機械原理實驗教學改革研究與實踐

李彥彥 王明杰 張柳 李安生

摘? 要 闡述機械原理實驗教學中存在的問題，如教學理念與教學方法需進一步提高、學生參與度不高、實驗考核不規范等。通過加大實驗室開放力度、改革實驗教學方法、提升實驗教師專業水平、規范實驗考核等措施，提高實驗教學效率。實踐證明，這些措施對提高實驗教學效率是行之有效的，并且學生在創新能力、工程實踐能力、團隊合作能力等方面都有較大的改善。

關鍵詞 機械原理;實驗教學;創新能力;實驗室

中圖分類號：G642.0? ? 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2020）22-0127-03

Research and Practice on Experimental Teaching Reform of Me-chanical Principles//LI Yanyan， WANG Mingjie， ZHANG Liu， LI Ansheng

Abstract This paper expounds the problems existing in the experi-mental teaching of mechanical principles， such as teaching ideas and?methods to be further improved， low student participation and irregu-lar experimental assessment. By opening the laboratory， reforming the experimental teaching method， improving the professional level?of the experimental teachers， standardizing the experimental assess-ment and other measures to improve the experimental teaching effect.

The practice has proved that these measures are effective in impro-ving the experimental teaching effect， and the innovation ability， engi-neering practice ability， teamwork ability and other aspects of the students have been greatly improved.

Key words mechanical principles; experimental teaching; innova-tion ability; laboratory

1 前言

《中國制造2025》指出，實施制造強國戰略的核心是加快推進制造業創新發展、提質增效，實現從制造大國向制造強國轉變。《中國制造2025》這一計劃的出臺，對機械專業課程提出更高的要求。機械原理是科院校機械類專業課程中一門重要的技術基礎課，其實驗部分是該課程的重要實踐環節，如何通過實驗教學提高學生的工程實踐能力、創新能力，是目前亟待解決的問題。

機械原理主要研究機械和機構的運動設計、動力設計和機械系統方案設計，與工程實際結合緊密，實踐性較強。對于普通高校的本科生教育，一般比較重視理論教學，很多實驗是輔助理論教學的驗證性實驗，設計性、綜合性實驗較少，較難調動學生學習的積極性和主動性，學生動手實踐的機會不多。本文分析鄭州輕工業大學機械原理實驗教學中存在的問題，針對問題提出改革方案，希望取得良好的實驗教學效果。

2 機械原理實驗教學存在的問題

目前，機械原理實驗教學開設的實驗項目主要有機構運動簡圖測繪實驗、齒輪范成原理實驗、回轉件動平衡實驗、慧魚創意組合實驗等。這些實驗項目多是驗證性實驗，在實驗教學中存在以下幾個方面的問題。

教學理念與教學水平有待進一步更新與提高? 目前，多數實驗仍采用傳統的教學方法，主要講解實驗目的、實驗原理、實驗步驟和儀器的操作等，在教學過程中有時也會給學生詳細演示。一般在做實驗之前都要求學生預習，學生根據實驗指導書上給出的步驟，結合實驗教師的講解，基本上都能自己完成實驗。這樣的教學方法限制了學生獨立思考和創新的空間，不利于學生工程實踐能力和創新能力的培養[1]。由于實驗室中配備的現代化教學設備較少，數字化網絡資源在實驗教學中應用較少，這會影響實驗教學效果。許多新的教學手段如翻轉課堂、慕課、虛擬仿真技術等在實驗教學中應用不多，實驗教學水平需要提高。

實驗內容更新較慢? 由于工程教育專業認證的需要，很多理論課程對內容進行了更新，但實驗教學改革的步伐相對滯后。目前，一些實驗教材長時間沒有修訂和改進，內容、標準比較陳舊，與新的工程教育專業認證大綱結合不夠，大綱體系不完善，實驗教學內容變化較小，綜合性和創新性實驗項目較少。

學生的參與度不高? 由于機械原理實驗是課內實驗，在課程總成績中所占比重較小，學生從心理上不夠重視，做實驗時積極性不高[1]。很多學生在實驗過程中只是按照實驗教師講解的步驟或者實驗教材給出的步驟進行實驗，對于實驗過程中遇到的問題，很少有學生進行深入思考，更不用說自己獨立設計實驗。由于學生主要以完成實驗為目的，主動性很難得到發揮，學習的興趣較低，實驗效果受到影響。

實驗的考核需進一步規范? 大多數工科專業都開設有機械原理或機械設計基礎課程，這些課程都有實驗學時要求，因此，實驗班級、批次較多，實驗教師工作量很大，很難顧及整個實驗過程，學生實驗成績以實驗報告成績為主[2]。學生的實驗報告存在抄襲現象，較難從實驗成績中看出學生動手能力和創新能力的區別，實驗成績存在評價不客觀、考核不合理的現象[1]。

3 機械原理實驗教學改革及實踐

為了確保實驗教學效果，真正提高學生的工程實踐能力、創新能力等，機原機零實驗室從以下幾個方面進行了改革。

對原來擺放在實驗室的機構展示柜進行改造? 將機構展示柜挪到實驗室外面的走廊，加了控制部分，只需按相應的按鈕就能使機構動起來，可提高學生對機構的感性認識，加深學生對機構相關理論知識的理解。學生在進實驗室之前，自己先看一下機構的運動，可減少課堂講解時間，同時理論與實踐相結合，更容易明白機構的工作原理，繪制機構運動簡圖更輕松。

加大實驗室開放力度? 一些設計性、創新性的實驗對學生開放，學生也可進到實驗室自己設計實驗項目，提高實驗設備的利用率，同時為學生提供了創新實踐的場所。綜合性、創新性實驗的開設，不僅能提高學生的學習積極性，也能培養學生的創新能力、工程實踐能力、團隊合作精神等[3-4]。

