機械原理實驗教學(xué)改革
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摘要：機械原理實驗教學(xué)是學(xué)生將機械理論知識與工程實際相結(jié)合的必要手段，對培養(yǎng)學(xué)生的實踐能力和創(chuàng)新能力起著舉足輕重的作用。為適應(yīng)新工科對機械創(chuàng)新人才培養(yǎng)的要求，針對傳統(tǒng)機械原理實驗教學(xué)中存在的不足，提出了幾點改進(jìn)措施，希望可以對學(xué)生的培養(yǎng)發(fā)揮作用。
關(guān)鍵詞：新工科；實驗教學(xué)；創(chuàng)新
一引言
為進(jìn)一步促進(jìn)我國工程教育的深化改革，加快建設(shè)我國向工程教育強國的轉(zhuǎn)變，更好地推進(jìn)我國經(jīng)濟轉(zhuǎn)型的升級，2017年，教育部提出了新工科建設(shè)[1]。建設(shè)與發(fā)展新工科成為我國由制造強國向創(chuàng)造強國發(fā)展的必然要求，高校培養(yǎng)新工科人才對當(dāng)今社會新經(jīng)濟發(fā)展有重要戰(zhàn)略意義。大學(xué)生是實施創(chuàng)新發(fā)展戰(zhàn)略的人才儲備，新工科人才的培養(yǎng)是當(dāng)今社會對高等學(xué)校的迫切要求，也是高校義不容辭的職責(zé)[2]。
二機械原理課程地位
機械原理課程是機械類各專業(yè)必修的一門重要的技術(shù)基本課程，其知識面更寬、適用性更廣、更接近工程實際，在培養(yǎng)新工科人才中將起到不可或缺的重要作用。本課程研究的內(nèi)容主要包括機構(gòu)結(jié)構(gòu)分析的基本知識、機構(gòu)的運動分析、機器動力學(xué)、常用機構(gòu)的分析與設(shè)計和機械系統(tǒng)的方案設(shè)計等問題[3]。通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握各種機構(gòu)中的一些共性問題，理解基本原理，并初步具有設(shè)計機械系統(tǒng)方案的能力。本課程的學(xué)習(xí)為學(xué)生后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)打好理論基礎(chǔ)，為機械產(chǎn)品的創(chuàng)新設(shè)計打下良好基礎(chǔ)，為機械的合理使用和革新改造打下良好基礎(chǔ)。本課程在創(chuàng)新機械所需的知識結(jié)構(gòu)中占有核心地位，在高層次的人才培養(yǎng)中具有提升學(xué)生對機械新產(chǎn)品的開發(fā)和創(chuàng)新能力的作用[4]。
三實驗教學(xué)現(xiàn)狀
機械原理實驗教學(xué)是機械原理課程整個教學(xué)過程中的一個重要部分，是學(xué)生將機械的理論知識與工程實際相結(jié)合的必要手段，對培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和綜合素質(zhì)起著關(guān)鍵作用[5]。但是，目前的實驗教學(xué)存在一定的問題，具體表現(xiàn)在以下幾個方面。
（一）考核方式不完善
傳統(tǒng)的機械原理實驗教學(xué)一般是作為理論教學(xué)的輔助手段，大多依托于相應(yīng)的理論課程。對實驗教學(xué)的考核也是依托于課程成績，沒有單獨的考核成績，只是作為最終課程考核成績的一小部分，一般占10%左右。實驗考核大多以實驗報告完成情況作為評分依據(jù)，很難體現(xiàn)出學(xué)生對知識的掌握程度。因此教師更加注重學(xué)生對課堂理論知識的掌握和理解，對實驗教學(xué)的重視程度不夠；學(xué)生為了應(yīng)對課程考試，也僅僅是注重對理論知識的學(xué)習(xí)，對實驗課程學(xué)習(xí)的重視程度也不夠。這嚴(yán)重阻滯了學(xué)生工程實踐能力的培養(yǎng)，對學(xué)生的培養(yǎng)極為不利。
