機(jī)械原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革研究與實(shí)踐

李彥彥 王明杰 張柳 李安生

摘? 要 闡述機(jī)械原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的問題，如教學(xué)理念與教學(xué)方法需進(jìn)一步提高、學(xué)生參與度不高、實(shí)驗(yàn)考核不規(guī)范等。通過加大實(shí)驗(yàn)室開放力度、改革實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法、提升實(shí)驗(yàn)教師專業(yè)水平、規(guī)范實(shí)驗(yàn)考核等措施，提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)效率。實(shí)踐證明，這些措施對提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)效率是行之有效的，并且學(xué)生在創(chuàng)新能力、工程實(shí)踐能力、團(tuán)隊合作能力等方面都有較大的改善。

關(guān)鍵詞 機(jī)械原理;實(shí)驗(yàn)教學(xué);創(chuàng)新能力;實(shí)驗(yàn)室

中圖分類號：G642.0? ? 文獻(xiàn)標(biāo)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(shí)施制造強(qiáng)國戰(zhàn)略的核心是加快推進(jìn)制造業(yè)創(chuàng)新發(fā)展、提質(zhì)增效，實(shí)現(xiàn)從制造大國向制造強(qiáng)國轉(zhuǎn)變。《中國制造2025》這一計劃的出臺，對機(jī)械專業(yè)課程提出更高的要求。機(jī)械原理是科院校機(jī)械類專業(yè)課程中一門重要的技術(shù)基礎(chǔ)課，其實(shí)驗(yàn)部分是該課程的重要實(shí)踐環(huán)節(jié)，如何通過實(shí)驗(yàn)教學(xué)提高學(xué)生的工程實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力，是目前亟待解決的問題。

機(jī)械原理主要研究機(jī)械和機(jī)構(gòu)的運(yùn)動設(shè)計、動力設(shè)計和機(jī)械系統(tǒng)方案設(shè)計，與工程實(shí)際結(jié)合緊密，實(shí)踐性較強(qiáng)。對于普通高校的本科生教育，一般比較重視理論教學(xué)，很多實(shí)驗(yàn)是輔助理論教學(xué)的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，設(shè)計性、綜合性實(shí)驗(yàn)較少，較難調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動性，學(xué)生動手實(shí)踐的機(jī)會不多。本文分析鄭州輕工業(yè)大學(xué)機(jī)械原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的問題，針對問題提出改革方案，希望取得良好的實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果。

2 機(jī)械原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在的問題

目前，機(jī)械原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)開設(shè)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目主要有機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖測繪實(shí)驗(yàn)、齒輪范成原理實(shí)驗(yàn)、回轉(zhuǎn)件動平衡實(shí)驗(yàn)、慧魚創(chuàng)意組合實(shí)驗(yàn)等。這些實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目多是驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在以下幾個方面的問題。

教學(xué)理念與教學(xué)水平有待進(jìn)一步更新與提高? 目前，多數(shù)實(shí)驗(yàn)仍采用傳統(tǒng)的教學(xué)方法，主要講解實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)步驟和儀器的操作等，在教學(xué)過程中有時也會給學(xué)生詳細(xì)演示。一般在做實(shí)驗(yàn)之前都要求學(xué)生預(yù)習(xí)，學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書上給出的步驟，結(jié)合實(shí)驗(yàn)教師的講解，基本上都能自己完成實(shí)驗(yàn)。這樣的教學(xué)方法限制了學(xué)生獨(dú)立思考和創(chuàng)新的空間，不利于學(xué)生工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)[1]。由于實(shí)驗(yàn)室中配備的現(xiàn)代化教學(xué)設(shè)備較少，數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)資源在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中應(yīng)用較少，這會影響實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果。許多新的教學(xué)手段如翻轉(zhuǎn)課堂、慕課、虛擬仿真技術(shù)等在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中應(yīng)用不多，實(shí)驗(yàn)教學(xué)水平需要提高。

