機械設(shè)計課程實驗教學(xué)改革探索

李飛 梁永麗 侯雨雷 張文文 景常海

摘要：機械設(shè)計課程教學(xué)中，其配套的課程實驗教學(xué)是學(xué)生在課堂中進(jìn)行理論結(jié)合實際的一個主要途徑，是保證教學(xué)效果的一個重要環(huán)節(jié)，但是目前存在實驗學(xué)時有限、實驗內(nèi)容與手段落后、學(xué)生參與實驗積極性不高和與實際工程應(yīng)用結(jié)合不緊密等問題。本文結(jié)合工程教育理念，通過增加開放式及綜合性實驗、提高課堂實驗效率、更新優(yōu)化實驗內(nèi)容及方法等手段，開展實驗教學(xué)改革探索，更好發(fā)揮該實驗課程的積極作用。

關(guān)鍵詞：機械設(shè)計;實驗教學(xué);教學(xué)改革;工程教育

中圖分類號：G642.0 ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? 文章編號：1674-9324（2019）18-0138-02

在《中國制造2025》的大背景下，我國對于具有工程教育背景的專業(yè)型人才需求越來越大，這也對高等學(xué)校對于機械類專業(yè)學(xué)生的培養(yǎng)提出了新的目標(biāo)和要求。2016年6月，我國成為“華盛頓協(xié)議”正式會員，國內(nèi)高等學(xué)校的工程教育進(jìn)入了一個新的時期。面對新的機遇與挑戰(zhàn)，高校只有不斷深化工程教育改革、培養(yǎng)新型的工科綜合性專業(yè)人才，才能持續(xù)滿足國家未來的建設(shè)需要。

《機械設(shè)計》是機械類專業(yè)課程中一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，在專業(yè)知識體系中具有承上啟下的重要作用。為了應(yīng)對新形勢的需求，一些教學(xué)工作者結(jié)合CDIO和OBE理念，對《機械設(shè)計》課程教學(xué)進(jìn)行了有效改革。

目前，《機械設(shè)計》課程學(xué)習(xí)中的實踐環(huán)節(jié)往往由課程配套的課內(nèi)實驗來完成，有助于學(xué)生在學(xué)習(xí)中理論聯(lián)系實際、初步建立工程應(yīng)用的意識，是保證教學(xué)效果的一個重要環(huán)節(jié)。但是，由于種種原因，《機械設(shè)計》課內(nèi)實驗教學(xué)面向新形勢需求的改革步伐相對滯后，開展以工程應(yīng)用為導(dǎo)向的實驗教學(xué)改革顯得極為重要。本文通過分析當(dāng)前存在的問題，對開展《機械設(shè)計》課內(nèi)實驗教學(xué)改革進(jìn)行了積極地探索。

一、當(dāng)前《機械設(shè)計》課內(nèi)實驗教學(xué)存在的問題

作為《機械設(shè)計》課程教學(xué)的輔助教學(xué)手段，課內(nèi)實驗當(dāng)前存在一些問題，很難實現(xiàn)與工程教育的目標(biāo)接軌，不利于學(xué)生綜合能力的培養(yǎng)。存在的問題主要體現(xiàn)在以下方面：

1.實驗教學(xué)學(xué)時有限，難以有效發(fā)揮實驗教學(xué)的特點。以《機械設(shè)計》課程為例，目前普遍為6學(xué)時課內(nèi)實驗，而這6個實驗學(xué)時又分散到幾個實驗項目中，這樣導(dǎo)致實驗進(jìn)度被分割、教學(xué)效果難以保證，不能有效發(fā)揮實驗教學(xué)理論聯(lián)系實際的特點。

2.實驗內(nèi)容和形式有待進(jìn)一步更新。當(dāng)前《機械設(shè)計》課內(nèi)實驗受到教學(xué)設(shè)備的限制，實驗的內(nèi)容和形式往往傳統(tǒng)老舊、靈活性差，不具有綜合性、創(chuàng)新性實驗的特點，不利于學(xué)生綜合能力的提高。

3.學(xué)生在基礎(chǔ)教學(xué)實驗中積極性不高。學(xué)生在參與實驗過程中，很難提升學(xué)習(xí)興趣，主動思考的空間被束縛，僅僅是在被動參與實驗，無法在實驗過程中獲得更多有關(guān)實際工程應(yīng)用的有關(guān)信息。

