機械基礎實驗教學體系的探究

何競飛　汪成生　浮志強

摘要：從指導思想、遵循原則、實驗教學三個方面，對創建機械基礎實驗教學體系進行了探索，創造性地提出“五個層次”實驗體系劃分法，創建了6個實驗平臺，培養和提高學生的創新意識和綜合實踐能力。

關鍵詞：實驗教學體系；實驗體系劃分法；實驗平臺

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2015）17-0121-02

一、引言

中南大學機械基礎實驗教學中心主要負責全校工科類本科生的機械原理、機械設計、機械制圖等課程的實驗教學和管理工作。實驗教學中心于2002年進入湖南省普通高等學校基礎課示范實驗室建設行列。面對科學技術高速發展的新形勢，我們對機械基礎實驗教學等相關內容進行了一系列的探索和完善，已期望能為建設創新型國家輸送一批具有實踐能力和創新精神的高素質人才。

二、指導思想

高校教育的任務是培養一批具有創新精神、實踐動手能力的高素質專業人才，以滿足21世紀我國現代化建設對人才的需要。相對而言，機械類專業課程是理論性和實踐性很強的課程，這就要求我們對創建實驗教學體系不斷進行探索，以滿足21世紀對人才的需要。

教學中心在實驗教學體系的探索中，改革思路清晰，教育理念先進，指導思想符合教育規律和高素質創新人才的培養要求；在具體的教學過程中，著重培養學生積極發現問題并獨立思考解決問題的能力，并適時啟發和引導學生，激發他們的學習熱情，充分發揮學生的主觀能動性，使學生的能力得到全面發展，綜合素質有所提高。

三、遵循的原則

創建機械實驗教學體系所遵循的有關原則和規律：

1.根據機械認識規律研究教學規律。根據機械類專業和近機械類專業培養目標和實驗課程的教學要求，遵循從機械認識到機械設計再到機械研究創新的教學規律因材施教，有區別、有綜合、有計劃、有目的、有系統地對學生施加影響，潛移默化地培養學生的實踐動手能力、理論聯系實際能力和科學研究的素質。在實驗教學中，堅持使學生的認識由簡單到復雜、由單一特殊認識到輻射狀多樣性認識，堅持循序漸進，由淺入深，先理論后實踐，或邊理論邊實踐，使二者互補，從而使學生實現對專業知識由感性認識到理性認識的升華。

2.堅持以人為本原則。在實驗教學中，堅持貫徹一切從學生的實際情況出發、一切為了學生的原則。注重學生個性的發揮，使其能揚長避短，突出強項。

3.堅持繼承和發展創新原則。在實驗教學中，正確處理傳統內容與現代內容的關系，刪除陳舊過時的內容，合并重復和類似的內容，減少簡單的理論驗證性內容，增加體現高新技術發展成果和趨勢的內容，增設使學生發揮綜合設計應用能力和創新能力的內容，繼承原有實驗教學體系中經過實踐檢驗行之有效的部分，在保持原有精華的基礎上不斷整合優化，以實現發展和創新。同時瞄準國內和國際上實驗教學的發展趨勢，與時俱進。

4.堅持突出特色。在實驗教學體系的探索中，堅持創新和繼承相統一，特色與普適相統一。在加大原有實驗項目改革和建設力度的同時，注重開發綜合性、設計性、創新性的特色項目，使實驗教學中心在全省乃至全國真正起到示范作用。

四、實驗教學體系

實驗教學中心以省示范實驗室建設為契機，以改革帶動建設，建設促進改革，將過去孤立封閉的實驗教學體系轉變為可拓展開放的實驗教學體系。具體實施需從如下幾個方面進行：建立可拓展的實驗課程體系；優化實驗教學內容；變革實驗教學方法；革新實驗教學手段；改革實驗教學考核辦法。

1.實驗課程體系。機械基礎課（工程制圖、機械設計基礎、機械原理、創造工程學等）是實踐性和理論性均很強的課程，實驗教學不能僅僅依附于理論教學，但也更不能與理論教學完全脫節，實驗教學必須從理論教學出發，以理論知識為基礎，以培養和鍛煉學生綜合實踐能力與開拓創新精神為目的。因此，機械基礎實驗課程體系不應是完全孤立的體系，必須是可承前啟后的開放體系。據此，按照從機械認識到機械設計再到機械創新的教學規律，參照類比現在通行的“四個層次”（即引導認知、基礎性實驗、綜合設計型實驗和研究創新性實驗）的實驗體系劃分法，實驗教學中心創造性地提出“五個層次”實驗體系劃分法，即增加了創新實驗層次，由淺入深構筑了可拓展的實驗課程體系：引導認知、基礎訓練、基礎實驗、綜合實驗和創新實踐，將機械制圖、機械設計、機械原理、創造學等課程的實驗教學連接為一個有機的整體，以滿足21世紀對創新型人才培養的要求。①引導認知：主要包括對機械的發展過程與未來發展趨勢的認識了解，對機械原理、機械設計、機械創新的認知。②基礎訓練（基礎實驗的向下延伸）：主要包含制圖測繪、CAD繪圖、機構簡圖測繪、齒輪范成原理加工等。③基礎實驗：包含機械的運轉及速度波動的調節實驗、剛性轉子的動平衡實驗、液體動壓滑動軸承性能實驗、帶傳動及其特性實驗等。④綜合實驗（包括一些綜合性和研究創新性的實驗項目）：如減速器結構分析及裝拆實驗，滾動軸承組合設計及綜合性能分析實驗，螺紋傳動綜合性能分析實驗，靜態與動態螺栓連接綜合實驗，平面機構創新設計及運動測試分析實驗，平面機構設計及運動仿真分析實驗，機構創意組合實驗，機械傳動設計及多軸搭接實驗，機械傳動方案綜合及性能分析實驗。⑤創新實踐（研究創新性實驗的向上拓展）：相關基礎課程結束后，學生可根據自己的興趣和特長，充分發揮自身的主觀能動性，開動腦筋，提出某些創造性的想法，向學校申請相關創新項目并獲得資助。

