method and other aspects, which effectively enhance the effect of practice teaching, strengthen the students’ practical ability and the innovative quality.

practice teaching; ability training; mechanical design courses; the practical application

2016-10-26

湖南省教改課題“以專業(yè)認證為導(dǎo)向的機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)課程體系的研究與實踐”(湘教通〔2016〕400號)。

劉 蘭(1976-)，女，湖南湘潭人，實驗師，研究方向：機械設(shè)計理論與實驗。

G642

A

1671-1181(2017)04-0093-05