徐春明　周艷　孫瑛　蔣國璋　李公法

[摘 要]機械設(shè)計是機械專業(yè)的基礎(chǔ)性課程，實驗教學(xué)對于學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)有著至關(guān)重要的作用。針對目前大學(xué)機械設(shè)計實驗教學(xué)中存在的一些問題，以課程實驗教學(xué)模式和方法的變革為起點，圍繞創(chuàng)新實踐這個中心主題，運用現(xiàn)代化的教學(xué)手段和管理方法改革實驗教學(xué)，通過課程實踐，可以提高學(xué)生的動手能力，開闊學(xué)生的眼界，發(fā)散學(xué)生的思維，培養(yǎng)學(xué)生的實際操作能力以及創(chuàng)新能力，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，讓學(xué)生主動參與到學(xué)習(xí)中來。

[關(guān)鍵詞]機械設(shè)計；實驗教學(xué)；思維創(chuàng)新

[中圖分類號] G642.0 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437（2018）12-0049-03

機械設(shè)計是機械專業(yè)十分重要的一門專業(yè)基礎(chǔ)課程，其中機械設(shè)計實驗是必不可少的重要環(huán)節(jié)。機械設(shè)計實驗不僅可以加深學(xué)生對機械設(shè)計課程的理解，訓(xùn)練學(xué)生的基本技能，同時也能培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。機械設(shè)計實驗教學(xué)的研究過程包括：在實際中發(fā)現(xiàn)問題，針對問題設(shè)計解決方案，方案的運行，分析結(jié)果，推廣運用。在這些研究過程中，隨時要用到多種創(chuàng)新思維。通常情況下，理論課程是先行環(huán)節(jié)，其作用在于讓學(xué)生理解概念、落實基礎(chǔ)，而實驗課程的現(xiàn)場性實踐教學(xué)，能讓學(xué)生把學(xué)到的知識理解和掌握得更加透徹。實驗教學(xué)能讓學(xué)生將理論和實踐結(jié)合起來，在夯實學(xué)生基礎(chǔ)的同時，培養(yǎng)學(xué)生自主分析和解決問題的能力。學(xué)習(xí)不僅僅是掌握理論，更重要的是培養(yǎng)思維，提高自己的動手實踐能力。因此，實驗教學(xué)的重要性不言而喻，它在學(xué)生今后的學(xué)習(xí)和工作中有著不可代替的作用。機械設(shè)計也可以說是機械創(chuàng)新，是在原有的設(shè)計基礎(chǔ)之上創(chuàng)造出新穎的機構(gòu)。機械設(shè)計可以激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造力和想象力。從具體的案例出發(fā)，機械設(shè)計涵蓋了機械行業(yè)的方方面面，從最簡單的螺栓、螺母到航空母艦，這些都涉及機械設(shè)計的內(nèi)容。學(xué)習(xí)機械設(shè)計可以了解到機械行業(yè)的各種標準，這些都是十分重要的基礎(chǔ)知識。學(xué)習(xí)機械設(shè)計，就是要注重實踐教學(xué)，通過具體的實踐來加深學(xué)生對書本上各種知識的理解。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，教師要運用現(xiàn)代化的教學(xué)手段改革實驗教學(xué)，改革以往的教學(xué)模式，有效發(fā)揮出實驗教學(xué)的優(yōu)點，讓學(xué)生直接接觸各種機械器件，利用所學(xué)知識解決實際問題，從而培養(yǎng)學(xué)生的實際操作能力以及創(chuàng)新能力。

一、實驗教學(xué)現(xiàn)狀分析

機械設(shè)計基礎(chǔ)課程的教學(xué)目的是培養(yǎng)學(xué)生的機械設(shè)計能力，在教學(xué)形式上采用課堂教學(xué)、實驗教學(xué)以及課程設(shè)計等方式進行。在機械設(shè)計基礎(chǔ)教學(xué)中，書本上的理論知識只是基礎(chǔ)，將自己掌握的理論知識熟練運用于實踐之中才是真正的本事。所以，機械設(shè)計實驗教學(xué)是機械設(shè)計基礎(chǔ)課程的重中之重。工科類高校培養(yǎng)專業(yè)創(chuàng)新性人才，應(yīng)該將實驗課程作為重點，通過理論基礎(chǔ)的引導(dǎo)，進行專業(yè)的實驗教學(xué)，加強機械設(shè)計實驗教學(xué)在機械設(shè)計基礎(chǔ)課程中的地位，在促進學(xué)生夯實理論基礎(chǔ)的同時鍛煉他們的綜合能力和素質(zhì)，這樣才能培養(yǎng)出適合各工程行業(yè)的應(yīng)用型人才。在高校的教學(xué)過程中，實驗教學(xué)對于學(xué)生綜合能力的鍛煉和提高有著至關(guān)重要的作用。

