機械設計基礎實驗教學改革與創新能力培養

徐淑珍

摘要 機械設計基礎課程的實驗教學在整個教學體系中占有十分重要的地位。不斷摸索該實驗教學環節的組織、設計和教學方法，使其達到培養學生創新意識、創新能力的作用，將會使理論教學更主動，學生掌握知識更容易。

關鍵詞 機械設計基礎 實驗教學 創新能力

中圖分類號：G424 文獻標識碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdks.2017.05.067

“機械設計基礎”是機械專業學生的主要技術基礎課程之一，是培養學生分析、解決工程實際問題和創新能力的主干課程，是連接基礎理論知識和實踐的橋梁。機械基礎實驗教學不僅是培養學生理論與實踐相結合、解決分析問題的能力，同時它也是啟迪學生創新思維、開拓學生創新潛能的重要手段。因其自身的基礎性和平臺作用，可以方便地指導學生進行發散思維訓練和創新設計工作。而機械設計基礎實驗教學正是培養學生創新能力的一個重要環節。

1實驗教學的重要作用

實驗教學是使學生在特定的環境下通過學生的主觀努力完成的教學過程，它在培養學生綜合能力方面具有特定的優勢，它的直觀性、實踐性、綜合性是理論教學不可替代的。學生通過實踐教學培養出來的綜合能力包括動手能力、觀察分析能力和勇于探索的創新精神。在實驗的過程中，學生不僅可以學會選擇、正確使用各種儀器，而且可以驗證所學的基本理論，培養實事求是的科學態度。同時，實驗教學是學生鞏固理論知識、掌握實驗技能、培養創新思維的重要環節，從某種意義上講，對啟發學生的想象思維和創新意識起著點石成金的作用。

機械設計基礎課程是學生進行機械綜合設計的基礎課程，同時也是工程意識訓練的主要課程。機械設計基礎實驗教學是一個必不可少的實踐環節，它對實現理論課程教學目標起著特別關鍵的作用。

加強實踐教學環節是高等工科院校課程教學改革的一個特別重要的方向。改革以往高校課程教學中重視理論知識，輕視實踐環節、忽略實際應用的狀況；完成全新的實驗教學體系的構建；滿足社會對創新型人材培養的要求。為此目的，我們緊緊圍繞機械設計基礎課程教學內容與體系，對機械設計基礎實驗教學的方法進行了改革探索，完善了實驗教學體系、改革了實驗教學手段和方法。

2重視基礎性實驗，培養學生的基本技能

基礎性實驗大多屬于演示性和驗證性實驗，如機械認知實驗、齒輪范成實驗、帶傳動實驗等，但這些實驗對促進學生理解課程內容基本原理，掌握基本技能，消化吸收基本概念，鞏固基礎知識，培養科學思維的能力和嚴謹的工作作風起著直接的作用，是由感性認識進一步發展成理性認識的過程。因此，如何最大限度發揮基礎性實驗在教學中的作用，是廣大教師應該深思的問題。我院結合機械原理及機械設計實驗室目前的具體情況，在實驗教學方法、實驗要求和方式上的進行完善和改造，使其發揮更好的作用。

如在機械認知實驗中，我們針對機械原理部分、機械設計部分分別配備了實驗演示柜、實物展示柜和機械系統展示廳，組成了機械認知的實驗教學體系，并有機地與工程訓練中心、機電一體化實驗室等相關專業實驗室相結合，充分做到可看、可記、可操作。在整個機械認知實驗中，教師除了做認真的講解外，允許學生隨時提問，鼓勵學生動手操作，引導學生開展討論，充分調動學生學習的積極性，激發學生對機械認知的興趣，培養學生掌握實驗操作技能，這樣的教學模式深受學生歡迎。

又如在機構運動簡圖測繪實驗中，實驗室提供大量的機構模型，讓學生親手測量機構尺寸，并按一定的比例關系繪制出合理的運動簡圖，增強學生對理論教學內容的理解，然后再對一臺真實的內燃機進行實際機構的測繪，實驗的難度逐步加大，鍛煉學生實際動手能力、發現問題、解決實際問題的能力。這些實驗為實驗教學有力開展打下了堅實的基礎，為實驗教學順利有序的進行提供了基本保障。

3更新實驗教學內容，培養學生的綜合能力

提高實驗教學質量，培養學生的綜合能力，必須對實驗教學內容、手段、方法進行更新，改變實驗教學環境，提高實驗教師水平。為了培養學生的綜合能力，必須改善現有的教學條件，為此，我們購置一些新的實驗設備，編寫實驗大綱、實驗指導書，開展應用性較強的設計性、綜合性實驗研究。