（二）實驗教學(xué)模式滯后
傳統(tǒng)的機械原理實驗缺乏系統(tǒng)性，沒有形成一個完整的實驗教學(xué)體系[6]。實驗教學(xué)的基本要求僅僅停留在學(xué)生加深對理論知識的理解以及對課堂上所學(xué)理論知識的驗證，沒有發(fā)揮實驗教學(xué)的真正作用。在實驗的開設(shè)過程中，往往以教師的講解為主，學(xué)生很少思考，對實驗的原理和儀器的測試方法處于一知半解，甚至完全不懂的狀態(tài)，不主動參與實驗，做實驗的積極性不高，只是照本宣科的按照實驗指導(dǎo)書的步驟和方法進(jìn)行，不能充分發(fā)揮學(xué)生作為實驗課堂的主體作用。這種實驗的開設(shè)對學(xué)生自身的鍛煉意義不大，學(xué)生只是為了完成任務(wù)，不能真正參與其中，實踐動手能力差，不能滿足當(dāng)今社會對人才培養(yǎng)的要求。這些實驗的開設(shè)沒有體現(xiàn)實驗課程對學(xué)生創(chuàng)新能力發(fā)展的價值，只是加深了對理論知識的理解。
（三）實驗手段簡單
傳統(tǒng)的機械原理實驗中，實驗手段比較簡單，主要以認(rèn)知性和驗證性試驗為主，綜合設(shè)計性實驗沒有發(fā)揮作用[7]。例如機構(gòu)結(jié)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計實驗，學(xué)生沒有設(shè)計思路，為了應(yīng)付實驗，搭建的機構(gòu)過于簡單，而且完全按照書上已有的模型進(jìn)行搭建，沒有自己的思考。這種實驗由于學(xué)時有限，沒有獲得充分的重視。但這種實驗恰恰是最能鍛煉學(xué)生的，培養(yǎng)學(xué)生如何根據(jù)所學(xué)知識解決現(xiàn)實生活中遇到問題的能力，能夠充分發(fā)揮學(xué)生的主觀作用，有理論教學(xué)不可替代的作用。
四實驗教學(xué)改進(jìn)措施
新工科背景下對大學(xué)生的創(chuàng)新設(shè)計能力提出了更高的要求，傳統(tǒng)實驗教學(xué)顯然已經(jīng)不能滿足對人才培養(yǎng)的需求。針對傳統(tǒng)實驗教學(xué)中存在的不足，提出以下改進(jìn)措施。
（一）加強實驗教學(xué)的考核
加強機械原理實驗教學(xué)的考核，可以增加本實驗課程在整個機械原理課程成績中的比重；也可以單獨開設(shè)機械原理實驗，單獨考核，單獨計入學(xué)分。實驗教學(xué)的考核可以根據(jù)學(xué)生出勤、實驗完成度、實驗創(chuàng)新性、實驗報告等綜合情況進(jìn)行評分。這樣學(xué)生對實驗課程的重視程度也會提高，可以大大提高學(xué)生對于實驗課程學(xué)習(xí)的自主性和積極性。
（二）構(gòu)建實驗教學(xué)體系
根據(jù)機械原理教學(xué)模式的改革，結(jié)合我校機械原理實驗教學(xué)現(xiàn)狀及實驗室實際情況，采用逐層遞進(jìn)的方式構(gòu)建新的實驗教學(xué)體系。1.認(rèn)知性實驗。這是第一階段實驗，帶領(lǐng)學(xué)生走進(jìn)機械的世界，學(xué)生可以根據(jù)機械原理陳列柜中的語音講解以及動畫演示，對課堂上所學(xué)的理論知識有一定的感性認(rèn)知。2.驗證性實驗，包括機械運動簡圖的測繪，漸開線齒輪參數(shù)測量實驗，齒輪范成實驗，轉(zhuǎn)子動平衡實驗。這是第二階段實驗，此類實驗的開設(shè)可以增加學(xué)生對機械原理課程中理論知識的掌握，實驗學(xué)時不必過長。3.綜合設(shè)計性實驗，包括平面（空間）機構(gòu)創(chuàng)意組合實驗、機械系統(tǒng)裝配訓(xùn)練實驗、機械運轉(zhuǎn)速度波動調(diào)節(jié)實驗。這是第三階段實驗，此類實驗的開設(shè)目的是培養(yǎng)學(xué)生的動手能力以及讓學(xué)生掌握現(xiàn)代化的實驗測試手段和方法，適當(dāng)增加實驗學(xué)時。
（三）增加綜合設(shè)計性實驗
