機械原理實驗教學創新模式探索

李方

【摘 要】機械原理實驗教學是機械原理課程教學中不可缺少的一個環節，為了符合21世紀社會對機械工程人才的需求，工作在一線的老師從沒停止過探索提高實驗教學效果的方法和模式。本文在前人取得成果的基礎上，結合本校教學的具體情況，對機械原理實驗教學提出創新教學理念。該教學模式提出把實驗室打造成一個“小型工廠”，在實驗室提供理論講解同時，結合現代教學手段，使學生從看動畫到做動畫再到動手做模型，一步步加深學生對機械原理基本理論和概念的理解，使學生真正的能將所學用于實踐。

【關鍵詞】機械原理；實驗教學；教學改革

機械原理作為機械與近機類重要的理論基礎課程，在整個專業教學過程中占有重要的地位，不少學者提出了機械原理創新實驗教學方法[1]。機械原理是在已學的工程制圖、理論力學等基礎課后開設的專業基礎課程，通過機械原理的學習，逐步擁有把本專業所學知識運用于實踐的能力。學生對機械原理基本概論與原理掌握程度直接影響后續課程的學習。而面對機械原理枯燥的概念性知識的講解，雖然可以借助多媒體等一些現代化手段進行課堂生動講解，但學生將所學知識運用于實際的能力較差。通過實驗教學這一環節可很好的深化學生對基本概念的理解和掌握。傳統的機械原理實驗課程教學[2]多采用先對模型以及典型機構的觀摩加深學生的印象，也有采用創新性實驗設計的方式讓學生在實驗過程中動手做自己的實驗，在部分學校實踐教學中取得了較好教學效果[3]。針對我校現階段所處的發展時期，在機械原理教學過程中為了提高學生的學習興趣，加深課堂所學概念和原理的理解，提出了一種實驗創新教學模式。

1 合理的利用學校現有資源

我校目前正處于機械專業發展的初期，在資源有限的條件下，為了給學生創造良好的學習條件，我們在做相關專業的某一個實驗時，同時會向學生開放所有的實驗室。實驗室所有的設備器材都可以使用，例如我們在進行機械原理齒輪凸輪創新機構設計時，我們會提供齒輪凸輪傳動機構的機構運動簡圖，以及齒輪的表達符號，同時開放齒輪凸輪柜（包括各種類型的齒輪與凸輪），齒輪范成法制造過程實驗室，以及減速箱拆卸組裝實驗室參觀具體的運動模型等等。這樣整合所有實驗室的資源，把實驗室變成一個類似小工廠的模式。盡可能多的包括實驗教學中的所有模型。其次，充分利用學校實驗室配備的多媒體教學資源，在模型進行講解的同時，作為實驗老師，還會對所認識的機械結構或機構進行動畫演示，然后讓學生學習相關模型的動畫制作。同樣以齒輪凸輪創新機構設計為例，我們不但給學生講解動畫運動的機構運動原理，并教學生運用軟件進行動畫制作（采用軟件進行動畫制作教學過程使學生的學習興趣有明顯的提高），讓學生在看演示聽講解的過程進一步對其工作原理有充分理解。

這樣在實驗教學過程中，不只是老師單調乏味的講解自己的觀點，通過這種動畫制作的方式，增加了師生之間的交流，具有很好的互動性，使得實驗氣氛活躍，增加學生的學習興趣。

2 充分利用學生的資源

現在的大學生基本上都有自己的學習電腦，遇到不會的問題第一時間都會到網上搜索，因此充分利用學生自己的資源也相當重要。機械原理主要側重在對基本概論、符號、字母以及基本原理的理解掌握。為了提高學生的學習興趣，在機械原理實驗教學過程中，將參與實驗的學生采用分組合作的方式，通過實驗室的第一步講解，以及動畫的觀看，課后會讓學生回去制作自己設計方案，一般每4-5人一組設計一個可行的實驗方案。實驗方案不限制任何機構的選擇，提倡學生在課外進行自主設計，并把自己的想法用簡單的機構符號繪制出機構運動簡圖，并對其是否干涉以及自由度等進行運動原理的計算。同樣像齒輪凸輪機構的創新實驗，每一個小組的人員首先提出自己的設計意圖包括自己設計的運動簡圖，在一起進行討論，然后選擇一個較為好的實驗設計方案，進行運動動畫的制作以及運動簡圖的繪制。并在下一次實驗時對各組做好的機構模型進行拼接。

通過實驗過程中學生課后自主設計過程的實施，提供了學生創新創作的廣闊平臺，使學生對所運用到的實驗模型的的表示符號，機械運動原理的設計方法以及合理性計算有了更加深厚的理解和掌握。

3 實驗室動手實踐

機械設計過程理論和實踐存在一定的差異，因此雖然每一組都有自己繪制好的機構運動簡圖，但在實驗室進行具體拼接和裝配的過程中，總是會存在這樣或那樣的問題。像齒輪凸輪機構的創新設計，不同的實驗設計組提出的設計方案各不相同，但都會存在問題，最常見的問題有部分機構雖然原理上能行，一個自由度一個驅動機，但凸輪就是不能動；還有就是有的同學在設計機構時由于運動鏈條數過多造成計算自由度選擇原動機數目不準確。在這種情況下，一方面，促使學生反思自己設計方案上的問題，在設計小組內進行的討論，以尋找解決問題的方法，另一方面，指導老師根據自己的實踐經驗和知識積累，指導幫助他們從哪些地方去尋找問題的根源并解決問題，從而使所設計的機構能到達預期的目標。

通過講解和學生自己動手創作過程后，在實踐過程中讓學生感受理論知識與實踐工程操作的區別，體會工程實踐中并不是所有設計好的機械原理圖都能轉化成所需要的運動機構，促使學生從實踐中不停的反思，培養學生創新設計思維與解決工程實際問題的能力，同時培養學生工程實踐當中的團隊協作能力，增加師生之間的互動，在通過這樣一系列實驗設計課程鍛煉后，加深學生對機械原理中知識鏈的理解和掌握。

4 總結

通過采用上述的創新實驗教學模式，一方面，充分利用了學校對學生開放的實驗室資源和學生自己擁有的資源。另一方面，通過分組自主創作的方式，充分調動了學生學習的積極性，提供學生課后創新創作的廣闊天空，提高學生的創作興趣，鍛煉學生的團隊協作能力，增加師生互動提高學習效率。通過多組機械班的實驗教學，對其中創新性實驗設計采用該實驗教學模式，取得了較為滿意的教學效果。明顯提高了學生的學習興趣，學生表現出對機械原理中基本概念理解清晰，對常見符號以及對機構運動簡圖的識圖制圖能力運用自如，并能根據工程實踐合理的選擇相應的機構。基本能達到學以致用的效果，使學生具有根據實際問題提出具體可行的解決方案的能力。

【參考文獻】

[1]牟萍，文寧，凌丹，杜麗.挖掘創新點，促進機械原理實驗改革[J].實驗技術與管理，2010（4）.

[2]高江紅，馬銀忠，陸媛.機械原理課程實驗教學改革探討[J].南京工程學報（社會科學版），2007（7）.

[3]何玉林.“機械原理”課程實驗教學的現狀分析與改革[J].高教論壇，2014（10）.

[責任編輯：王楠]