在JCY機械傳動性能綜合性實驗臺上開設機械傳動性能綜合性實驗。該實驗可對齒輪傳動、帶傳動、鏈傳動、蝸桿傳動等機械傳動或上述組合的傳動系統進行綜合性能測試。實驗突出了設計性、綜合性的特點。通過該項實驗學生掌握合理布置機械傳動的基本要求，機械傳動方案設計的一般方法，并利用機械傳動綜合實驗臺對機械傳動系統組成方案的性能進行測試，分析組成方案的特點，設計滿足條件的機械傳動系統，完成傳動系統運動參數和組成方案設計。掌握機械傳動系統性能測試的基本原理和方法，測試常用機械傳動裝置在傳遞運動與動力過程中速度曲線、傳動比曲線、效率曲線等各種參數曲線。按照組成方案搭接機械傳動性能測試系統并進行測試，完成組成方案的機械性能分析，樹立用實驗手段來分析機械設計方案的思想，加深對常見機械傳動性能的認識和理解，培養了學生的綜合能力。

在3DMC實驗臺開展機構組合與創新實驗。學生通過機械原理、機械設計學習中所萌發的創造性思維可以從本實驗臺上得以實現。該實驗臺可拼裝連桿機構、齒輪機構、凸輪機構、間歇運動機構、帶傳動、鏈傳動、蝸輪蝸桿傳動以及由它們組合成的性能各異、平面的、空間的機械傳動系統，培養了學生機械傳動方案的設計能力。實驗臺可以測試原動件和執行構件以及中間任意構件的位移、速度、加速度等參數，學生將測試的參數與設計結果及理論分析結果進行比較，增強了學生的創新意識和實際動手能力。

軸系結構設計與分析實驗。軸系結構是機械系統的重要組成部分，涵蓋了軸承、聯軸器、鍵聯接及螺紋聯接，轉子動力學等內容。通過該項實驗，學生們掌握了軸及軸上零件的結構、功用、工藝要求和裝配關系；熟悉軸的結構設計和軸承部件組合設計的基本要求，掌握軸及軸上零件的定位與固定方法；通過軸系部件的組裝與測繪，學會對現有機械部件進行結構分析，培養結構設計能力。

4引入創新性實驗，培養學生的創新意識

創新性實驗是指通過實驗獲得的新的發現與發明，獲得新的技術和方法，具有一定社會價值的原創性實驗，這類實驗應在分析、綜合性實驗基礎上，探索奧秘，獲取新數據、新理論和新方法。創新是人類文明進步的原動力，是國民經濟發展的基礎。實驗教學是培養學生實踐能力及創新能力的重要方法之一。

在JPCC-II平面機構創新組合及運動參數分析實驗臺開設平面機構創新組合測試分析實驗。該實驗是為本科生和研究生而設計的有關平面機構創新設計的綜合性、設計性、研究創新性實驗?？蛇M行基本平面機構的設計、拼裝（本實驗臺提供13種以上傳動方案）及進行運動、動力學分析，培養學生創新意識和工程實踐能力。

在JDT-A/I機構系統動力學調速實驗臺開設機構系統動力學調速實驗。該實驗可對機構原動件及執行構件的動態參數進行測試和仿真，利用計算機軟件，角位移動傳感器，數據采集卡，觀察機構的周期性速度波動現象和繪制測試和仿真曲線；利用飛輪的質量變化，觀察分析速度波動變化情況；學生利用計算機程序進行設計，獨立自主完成實驗。

開設計算機凸輪機構仿真設計測試綜合實驗。該實驗通過計算機軟件對機構的動態參數進行測試，計算機軟件對機構的運轉進行動態仿真，凸輪可更換，配備8個不同運動規律的平面凸輪和一種圓柱凸輪，還配備凸輪制圖軟件，可自行在線切割機上加工任意規律的凸輪實驗。計算機軟件具有多媒體教學功能，學生可自主地進行實驗，培養學生的獨立工作能力。

5開放實驗室，發揮學生的創新能力

針對學生在機械設計方面具備的基礎知識、實驗技能、感性認識，為培養提高學生的創新能力，我們開放機械創新實驗室，為學生提供工程實驗、工程設計平臺。讓學生走進實驗室，組建創新團隊，發揮學生主體作用，激發學生學習的積極性，把理論與實踐結合起來，提高學生的創造性綜合素質，培養學生團結合作精神。

學生創新團隊從課題選題、資料收集、申請立項、實驗方案設計、數據分析到報告編寫、結題答辯，充分發揮團隊每個學生的特長，運用所學的知識，分工合作，開展課題研究，將理論與實踐相結合。同學們克服了眼高手低、只說不做的通病，團結合作精神得到加強，創新意識、創新思維得到拓展，實際動手能力、工程設計能力得到了全面鍛煉。

學生在開放的實驗室里，在老師的指導下完成了多項大學生創新項目，發表了科技論文，有的項目還申請了國家專利。通過參加創新項目，不但提高了學生的動手能力，而且對已學過的理論知識也起到了融會貫通的作用。在這個開放式教學平臺上學生的想象力得到充分發揮，創新意識明顯加強。同時實驗室資源得到了充分利用。

6結束語

實驗教學環節的教學改革對任何一門課程都是十分重要的。對于機械設計基礎這樣一門重要的技術基礎課程，如何更好地整合資源、發揮優勢，在大學生創新能力培養上發揮更大的作用，需要我們不斷的努力和探索。