機構運動方案創新設計實驗教學改革與實踐
——以南陽理工學院機械與汽車工程學院為例

靳亞維，鄭雄文

(南陽理工學院 智能制造學院，河南 南陽 473004)

1 實驗教學分析

機構運動方案創新設計實驗具有綜合性、創新性，是機械原理實踐教學環節中的重要組成部分。該實驗教學環節能夠加強學生對整體機械系統運動方案的認識，培養學生的機械綜合設計能力、創新思維能力、工程實踐動手能力。目前，我校機構運動方案創新設計的實驗項目在實驗課時及實驗臺等方面受到了一定限制，有很多地方需要改進。學生做實驗時對一些機構運動特性缺乏直觀認識及理解，比如無法對一些機構中的急回特性進行判斷，無法明確機構的運動特性能否滿足設計要求，不利于機構運動方案的進一步創新設計。實驗任務中，典型機構運動方案較少，類型單一，不能拓展學生的創新思維。實驗課時不足，兩個課時內，學生只能了解實驗構件和熟悉機構拼裝，沒有更多時間進行機構創新設計，不利于提高學生的綜合設計能力。實驗考評方法單一，不能真實體現學生的實際水平。需對實踐教學過程進行改革，進一步提高實驗教學質量。

2 實驗教學改革

2.1 實驗設備改進

根據我校實驗臺實際情況，調研了周圍高校的實驗設備情況，合理改進了實驗臺，添置了一些用于運動參數測量的傳感器。在傳感器的選用上，結合測控專業的畢業生畢業設計題目，讓學生根據實驗臺的實際情況有針對性地設計出不同類別的傳感器。這樣的畢業設計題目具有實踐意義，調動了學生對畢業設計的積極性。以學生設計出的超聲波測距傳感器為例，在做曲柄齒輪齒條機構運動時，需要實時測出機構的位移量，而超聲波測距傳感器就能很好地解決此類問題。超聲波傳感器運用USB供電或電池供電，供電要求十分簡單，方便拆卸，可適應各種短距離測量環境，能夠在實驗工作臺進行距離的測量。學生組裝好機構模型后，可將制作完成的測距模塊裝到圖1所示的組合實驗臺上，以便在實驗過程中進行測量。利用此傳感器，學生便可根據實測數據判斷機構運動方案能否達到自己預期的設計，然后根據實際情況調整各個構件及運動副。在反復調試的過程中，可以加深學生對平面機構運動中一些知識的理解，為進一步的創新設計打好基礎。

我院今年采購了一批新的慧魚產品。慧魚產品是德國慧魚公司開發的一系列高技術含量的工程技術類智趣拼裝模型。利用慧魚模型里的一些電器測試元件將慧魚模型和現有的機構組合實驗有機結合，使學生能夠將多學科、多領域的綜合知識融會貫通于實踐過程中，豐富實驗內容，激發學生的學習興趣。圖1為學生組裝的模型，可以利用超聲波測距儀在實驗臺上測量直線位移量。

圖1 超聲波測距儀Fig.1 Ultrasonic rangefinder

理論課講授可采用現場教學，例如，在講授平面四桿結構特性時，可通過現場組裝、調整及測試來使學生更加容易理解平面四桿機構的一些特性，最大程度發揮實驗臺的作用，提高教學效果，實現理論知識與實踐的結合。

2.2 實驗教學過程的改進

以實驗目標為導向，教學過程要有針對性，要合理改進實驗教學任務及方案，提高學生的動手操作能力、分析問題的能力和解決問題的能力。要多找一些生產實際中的應用案例，使實驗項目能夠盡可能貼近企業生產實際。結合南陽周邊的企業實際生產線，我院增添了一些新的機構運動方案實例，還增添了一些較好機構的動畫演繹，讓學生在組裝時通過觀看動態畫面來直觀了解機構運動方案，加快對機構的認識，了解機構運動的特點特性，豐富實踐教學任務，讓學生通過對眾多機構運動方案的了解和分析來獲得新的設計思路，激發學生的創新意識。

2.3 將三維軟件與實驗相結合

三維軟件的應用是機制專業學生必須掌握的一項技能。做實驗前，學生可利用ug或poe等三維軟件在課余時間先自己進行機構方案構思，模擬組裝，觀察其機構運動動畫效果，并調整改進方案，然后在實驗課堂中再進行實物組裝，這樣可節省出一定時間來進行創新設計，增加了實驗課時，能夠達到更好的實驗效果。

2.4 實行新的實驗考評方法

原來的實驗考評方法單一，僅依據實驗報告不能真正體現學生的實際成績，現通過預習、操作、答辯、實驗報告這四個環節來進行考評。學生進實驗室之前，要提前了解并構思機構運動方案，并有初步設計方案，這時可進行第一次打分。在實際操作中，要積極動手組裝，善于分析和解決組裝過程中遇到的問題，并將此作為第二次打分標準。可通過答辯對自己組裝機構的功能、認知及機構創新點進行構思，進行第三次打分。最后，結合實驗報告作為這次實驗的總成績，其中預習占20%，實操占50%，答辯占10%，實驗報告占20%。這樣的評分標準更能體現學生的實際能力，調動了學生的學習興趣，提高實驗教學效果。

2.5 實驗效果總結與持續改進

平常不間斷對實驗結果進行分析，開展學生問卷調查。通過對實驗效果進行分析，發現了教學工作中存在的問題，提出了相應的改進意見及措施。分析了實驗改進的效果，發現了實驗中存在的問題，修訂實驗任務。針對學生在實驗過程中出現的疑問，對相關實驗教學提出了改進意見，并持續優化。

3 結語

通過改進實驗設備，豐富了實踐內容，使機構運動新設計實驗更加符合教育要求，能夠拓展學生的創新思維，提高創新設計能力、動手操作能力及解決問題的能力，最大限度發揮了實驗臺的作用，更加緊密的將實踐教學與理論教學聯系起來。對實驗進行改革總結，體現了應用型本科院校人才培養計劃的要求，提高了實驗教學質量。