机械原理与机械设计实验教学探讨

【摘要】本文基于陕西国防工业职业技术学院的实验教学平台，结合机械原理与机械设计实验教学概况和存在的问题，提出整合提升软硬件建设、加大实验室开放力度和实现理论实验教学“双师化”三个方面的教学改革思路，并进行初步成效分析，为高职院校同类课程的实验教学改革提供一定的参考与借鉴。

【关键词】机械原理与机械设计；实验教学改革；成效分析

随着现代职业技术的快速发展和社会、行业对技术技能型人才的需求不断提升，机械原理与机械设计课程的实验教学改革面临着诸多挑战。课程涉及的实验设备、教学内容、评量方式以及学生积极性都对教学效果有着显著的影响，如何全面提升教学效果、调动学生积极性，是机械原理与机械设计课程的实验教学改革致力于解决的主要问题。

1课程改革背景

1.1实验教学概况。教研室遵循人才培养方案要求，在机械制造与自动化、机械设计与制造两个专业中开设机械原理与机械设计课程，共计48学时教学外加36学时（两周）课程设计，课程涵盖的实验主要包括以下三类：1.1.1演示类实验。包含机构运动演示和机构运动简图测绘，前者目的是使学生了解构件间运动关系及主动件、从动件概念，并深化机构及其组成概念；后者主要要求学生掌握比例尺运用、视图选取、运动副符号及自由度计算等方面。1.1.2验证类实验。包括齿轮范成原理实验和齿轮参数测绘实验，前者要求学生使用范成仪绘制正、负变位齿轮和标准齿轮，通过观察、分析和比较，了解标准齿轮与变位齿轮的区别；后者要求学生使用游标卡尺测量奇、偶数齿轮基本参数，了解齿数、模数、分度圆、齿顶圆、齿根圆、齿距等参数和尺寸计算基本知识。1.1.3减速机拆装试验。该实验为演示性试验，10-20人一组，部分同学拆装，部分同学观看，主要了解减速机的结构、轴上零件的装配关系、窥视孔、放油塞、油标尺、放气孔、及吊钩等附件的位置、尺寸大小等，为减速机设计奠定基础。1.2教学改革前存在问题。1.2.1部分实验设备老化，无法满足实验要求。由于实验室搬迁和设备自身老化，部分实验设备准确性、稳定性和可靠性不足，此前开设的相当一部分演示与测绘实验已无法开出，教学效果受到了较大影响。课程相关实验在一段时间里主要是减速机拆装实验，但由于设备有限，分组时每组学生较多，限制了学生实践能力的提高。1.2.2教学方法较为模式化。多数实验教学模式较为固定，学生严格按照步骤详细、易于操作的实验指导书完成实验，教师主要指出原则性错误并负责学生安全。该模式在培养学生严谨细致、精益求精的素养方面具有积极意义，但与激发学生求知欲、树立其创新精神并最终解决实际工程问题的目标具有一定的矛盾。1.2.3个性化考核方式有待实现。目前考核内容主要包括实验完成度和按时到课情况。实验内容的设定方面未能充分反映学生的水平差异，学生完成的实验项目以及实验报告内容基本相似，而考勤情况相同的学生基本会取得相同的实验成绩。评量方式与因材施教、个性化评估的初衷存在冲突。1.2.4学生的学习重视度有限。由于上述原因，外加本课程实验为课内实验，并未单独设置考核学分，学生对实验环节的重视程度有限，直接导致日后进行课程设计和毕业设计时毫无头绪，也对学生参与各级各类机械创新设计大赛和学历提升方面产生了一定的负面影响。

