機械設計類課程實驗教學的探索與研究

盧青蘭　陳　波

摘要：文章從西南石油大學機械設計類課程實驗課程教學的實際出發，通過對工科類高校機械設計類課程實驗教學的現狀分析，找出了目前工科院校機械設計類課程實驗教學中普遍存在的問題，著重闡述了西南石油大學機械設計類課程實驗課程教學中5個方面的實驗教學改革成果。特別列舉了工業設計專業和機械設計專業學生在2006年設計的“癱疾病人翻身床設計”實例，對高校機械設計類課程實驗課程教學進行了積極的探索，為其他工科院校機械設計類課程實驗教學提供了一些參考。

關鍵詞：機械設計：實驗教學：創新能力

科學發展的歷程表明：許多偉大的發明、發現和突破性理論的產生都來自實驗室。高校實驗教學是理工科教學重要的組成部分，它不僅是學生獲得知識的重要途徑，而且對培養學生的學風和素質、實際工作能力和科學研究能力具有十分重要的作用和意義。目前國內的大學生由于多種原因接觸工程實際很少，缺乏機械以及和機械相關的生產實踐方面的知識，實踐動手能力相對較弱，學生不知道學習該類課程的目的，不知道將來如何運用所學知識解決什么樣的問題?大大挫傷了學生學習的積極性，這從一個側面反映了國內教學方式的不足。

機械原理、機械設計、機械設計基礎課程是高等工科院校機械類各專業的一門設計性主干技術基礎課程。通過機械設計類課程的學習，使學生掌握有關機械設備、制作的基本理論知識和實踐知識。課程實驗教學是教學中一個重要的實踐環節，是培養學生理論聯系實際能力、分析問題和解決問題的能力，啟迪創新思維，開拓創新潛能的重要手段。為了提高實驗課程的教學效果，在實驗環節方面應該進行具有新意的改革，從提高學生素質能力來看，目前實踐性教學環節還需要進行必要的改進。

一、機械設計類課程實踐教學現狀分析

機械原理、機械設計、機械設計基礎課程是高校培養學生進行機械設計能力的最基礎的教學環節，它是一門和實踐結合非常密切的課程。在教學方法上采取了課堂教學、實驗和課程設計等方式進行，使科學研究和工程實踐相結合，盡可能地讓學生通過本門課程的學習，掌握有關機械設計實踐方面的知識。

機械基礎課程實驗教學項目大致可分為演示性實驗、驗證性實驗、設計性實驗和綜合性實驗。

演示性實驗是通過實驗項目的進行，增加學生對機械結構形式、種類和運動規律等認識和理解，比如：通過參觀陳列室的各種機械零部件、簡單機構、機械的動作和實際機械的運動等過程，增加學生的感性認識。

驗證性實驗是通過實驗現象，證明課堂教學的某種理論或規律。

設計性實驗是希望學生根據實驗目的的要求，自行設計實驗項目的試驗方式、方法和步驟，增強學生的學習主動性，使學生對機械設計實踐知識有一個深刻的認識。

綜合性實驗是包涵上述實驗目的。檢查學生對所學知識的綜合運用能力的實驗項目。

目前西南石油大學機械設計基礎課程的實踐教學環節與其他院校基本相同，由于實驗項目多為演示性、驗證性實驗。部分綜合性實驗，在這些試驗過程中，沒有達到讓學生理解機械設計的綜合運用知識的目的。我們曾詢問參加機械實驗課的學生，對所學的實驗課程有什么印象和體會，學生認為目前一些實驗課程。讓學生自己動手操作的太少，因此實驗沒有達到預期的目的。這種現象是目前很多實驗課程中的普遍情況。我們曾翻閱、查詢相關資料，發現國外大學工科專業實驗課程學時相對較多，一個實驗可以做4個或6個學時，有的甚至8個學時，雖然實驗內容相對多了一些，但能保證學生比較充分地參加實驗，讓他們較為深刻地了解實驗的過程、內容和目的，其實驗效果較好。

二、實踐教學改革建設與創新

機械基礎課程是面向實踐生產過程的知識，缺少工程實踐活動，很多簡單的內容就不容易被學生理解。從提高學生實踐知識能力的目的來分析，作為機械設計實踐教學環節，應該開展能夠使學生有較多機械設計生產實際的實驗項目，尤其是設計性的實驗項目，學生通過自行設計制作實驗過程，可以提高學習興趣，促進學習效果。

為更好地提高西南石油大學機械類專業的實驗教學水平，機電工程學院廣大教師和實驗人員對傳統的實驗教學進行了反思，對實驗教學從體系結構、手段和方法等方面進行了廣泛的探索，并進行了積極的改革。本文從機械設計基礎課程實驗課程教學內容的建設出發，分析機械設計基礎課程實驗教學現狀和實驗教學改革成果，從加強學生實踐動手能力、提高學生創新能力出發提出教學改革辦法。

(一)培養學生觀察生活、發現問題的能力

發現問題比解決問題更加重要。由于我國教育體制原因，學生長年學習只注重書本上的理論知識，忽略實踐這一重要的環節。學生只顧讀書，對身邊的事情漠不關心，當布置設計型課題時不知道應該做什么樣的題目，嚴重影響了學生探索知識的積極性。設計是為人服務的，設計的目的是拓展人的能力，使人生活更加舒適、工作更有效率。為人解決問題正是提高學生設計興趣的重要手段。我們在課堂教學中增加對應教學內容的相應實例，讓學生明白學習的機構、結構在具體工作、生活中是如何應用的。適當引導學生對案例中不滿意的地方進行改進，促使學生主動思考。

