機械原理實驗室建設初探

鄭耿樂

機械基礎是學校機類專業的主干專業基礎課，具有實踐性強與應用性強。機械基礎課程從其結構層面上看，包含內容極為廣泛，根據課程標準，學員需掌握三大模塊十一個課目，且各個課目之間并無太直接的聯系，跨度從常見的標準件到較復雜傳動機構，涉及內容繁雜、機構離散；從課程執行層面上看，學員普遍反映該課程涉及的零部件多數沒有見過，機構運動特性過于抽象，僅憑教員講解，難以形成直觀感受，導致學員理解困難。授課期間，多名專家聽課后也一致認為，語言講授、仿真演示遠不如實物模型或實驗演示給學員的直觀映像強烈，特別是較為抽象的機構運動部分和機械傳動部分。而目前學校沒有任何相關實驗室，嚴重影響了教學質量的提升，因此提出建設該實驗室。

1 實驗室建設目標和必要性

機械基礎課程從其結構層面上看，包含內容極為廣泛，根據課程標準，學員需掌握三大模塊，十一個課目的內容。各個課目之間并無太直接的聯系，跨度從常見的標準件常用件如螺紋、鍵、銷、齒輪的認知到較復雜傳動機構如四桿機構、凸輪、間隙運動機構等，涉及內容繁雜、機構離散；從課程執行層面上看，學員普遍反映該課程涉及的零部件多數沒有見過，機構運動特性過于抽象，僅憑教員講解，難以形成直觀感受，導致學員理解困難。在授課其間，多名專家聽課后也一致認為，語言講授、仿真演示遠不如實物模型或教學模具演示給學員的直觀映像強烈，特別是較為抽象的機構運動部分和機械傳動部分，教具的使用遠比動畫的模擬更具有說服力和啟發性。結合實際教學情況和專家意見，機械教學組進行了討論和調研，認為矛盾主要集中在以下三個方面： （1）理論教學缺乏示教器材。（2）實踐教學缺少操作途徑。（3）創新活動缺乏活動設備。

實驗室建設目標應該為保障學校機械基礎課程教學，培養學員基礎技能，樹立規范操作、嚴謹求實創新的科學態度。實驗室建設完成后，應能通過實驗加深學員對所學知識的理解；能使學員熟練操作相關儀器、設備；使學員具備利用測試設備和儀器進行采集、分析及處理實驗數據和實驗誤差的綜合分析能力；培養學員善于觀察、分析觀察事物和現象的習慣，并使之具備能綜合運用所學知識進行任務完成的能力，為將來專業課程學習和工程實踐打下基礎。經建設之后，可容納32名學員同時進行實驗，實現部分專業基礎課教學場地由教室轉向實訓室，開展一體化教學，建設主要內容包含：實驗的基本知識、基礎性實驗、綜合性實驗和創新性實驗四部分。具體為完成常用件參數測定實驗、機械原理認知實驗（通過觀察機械原理成列柜認知展示的各種常用機構模型，通過趣味自動機械系統展示臺激發學員的學習積極性）；機械原理基礎實驗（包括簡單材料力學試驗、齒輪范成實驗、軸的綜合測量實驗、行為公差實驗等）；綜合實驗（包括平面機構運動簡圖測繪實驗、回轉機構動平衡實驗、齒輪參數測定實驗、機械傳動性能綜合實驗、等）；機構組合創新設計實驗。

2 實驗室建設內容

實驗室建設包含硬件建設和軟件建設，其中硬件建設涵蓋場地、儀器等，軟件建設主要包括實驗課程的建設、實驗室的運營管理等等。下面重點探討一下實驗課程的建設。

機械基礎實驗涵蓋工程力學、互換性與測量技術、機械原理、機械設計、機械工程材料等內容。機械基礎試驗課程的教學目的是（1）加深學員對所學知識的理解；（2）熟練操作儀器、設備，完成實驗目的；（3）學會利用測試設備和儀器進行采集、分析及處理實驗數據和實驗誤差的綜合分析（4）培養學員善于觀察、分析事務和現象的習慣，并能綜合思考的良好學風，訓練理性思維，在嚴謹的科學實驗中提高科學實驗能力；（5）培養學員綜合運用所學知識的能力，為將來崗位實踐打下堅定基礎。

機械基礎實驗課程的主要內容有一下四個部分：（1）實驗的基本理論，包含基本物理量測量技術基礎、實驗數據的誤差分析處理、實驗設計方法；（2）機械基礎實驗，包含認知實驗、基本原理實驗；（3）機械綜合實驗，包括換換性與技術測量、機械原理探究、技術設計等內容；（4）機械設計創新實驗，包括機構組合創新與機構仿真實驗等。

3 實驗教學方法的建設

傳統的教學教學，都是通過模型、實物等形象化教學手段并通過教師的語言描述來組織教學，注重知識和技能的傳授。整個教學過程對于思維能力要求高，操作性不強，連貫性差，知識跳躍幅度大，學員很難在短時間掌握。因此實驗部分的教學在方法上需要創新。具體來說可以在以下幾個方面來開展。

（1）教學模式是可以采用“翻轉課堂”模式。所謂翻轉課堂，就是教員創建視頻，學員在課外觀看視頻中教員的講解，回到課堂上師生面對面交流完成作業的教學形態。具體來說課前采用“微課”，“微視頻”等形式下發學習任務，充分調動學員主動學習的積極性。

（2）對同一實驗進行“參數化”設計，是不同小組學員之間的使用體現出差異，這樣既可以促使學員獨立思考。具體來說，以“搭接鉸鏈四桿機構”實驗為例，給學員提供的“桿件”數量要多，使每個小組學員都不相同。

（3）運用虛擬現實技術，拓展實驗教學的空間。機械原理實驗教學必須依托相應實驗室才能完成，對于復雜的機械原理試驗和機構創新實驗在短時間內無法完成實驗教學任務。教員可以利用虛擬樣機開發相應軟件，在學員在網絡虛擬實驗室中觀看機械原理的仿真的視頻并通過鼠標操作參與實驗過程，從而縮短實際裝配教學的時間。

總之依據上述思路，采取上述教學手段及方法破有助于破解了機械原理試驗教學的部分難題，提升了整個機械基礎課程的教學質量。 在具體教學過程中，絕大多數學員積極主動，對實驗內容產生了濃厚興趣，為了解決實驗中遇到的問題，學員會主動學習、尋找解決問題的方法，求知的欲望明顯得到加強。由于倡導“內部原理求簡，外部特征求細，應用結合求全”，并與機械原理課程的理論知識緊密結合，不但大大增強了學員的動手能力，也使學生對課程知識的綜合能力得到了鍛煉和提高，為后續專業課程的學習奠定了較好的基礎。endprint