2课程实验教学的改革思路

基于上述问题，在学校和分院的支持下，我们从软硬件建设、实验教学运行制度、教师素质方面推进课程的实验教学改革，力求使学生在理实一体、个人素质、团队协作和不断创新思维、创新设计方面得到切实提升。2.1整合提升软硬件建设。2.1.1整合实验教学设备，开设各类综合实验。在认知类实验中，购置现代化的机械原理演示设备和贴合行业企业应用的机械机构模型，提升学生对行业企业发展状况与趋势的认知度；引入信息化教学手段和相关软硬件资源，起到辅助教学和增强实验直观度的作用；充分利用实验室现有的小型车床、铣床、钻床等加工设备加工构件，将教学软件应用和实践动手环节充分结合。在此基础之上，开设机构创新设计、机构组合方案设计和机构运动分析及参数测量等实验，学生根据指导书搭建基本机构后，能够自主进行模组拆分、简图绘制、参数测量和误差分析等实验环节。2.1.2结合网络在线资源，开发虚拟仿真实验。引导学生在学习时利用网络平台上教师上传的理论知识、实验指导书、实验课件和实验设备资料，做好预习复习，同时引入一定数量切合实验内容的精品在线开放课程内容，丰富学习素材。同时，利用计算机虚拟仿真技术，开发虚拟实验项目，如机构运动分析及参数测量虚拟实验，机构组合方案和机构创新设计虚拟实验，V带传动与链条传动仿真实验，齿轮的加工方法及参数测量仿真实验等。将实体设备与仪器上运行的实验与信息化手段充分融合，丰富学生的学习方式与手段，提升学生的学习兴趣与学习接受度。2.2改革实验教学运行制度。2.2.1实验类别从验证型向研究创新和综合设计型转化。综合设计实验内容，从以往的验证型实验向研究创新型实验转化，例如将机构创新设计，机构组合方案设计和机构运动分析及参数测量转化为研究性实验；将齿轮范成原理与齿轮参数测绘实验转化为综合设计性实验；将减速机拆装实验纳入到减速机设计当中，引导学生结合现有减速机设备修正优化手工绘制的减速机设计图纸。转化后的实验主要采用开放方式，学生在其中通过自行设计机构、改变构件的结构尺寸、运动副形式和机架并最终调试成功，在强化基本概念、掌握机构基本组成和各种演化手段的基础上，建立机构运动简图和工程实际结构的联系，不断提升自身在实践过程中的研究创新能力。2.2.2推进科研、创新成果转化，有机结合课内外实验。推动最新的教科研成果和各类大赛优秀学生作品向教学资源转化，相比于成果内容介绍，更注重成果获取过程中值得借鉴的思维方式、创新精神和设计灵感，拓展学生在机构制作创新方面的视野，激发学习兴趣。以此结合虚拟试验和网络平台，将部分开放性实验和优秀教学资源的学习任务放在课外完成，使学生不必完全在固定的时间和地点进行实验及学习。在课程结束之前，学生能够充分利用图书馆、实验室和计算机房等设施完成各类实验任务。2.2.3机械原理与机械设计实验正式纳入课程设计考。机械原理方案的实现是机械设计的关键，通过将实验项目纳入课程设计考核提升学生对实验环节的重视。教师参考学生在运动分析、结构设计、受力分析、强度和自由度计算环节后于实验室拼装的机构，结合其运动特性重点考核学生在机构设计合理性、经济型和实用性方面的优秀程度。实验指导教师通过针对性的意见建业以及公开量化的评分标准，一方面提升学生对于自身作品的理解程度，另一方面将优秀机械设计的标准以较为直观的方式传递给学生。2.3实现理论实验教师“双师化”。实验教学由专职实验人员负责向实验员与“双师型”教师共同负责转化。机械原理与机械设计课程的实验内容除了综合性实验之外，还包含开课前由理论授课教师在机械原理实验室开展的“认知实验”，主要目的是增强学生的工程意识和对机构的感性认识；根据理论授课的进度安排，也会统一安排学生前往校内机械类相关的实验室和加工中心进行参观学习，主要目的是提升学生对先进机械设备在总体设计和操作规范方面的直观认识。上述教学过程对于教师的综合素质有着较高的要求，教师要在掌握课程理论知识的同时熟悉各类行业企业先进设备，并将其原理和相关知识深入浅出地传授给学生。这就需要更多教师“双师化”，在实验教学场所由专职实验人员和“双师型”教师共同完成教学内容，提升学生的学习兴趣与成效。

3改革取得的初步成效分析

经过课程组教师的不懈努力，在学校和学院的大力支持之下，课程的教学改革在诸多方面取得了较好的效果。实验设备和教学环境方面，通过充分发挥演示陈列室功能，全面整合新老设备，目前开出的实验项目能够充分实现实验教学目标，外加新配备的投影仪等多媒体设备，实验教学环境得到了较大改善。实验教学方法方面，新增的各类综合实验内容较为开放，教师在教学环节中主要进行方向引导、兴趣激发和工程问题情境创设等方面的工作，学生在方案设计、软件应用和设备操作方面具有较高的自主性，有利于培养学生创新精神并提高其解决实际问题的能力。相应的成绩考核方面，由于自主性高的实验过程具有众多潜在的评分细节，同时采用2-3人的小组人数，指导教师能够全面细致地评价每一名学生在实验过程中的表现情况，最终给出充分体现学生个人水平的考核成绩。最后实验室全开放制度持续推行，目前已有10名学生长期参与实验室管理工作，并结合工作经验和理论知识在职业院校技能大赛、“互联网+”大赛等项目中得到了良好的锻炼并获得各类奖励。这些成果起到了一定示范辐射作用，大部分学生的主动性和积极性随着实验室的全面开放不断改善，整体教学效果逐渐提升。

4结语

机械原理与机械设计的实验教学改革不仅需要充分认识课程的教学概况和存在问题，还需要有科学清晰的教学改革思路，将软硬件条件、实验教学运行制度和教师素质等多方面综合考虑、整体设计。但整个教学改革过程中最重要的是学校为实验教学创造了良好的教学环境，培养了学生们积极学习的良好作风；课程组教师用先进知识武装自己，不断提升自身“双师”素质；全体学生主动学习、重视创新，不断探索新知、锐意进取。

总之，教学改革任重而道远，培养高素质军工特质技术技能人才，服务地方经济发展将是我们不懈追求的目标。

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作者:卜新民 赵方舟 单位:陕西国防工业职业技术学院