實(shí)驗(yàn)內(nèi)容更新較慢? 由于工程教育專業(yè)認(rèn)證的需要，很多理論課程對內(nèi)容進(jìn)行了更新，但實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的步伐相對滯后。目前，一些實(shí)驗(yàn)教材長時間沒有修訂和改進(jìn)，內(nèi)容、標(biāo)準(zhǔn)比較陳舊，與新的工程教育專業(yè)認(rèn)證大綱結(jié)合不夠，大綱體系不完善，實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容變化較小，綜合性和創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目較少。

學(xué)生的參與度不高? 由于機(jī)械原理實(shí)驗(yàn)是課內(nèi)實(shí)驗(yàn)，在課程總成績中所占比重較小，學(xué)生從心理上不夠重視，做實(shí)驗(yàn)時積極性不高[1]。很多學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中只是按照實(shí)驗(yàn)教師講解的步驟或者實(shí)驗(yàn)教材給出的步驟進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，對于實(shí)驗(yàn)過程中遇到的問題，很少有學(xué)生進(jìn)行深入思考，更不用說自己獨(dú)立設(shè)計實(shí)驗(yàn)。由于學(xué)生主要以完成實(shí)驗(yàn)為目的，主動性很難得到發(fā)揮，學(xué)習(xí)的興趣較低，實(shí)驗(yàn)效果受到影響。

實(shí)驗(yàn)的考核需進(jìn)一步規(guī)范? 大多數(shù)工科專業(yè)都開設(shè)有機(jī)械原理或機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)課程，這些課程都有實(shí)驗(yàn)學(xué)時要求，因此，實(shí)驗(yàn)班級、批次較多，實(shí)驗(yàn)教師工作量很大，很難顧及整個實(shí)驗(yàn)過程，學(xué)生實(shí)驗(yàn)成績以實(shí)驗(yàn)報告成績?yōu)橹鱗2]。學(xué)生的實(shí)驗(yàn)報告存在抄襲現(xiàn)象，較難從實(shí)驗(yàn)成績中看出學(xué)生動手能力和創(chuàng)新能力的區(qū)別，實(shí)驗(yàn)成績存在評價不客觀、考核不合理的現(xiàn)象[1]。

3 機(jī)械原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革及實(shí)踐

為了確保實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果，真正提高學(xué)生的工程實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力等，機(jī)原機(jī)零實(shí)驗(yàn)室從以下幾個方面進(jìn)行了改革。

對原來擺放在實(shí)驗(yàn)室的機(jī)構(gòu)展示柜進(jìn)行改造? 將機(jī)構(gòu)展示柜挪到實(shí)驗(yàn)室外面的走廊，加了控制部分，只需按相應(yīng)的按鈕就能使機(jī)構(gòu)動起來，可提高學(xué)生對機(jī)構(gòu)的感性認(rèn)識，加深學(xué)生對機(jī)構(gòu)相關(guān)理論知識的理解。學(xué)生在進(jìn)實(shí)驗(yàn)室之前，自己先看一下機(jī)構(gòu)的運(yùn)動，可減少課堂講解時間，同時理論與實(shí)踐相結(jié)合，更容易明白機(jī)構(gòu)的工作原理，繪制機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖更輕松。

加大實(shí)驗(yàn)室開放力度? 一些設(shè)計性、創(chuàng)新性的實(shí)驗(yàn)對學(xué)生開放，學(xué)生也可進(jìn)到實(shí)驗(yàn)室自己設(shè)計實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，提高實(shí)驗(yàn)設(shè)備的利用率，同時為學(xué)生提供了創(chuàng)新實(shí)踐的場所。綜合性、創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)的開設(shè)，不僅能提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，也能培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力、工程實(shí)踐能力、團(tuán)隊合作精神等[3-4]。

