我校《機械原理》實驗課程的改革

徐紅芹 毛崇智 王紅梅 李愛軍

摘要：本文論述了我校《機械原理》實驗課程存在的一些問題，從增加實驗項目、實驗類型，以及拓展實驗的開展渠道等幾個方面，詳細介紹了實驗課程改進的一些具體措施，并對改革后的成果和出現的問題進行了總結。

關鍵詞：機械原理;驗證性實驗;綜合性實驗;創新能力

中圖分類號：G642.0 ? ? 文獻標志碼：A ? ? ?文章編號：1674-9324（2016）40-0086-02

一、引言

《機械原理》課程是機械工程專業的重要專業基礎課，是后續《機械設計》等課程的基礎，對培養學生掌握一些常見的機構的特性和具有初步設計機械的能力非常重要。而要鞏固和加深課本的知識，就離不開實驗課程的開展。以前我校《機械原理》課程的實驗項目較少，且實驗設備陳舊，阻礙了實驗課程改革的進行，隨著學校經費的投入，實驗室陸續購入一些實驗設備，為我校實驗課程的改革提供了條件。

二、我校《機械原理》實驗課程存在的一些問題

經過多年的建設，我校《機械原理》課程已經有非常好的基礎，課程體系豐富、合理，配套的習題和資料也很齊全，任課教師多數都有多年教學經驗。但作為一門專業基礎課，它和工程實踐有著緊密的聯系，單純的課堂講授不能驗證、鞏固和加深課堂講授的知識，必須借助實驗課程的開展。但目前本課程的實驗存在以下一些問題。

1.實驗項目少。改革前的實驗項目非常少，只有三個實驗：參觀模型陳列柜、機構測繪和齒輪展成實驗。這幾個實驗涵蓋的知識面狹窄，只關系到課本中“機構的組成原理”、“平面連桿機構的特性”和“齒輪的切削法加工”部分的內容。而課本涉及的內容遠不止這些，比如還有凸輪機構的設計、間歇運動機構的設計以及機器的動力學等方面的內容。因此有必要拓展實驗的內容和數量。

2.實驗項目類型單一。改革前的實驗項目不僅少而且單一，機構的測繪和齒輪展成實驗都是驗證性的實驗，學生只需按照實驗指導書的要求，按部就班地完成要求的步驟即可。參觀模型陳列柜這個實驗即使連驗證性的實驗也算不上，最多只是加深學生對這門課程研究對象的理解，以及增加學生學習的興趣。隨著學校和企業對人才培養質量要求的提高，對具有創新性人才的要求越來越迫切，因而增加實驗類型，提高學生動手能力，加強學生的創新意識就提上日程。

3.實驗的開展渠道狹窄。以往的實驗，都是計劃內必做實驗。一般在相關課程內容講授完成后，按照任課教師的安排，由學生和實驗室相關實驗人員聯系，按照實驗設備的情況，把學生分成若干小組，課內學時完成不了的，在學生的課余時間內完成。在這種情況下，即使實驗室還有其他實驗設備，能夠開展其他實驗，學生想做這些實驗，也沒有可能。在中央和地方共建實驗室后，國家和學校陸續投入了大量資金，購入了許多設備，能夠開展各種類型的實驗，因而有必要拓展實驗的進行渠道。

4.不能充分調動學生的積極性。實驗類型單一，多為驗證性實驗，并且都是必做實驗，學生按照實驗老師的要求操作即可。有部分同學可能并不清楚每個實驗步驟的目的，實驗的效果可想而知。在這種情況下，很難調動起學生對實驗的積極性，也難以達到提高學生動手能力和創新能力的要求。

三、改革的具體措施和手段

1.在實驗室講授緒論部分內容。本課程緒論部分主要介紹《機械原理》課程的研究對象及課程的內容等知識。通過這一章的學習，使學生了解課程的研究重點，在機械專業中的重要地位和作用;了解學科的發展趨勢;增強學生對課程的感性認識，從而調動學生學習這門課程的興趣。以前這部分內容主要為課堂講授，同時借助多媒體教學。雖然也能講清楚一些基本知識和內容，但缺乏感性認識，難以調動學生的積極性，從而也失去了緒論這部分章節應起的作用。改革后，緒論課改在實驗室的模型陳列室上，教師一邊講授相關的內容，一邊動手操作。模型陳列室的機構多種多樣，有許多都是和生產實踐緊密聯系的機構，并且很多機構通過控制都可以運動起來，生動有趣的運動模型即增加了學生對機構的感性認識，又能加強學生對課程的興趣，從而能夠充分調動起學生對課程學習的熱情。

2.和生產實踐相結合。本課程的教學任務，除了要求學生掌握一些基本知識和基本理論外，還要能夠理論聯系實際，運用所學知識解決一些工程實踐的問題。因此教師除了授課時講一些和課本知識相關的具體案例外，還要激勵學生走出教室，通過仔細觀察和思考，運用所學知識分析和解決一些力所能及的問題。在講完機構運動簡圖的繪制后，除布置書面作業外，還可讓學生走向社會，通過自己觀察和思考，繪制一些簡單機構的運動簡圖。比如家里有縫紉機的學生，可以通過觀察和測量，繪制出縫紉機的踏板機構運動簡圖;在外面修補鞋子時，通過觀察補鞋機的運動，繪制出補鞋機的機構示意圖等。這樣，既鞏固了所學知識，又能鍛煉學生的觀察和思考能力，進而做到理論和實踐相結合，讓學生認識到所學知識確實有用，從而增加學習的動力。

