機(jī)械原理實驗教學(xué)改革研究與實踐

李彥彥 王明杰 張柳 李安生

摘? 要 闡述機(jī)械原理實驗教學(xué)中存在的問題，如教學(xué)理念與教學(xué)方法需進(jìn)一步提高、學(xué)生參與度不高、實驗考核不規(guī)范等。通過加大實驗室開放力度、改革實驗教學(xué)方法、提升實驗教師專業(yè)水平、規(guī)范實驗考核等措施，提高實驗教學(xué)效率。實踐證明，這些措施對提高實驗教學(xué)效率是行之有效的，并且學(xué)生在創(chuàng)新能力、工程實踐能力、團(tuán)隊合作能力等方面都有較大的改善。

關(guān)鍵詞 機(jī)械原理;實驗教學(xué);創(chuàng)新能力;實驗室

中圖分類號：G642.0? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

文章編號：1671-489X（2020）22-0127-03

Research and Practice on Experimental Teaching Reform of Me-chanical Principles//LI Yanyan， WANG Mingjie， ZHANG Liu， LI Ansheng

Abstract This paper expounds the problems existing in the experi-mental teaching of mechanical principles， such as teaching ideas and?methods to be further improved， low student participation and irregu-lar experimental assessment. By opening the laboratory， reforming the experimental teaching method， improving the professional level?of the experimental teachers， standardizing the experimental assess-ment and other measures to improve the experimental teaching effect.

The practice has proved that these measures are effective in impro-ving the experimental teaching effect， and the innovation ability， engi-neering practice ability， teamwork ability and other aspects of the students have been greatly improved.

Key words mechanical principles; experimental teaching; innova-tion ability; laboratory

1 前言

《中國制造2025》指出，實施制造強(qiáng)國戰(zhàn)略的核心是加快推進(jìn)制造業(yè)創(chuàng)新發(fā)展、提質(zhì)增效，實現(xiàn)從制造大國向制造強(qiáng)國轉(zhuǎn)變?！吨袊圃?025》這一計劃的出臺，對機(jī)械專業(yè)課程提出更高的要求。機(jī)械原理是科院校機(jī)械類專業(yè)課程中一門重要的技術(shù)基礎(chǔ)課，其實驗部分是該課程的重要實踐環(huán)節(jié)，如何通過實驗教學(xué)提高學(xué)生的工程實踐能力、創(chuàng)新能力，是目前亟待解決的問題。

機(jī)械原理主要研究機(jī)械和機(jī)構(gòu)的運動設(shè)計、動力設(shè)計和機(jī)械系統(tǒng)方案設(shè)計，與工程實際結(jié)合緊密，實踐性較強(qiáng)。對于普通高校的本科生教育，一般比較重視理論教學(xué)，很多實驗是輔助理論教學(xué)的驗證性實驗，設(shè)計性、綜合性實驗較少，較難調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動性，學(xué)生動手實踐的機(jī)會不多。本文分析鄭州輕工業(yè)大學(xué)機(jī)械原理實驗教學(xué)中存在的問題，針對問題提出改革方案，希望取得良好的實驗教學(xué)效果。

2 機(jī)械原理實驗教學(xué)存在的問題

目前，機(jī)械原理實驗教學(xué)開設(shè)的實驗項目主要有機(jī)構(gòu)運動簡圖測繪實驗、齒輪范成原理實驗、回轉(zhuǎn)件動平衡實驗、慧魚創(chuàng)意組合實驗等。這些實驗項目多是驗證性實驗，在實驗教學(xué)中存在以下幾個方面的問題。

教學(xué)理念與教學(xué)水平有待進(jìn)一步更新與提高? 目前，多數(shù)實驗仍采用傳統(tǒng)的教學(xué)方法，主要講解實驗?zāi)康?、實驗原理、實驗步驟和儀器的操作等，在教學(xué)過程中有時也會給學(xué)生詳細(xì)演示。一般在做實驗之前都要求學(xué)生預(yù)習(xí)，學(xué)生根據(jù)實驗指導(dǎo)書上給出的步驟，結(jié)合實驗教師的講解，基本上都能自己完成實驗。這樣的教學(xué)方法限制了學(xué)生獨立思考和創(chuàng)新的空間，不利于學(xué)生工程實踐能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)[1]。由于實驗室中配備的現(xiàn)代化教學(xué)設(shè)備較少，數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)資源在實驗教學(xué)中應(yīng)用較少，這會影響實驗教學(xué)效果。許多新的教學(xué)手段如翻轉(zhuǎn)課堂、慕課、虛擬仿真技術(shù)等在實驗教學(xué)中應(yīng)用不多，實驗教學(xué)水平需要提高。