綜合設(shè)計性實驗是當(dāng)前實驗教學(xué)的趨勢。在保留傳統(tǒng)實驗課程內(nèi)容的同時，應(yīng)大大增加綜合設(shè)計性實驗的開設(shè)比例，以此增強學(xué)生綜合認(rèn)識問題和解決問題的意識和能力，培養(yǎng)學(xué)生的設(shè)計能力和創(chuàng)新能力。如平面機構(gòu)創(chuàng)意組合實驗，教師可以根據(jù)實際生活中存在的一些問題，讓學(xué)生們思考如何運用所學(xué)知識設(shè)計一個方案來解決這些實際問題。學(xué)生可以分小組完成也可以獨立完成，運用所學(xué)的平面機構(gòu)的知識，提出設(shè)計方案，畫出機構(gòu)運動簡圖，計算自由度，驗證設(shè)計方案的可行性，在試驗機構(gòu)上進(jìn)行機構(gòu)的搭接訓(xùn)練。在搭接過程中，學(xué)生可以加深對機構(gòu)組成原理的認(rèn)識。同時還可以利用試驗機構(gòu)上配套的計算機仿真軟件對搭建的機構(gòu)運動參數(shù)進(jìn)行測試，掌握測試方法，提高動手實踐能力。在此基礎(chǔ)上，還可以增加空間機構(gòu)創(chuàng)意組合測試分析實驗。學(xué)生在解決生活中實際問題的同時，會大大增加其自信感和成就感，激發(fā)學(xué)生的熱情和興趣，營造良好的學(xué)習(xí)氛圍。這類實驗的開設(shè)，能夠充分調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，對學(xué)生的創(chuàng)新設(shè)計能力有很大的提高。
（四）營造開放式實驗環(huán)境
機械原理課程是大學(xué)生接觸的與工程實際聯(lián)系最緊密的第一門專業(yè)基礎(chǔ)課程，其教學(xué)內(nèi)容豐富且抽象，這對實驗教學(xué)提出了頗為嚴(yán)苛的要求。學(xué)生對機械的認(rèn)知完全借助于實驗室。就我校目前的機械原理實驗室而言，僅在開設(shè)實驗課時對學(xué)生開放，而且個別實驗設(shè)備出現(xiàn)了閑置的現(xiàn)狀。這就要求學(xué)校對實驗室的開放時間進(jìn)行合理安排，每個工作日定期對實驗室進(jìn)行開放，這樣可以保證有需求的學(xué)生能隨時接觸到實驗設(shè)備，為學(xué)生搭建一個良好的實驗環(huán)境。同時還可以提高實驗設(shè)備的有效利用程度，減少實驗設(shè)備的閑置時間，合理利用資源。開放性的實驗環(huán)境可以增加學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，給予學(xué)生更多自由發(fā)揮的空間，引導(dǎo)鼓勵學(xué)生參加機械類的學(xué)科競賽，有利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神。
五結(jié)語
新工科對機械工業(yè)中創(chuàng)新型人才的渴求與日俱增。然而，傳統(tǒng)的實驗教學(xué)對學(xué)生綜合能力的培養(yǎng)顯然是不夠重視的，無法達(dá)到教學(xué)大綱的要求，無法滿足新工科對機械原理課程實驗教學(xué)的要求。通過加強實驗教學(xué)的考核，構(gòu)建實驗教學(xué)體系，增加綜合設(shè)計性實驗，營造開放性實驗環(huán)境等措施，提升學(xué)生的動手能力和獨立思考的能力，這對培養(yǎng)基礎(chǔ)扎實，實踐能力強，綜合素質(zhì)高，具有創(chuàng)新精神的創(chuàng)造型人才具有重要的現(xiàn)實意義。未來社會最重要的是人才的培養(yǎng)，而創(chuàng)新能力的培養(yǎng)是人才培養(yǎng)的重中之重。只有重視創(chuàng)新人才的培養(yǎng)，才能更好地服務(wù)未來的產(chǎn)業(yè)。
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作者：趙婕 單位：太原科技大學(xué)晉城校區(qū)
