機(jī)械原理實(shí)驗(yàn)的教學(xué)研究

蘆懷志，張明秋，王殿君，王 慧

(黑龍江工業(yè)學(xué)院現(xiàn)代制造工程學(xué)院，黑龍江 雞西 158100)

在國家對應(yīng)用型人才的培養(yǎng)越來越重視的背景下，實(shí)踐教學(xué)的重要性也逐漸凸顯出來。機(jī)械原理作為機(jī)械專業(yè)的核心專業(yè)課程對于應(yīng)用型人才培養(yǎng)具有重要作用[1]。機(jī)械原理實(shí)驗(yàn)是機(jī)械原理課程的重要實(shí)踐環(huán)節(jié)，起到對所學(xué)機(jī)械原理知識(shí)驗(yàn)證和鞏固的作用[2]，機(jī)械原理實(shí)驗(yàn)還具有培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用實(shí)驗(yàn)方法分析和解決機(jī)械問題的能力[3]。然而，在實(shí)際教學(xué)過程中存在教學(xué)方法死板、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容缺乏創(chuàng)新性、實(shí)驗(yàn)方法缺乏先進(jìn)性等問題，導(dǎo)致難以充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。在分析機(jī)械原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，找出機(jī)械原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在的問題，提出與之相對應(yīng)的教學(xué)改革措施，對于培養(yǎng)具有分析問題、解決問題能力的應(yīng)用型人才具有十分重要的意義。

1 機(jī)械原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀

機(jī)械原理實(shí)驗(yàn)旨在培養(yǎng)學(xué)生掌握機(jī)械學(xué)科實(shí)驗(yàn)基本方法和技能，是培養(yǎng)應(yīng)用型機(jī)械專門人才的重要手段。部分人認(rèn)為機(jī)械原理實(shí)驗(yàn)依附于機(jī)械原理理論而存在，其本身的存在作用僅僅是對課本理論的驗(yàn)證[4-5]，其存在的問題表現(xiàn)在以下方面：第一，教學(xué)方法缺乏創(chuàng)新性。實(shí)驗(yàn)教學(xué)仍延續(xù)傳統(tǒng)教學(xué)形式，以教師為主體進(jìn)行實(shí)驗(yàn)課程講授，學(xué)生被動(dòng)地接受實(shí)驗(yàn)課程，實(shí)驗(yàn)過程中學(xué)生只需根據(jù)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書完成實(shí)驗(yàn)即可，缺乏主觀能動(dòng)性和對問題的獨(dú)立思考，無法實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力和解決問題能力的目的[6]。第二，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容缺乏創(chuàng)新性。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容基本都是驗(yàn)證的，在實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)置方面比較簡單，缺乏學(xué)生對實(shí)驗(yàn)思路的設(shè)計(jì)性環(huán)節(jié)，無法培養(yǎng)學(xué)生對問題的綜合分析能力。第三，實(shí)驗(yàn)方法缺乏先進(jìn)性。在機(jī)械原理實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖測繪實(shí)驗(yàn)過程中，通過觀察和分析的方法確定原動(dòng)件和運(yùn)動(dòng)副類型；采用在草稿紙上繪圖的方法畫出機(jī)構(gòu)的示意圖；應(yīng)用機(jī)構(gòu)自由度計(jì)算公式算出活動(dòng)部件的自由度，根據(jù)機(jī)構(gòu)自由度值是否為1，從而判斷有無確定運(yùn)動(dòng)。采用的實(shí)驗(yàn)方法落后，未恰當(dāng)應(yīng)用當(dāng)代先進(jìn)實(shí)驗(yàn)技術(shù)引導(dǎo)學(xué)生快速展開實(shí)驗(yàn)。在傳統(tǒng)教學(xué)觀念的影響下，機(jī)械原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)活動(dòng)長期裹足不前，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)本身缺乏吸引力，降低了學(xué)生主動(dòng)開展實(shí)驗(yàn)的積極性，存在重理論輕實(shí)驗(yàn)的錯(cuò)誤認(rèn)知，使實(shí)驗(yàn)教學(xué)難以達(dá)到預(yù)期效果，影響了學(xué)生實(shí)踐能力與創(chuàng)新能力的提升[7-8]。

2 機(jī)械原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革措施

2.1 實(shí)驗(yàn)教學(xué)與理論教學(xué)協(xié)同發(fā)展

在進(jìn)行機(jī)械原理課程教學(xué)過程中，應(yīng)保證實(shí)驗(yàn)教學(xué)與理論教學(xué)具有同樣重要的地位。機(jī)械原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)不是依附機(jī)械原理理論教學(xué)而存在的，也不是與機(jī)械原理理論教學(xué)相互獨(dú)立、毫無關(guān)系的，而是一種相互補(bǔ)充、相輔相成的關(guān)系。機(jī)械原理理論教學(xué)為機(jī)械原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)提供了理論基礎(chǔ)，具體表現(xiàn)在：機(jī)械原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的設(shè)計(jì)必須以機(jī)械原理理論知識(shí)體系為平臺(tái)，以培養(yǎng)機(jī)械原理實(shí)驗(yàn)方法與技能為目標(biāo)。機(jī)械原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)是對機(jī)械原理理論教學(xué)的驗(yàn)證，具體表現(xiàn)在：雖然機(jī)械原理理論教學(xué)幫助學(xué)生搭建合理的知識(shí)結(jié)構(gòu)和認(rèn)知結(jié)構(gòu)，但它也需要借助理性思辨的力量，更離不開機(jī)械原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)對其知識(shí)結(jié)構(gòu)和認(rèn)知結(jié)構(gòu)的驗(yàn)證，從而使學(xué)生對機(jī)械原理知識(shí)體系產(chǎn)生全面且深刻的理解。

