機械設計課程群多層次實驗課教學體系的構建與探討★

任金波， 林 婷， 張 翔

（福建農林大學機電工程學院， 福建 福州 350002）

引言

實驗教學是高等院校教學的重要組成部分，是對課堂所學理論知識的直觀認識與補充，是學生理論聯(lián)系實際的重要途徑，在培養(yǎng)學生綜合素質和創(chuàng)新能力方面有著不可替代的重要作用[1-3]。但長期以來，實驗課程內容以相對分散、孤立，關聯(lián)性、系統(tǒng)性比較差的驗證性實驗為主，扼制了學生學習的積極性、主動性和創(chuàng)造性，難以實現(xiàn)學生在教學活動中的主體地位和個性差異[4-6]。福建農林大學機械設計制造及其自動化本科專業(yè)為首批國家級“高等學校本科教育特色專業(yè)”建設點、福建省特色專業(yè)建設點、機械類人才培養(yǎng)模式創(chuàng)新實驗區(qū)，專業(yè)建設與改革的重點為: 在“厚基礎、寬專業(yè)”的通識教育背景下，培養(yǎng)出具有較強的專業(yè)技能與專業(yè)特色的服務地方經濟建設的應用性人才。為此，對機械設計課程群實驗教學體系進行了一系列提升和改革。

1 機械設計課程群實驗教學的地位

“課程群建設”是近來各高校教學改革的重點和方向，課程群將多門相近課程的內容融合為一個整體，它能夠整合教學資源，優(yōu)化配置教學資源，提高教學資源利用效率。因此國內很多相關高校機械類專業(yè)均開展了對機械設計理論課程群相關的研究與探索，而對課程群的實驗教學關注度卻普遍較少。實驗教學可看作理論教學的繼續(xù)和延伸，是大學機械類本科整個教學體系中的一個重要環(huán)節(jié)，對大學生創(chuàng)新思維、動手能力、分析問題和解決問題能力的培養(yǎng)方面有著不可替代的作用。機械設計課程群包括“機械原理”“機械設計”“機械設計基礎”等3門專業(yè)基礎課，“機械優(yōu)化設計”“機械創(chuàng)新設計”2門專業(yè)選修課，“機械設計課程設計”1門實踐課，及這幾門課的課內外實驗、實踐部分，這幾門課程的實驗實踐部分對培養(yǎng)學生的機構學、運動學、創(chuàng)新設計能力、綜合實踐能力起著舉足輕重的作用。

2 機械設計課程群實驗教學存在的問題

“機械原理”“機械設計”“機械設計基礎”“機械優(yōu)化設計”“機械創(chuàng)新設計”“機械設計課程設計”等6門課程是福建農林大學機電工程學院機械、車輛工程、福建農林大學金山學院機械類專業(yè)所開設的機械設計課程群重要課程。課程群實驗教學對本專業(yè)學生的專業(yè)知識與創(chuàng)新實踐能力培養(yǎng)具有舉足輕重的作用，如：“機械原理”課程開設有機構運動簡圖的測繪及機構運動分析、觀看《常用機構陳列柜》實驗；“機械設計”課程開設有觀看《機械通用零件陳列柜》、軸系零件組裝實驗；“機械設計基礎”開設有機構運動簡圖的測繪、觀看《常用機構陳列柜和通用零部件》、軸系零件組裝實驗；“機械優(yōu)化設計”開設有進退法、黃金分割法、鮑威爾法等程序模塊編寫與調試；機械創(chuàng)新設計主要通過實例分析并結合重力勢能驅動的自控行走小車越障競賽來加強對知識點的理解。綜合來看，對于實驗教學環(huán)節(jié)的重要性認識仍有不足，實驗教學仍顯薄弱。具體反映在機械設計課程群實驗教學中，主要表現(xiàn)有：

1）教師未能足夠引起對實驗教學的重視，認為實驗課只是理論課程的附屬，課時少，其作用無關輕重。

2）實驗課程教學內容創(chuàng)新不足，主要表現(xiàn)為幾門課程的實驗均以演示、驗證為主，學生走馬觀花敷衍了事，甚至不少學生直接不來參加實驗課，嚴重影響了其他同學的積極性和課堂紀律。

3）實驗的考核標準不一，有些實驗課在期末成績占的比重大，有些實驗課的比重小，學生往往對比重小的實驗不予以重視，直接影響了參加實驗課的積極性。

3 機械設計課程群實驗教學體系構建

3.1 研究思路

結合福建農林大學機械專業(yè)課程培養(yǎng)方案的設置及對復合型創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)要求，結合學校機械類專業(yè)開設的“機械原理”“機械設計”“機械優(yōu)化設計”“機械創(chuàng)新設計”“機械設計課程設計”及課內外實驗、實踐部分的相互關系，以及幾門課程實驗課之間的知識銜接點，學習上層次遞進深入關系，將上述課程的實驗課重新排列組合，使課程實驗之間相互融合，互為補充，構建多層次、多模塊、開放式的實驗教學體系。

3.2 研究內容

3.2.1 基礎型實驗體系構建

基礎型實驗模塊是根據(jù)6門基礎課程來設置相應的實驗課程，其目的主要是通過該模塊的實驗教學，使機械類學生通過觀看、驗證的方式來理解和掌握必備的機械設計基礎理論知識。這個實驗模塊包括《機構運動簡圖的測繪及機構運動分析》實驗、觀看《常用機構陳列柜》實驗、觀看《機械零件陳列柜》實驗以及《機構、零件動態(tài)演示》實驗等。

3.2.2 綜合設計型實驗體系構建

綜合設計型實驗體系包括共性技能子模塊和專業(yè)基本技能子模塊。共性技能子模塊包括《軸系拆裝》實驗，《進退法、黃金分割法、鮑威爾法等程序模塊編寫與調試》實驗；專業(yè)基本技能子模塊包括機械學獨立實驗課下設的3個綜合性、設計性實驗，如《機構組合創(chuàng)意設計》《回轉體動平衡》《機械傳動性能測試與分析》實驗等。通過綜合設計型實驗體系的教學，培養(yǎng)學生對于機械零件、結構、裝置的了解，并能科學制定實驗方案，對實驗數(shù)據(jù)進行整理分析，得到科學結果，從而掌握一整套實驗的科學方法。

3.2.3 自主創(chuàng)新型實驗體系構建

提出課題或由學生自帶項目，有機地結合機、電、液、氣等，通過課內外相結合的方式，以學生科研訓練、科研實踐活動、機械創(chuàng)新設計競賽、電子設計競賽、智能車模競賽、機器人競賽、挑戰(zhàn)杯等一系列國家級、省市級競賽活動為切入點，進一步培養(yǎng)學生的科學創(chuàng)新意識與能力，增強工程意識鍛煉，體現(xiàn)學生的個性化發(fā)展。

4 實驗效果

機械設計課程群實驗教學體系內容涵蓋基礎性實驗、綜合設計型實驗、創(chuàng)新能力訓練實驗，將多層次的實驗教學遞進式進行組合，使學生由基礎到實踐層層深入，認識到實驗實踐教學是任何理論學習所無法替代的，認為通過實驗課的教學，理論課學習時能更加有的放矢。實驗課和理論課二者相輔相成，使學生自主創(chuàng)新能力不斷提高，培養(yǎng)學生對實驗課的積極性、實驗中的團隊合作能力，對理論課的深入了解和鞏固。經實驗課后的問卷調查，學生對課程群實驗課總體評價滿意度較高，能夠加深對理論課的理解，表明課程群實驗體系的改進取得了顯著的效果。