依托機(jī)原機(jī)零實(shí)驗(yàn)室成立機(jī)械創(chuàng)新工作室，該工作室鼓勵對機(jī)械創(chuàng)新感興趣的學(xué)生積極參與，培養(yǎng)學(xué)生參與一些學(xué)科競賽，如機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計大賽、工程訓(xùn)練大賽等。進(jìn)入創(chuàng)新工作室，學(xué)生首先接觸到的是慧魚類的實(shí)驗(yàn)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書給出的模型搭建步驟，搭接一些簡單的模型。學(xué)生熟悉慧魚產(chǎn)品后，自己動手搭建一些常見的機(jī)構(gòu)，在完成模型過程中會逐漸有自己的想法，創(chuàng)新能力、工程實(shí)踐能力都能提高很快。

以機(jī)械創(chuàng)新大賽為例，學(xué)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(chuàng)新點(diǎn)，然后就要進(jìn)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(xué)專業(yè)知識，同時需要對建模軟件熟練運(yùn)用。通過選擇合適的材料、利用機(jī)床加工零部件、組裝零部件等，將建立的三維模型制作成產(chǎn)品，在制作產(chǎn)品的過程中會遇到許多意想不到的問題。學(xué)生需要大量查閱資料，與指導(dǎo)教師、其他學(xué)生探討，或通過其他方式解決問題，綜合素質(zhì)、創(chuàng)新能力、動手能力、團(tuán)隊合作精神等都會有較大提高。指導(dǎo)教師在指導(dǎo)學(xué)生的過程中能夠更好地了解學(xué)生的情況，同時對于自己的教學(xué)和科研都有幫助。

采用現(xiàn)代化教學(xué)設(shè)備，充分利用網(wǎng)絡(luò)資源，改革教學(xué)方法? 由于實(shí)驗(yàn)室配備了現(xiàn)代化的教學(xué)設(shè)備，實(shí)驗(yàn)教師可以充分利用網(wǎng)絡(luò)資源，采用慕課使好的教學(xué)資源共享，拓寬實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的廣度，使學(xué)生在實(shí)驗(yàn)之前對實(shí)驗(yàn)內(nèi)容有直觀認(rèn)識，啟發(fā)學(xué)生的思考與創(chuàng)新意識[1]。改變過去單一的、填鴨式的教學(xué)模式，由實(shí)驗(yàn)教師設(shè)計實(shí)驗(yàn)方案、講解具體實(shí)驗(yàn)步驟，向開放式、雙向互動式及啟發(fā)式的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式轉(zhuǎn)變。如在教學(xué)時采用翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式，將學(xué)習(xí)的自主權(quán)交給學(xué)生，以培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力為目標(biāo)[5-7]。特別是對于一些設(shè)計性、創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)，為學(xué)生提供寬松的環(huán)境，開闊學(xué)生的思維，實(shí)驗(yàn)教師的主要任務(wù)是引導(dǎo)學(xué)生，充分調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性[5]。

實(shí)驗(yàn)教師需要不斷學(xué)習(xí)，提高專業(yè)水平? 實(shí)驗(yàn)教師對于本專業(yè)相關(guān)的文獻(xiàn)要多讀，了解該學(xué)科的發(fā)展前沿，多做相關(guān)的工程項(xiàng)目，利用工程實(shí)踐中的經(jīng)驗(yàn)輔助自己的實(shí)驗(yàn)教學(xué);要多向國內(nèi)學(xué)術(shù)和科研水平較高的高校學(xué)習(xí)，定期參觀一些機(jī)械基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)開展較好的學(xué)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(shí)驗(yàn)教學(xué)水平和實(shí)驗(yàn)室管理水平。

明確課程目標(biāo)? 由于學(xué)時有限，如何選擇合適的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目就顯得尤為重要。有些實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目是驗(yàn)證性的，涉及的知識點(diǎn)比較重要，但主要是對理論知識的驗(yàn)證與鞏固。有些實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目是設(shè)計性、綜合性或者創(chuàng)新性的，但涉及的理論知識點(diǎn)并不多。各個實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目之間是相互獨(dú)立的，內(nèi)在邏輯性不強(qiáng)，這就需要實(shí)驗(yàn)教師在選擇實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目時進(jìn)行平衡，根據(jù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)大綱和培養(yǎng)目標(biāo)，綜合選擇合適的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目[6]。

