機械原理實驗的教學研究

蘆懷志，張明秋，王殿君，王 慧

(黑龍江工業學院現代制造工程學院，黑龍江 雞西 158100)

在國家對應用型人才的培養越來越重視的背景下，實踐教學的重要性也逐漸凸顯出來。機械原理作為機械專業的核心專業課程對于應用型人才培養具有重要作用[1]。機械原理實驗是機械原理課程的重要實踐環節，起到對所學機械原理知識驗證和鞏固的作用[2]，機械原理實驗還具有培養學生運用實驗方法分析和解決機械問題的能力[3]。然而，在實際教學過程中存在教學方法死板、實驗內容缺乏創新性、實驗方法缺乏先進性等問題，導致難以充分調動學生的學習積極性。在分析機械原理實驗教學現狀的基礎上，找出機械原理實驗教學存在的問題，提出與之相對應的教學改革措施，對于培養具有分析問題、解決問題能力的應用型人才具有十分重要的意義。

1 機械原理實驗教學現狀

機械原理實驗旨在培養學生掌握機械學科實驗基本方法和技能，是培養應用型機械專門人才的重要手段。部分人認為機械原理實驗依附于機械原理理論而存在，其本身的存在作用僅僅是對課本理論的驗證[4-5]，其存在的問題表現在以下方面：第一，教學方法缺乏創新性。實驗教學仍延續傳統教學形式，以教師為主體進行實驗課程講授，學生被動地接受實驗課程，實驗過程中學生只需根據實驗指導書完成實驗即可，缺乏主觀能動性和對問題的獨立思考，無法實現培養學生創新能力和解決問題能力的目的[6]。第二，實驗內容缺乏創新性。實驗內容基本都是驗證的，在實驗內容設置方面比較簡單，缺乏學生對實驗思路的設計性環節，無法培養學生對問題的綜合分析能力。第三，實驗方法缺乏先進性。在機械原理實驗室進行機構運動簡圖測繪實驗過程中，通過觀察和分析的方法確定原動件和運動副類型；采用在草稿紙上繪圖的方法畫出機構的示意圖；應用機構自由度計算公式算出活動部件的自由度，根據機構自由度值是否為1，從而判斷有無確定運動。采用的實驗方法落后，未恰當應用當代先進實驗技術引導學生快速展開實驗。在傳統教學觀念的影響下，機械原理實驗教學活動長期裹足不前，導致實驗本身缺乏吸引力，降低了學生主動開展實驗的積極性，存在重理論輕實驗的錯誤認知，使實驗教學難以達到預期效果，影響了學生實踐能力與創新能力的提升[7-8]。

2 機械原理實驗教學改革措施

2.1 實驗教學與理論教學協同發展

在進行機械原理課程教學過程中，應保證實驗教學與理論教學具有同樣重要的地位。機械原理實驗教學不是依附機械原理理論教學而存在的，也不是與機械原理理論教學相互獨立、毫無關系的，而是一種相互補充、相輔相成的關系。機械原理理論教學為機械原理實驗教學提供了理論基礎，具體表現在：機械原理實驗教學的設計必須以機械原理理論知識體系為平臺，以培養機械原理實驗方法與技能為目標。機械原理實驗教學是對機械原理理論教學的驗證，具體表現在：雖然機械原理理論教學幫助學生搭建合理的知識結構和認知結構，但它也需要借助理性思辨的力量，更離不開機械原理實驗教學對其知識結構和認知結構的驗證，從而使學生對機械原理知識體系產生全面且深刻的理解。

2.2 單列實驗與系列實驗協同發展

機械原理課程教學中，對一些比較重要章節的知識點進行單列實驗，比如機構運動簡圖測繪實驗、齒輪范成原理實驗、滑動軸承潤滑特性實驗等。開展這種單列實驗教學有利于幫助學生建立關于機械原理課程的“點狀知識”，開展系列實驗教學則有利于幫助學生建立關于機械原理課程的“線狀知識”。比如，為了使學生形成關于“齒輪傳動原理、設計及應用”方面的“線狀知識”，可提供如下實驗鏈：齒輪傳動基本認知—漸開線齒輪范成原理—齒輪及其嚙合參數測定—輪系拼裝及仿真—齒輪傳動效率測試—齒輪傳動部件裝配與調節。實現單列實驗與系列實驗協同發展有利于幫助學生建立合理的知識結構和認知結構，從而引導學生向知識的縱深方向發展。

2.3 被動實驗與主動實驗協同發展

在研究機械原理實驗教學改革與發展過程中，期望學生在機械原理實驗教學活動中充當研究者的身份。必須摒棄傳統觀念中重視傳統被動實驗而輕視主動實驗的思維定式。主動實驗和被動實驗都是以培養學生實驗能力為目的的認知活動，并非全面推行主動實驗而摒棄被動實驗。被動實驗是在學生學會的前提下進行實驗，主動實驗則是學生在實驗中摸索方法，邊做邊學，兩者對于學生的實驗能力培養是相輔相成的關系。

2.4 傳統實驗與創新實驗協同發展

在機械原理實驗教學為機械原理理論教學服務過程中，始終保持驗證性實驗的特點。驗證性實驗在協助學生弄懂機械工作特性及機械原理方面具有不可替代的作用。因此，在機械原理實驗教學過程中，驗證性實驗內容不僅不能被舍棄還要保留并保證其發展。從機械原理實驗改革發展的總體趨勢來看，開展實驗教學創新應當建立在做好傳統實驗教學的基礎上。保證傳統實驗與創新實驗的協同發展，不僅是培養學生實驗能力和創新精神的基礎，而且是構建完整的機械原理學科實驗體系的源動力。

2.5 虛擬實驗與真實實驗協同發展

虛擬實驗本身具有實驗重復性高、可觀察性好、經濟性好等優點[9]。但是，虛擬實驗結果的真實性受很多因素影響，最主要的影響因素在于建模的準確性和合理性，其根本原因在于虛擬實驗并非真實的物理模型實驗。因此，在機械原理實驗教學過程中，保證虛擬實驗與真實實驗協同發展十分必要。在同一實驗中，可以優先安排虛擬實驗，然后再進行真實實驗，這樣不僅能夠提高實驗效率，而且有利于增強學生的實驗興趣，培養應用現代設計方法的能力[10]。

3 結語

在分析機械原理實驗教學現狀的基礎上，探究了機械原理實驗教學存在的問題，并針對機械原理實驗教學中存在的問題提出相應的改革措施。在國家對應用型人才培養不斷重視的背景下，結合學校自身實際情況，將被動實驗與主動實驗協同發展、傳統實驗與創新實驗協同發展、虛擬實驗與真實實驗協同發展應用于教育教學活動中，能夠提高學生學習興趣，實現培養具有分析問題、解決問題能力的應用型人才的目的。