(二)培養學生創新思維能力

為了培養學生的創新思維與創新能力，應當在教學中有意識地去發展直覺思維，在實驗中“探索一發現”最有助于學生直覺思維能力的培養，重視學生的操作實驗活動，發現新的問題、新的現象。一方面應充分利用和挖掘課本上的探索性實驗，另一方面還可將一些驗證性實驗改成探索性實驗，鼓勵學生自由的思考，包括機靈的猜想，去探索去發現，以促進學生直覺思維向合理程度發展，使他們成為知識的主動探索者。

學生一旦發現問題，就會產生極大興趣想辦法解決。科學的解決辦法往往事半功倍。我們在教學中穿插一些創造學的內容和方法，有時開設講座、集體討論等形式加以補充，使學生結合所學的機構、結構、連接等知識完善其構想。這樣自然地引導學生想去將構想變成現實，為開設設計動手類型的實驗項目奠定了基礎。

(三)在課程教學中增加動手制作類實驗項目

為了實現學生動手實踐的軟著陸，我們首先在課程教學中增加機構、制作作業，例如設計制作突出產品特性的動態商業廣告、設計制作等。讓學生了解機構不是枯燥無味的畫圖，而是解決運動的重要手段。在課外進行學生講評、答辯和教師評價等方式，不僅鍛煉了學生動手解決問題的能力，也提高了學生表達能力，對將來學生就業自我推薦也有積極的意義。

從提高學生實踐動手能力的目的出發。機械基礎課程的實驗項目應有以下特點：

1、貼近生活。結合學生的生活實際，讓學生在生活中能夠感受到所學的知識

不是空中樓閣。

2、親自動手。增加學生親自動手操作、實踐的機會，讓學生通過實際操作，學習機械基礎課程的知識。

3、易于掌握。實驗的內容不能過于復雜，因為機械基礎知識學習階段，學生的接受能力還是有一定限度的。

4、安全。實驗應具有較好的安全性，才有利于提高學生的學習興趣，才能取得較好的學習效果。

(四)結合課程教學內容開設綜合設計類型實驗

目前的實驗項目，學生自主動手的機會太少，多數情況下學生只是以觀眾的身份參加實驗，因此對實驗的要求、內容和方式方法沒有比較全面的體會。雖然實驗前作了準備。但在實驗過程中由于沒有能夠獨立完成，對于整個實驗的目的、要求和作用機理沒有詳細了解，同學注意的是如何完成自己的工作；不熟悉的實驗項目，難以提高學生的學習興趣，影響學生學習的效果。開設設計型實驗項目應注意開設既符合課程要求、學生又比較熟悉的實驗項目；機械設計類課程的實驗項目還應注意注重基礎內容的學習，盡量結合學生的生活環境。學時不夠，可以增加課外學時，也可以結合開放性實驗項目完善設計實驗內容。

(五)通過開放實驗。提倡團隊合作完成較完整的綜合性設計

機械類課程實踐環節只能培養學生在機構、結構方面的動手實踐能力。而學生希望最終能解決實際問題。解決整個產品設計問題需要多學科團隊，例如，工業設計、機械、電子控制等多方面人才的結合。可以利用學校整體資源以開設開放性實驗的形式組成解決產品設計團隊，利用業余時間合作完成最終設計。對完成實驗的學時進行必要的改動，不必在固定的時間進行實驗，可以根據學生的實際情況，讓學生隨時都能到實驗室作實驗，從而達到要求的學習效果。

三、教學實踐嘗試

西南石油大學工業設計專業、機械設計專業學生在2006年合作完成“癱瘓病人翻身床設計”制作就是一個典型例子。2005年工業設計專業一學生因父親癱瘓多年在床上。在開放實驗項目中提出該課題。針對醫院、療養院、家庭中重病人和癱瘓病人活動不便設計一款操作簡單、成本較低的癱瘓病人翻身床，要求床能抬頭、屈腿，另外，還要求側翻。而市場上產品只能抬頭、屈腿；或者只能側翻，故該課題有大的潛在市場。大學生對醫院病床不陌生，卻不太了解翻身床的原理及性能。學生在廣泛設計調查的基礎上提出參考醫療設備采用液壓傳動，將床體分為8塊，通過鉸鏈連接。為了便于兩個方向翻身，故設計8個特殊球鉸鏈連接。控制采用單片機控制，有效解決了護理癱瘓病人時遇到的困難。實驗室購置了一些標準零部件，學生自己動手制作出實現雙向翻身的小模型。在校有關部門的大力支持下，結合設計模型到廠家制造出樣機參加2006年全國大學生機械創新設計大賽獲全國二等獎，四川賽區一等獎，是西南地區最好成績。學生在此基礎上設計開發了病人對接床，兩項設計成功獲得實用新型專利授權。

四、結論

通過多年實踐，要提高學生動手實踐能力，還要結合學校政策、教師積極性等多方面綜合考慮，現總結如下：

學校政策支持。學校對教學重視程度，對指導教師待遇提高才能鼓勵教師積極參與課外實踐活動，帶領學生進行創造性活動。

課程教學應該結合實驗特性加入設計制作作業，讓學生逐步習慣動手實踐。

鼓勵學生進行有創造性的改進實驗，讓有新的見解、想法的學生進行自己認為符合生活要求的創新設計等。

將大的課題按照設計步驟拆成若干實驗項目，這樣便于最終有一個較完整的作品。

不同專業學生根據課題性質組成臨時課題組，發揮各自優勢，以開放實驗為載體，在指導教師帶領下，將實踐教學環節中好的方案細化完善成為樣機模型。這樣對低年級學生積極參與動手實驗具有積極的促進和鼓勵作用。