規(guī)范實(shí)驗(yàn)的考核? 實(shí)驗(yàn)的考核不能只以實(shí)驗(yàn)報告成績?yōu)闇?zhǔn)，需要綜合考慮學(xué)生的動手實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力、參與度等。在每一次實(shí)驗(yàn)過程中，根據(jù)每個學(xué)生實(shí)驗(yàn)的情況給一個實(shí)驗(yàn)過程成績，這個過程需要實(shí)驗(yàn)教師花費(fèi)較多時間觀察學(xué)生實(shí)驗(yàn)情況。這個成績占實(shí)驗(yàn)總成績的40%，其他包括實(shí)驗(yàn)報告成績占40%，實(shí)驗(yàn)課堂表現(xiàn)占20%。特別是在一些創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)過程成績所占比重更高，學(xué)生實(shí)驗(yàn)的積極性提高，有些學(xué)生思維活躍，學(xué)生之間相互合作，做出很多有創(chuàng)意的作品。經(jīng)過這樣的改革，由于實(shí)驗(yàn)過程在實(shí)驗(yàn)成績中占比重較高，很多學(xué)生做實(shí)驗(yàn)的積極性得到提高，創(chuàng)新能力和動手能力提高較多。

4 結(jié)語

結(jié)合機(jī)械原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的問題，采取更新原有實(shí)驗(yàn)設(shè)備、加大實(shí)驗(yàn)室開放力度、改革實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法、提高實(shí)驗(yàn)教師專業(yè)水平、規(guī)范實(shí)驗(yàn)考核等措施，實(shí)驗(yàn)教師從單純的講解實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)變?yōu)橹笇?dǎo)學(xué)生、發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性，取得良好的效果，學(xué)生的創(chuàng)新能力、工程實(shí)踐能力、團(tuán)隊合作能力等方面有了明顯的提高，學(xué)生學(xué)習(xí)由被動變成主動，根據(jù)自己的興趣，自覺去實(shí)驗(yàn)室開展創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)。很多學(xué)生積極加入機(jī)械創(chuàng)新工作室，參與教師的科研項(xiàng)目或參加機(jī)械創(chuàng)新大賽、工程訓(xùn)練大賽等，取得較好的成績。在第八屆全國大學(xué)生機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計大賽中，學(xué)校共有11支參賽隊進(jìn)入省賽，取得一等獎三項(xiàng)、二等獎五項(xiàng)以及三等獎三項(xiàng)的優(yōu)異成績，并獲得國家級二等獎一項(xiàng)。■

參考文獻(xiàn)

[1]何玉林.“機(jī)械原理”課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)的現(xiàn)狀分析與改革[J].高教論壇，2014（10）：25-27.

[2]夏斯偉，周海，董香龍，等.機(jī)械原理實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)現(xiàn)狀分析及改進(jìn)思考[J].現(xiàn)代教育化，2018（46）：274-277.

[3]莫海軍，李杞儀，胡青青.機(jī)械原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革與創(chuàng)新[J].高等理科教育，2003（3）：73-74.

[4]曾斌，劉祿，陶鑫.與機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計大賽相結(jié)合的“機(jī)械原理”教學(xué)改革[J].教育教學(xué)論壇，2018（2）：128-129.

[5]胡宏佳，王世剛.機(jī)械原理與機(jī)械設(shè)計實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的探索與實(shí)踐[J].實(shí)驗(yàn)室研究與應(yīng)用，2010（7）：233-234，299.

[6]邱文龍.機(jī)械原理與機(jī)械設(shè)計實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革[J].實(shí)驗(yàn)室研究與應(yīng)用，2004（12）：78-81.

[7]湯赫男，王世杰，趙鐵軍，等.基于慕課與翻轉(zhuǎn)課堂的機(jī)械設(shè)計實(shí)驗(yàn)教學(xué)[J].機(jī)械設(shè)計，2018（S2）：406-408.