機械原理實驗教學改革

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摘要：機械原理實驗教學是學生將機械理論知識與工程實際相結合的必要手段，對培養學生的實踐能力和創新能力起著舉足輕重的作用。為適應新工科對機械創新人才培養的要求，針對傳統機械原理實驗教學中存在的不足，提出了幾點改進措施，希望可以對學生的培養發揮作用。

關鍵詞：新工科；實驗教學；創新

一引言

為進一步促進我國工程教育的深化改革，加快建設我國向工程教育強國的轉變，更好地推進我國經濟轉型的升級，2017年，教育部提出了新工科建設[1]。建設與發展新工科成為我國由制造強國向創造強國發展的必然要求，高校培養新工科人才對當今社會新經濟發展有重要戰略意義。大學生是實施創新發展戰略的人才儲備，新工科人才的培養是當今社會對高等學校的迫切要求，也是高校義不容辭的職責[2]。

二機械原理課程地位

機械原理課程是機械類各專業必修的一門重要的技術基本課程，其知識面更寬、適用性更廣、更接近工程實際，在培養新工科人才中將起到不可或缺的重要作用。本課程研究的內容主要包括機構結構分析的基本知識、機構的運動分析、機器動力學、常用機構的分析與設計和機械系統的方案設計等問題[3]。通過本課程的學習，使學生掌握各種機構中的一些共性問題，理解基本原理，并初步具有設計機械系統方案的能力。本課程的學習為學生后續專業課程的學習打好理論基礎，為機械產品的創新設計打下良好基礎，為機械的合理使用和革新改造打下良好基礎。本課程在創新機械所需的知識結構中占有核心地位，在高層次的人才培養中具有提升學生對機械新產品的開發和創新能力的作用[4]。

三實驗教學現狀

機械原理實驗教學是機械原理課程整個教學過程中的一個重要部分，是學生將機械的理論知識與工程實際相結合的必要手段，對培養學生的創新能力和綜合素質起著關鍵作用[5]。但是，目前的實驗教學存在一定的問題，具體表現在以下幾個方面。

（一）考核方式不完善

傳統的機械原理實驗教學一般是作為理論教學的輔助手段，大多依托于相應的理論課程。對實驗教學的考核也是依托于課程成績，沒有單獨的考核成績，只是作為最終課程考核成績的一小部分，一般占10%左右。實驗考核大多以實驗報告完成情況作為評分依據，很難體現出學生對知識的掌握程度。因此教師更加注重學生對課堂理論知識的掌握和理解，對實驗教學的重視程度不夠；學生為了應對課程考試，也僅僅是注重對理論知識的學習，對實驗課程學習的重視程度也不夠。這嚴重阻滯了學生工程實踐能力的培養，對學生的培養極為不利。

（二）實驗教學模式滯后

傳統的機械原理實驗缺乏系統性，沒有形成一個完整的實驗教學體系[6]。實驗教學的基本要求僅僅停留在學生加深對理論知識的理解以及對課堂上所學理論知識的驗證，沒有發揮實驗教學的真正作用。在實驗的開設過程中，往往以教師的講解為主，學生很少思考，對實驗的原理和儀器的測試方法處于一知半解，甚至完全不懂的狀態，不主動參與實驗，做實驗的積極性不高，只是照本宣科的按照實驗指導書的步驟和方法進行，不能充分發揮學生作為實驗課堂的主體作用。這種實驗的開設對學生自身的鍛煉意義不大，學生只是為了完成任務，不能真正參與其中，實踐動手能力差，不能滿足當今社會對人才培養的要求。這些實驗的開設沒有體現實驗課程對學生創新能力發展的價值，只是加深了對理論知識的理解。

（三）實驗手段簡單

傳統的機械原理實驗中，實驗手段比較簡單，主要以認知性和驗證性試驗為主，綜合設計性實驗沒有發揮作用[7]。例如機構結構創新設計實驗，學生沒有設計思路，為了應付實驗，搭建的機構過于簡單，而且完全按照書上已有的模型進行搭建，沒有自己的思考。這種實驗由于學時有限，沒有獲得充分的重視。但這種實驗恰恰是最能鍛煉學生的，培養學生如何根據所學知識解決現實生活中遇到問題的能力，能夠充分發揮學生的主觀作用，有理論教學不可替代的作用。

四實驗教學改進措施

新工科背景下對大學生的創新設計能力提出了更高的要求，傳統實驗教學顯然已經不能滿足對人才培養的需求。針對傳統實驗教學中存在的不足，提出以下改進措施。

（一）加強實驗教學的考核

加強機械原理實驗教學的考核，可以增加本實驗課程在整個機械原理課程成績中的比重；也可以單獨開設機械原理實驗，單獨考核，單獨計入學分。實驗教學的考核可以根據學生出勤、實驗完成度、實驗創新性、實驗報告等綜合情況進行評分。這樣學生對實驗課程的重視程度也會提高，可以大大提高學生對于實驗課程學習的自主性和積極性。