4.實驗教學(xué)與工程應(yīng)用結(jié)合不緊密。課內(nèi)實驗往往是針對相應(yīng)的理論課內(nèi)容來對一個已知結(jié)論進(jìn)行驗證，而在提升學(xué)生解決實際工程問題能力方面尚顯不足，這也影響了課內(nèi)實驗效果的進(jìn)一步提升。

二、《機械設(shè)計》課內(nèi)實驗教學(xué)改革的實施途徑

《機械設(shè)計》課內(nèi)實驗教學(xué)的作用不可忽視，與課堂教學(xué)應(yīng)該是相輔相成的關(guān)系。鑒于以上在課內(nèi)實驗教學(xué)中存在的問題，從課內(nèi)實驗自身出發(fā)，利用現(xiàn)有教學(xué)資源，在合理利用教學(xué)時間、優(yōu)化實驗內(nèi)容形式、提升實驗教師工程應(yīng)用能力等方面著手，持續(xù)改進(jìn)和提高實驗教學(xué)效果，發(fā)揮課內(nèi)實驗教學(xué)在工程教育中的應(yīng)有作用。可通過以下途徑對該實驗教學(xué)開展改革：

1.利用現(xiàn)有規(guī)定的實驗學(xué)時，通過多種教學(xué)手段，提高實驗課堂時間的利用率。當(dāng)前形勢下，通過增加實驗學(xué)時或者對《機械設(shè)計》實驗進(jìn)行獨立設(shè)課尚存在較大難度，唯有充分利用好有限的課內(nèi)實驗學(xué)時。目前，實驗課基本流程是先由實驗教師對實驗原理、設(shè)備使用、實驗步驟等進(jìn)行一定時間的講解和演示后，再組織學(xué)生開展實驗。這樣存在的問題是，實驗中很多內(nèi)容必須要向?qū)W生進(jìn)行展示，但又會占用大量且寶貴的實驗課堂時間，無形中壓縮了學(xué)生參與實驗和思考問題、解決問題的時間，而且現(xiàn)場講解過程中很多細(xì)節(jié)內(nèi)容很難向全體學(xué)生清晰展示。為了解決這個問題，就要采用多種教學(xué)手段，提高實驗講解的效率，把更多的課堂時間留給學(xué)生。例如，在螺栓組聯(lián)接實驗中，通過網(wǎng)絡(luò)改造，實驗教師可以將實驗軟件的操作方法直接投放到學(xué)生電腦屏幕，讓學(xué)生更快地掌握實驗軟件使用方法;在軸系結(jié)構(gòu)設(shè)計實驗中，將各種裝配件的圖片和使用方法集中在幻燈片中展示，既避免了由實驗教師逐一展示、占用較多課堂時間，又能夠讓學(xué)生在短時間對各種配件有直觀的認(rèn)識，可以更加準(zhǔn)確的知道如何選用配件來用在自己設(shè)計的軸系當(dāng)中。

2.優(yōu)化實驗內(nèi)容，將驗證性實驗轉(zhuǎn)化為開放性綜合性實驗。在前一階段的教學(xué)研究中，筆者曾針對《機械原理》課內(nèi)實驗“齒輪范成原理”進(jìn)行了教學(xué)改革嘗試[7]，通過計算機仿真手段，將齒輪范成原理實驗由傳統(tǒng)驗證性實驗轉(zhuǎn)化為開放式綜合性實驗，取得了良好的教學(xué)效果。在該項實驗的教學(xué)改革基礎(chǔ)上，對《機械設(shè)計》課內(nèi)實驗中的“帶傳動效率測定”和“軸系結(jié)構(gòu)設(shè)計”實驗項目進(jìn)行了進(jìn)一步優(yōu)化，“帶傳動效率測定”實驗中，學(xué)生可以自行選定皮帶形式及初拉力大小，進(jìn)行多組實驗對比后再得出實驗結(jié)論，有效提高了學(xué)生的實驗學(xué)習(xí)興趣，也能夠在實驗中了解到實際應(yīng)用的多種情況，實驗效果明顯好于教學(xué)改革前僅限于一種皮帶效率的測定;在“軸系結(jié)構(gòu)設(shè)計”中，在原先設(shè)定的綜合性實驗基礎(chǔ)上，設(shè)計題目不僅僅局限于給定的若干條目，學(xué)生還可以通過查閱資料、根據(jù)實際工程應(yīng)用情況，自己選定工況條件進(jìn)行設(shè)計和組裝，這樣就大大增加了實驗的開放性和工程應(yīng)用性，學(xué)生在實驗課程中的相互交流更可以提高學(xué)生綜合能力。