此外，實驗教學中心根據自身獨創的“五個層次”實驗教學體系，并結合相關軟件建設，還搭建了六個實驗教學平臺：引導認知平臺、基本訓練平臺、基礎實驗平臺、綜合實驗平臺、創新實踐平臺和開放實踐平臺，以滿足課程體系的需要。

為使機械基礎實驗課程體系真正成為一個可拓展的體系，根據相關理論課程的特點，在機械基礎實驗課程設置上實行“三結合”，即：獨立設置課程與進度選課相結合、課堂訓練和課外實踐相結合、選做和必做相結合。具體實施辦法如下：①獨立設置課程與進度選課相結合：根據機械類機械設計基礎課程的實驗課程總學時達16～20學時，2005年開始試行獨立設置課程；根據非機械類機械設計基礎課程的實驗總學時只有6～8學時，采取進度選課的方式，按照理論課進度，學生通過實驗中心網絡自定實驗時間并預約。②課堂訓練和課外實踐相結合：所有基礎訓練項目由任課教師布置任務，學生在課內或課外預約自主訓練。引導認知和創新實踐項目可在教師的指導下自主進行。③選做和必做相結合：除去基礎訓練和創新實踐外，機械設計基礎實驗可開出實驗項目13項，由必選和自選兩部分相結合。其中驗證型4項（8學時），占30%，設計型、綜合型、創新研究型9項（24學時），占70%。endprint

2.實驗教學內容。為了適應“四化”建設和時代進步的要求，同時兼顧機械專業基礎理論和我校學科特色，實驗教學中心對相關實驗內容進行了細致的篩選，刪除了一些落后陳舊不符合時代要求的項目，同時更新了一批新的實驗項目（如滾動軸承組合設計及綜合性能分析實驗，螺紋傳動綜合性能分析實驗，平面機構創新設計及運動測試分析實驗，機械的運轉及速度波動的調節實驗，機械傳動設計及多軸搭接實驗，機械傳動方案綜合及性能分析實驗）。根據新的課程體系和實驗內容，實驗教學中心編寫了《機械原理及機械設計實驗指導書》、《機械設計基礎實驗指導書》二本新的實驗教材。這些教材反映了實驗教學改革和研究成果，除了將基礎訓練和基礎實驗中傳統實驗項目編入外，還將新的綜合實驗項目以及反映國際先進水平的實驗項目納入教材，既體現了我校特色，又迎合了時代發展的需要。此外，根據實驗課程體系的要求，實驗教學中心還制訂了詳細的實驗教學大綱與內容，確立了以學生為中心進行自我訓練的教學模式。實驗項目編排深入淺出，符合認知規律，充分調動學生的學習積極性，激發學生研究創新的潛能。

3.實驗教學方法與手段。本實驗教學中心依托現代化的技術手段能夠實現多媒體教學以及虛實互動實驗教學。①在購置新設備時配置了計算機多媒體教學軟件。②新的綜合性、設計性和研究創新性實驗率先實現計算機多媒體教學和虛實互動實驗。③實現教學中心在所有工作日以多形式面向全校學生開放，全面實現實驗教學的信息化和網絡化管理。機械學實驗室采用預約制，即學生預約登記→實驗室安排→學生做實驗。工程制圖學實驗室則采用“隨到隨做”的方式，隨時接納學生上機實驗。

4.教學效果與考核。教學中心建立了嚴格的教學評價體系與監控機制。對實驗教學采用與理論教學相似的教學評價體系與監控機制，如制定了主講教師負責制、輔導答疑與批改作業制度、課程考核方案等。此外，還制定了教學檢查制度、聽課制度、教學研究制度等。在實驗過程中，加強了對學生的管理，其考核內容從實驗技能、獨立操作、創新意識等多方面綜合考核，學生成績采用預習、實驗操作和實驗報告、實驗考試的三級計分方法。

五、結論

本文通過對機械基礎實驗教學體系的探索，完善和改進了現有的實驗教學體系，從而全面提高了實驗教學水平，符合時代對培養創新型人才的要求，更有利于學生理論認識和實踐能力的結合，更有助于學生實現從感性認識到理性認識的升華，提高了學生的實踐創新能力。

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