（二）構建實驗教學體系

根據機械原理教學模式的改革，結合我校機械原理實驗教學現狀及實驗室實際情況，采用逐層遞進的方式構建新的實驗教學體系。1.認知性實驗。這是第一階段實驗，帶領學生走進機械的世界，學生可以根據機械原理陳列柜中的語音講解以及動畫演示，對課堂上所學的理論知識有一定的感性認知。2.驗證性實驗，包括機械運動簡圖的測繪，漸開線齒輪參數測量實驗，齒輪范成實驗，轉子動平衡實驗。這是第二階段實驗，此類實驗的開設可以增加學生對機械原理課程中理論知識的掌握，實驗學時不必過長。3.綜合設計性實驗，包括平面（空間）機構創意組合實驗、機械系統裝配訓練實驗、機械運轉速度波動調節實驗。這是第三階段實驗，此類實驗的開設目的是培養學生的動手能力以及讓學生掌握現代化的實驗測試手段和方法，適當增加實驗學時。

（三）增加綜合設計性實驗

綜合設計性實驗是當前實驗教學的趨勢。在保留傳統實驗課程內容的同時，應大大增加綜合設計性實驗的開設比例，以此增強學生綜合認識問題和解決問題的意識和能力，培養學生的設計能力和創新能力。如平面機構創意組合實驗，教師可以根據實際生活中存在的一些問題，讓學生們思考如何運用所學知識設計一個方案來解決這些實際問題。學生可以分小組完成也可以獨立完成，運用所學的平面機構的知識，提出設計方案，畫出機構運動簡圖，計算自由度，驗證設計方案的可行性，在試驗機構上進行機構的搭接訓練。在搭接過程中，學生可以加深對機構組成原理的認識。同時還可以利用試驗機構上配套的計算機仿真軟件對搭建的機構運動參數進行測試，掌握測試方法，提高動手實踐能力。在此基礎上，還可以增加空間機構創意組合測試分析實驗。學生在解決生活中實際問題的同時，會大大增加其自信感和成就感，激發學生的熱情和興趣，營造良好的學習氛圍。這類實驗的開設，能夠充分調動學生學習的積極性，對學生的創新設計能力有很大的提高。

（四）營造開放式實驗環境

機械原理課程是大學生接觸的與工程實際聯系最緊密的第一門專業基礎課程，其教學內容豐富且抽象，這對實驗教學提出了頗為嚴苛的要求。學生對機械的認知完全借助于實驗室。就我校目前的機械原理實驗室而言，僅在開設實驗課時對學生開放，而且個別實驗設備出現了閑置的現狀。這就要求學校對實驗室的開放時間進行合理安排，每個工作日定期對實驗室進行開放，這樣可以保證有需求的學生能隨時接觸到實驗設備，為學生搭建一個良好的實驗環境。同時還可以提高實驗設備的有效利用程度，減少實驗設備的閑置時間，合理利用資源。開放性的實驗環境可以增加學生的學習積極性，給予學生更多自由發揮的空間，引導鼓勵學生參加機械類的學科競賽，有利于培養學生的創新精神。

五結語

新工科對機械工業中創新型人才的渴求與日俱增。然而，傳統的實驗教學對學生綜合能力的培養顯然是不夠重視的，無法達到教學大綱的要求，無法滿足新工科對機械原理課程實驗教學的要求。通過加強實驗教學的考核，構建實驗教學體系，增加綜合設計性實驗，營造開放性實驗環境等措施，提升學生的動手能力和獨立思考的能力，這對培養基礎扎實，實踐能力強，綜合素質高，具有創新精神的創造型人才具有重要的現實意義。未來社會最重要的是人才的培養，而創新能力的培養是人才培養的重中之重。只有重視創新人才的培養，才能更好地服務未來的產業。

參考文獻

[1]陸國棟.“新工科”建設的五個突破與初步探索[J].中國大學教學，2017，（5）：38-41.

[2]孫瑛，程文韜，蔣國璋.研究生創新與實踐能力提升途徑的研究[J].教育教學論壇，2018（7）：41-43.

[3]孫恒，陳作模，葛文杰.機械原理[M].北京：高等教育出版社，2013.

[4]李秀紅，李文輝.新工科背景下機械類專業基礎課程改革研究[J].教育理論與實踐，2019（3）：36-38.

[5]徐春明，周艷.機械原理實驗教學改革與實踐[J].大學教育，2018，（11）：89-91.

作者：趙婕 單位：太原科技大學晉城校區