依托機原機零實驗室成立機械創新工作室，該工作室鼓勵對機械創新感興趣的學生積極參與，培養學生參與一些學科競賽，如機械創新設計大賽、工程訓練大賽等。進入創新工作室，學生首先接觸到的是慧魚類的實驗，根據實驗指導書給出的模型搭建步驟，搭接一些簡單的模型。學生熟悉慧魚產品后，自己動手搭建一些常見的機構，在完成模型過程中會逐漸有自己的想法，創新能力、工程實踐能力都能提高很快。

以機械創新大賽為例，學生清楚大賽主題之后，首先要有自己的想法，明白要做什么，有哪些創新點，然后就要進行三維建模。從最初的想法到建立三維模型，這個過程可能耗時較長，需要綜合利用所學專業知識，同時需要對建模軟件熟練運用。通過選擇合適的材料、利用機床加工零部件、組裝零部件等，將建立的三維模型制作成產品，在制作產品的過程中會遇到許多意想不到的問題。學生需要大量查閱資料，與指導教師、其他學生探討，或通過其他方式解決問題，綜合素質、創新能力、動手能力、團隊合作精神等都會有較大提高。指導教師在指導學生的過程中能夠更好地了解學生的情況，同時對于自己的教學和科研都有幫助。

采用現代化教學設備，充分利用網絡資源，改革教學方法? 由于實驗室配備了現代化的教學設備，實驗教師可以充分利用網絡資源，采用慕課使好的教學資源共享，拓寬實驗教學內容的廣度，使學生在實驗之前對實驗內容有直觀認識，啟發學生的思考與創新意識[1]。改變過去單一的、填鴨式的教學模式，由實驗教師設計實驗方案、講解具體實驗步驟，向開放式、雙向互動式及啟發式的實驗教學模式轉變。如在教學時采用翻轉課堂教學模式，將學習的自主權交給學生，以培養學生的綜合能力為目標[5-7]。特別是對于一些設計性、創新性實驗，為學生提供寬松的環境，開闊學生的思維，實驗教師的主要任務是引導學生，充分調動學生學習的積極性[5]。

實驗教師需要不斷學習，提高專業水平? 實驗教師對于本專業相關的文獻要多讀，了解該學科的發展前沿，多做相關的工程項目，利用工程實踐中的經驗輔助自己的實驗教學;要多向國內學術和科研水平較高的高校學習，定期參觀一些機械基礎實驗教學開展較好的學校，從中找到自己的不足，找到別人可以借鑒和參考的地方，提高實驗教學水平和實驗室管理水平。

明確課程目標? 由于學時有限，如何選擇合適的實驗項目就顯得尤為重要。有些實驗項目是驗證性的，涉及的知識點比較重要，但主要是對理論知識的驗證與鞏固。有些實驗項目是設計性、綜合性或者創新性的，但涉及的理論知識點并不多。各個實驗項目之間是相互獨立的，內在邏輯性不強，這就需要實驗教師在選擇實驗項目時進行平衡，根據實驗教學大綱和培養目標，綜合選擇合適的實驗項目[6]。

規范實驗的考核? 實驗的考核不能只以實驗報告成績為準，需要綜合考慮學生的動手實踐能力、創新能力、參與度等。在每一次實驗過程中，根據每個學生實驗的情況給一個實驗過程成績，這個過程需要實驗教師花費較多時間觀察學生實驗情況。這個成績占實驗總成績的40%，其他包括實驗報告成績占40%，實驗課堂表現占20%。特別是在一些創新性實驗中，實驗過程成績所占比重更高，學生實驗的積極性提高，有些學生思維活躍，學生之間相互合作，做出很多有創意的作品。經過這樣的改革，由于實驗過程在實驗成績中占比重較高，很多學生做實驗的積極性得到提高，創新能力和動手能力提高較多。

4 結語

結合機械原理實驗教學中存在的問題，采取更新原有實驗設備、加大實驗室開放力度、改革實驗教學方法、提高實驗教師專業水平、規范實驗考核等措施，實驗教師從單純的講解實驗轉變為指導學生、發揮學生的主觀能動性，取得良好的效果，學生的創新能力、工程實踐能力、團隊合作能力等方面有了明顯的提高，學生學習由被動變成主動，根據自己的興趣，自覺去實驗室開展創新性實驗。很多學生積極加入機械創新工作室，參與教師的科研項目或參加機械創新大賽、工程訓練大賽等，取得較好的成績。在第八屆全國大學生機械創新設計大賽中，學校共有11支參賽隊進入省賽，取得一等獎三項、二等獎五項以及三等獎三項的優異成績，并獲得國家級二等獎一項。■

參考文獻

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[2]夏斯偉，周海，董香龍，等.機械原理實驗課程的教學現狀分析及改進思考[J].現代教育化，2018（46）：274-277.

[3]莫海軍，李杞儀，胡青青.機械原理實驗教學改革與創新[J].高等理科教育，2003（3）：73-74.

[4]曾斌，劉祿，陶鑫.與機械創新設計大賽相結合的“機械原理”教學改革[J].教育教學論壇，2018（2）：128-129.

[5]胡宏佳，王世剛.機械原理與機械設計實驗教學改革的探索與實踐[J].實驗室研究與應用，2010（7）：233-234，299.

[6]邱文龍.機械原理與機械設計實驗教學改革[J].實驗室研究與應用，2004（12）：78-81.

[7]湯赫男，王世杰，趙鐵軍，等.基于慕課與翻轉課堂的機械設計實驗教學[J].機械設計，2018（S2）：406-408.