實驗內(nèi)容更新較慢? 由于工程教育專業(yè)認(rèn)證的需要，很多理論課程對內(nèi)容進(jìn)行了更新，但實驗教學(xué)改革的步伐相對滯后。目前，一些實驗教材長時間沒有修訂和改進(jìn)，內(nèi)容、標(biāo)準(zhǔn)比較陳舊，與新的工程教育專業(yè)認(rèn)證大綱結(jié)合不夠，大綱體系不完善，實驗教學(xué)內(nèi)容變化較小，綜合性和創(chuàng)新性實驗項目較少。

學(xué)生的參與度不高? 由于機(jī)械原理實驗是課內(nèi)實驗，在課程總成績中所占比重較小，學(xué)生從心理上不夠重視，做實驗時積極性不高[1]。很多學(xué)生在實驗過程中只是按照實驗教師講解的步驟或者實驗教材給出的步驟進(jìn)行實驗，對于實驗過程中遇到的問題，很少有學(xué)生進(jìn)行深入思考，更不用說自己獨立設(shè)計實驗。由于學(xué)生主要以完成實驗為目的，主動性很難得到發(fā)揮，學(xué)習(xí)的興趣較低，實驗效果受到影響。

實驗的考核需進(jìn)一步規(guī)范? 大多數(shù)工科專業(yè)都開設(shè)有機(jī)械原理或機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)課程，這些課程都有實驗學(xué)時要求，因此，實驗班級、批次較多，實驗教師工作量很大，很難顧及整個實驗過程，學(xué)生實驗成績以實驗報告成績?yōu)橹鱗2]。學(xué)生的實驗報告存在抄襲現(xiàn)象，較難從實驗成績中看出學(xué)生動手能力和創(chuàng)新能力的區(qū)別，實驗成績存在評價不客觀、考核不合理的現(xiàn)象[1]。

3 機(jī)械原理實驗教學(xué)改革及實踐

為了確保實驗教學(xué)效果，真正提高學(xué)生的工程實踐能力、創(chuàng)新能力等，機(jī)原機(jī)零實驗室從以下幾個方面進(jìn)行了改革。

對原來擺放在實驗室的機(jī)構(gòu)展示柜進(jìn)行改造? 將機(jī)構(gòu)展示柜挪到實驗室外面的走廊，加了控制部分，只需按相應(yīng)的按鈕就能使機(jī)構(gòu)動起來，可提高學(xué)生對機(jī)構(gòu)的感性認(rèn)識，加深學(xué)生對機(jī)構(gòu)相關(guān)理論知識的理解。學(xué)生在進(jìn)實驗室之前，自己先看一下機(jī)構(gòu)的運動，可減少課堂講解時間，同時理論與實踐相結(jié)合，更容易明白機(jī)構(gòu)的工作原理，繪制機(jī)構(gòu)運動簡圖更輕松。

加大實驗室開放力度? 一些設(shè)計性、創(chuàng)新性的實驗對學(xué)生開放，學(xué)生也可進(jìn)到實驗室自己設(shè)計實驗項目，提高實驗設(shè)備的利用率，同時為學(xué)生提供了創(chuàng)新實踐的場所。綜合性、創(chuàng)新性實驗的開設(shè)，不僅能提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，也能培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力、工程實踐能力、團(tuán)隊合作精神等[3-4]。

依托機(jī)原機(jī)零實驗室成立機(jī)械創(chuàng)新工作室，該工作室鼓勵對機(jī)械創(chuàng)新感興趣的學(xué)生積極參與，培養(yǎng)學(xué)生參與一些學(xué)科競賽，如機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計大賽、工程訓(xùn)練大賽等。進(jìn)入創(chuàng)新工作室，學(xué)生首先接觸到的是慧魚類的實驗，根據(jù)實驗指導(dǎo)書給出的模型搭建步驟，搭接一些簡單的模型。學(xué)生熟悉慧魚產(chǎn)品后，自己動手搭建一些常見的機(jī)構(gòu)，在完成模型過程中會逐漸有自己的想法，創(chuàng)新能力、工程實踐能力都能提高很快。

以機(jī)械創(chuàng)新大賽為例，學(xué)生清楚大賽主題之后，首先要有自己的想法，明白要做什么，有哪些創(chuàng)新點，然后就要進(jìn)行三維建模。從最初的想法到建立三維模型，這個過程可能耗時較長，需要綜合利用所學(xué)專業(yè)知識，同時需要對建模軟件熟練運用。通過選擇合適的材料、利用機(jī)床加工零部件、組裝零部件等，將建立的三維模型制作成產(chǎn)品，在制作產(chǎn)品的過程中會遇到許多意想不到的問題。學(xué)生需要大量查閱資料，與指導(dǎo)教師、其他學(xué)生探討，或通過其他方式解決問題，綜合素質(zhì)、創(chuàng)新能力、動手能力、團(tuán)隊合作精神等都會有較大提高。指導(dǎo)教師在指導(dǎo)學(xué)生的過程中能夠更好地了解學(xué)生的情況，同時對于自己的教學(xué)和科研都有幫助。