2.2 單列實(shí)驗(yàn)與系列實(shí)驗(yàn)協(xié)同發(fā)展

機(jī)械原理課程教學(xué)中，對一些比較重要章節(jié)的知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行單列實(shí)驗(yàn)，比如機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖測繪實(shí)驗(yàn)、齒輪范成原理實(shí)驗(yàn)、滑動(dòng)軸承潤滑特性實(shí)驗(yàn)等。開展這種單列實(shí)驗(yàn)教學(xué)有利于幫助學(xué)生建立關(guān)于機(jī)械原理課程的“點(diǎn)狀知識(shí)”，開展系列實(shí)驗(yàn)教學(xué)則有利于幫助學(xué)生建立關(guān)于機(jī)械原理課程的“線狀知識(shí)”。比如，為了使學(xué)生形成關(guān)于“齒輪傳動(dòng)原理、設(shè)計(jì)及應(yīng)用”方面的“線狀知識(shí)”，可提供如下實(shí)驗(yàn)鏈：齒輪傳動(dòng)基本認(rèn)知—漸開線齒輪范成原理—齒輪及其嚙合參數(shù)測定—輪系拼裝及仿真—齒輪傳動(dòng)效率測試—齒輪傳動(dòng)部件裝配與調(diào)節(jié)。實(shí)現(xiàn)單列實(shí)驗(yàn)與系列實(shí)驗(yàn)協(xié)同發(fā)展有利于幫助學(xué)生建立合理的知識(shí)結(jié)構(gòu)和認(rèn)知結(jié)構(gòu)，從而引導(dǎo)學(xué)生向知識(shí)的縱深方向發(fā)展。

2.3 被動(dòng)實(shí)驗(yàn)與主動(dòng)實(shí)驗(yàn)協(xié)同發(fā)展

在研究機(jī)械原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革與發(fā)展過程中，期望學(xué)生在機(jī)械原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)活動(dòng)中充當(dāng)研究者的身份。必須摒棄傳統(tǒng)觀念中重視傳統(tǒng)被動(dòng)實(shí)驗(yàn)而輕視主動(dòng)實(shí)驗(yàn)的思維定式。主動(dòng)實(shí)驗(yàn)和被動(dòng)實(shí)驗(yàn)都是以培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)?zāi)芰槟康牡恼J(rèn)知活動(dòng)，并非全面推行主動(dòng)實(shí)驗(yàn)而摒棄被動(dòng)實(shí)驗(yàn)。被動(dòng)實(shí)驗(yàn)是在學(xué)生學(xué)會(huì)的前提下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，主動(dòng)實(shí)驗(yàn)則是學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中摸索方法，邊做邊學(xué)，兩者對于學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰ε囵B(yǎng)是相輔相成的關(guān)系。

2.4 傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)與創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)協(xié)同發(fā)展

在機(jī)械原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)為機(jī)械原理理論教學(xué)服務(wù)過程中，始終保持驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)。驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)在協(xié)助學(xué)生弄懂機(jī)械工作特性及機(jī)械原理方面具有不可替代的作用。因此，在機(jī)械原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)內(nèi)容不僅不能被舍棄還要保留并保證其發(fā)展。從機(jī)械原理實(shí)驗(yàn)改革發(fā)展的總體趨勢來看，開展實(shí)驗(yàn)教學(xué)創(chuàng)新應(yīng)當(dāng)建立在做好傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的基礎(chǔ)上。保證傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)與創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的協(xié)同發(fā)展，不僅是培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)?zāi)芰蛣?chuàng)新精神的基礎(chǔ)，而且是構(gòu)建完整的機(jī)械原理學(xué)科實(shí)驗(yàn)體系的源動(dòng)力。

2.5 虛擬實(shí)驗(yàn)與真實(shí)實(shí)驗(yàn)協(xié)同發(fā)展

虛擬實(shí)驗(yàn)本身具有實(shí)驗(yàn)重復(fù)性高、可觀察性好、經(jīng)濟(jì)性好等優(yōu)點(diǎn)[9]。但是，虛擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果的真實(shí)性受很多因素影響，最主要的影響因素在于建模的準(zhǔn)確性和合理性，其根本原因在于虛擬實(shí)驗(yàn)并非真實(shí)的物理模型實(shí)驗(yàn)。因此，在機(jī)械原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，保證虛擬實(shí)驗(yàn)與真實(shí)實(shí)驗(yàn)協(xié)同發(fā)展十分必要。在同一實(shí)驗(yàn)中，可以優(yōu)先安排虛擬實(shí)驗(yàn)，然后再進(jìn)行真實(shí)實(shí)驗(yàn)，這樣不僅能夠提高實(shí)驗(yàn)效率，而且有利于增強(qiáng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)興趣，培養(yǎng)應(yīng)用現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法的能力[10]。

3 結(jié)語

在分析機(jī)械原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，探究了機(jī)械原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在的問題，并針對機(jī)械原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的問題提出相應(yīng)的改革措施。在國家對應(yīng)用型人才培養(yǎng)不斷重視的背景下，結(jié)合學(xué)校自身實(shí)際情況，將被動(dòng)實(shí)驗(yàn)與主動(dòng)實(shí)驗(yàn)協(xié)同發(fā)展、傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)與創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)協(xié)同發(fā)展、虛擬實(shí)驗(yàn)與真實(shí)實(shí)驗(yàn)協(xié)同發(fā)展應(yīng)用于教育教學(xué)活動(dòng)中，能夠提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)具有分析問題、解決問題能力的應(yīng)用型人才的目的。