基于工程素質培養的機械原理實驗教學改革探索

王會

【摘 要】 基于“工程素質培養”的機械原理實驗教學內容改革，應注重調整教學內容，增加開放性實驗教學；教學方法改革應注重驗證性、設計性、創新性教學方法的應用將實驗教學與科技創新大賽結合；改革成績評定方法以提高學生的工程素質和工程實踐能力。

【關鍵詞】 工程素質；培養；機械原理；實驗教學；內容；方法；改革

機械原理是機械設計制造及其自動化專業的主干專業課程，主要研究的對象為機械中的常用機構以及對機構系統運動方案設計，為學生從事機械方面的設計和制造奠定基礎。機械原理實驗是隨著機械原理理論教學同時開設，通過實驗教學可使學生具有機構結構分析的能力、設計和分析機械系統方案的能力以及解決一般工程問題的能力，培養學生的工程應用能力、機構設計能力、實踐動手能力等綜合能力，提高學生應用理論知識解決實際工程應用實例的能力，培養學生的工程素質，為今后從事機械相關工作奠定一定的理論基礎。為了提高機械原理課程實驗的教學效果，我們在實驗教學內容、教學方法和考核機制等方面進行了積極的探索，以提高學生的工程素質和創新應用能力。

一、基于工程素質培養的實驗教學內容改革

機械原理的傳統必做實驗項目以典型機構認知實驗、機構運動簡圖的測繪與分析、齒輪齒廓范成加工原理，這類實驗大都為演示性、驗證性的實驗，無法滿足學生工程素質的培養。因此我們在實驗教學項目上對此類實驗進行調整，增加具有實踐性和創新性強的實驗內容，同時增加了開放實驗內容。

1、對實驗教學內容的調整

在必做實驗教學內容上刪掉典型機構認知實驗。在機械原理開課前一學期，學生已經進行了為期一周的認識實習，已經對機械有了初步的認識。但為了增加學生的學習機械原理的興趣，將此改為參觀實驗項目，不占用實驗教學課時，利用學生業余時間，帶領學生去機械原理實驗室參觀機械原理陳列柜和常用機構模型，現場觀看陳列柜里展示的各種機構實物和機構運動，教師進行講解，使學生先對這門課程產生濃厚的興趣，有利于機械原理課程的學習。另外在教學采用多媒體教學，教師在上理論課講解機構時都配有實體動畫及視頻演示，形象直觀，學生對常用機構的工作原理及應用會進一步加深。

增加了設計性實驗內容：平面機構創意設計實驗和輪系及空間機構創意搭接實驗。這類實驗是在學生學完機構學模塊知識后開設的設計型實驗。實驗以2-3人為一小組，課前提前分好小組。要求小組成員合作做出設計方案，設計方案要體現一定的綜合創新思維，能夠靈活運用機構的組合進行創新設計，并具有一定的工程應用。實驗課時學生到實驗室利用機構創新實驗臺進行機構拼接；論證自己所設計方案的可行性，若不合理及時調整方案。這些實驗提高了學生的工程實踐及動手能力；完成整個機械系統從機構運動簡圖設計到實際結構設計的過程。同時培養了學生的創新設計能力和實踐活動中的團隊分工合作能力。

2、增加了開放實驗內容

除了必做實驗內容外，利用課余時間開放機械原理實驗室，增加了以創新性和應用性實驗為主的開放實驗。其中主要包括以慧魚創意組合模型為主開設的機構創新設計實驗和利用計算機軟件進行的計算機仿真實驗。機械原理實驗室的慧魚創意組合模型主要包括機構組合包、機構萬能組合包和機器人組合包等。學生能夠利用機械原理理論課程所學的理論知識，結合慧魚創意組合模型，根據所學機構學的理論知識，學生可以組裝與工程實際應用密切聯系的機械手、碼頭起重機、自動傾卸卡車等，并能夠自主進行機構創新設計。因學生學習機械原理課程時，已經學習了三維實體設計軟件Creo4.0的操作，利用開放時間，學生可以利用實驗室或機房的電腦進行機構的實體設計以及運動仿真，提高了學生的軟件應用能力和操作能力。學生通過開放實驗提高了自身的創新能力和創新思維，提高了自身的工程素質。

二、基于“工程素質培養”的實驗教學方法改革

1、驗證性實驗的教學方法

此類實驗主要培養學生的基本實驗操作技能，驗證機械原理的原理部分，讓學生對原理做進一步理解。要求學生上實驗課之前預習實驗內容，并撰寫實驗預習報告。上課時向學生簡單講授實驗基本理論和操作步驟。學校要求每次實驗人數不能超過30人，實驗室的相應實驗儀器數量能夠讓每個學生都能實際動手操作，因此教師講完后讓每個學生獨立完成實驗要求內容，獨立完成實驗報告。如機構結構分析與測繪實驗、齒輪齒廓范成加工原理實驗還是以傳統的教學方法為主。

2、設計性、創新性實驗的教學方法

設計性、創新性實驗是培養學生運用理論知識解決工程實際問題的主要途徑。 實驗一般由2-3名學生進行一組進行， 實驗教學時教師主要起“指導、引導、解惑”的作用。 “指導”就是向學生講解實驗的步驟、學生需要的理論知識；“引導”就是在學生方案設計過程中，教師與學生共同分析各機構設計方案的利弊，讓學生自己創新設計；“解惑”就是當學生在自主實驗時遇到問題時， 教師對學生有疑問的地方或未注意到的地方進行分析。 這樣既使學生既充分體驗到獲得實驗結果的成就感，同時激發學生獨立思考、自主學習和動手實踐的積極性，有利于培養其工程實踐能力和創新能力。

3、將實驗教學與科技創新大賽結合

開放機械原理實驗室，鼓勵和指導機械專業學生利用課余時間將本課程理論知識與實踐相結合，將機械系統方案設計內容與機電產品大賽等省級以上創新大賽的設計內容有機結合，精選設計題目，重點培養學生機構綜合運用能力和機械系統方案的設計能力。另外，根據學校創新學分規定和相應的物質獎勵規定，專業教師積極鼓勵和指導學生將自己的設計成果寫成科技論文和專利。

4、改革機械原理實驗成績的評定方法

在原來傳統的實驗課考核方式的基礎上，根據實驗項目的不同，采用不同的實驗考核方法。驗證性實驗的考核依據主要是實驗預習與報告、實驗操作過程；設計性、創新性實驗考核依據主要是選題的可行性和難度、設計方案的完整性和合理性、實施結果和設計報告等；通過“老師評學生”，以引導學生在平時的實驗和學習過程中就十分注意自身的工程素質、動手能力以及創新思維和能力的培養，引導其由過去的“學習、考試”型向“學習、研究、實踐、創新”型的轉變。 另外通過學生反饋、和學生座談等方式，及時了解實驗教學效果。

三、結論

通過對機械原理實驗內容和教學方法等方面的改革，將有效提高學生的工程素質，調動學生的對專業課程的學習興趣。近幾年機械專業的學生在各類省級創新設計大賽中獲得優異成績，發表省級論文和專利多篇。相信隨著機械原理實驗教學改革的進一步深入將在培養學生實踐動手能力，建立工程意識等方面起到了積極的作用。

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