采用現(xiàn)代化教學(xué)設(shè)備，充分利用網(wǎng)絡(luò)資源，改革教學(xué)方法? 由于實驗室配備了現(xiàn)代化的教學(xué)設(shè)備，實驗教師可以充分利用網(wǎng)絡(luò)資源，采用慕課使好的教學(xué)資源共享，拓寬實驗教學(xué)內(nèi)容的廣度，使學(xué)生在實驗之前對實驗內(nèi)容有直觀認(rèn)識，啟發(fā)學(xué)生的思考與創(chuàng)新意識[1]。改變過去單一的、填鴨式的教學(xué)模式，由實驗教師設(shè)計實驗方案、講解具體實驗步驟，向開放式、雙向互動式及啟發(fā)式的實驗教學(xué)模式轉(zhuǎn)變。如在教學(xué)時采用翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式，將學(xué)習(xí)的自主權(quán)交給學(xué)生，以培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力為目標(biāo)[5-7]。特別是對于一些設(shè)計性、創(chuàng)新性實驗，為學(xué)生提供寬松的環(huán)境，開闊學(xué)生的思維，實驗教師的主要任務(wù)是引導(dǎo)學(xué)生，充分調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性[5]。

實驗教師需要不斷學(xué)習(xí)，提高專業(yè)水平? 實驗教師對于本專業(yè)相關(guān)的文獻(xiàn)要多讀，了解該學(xué)科的發(fā)展前沿，多做相關(guān)的工程項目，利用工程實踐中的經(jīng)驗輔助自己的實驗教學(xué);要多向國內(nèi)學(xué)術(shù)和科研水平較高的高校學(xué)習(xí)，定期參觀一些機(jī)械基礎(chǔ)實驗教學(xué)開展較好的學(xué)校，從中找到自己的不足，找到別人可以借鑒和參考的地方，提高實驗教學(xué)水平和實驗室管理水平。

明確課程目標(biāo)? 由于學(xué)時有限，如何選擇合適的實驗項目就顯得尤為重要。有些實驗項目是驗證性的，涉及的知識點比較重要，但主要是對理論知識的驗證與鞏固。有些實驗項目是設(shè)計性、綜合性或者創(chuàng)新性的，但涉及的理論知識點并不多。各個實驗項目之間是相互獨立的，內(nèi)在邏輯性不強(qiáng)，這就需要實驗教師在選擇實驗項目時進(jìn)行平衡，根據(jù)實驗教學(xué)大綱和培養(yǎng)目標(biāo)，綜合選擇合適的實驗項目[6]。

規(guī)范實驗的考核? 實驗的考核不能只以實驗報告成績?yōu)闇?zhǔn)，需要綜合考慮學(xué)生的動手實踐能力、創(chuàng)新能力、參與度等。在每一次實驗過程中，根據(jù)每個學(xué)生實驗的情況給一個實驗過程成績，這個過程需要實驗教師花費較多時間觀察學(xué)生實驗情況。這個成績占實驗總成績的40%，其他包括實驗報告成績占40%，實驗課堂表現(xiàn)占20%。特別是在一些創(chuàng)新性實驗中，實驗過程成績所占比重更高，學(xué)生實驗的積極性提高，有些學(xué)生思維活躍，學(xué)生之間相互合作，做出很多有創(chuàng)意的作品。經(jīng)過這樣的改革，由于實驗過程在實驗成績中占比重較高，很多學(xué)生做實驗的積極性得到提高，創(chuàng)新能力和動手能力提高較多。

4 結(jié)語

結(jié)合機(jī)械原理實驗教學(xué)中存在的問題，采取更新原有實驗設(shè)備、加大實驗室開放力度、改革實驗教學(xué)方法、提高實驗教師專業(yè)水平、規(guī)范實驗考核等措施，實驗教師從單純的講解實驗轉(zhuǎn)變?yōu)橹笇?dǎo)學(xué)生、發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性，取得良好的效果，學(xué)生的創(chuàng)新能力、工程實踐能力、團(tuán)隊合作能力等方面有了明顯的提高，學(xué)生學(xué)習(xí)由被動變成主動，根據(jù)自己的興趣，自覺去實驗室開展創(chuàng)新性實驗。很多學(xué)生積極加入機(jī)械創(chuàng)新工作室，參與教師的科研項目或參加機(jī)械創(chuàng)新大賽、工程訓(xùn)練大賽等，取得較好的成績。在第八屆全國大學(xué)生機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計大賽中，學(xué)校共有11支參賽隊進(jìn)入省賽，取得一等獎三項、二等獎五項以及三等獎三項的優(yōu)異成績，并獲得國家級二等獎一項?！?/p>

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