3.將實驗指導(dǎo)書變?yōu)閼?yīng)用手冊，提高實用性，激發(fā)學(xué)生主動學(xué)習(xí)的興趣。以往編制的實驗指導(dǎo)書往往只注重單一實驗項目的實驗原理、儀器使用、實驗步驟等。為了增強實驗課面向?qū)嶋H工程應(yīng)用的效果，進(jìn)行改革后的實驗指導(dǎo)書中加入大量有關(guān)實驗的工程應(yīng)用背景、實際應(yīng)用中的常用手段、具體設(shè)備及配件的應(yīng)用范圍、引用的現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)、主要參考資料等內(nèi)容，對理論課教材的相關(guān)部分做了有益補充。這樣改編后的實驗指導(dǎo)書可以作為學(xué)生開展實驗的應(yīng)用手冊，具有較高的實用性，在學(xué)生參與實驗過程中，有助于激發(fā)學(xué)生主動進(jìn)行學(xué)習(xí)，獲得更多有關(guān)實際工程應(yīng)用的信息，進(jìn)而舉一反三、擴展視野。

4.實驗報告中增加分析環(huán)節(jié)，設(shè)置開放性問答。在改編實驗指導(dǎo)書的基礎(chǔ)上，對作為實驗數(shù)據(jù)記錄和分析的實驗報告同樣進(jìn)行了修改。學(xué)生除了要記錄和分析實驗數(shù)據(jù)，還要對實驗中出現(xiàn)的問題、誤差等現(xiàn)象進(jìn)行分析和解釋，提出改進(jìn)方法。此外，除了讓學(xué)生在實驗報告中完成“規(guī)定動作”的問答外，各實驗項目設(shè)置了具有面向?qū)嶋H工程應(yīng)用的開放性問題，旨在引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行更深更廣層面的思考。

5.實驗測試手段與實際應(yīng)用接軌。目前《機械設(shè)計》課內(nèi)實驗多使用的是教學(xué)實驗儀器，雖然簡單易用，但不利于學(xué)生掌握實際工程應(yīng)用中的測試手段。以此為出發(fā)點，對螺栓組聯(lián)接實驗臺進(jìn)行了改造，接入工程實際使用到的應(yīng)變采集儀。這樣學(xué)生在實驗中，能夠?qū)嶋H的采集原理和采集設(shè)備的使用有更加直觀的認(rèn)識，通過實驗做到了與實際工程應(yīng)用的接軌。

三、結(jié)束語

將傳統(tǒng)的《機械設(shè)計》課內(nèi)實驗進(jìn)行教學(xué)改革，通過提高課堂教學(xué)效率、優(yōu)化實驗教學(xué)內(nèi)容、擴充實驗指導(dǎo)書和實驗報告的深度與廣度等手段，使實驗課內(nèi)容與實際工程應(yīng)用結(jié)合更加緊密，增強學(xué)生自主思考、分析、解決問題的能力，可以更好地配合理論課教學(xué)培養(yǎng)學(xué)生具備初步解決實際工程問題的能力，為將學(xué)生培養(yǎng)成為符合國家建設(shè)需求的新型綜合性人才打下良好的基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

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Abstract：The experimental teaching of mechanical design is a main way for students to combine theory with practice，and it is an important method to ensure the teaching effect.However，there are some problems such as limited experimental time，backward experimental content and means，low enthusiasm of students to participate in experiments，and weak integration with practical engineering applications.Based on the concept of engineering education，this paper explores the reform of experimental teaching by means of increasing open and comprehensive experiments，improving the efficiency of experimental teaching，optimizing experimental content and methods，so as to give full play to the positive role of this experimental course.

Key words：Mechanical Design;experiment teaching;teaching reform;engineering education