3.增加實驗項目和實驗類型。在傳統實驗項目基礎上，結合實驗室購入實驗設備情況，增加了動平衡實驗、平面機構設計實驗、簡單機構性能測試分析實驗、平面機構創意組合分析測試實驗以及系統動力學調速實驗。除動平衡實驗為驗證性實驗外，其余實驗均為設計性或綜合性實驗。①創新設計實驗。平面機構設計實驗為創新性實驗。實驗設備包括組成機構的各種構件和運動副。學生可根據平面機構的組成原理，首先選擇所需的各種桿組，然后用相關的運動副將有關構件聯接起來，再將它們依次聯接到機架和原動件上，就可以創造出各種各樣的機構。設計完成后，再根據機構具有確定運動的條件，計算所設計“機構”的自由度，來判斷機構能否運動以及所需原動件的數目。通過該實驗，既能鍛煉學生的動手能力，又能培養學生的創新意識，為學生設計各種機構提供了一種思維方法，同時通過實驗，對課本“平面機構的組成原理”部分進行了驗證，從而做到理論和實踐相結合。②綜合性實驗。簡單機構性能測試分析實驗、平面機構創意組合分析測試實驗及系統動力學調速實驗均為綜合性實驗。簡單機構性能測試分析實驗：能夠設計和分析測試若干個常用的機構。以曲柄滑塊機構為例，有兩種設計方法，分別為：按行程速度變化系數K設計和實現連桿運動軌跡設計。學生可將設計好的參數輸入計算機，進而得到所測試構件的速度、加速度曲線，通過線圖直觀地看到所設計的機構是否合乎要求;還可通過計算機對所測試的曲柄滑塊機構的曲柄或連桿等尺寸進行優化，得到優化后機構中某構件的速度和加速度仿真曲線，通過前后對比，了解曲柄和連桿等的尺寸對機構運動特性的影響，認識到即使是同一類型的機構，但機構中各構件的尺寸不同，也對機構的運動性能有很大的影響，從而加深對課本中相關知識的理解。平面機構創意組合分析測試實驗：學生可按照自己所設計機構的功能要求，根據機構常用的組合方式，先擬定機構的運動方案，再進行相關機構的選型，在選型時必須仔細對比各種候選機構的不同特點和適用場合，選擇符合運動和動力要求的機構，從而進一步加深學生對各種不同機構性能的了解。在運動方案擬定后，再根據所設計的機構，利用有關的工具，把所設計的機構組裝起來，機構安裝完成后，還可利用電機驅動原動件運動，驗證所設計的機構是否可行。這樣既鍛煉了學生擬定機械運動方案的能力，又增強了學生的動手能力。系統動力學調速實驗：通過該實驗，可使學生了解等效驅動力矩、等效阻力矩和等效轉動慣量等對周期性速度波動的影響，掌握對周期性速度波動的調節手段，掌握飛輪設計的有關問題。

4.拓展實驗開展渠道。除計劃學時內必做實驗外，其余實驗可安排在課外進行，學生可按興趣選做其中的幾個實驗，充分調動學生的積極性。同時，有關老師成立若干個創新實驗小組，爭取學校一定的經費支持，在教師的指導下，學生完成有關的設計和操作，并對實驗結果加以分析，以論文的形式形成最終成果。然后組織有經驗的教師組成答辯小組，對學生的成果進行驗收，來督促學生認真及時地完成創新設計，并對實驗結果進行系統性的分析總結，從而鍛煉學生的創新能力、動手能力和分析解決問題的能力。

四、成果與思考

1.本課程的第一堂課在實驗室進行，通過教師的講解，結合對各種典型機構模型運動的操控，直觀地展示了本課程的研究對象，增強了學生的感性認識，調動了學生的學習熱情，為課程的后續學習打下了良好的基礎。

2.鼓勵學生將所學知識與工程實踐相結合，增強了學生的工程實踐意識和解決實際問題的能力，使學生意識到所學知識是真正有用的，提高了學生運用所學知識解決實際問題的能力，促進了理論和實踐的結合，調動了學生的學習主動性。但受到所學知識的限制，只能解決一些相對比較簡單的問題。這就需要任課教師幫助選擇合適的實踐題材。

3.增加了創新性和綜合性實驗。通過這些實驗的開展，鍛煉了學生的動手能力和觀察解決問題的能力，增強了學生的創新意識。但對實驗的具體開展，比如實驗指導書的編寫等，還有許多問題需要進一步修改完善。

4.實驗開展渠道增加，可以在有限的學時內，在不壓縮授課時間的情況下，增加實驗的類型和數量，也取得了良好的效果，但也增加了實驗人員和教師的工作量，如何協調這兩者的矛盾，也是今后需考慮的一個問題。

經過近一年的改革實踐，效果比較顯著，學生學習的積極性被充分地調動了起來，運用所學知識觀察問題和解決問題的能力顯著提高，增強了學生的創新意識和工程實踐意識，動手能力也得到了顯著提高。

參考文獻：

[1]鄭文緯，吳克堅.機械原理[M]第七版.高等教育出版社，1996.

[2]賈小紅，權英華，等.機械原理實驗教學的改革與實踐[J].實驗技術與管理，2004，（6）：109-111.