《機械設計》課程實踐環節改革初探

摘要：本文分析總結了本校進行《機械設計》課程實驗及其他實踐環節改革的探索及初步的經驗。分析了近年來貫徹國家教育部卓越工程師培養計劃，在課程中嘗試開發學生創新性，綜合性開放實驗所做的努力，對改革的內容及效果進行了分析。

關鍵詞：《機械設計》；實踐環節；實驗

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2013）22-0028-02

由于歷史的原因，目前傳統的《機械設計》課內實驗是以對某些重要理論的驗證為主而設置的，這些實驗對于學生鞏固和深入了解教師在課堂上所講授的知識有著重要的作用，但隨著科學技術的進步，過去單一的以驗證性實驗為主的模式日益表現出不足的一面，主要表現在偏理論，輕實踐，對提高學生動手能力和主觀創新性思維幫助不大。《機械設計》是高等工科院校機械類專業的一門重要的技術基礎課程，就課程的內容而言，本身就是一門實踐性很強的課程，具有創新性、實踐性、綜合性的特點。在整個課程體系中起著承上啟下的重要作用。從課程內容及教學要求看，涉及前期的數學、機械制圖、物理等課程的基礎知識，要綜合運用這些知識才能進一步學習本課程的內容。而本課程對后續專業課程的學習也具有重要意義和作用。要培養學生初步具有獨立設計機械產品的能力，就必須在教學環節中有效利用有限的時間科學合理的安排學生的教學和實踐環節。在這方面，本校機械設計教研室的老師們通過多年的探索，開發了一批綜合性、創新性試驗，達到培養和提高學生的實際動手能力、創新能力、綜合設計能力和團隊合作精神的目的，從而培養高素質的卓越工程師。

一、完善和改革傳統實驗

《機械設計》是一門傳統課程，在歷史上漫長的教學實踐中，前輩教師們已經開設了一系列行之有效的實驗，這些實驗都很重要，部分實驗是需要保留的，但也需要根據現在的教學實踐進行改進和完善，特別是隨著多媒體技術的發展，這些實驗過去是采用單一的紙、筆記錄數據，再加以分析的方法，而現在已經發展為聲、光、電一體，數據與圖形結合的高效而形象的實驗。在具體的《機械設計》課程的實驗中，要充分利用這些科學技術的新成果，改進和完善傳統實驗。在具體實踐中保留了若干重要的傳統實驗。帶傳動彈性滑動與傳動效率實驗是機械設計課程中非常重要的驗證性實驗，在實驗中要求學生在張緊初拉力不變和主動輪轉速不變的情況下，在五種不同的負載作用下，測得主從輪轉速并計算彈性滑動率和效率，繪制出效率和彈性滑動曲線，驗證教師在課堂上講授內容，從而加深并進一步理解相關的概念。減速器拆裝實驗使學生具體形象地了解軸系結構，通過拆裝和簡單測繪加深對滾動軸承，軸上零件的定位方法的理解，為后續的課程設計打下一個良好的基礎。其他一些傳統實驗如機構運動簡圖測繪等重要認知實驗也作了保留。

二、開設機械設計綜合設計實驗，加強結構設計實驗

為進一步鞏固和加深學生所學的本門課程的理論知識，培養學生運用理論知識獨立解決有關本課程實際問題的能力，使學生從原理上對于機械的運動學、動力學分析，并通過機械零件設計將原理上的設計轉化成實際的結構，并且使其具有合理的結構和較高的效率。本校教師購置和開發了機械系統創新搭接及運動測試實訓平臺4臺，在此基礎上再自主設計了搭建若干種新型機構的組合方案，使學生建立一套完整的、系統的從原理到實際結構的設計體系。我們可以在學習中就對學生提出機械系統方案設計的有關要求，題目也可提前布置。為開闊學生思路，選題實現了多樣化，老師可以給每個學生布置不同的題目。題目中要求學生作多種方案的對比，能提出不同方案并進行分析對比，提高學生分析問題和解決問題的能力，培養學生具有一定的機構和機械系統創新設計的能力。可讓學生在設計中學會運用設計手冊及其他參考資料，但也要防止學生生搬硬套或抄襲等情況發生。鼓勵學生獨立完成設計，但也要注意團隊精神的培養。具體措施有：①采用教師指導與學生自主學習相結合的方法，教師要將實踐課上要思考和解決的問題提前布置給學生，要求學生必須通過案例分析、企業實踐、仿真模擬對機械原理相關知識進行深化理解，以便達到很好的學習效果；②學生上講臺展示自己的實踐課程作業，其余小組同學也參與到對其作業的討論中，最后由指導教師統一集中進行實踐作業的課堂點評和升華；③采取指定答疑時間和答疑教師的方式進行定時定點輔導，采用網絡答疑的方式進行一對一的專題輔導；④課內實驗課評價與考核依據實驗報告，要求學生以書面形式完成實驗報告，實驗報告內容應包括測試數據、數據處理結果及分析、思考題等。考核方式是考查實驗過程及實驗報告。實驗課考核成績確定以五級制計算，并以10%比例計入課程總成績。通過近兩年的實踐，學生自主搭接各類萬向連軸節，帶傳動，齒輪傳動及各種機構，理論聯系實際，收到了良好的教學效果。

三、編制多媒體參數化模擬實驗

近年來，隨著計算機多媒體技術的發展，使教學實現形象化成為可能，在教學實踐中，編寫動畫課件，尤其是可參數化的課件，使學生在課余時間可以隨時打開電腦學習，許多過去難以講解的內容，在運用了多媒體技術后都變得不再那么困難了。在近幾個學期，先后編制出了齒輪范成、鉸鏈四桿機構、帶傳動、螺栓連接等多方面的參數化課件，使教學兩方面都得到了許多的便利。以鉸鏈四桿機構為例，有曲柄搖桿機構、雙曲柄機構、雙搖桿機構，究竟是哪一種機構，取決于四桿的長度比，而雙搖桿機構中兩連架桿搖動的范圍是在兩死點之間，編制了動畫課件后，學生只要輸入不同桿長，軟件就自動判斷出活動范圍，把機構的類型和活動情況真實地以動畫表現出來。這就為教師課堂演示和學生的自主復習提供了便利和直觀的方式。目前，本校教師正繼續開發一些能用于學生課外完成作業和自主學習的參數化動畫課件。從以上這些從實踐中得來的體會不難看出，培養卓越工程師的教學方式應該更能加強動手能力和創造能力的鍛煉，同時引進新的教學手段，保留傳統教學中的優良實踐環節，使學生在大學四年的學習中增長知識，提高動手能力和創新能力。

四、注重課程設計實踐環節

課程設計是提高學生工程設計能力的首個環節，也是學生理論聯系實際的初次嘗試。在教學上，要使學生初步掌握自己使用技術資料的能力。教師應在課堂上講清楚課程設計的步驟和作法，引導學生自行計算，查資料，同時要注意學生的差異性。由于學生之間的能力差異，有些同學制圖純熟，設計中理論聯系實際的能力強，上手很快；而有的同學由于前期課程掌握不夠優秀，眼見別人快完成了，自己卻進度很慢，從而產生煩躁和焦慮的不良情緒，甚至覺得自己天生就不是學機械的料，干脆抄別人的。因此，教師要根據學生不同的學習情況進行分組，對有些同學要鼓勵其做得更好，充分發揮想象空間；而對有的同學只要求掌握基本內容，會模仿即可，要因材施教。

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