目前，機械設(shè)計的課程內(nèi)容還是以理論課為主，教學(xué)方式也是采用課堂教師講授的形式，考核方式以理論課筆試成績?yōu)橹?，并沒有注重機械設(shè)計實驗教學(xué)模塊，實驗教學(xué)課時少，學(xué)生所進行的機械設(shè)計實驗數(shù)量和質(zhì)量都達不到要求，不能實現(xiàn)培養(yǎng)學(xué)生實踐能力的目的[1]。在實驗教學(xué)中，實驗教學(xué)內(nèi)容的安排多基于理論配套性基礎(chǔ)實驗，并且實驗內(nèi)容簡單老舊、教學(xué)要求低、少有內(nèi)容創(chuàng)新。學(xué)校所進行的實驗都是演示性和驗證性實驗，創(chuàng)新性和綜合性的實驗較少，而且在進行機械設(shè)計課程實驗時，學(xué)校發(fā)的實驗指導(dǎo)書中詳細寫明了實驗?zāi)康?、實驗原理以及實驗步驟，在做實驗之前，教師都會先演示實驗的操作步驟，學(xué)生按照教師的步驟一步一步地操作即可，這樣的實驗失去了實驗原有的意義，沒有給學(xué)生留下思考和創(chuàng)造的空間，沒有起到啟發(fā)學(xué)生創(chuàng)新想象力的作用[2]。學(xué)生缺乏學(xué)習(xí)主動性，安于現(xiàn)狀，進而導(dǎo)致學(xué)習(xí)效率低下。課程所安排的實驗，項目大多是獨立的，缺乏整體性，忽視了每個實驗內(nèi)容之間的相互關(guān)聯(lián)，學(xué)生只是為了完成任務(wù)而做實驗，并沒有真正意義上學(xué)到知識。此外，學(xué)校所安排的實驗內(nèi)容一成不變，沒有隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和學(xué)生的知識體系的擴充而進行實時的調(diào)整，一些淘汰的知識還存在于實驗之中，先進的知識沒有引用進來，這影響了實驗教學(xué)的質(zhì)量，學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情也無法提高[3]。實驗的考核方式不完善，大部分實驗還是和理論課的成績掛鉤，沒有單獨形成一個體系，甚至有的實驗項目完成后成績不計入最后的總分，學(xué)生也不重視相關(guān)的實驗課，這導(dǎo)致實驗課對學(xué)生沒有約束力，無法保證實驗課的教學(xué)質(zhì)量要求。在傳統(tǒng)的實驗教學(xué)模式中，教學(xué)方法、教學(xué)體系以及教學(xué)手段都沒有進行及時的變革與更新，學(xué)生無法得到最佳的學(xué)習(xí)訓(xùn)練，綜合實踐能力也就無法提高，這影響了很多學(xué)生今后的發(fā)展。因此，為了培養(yǎng)現(xiàn)代化的創(chuàng)新性人才，我們需要推進機械設(shè)計實驗教學(xué)的改革，從學(xué)校的學(xué)習(xí)中改變學(xué)生的思維方式，加強學(xué)生實踐能力的訓(xùn)練，引導(dǎo)學(xué)生進行創(chuàng)新。

二、實驗教學(xué)模式改革

（一）實驗教學(xué)體系的改革

傳統(tǒng)的機械設(shè)計實驗教學(xué)大多以理論課為主，實驗的目的只是驗證理論的正確性，鞏固所學(xué)的理論知識，加深學(xué)生的印象[4]。我們突破原有的思維障礙，建立以機械設(shè)計實驗教學(xué)為重心的新的實驗學(xué)習(xí)模式，將實驗教學(xué)與理論教學(xué)分開，采用階段化的教學(xué)，單獨設(shè)立機械設(shè)計實驗教學(xué)的課程，實行學(xué)分制。除了與理論相關(guān)的實驗外，實驗教學(xué)還應(yīng)該加入更多的發(fā)散性和創(chuàng)造性實驗，對相關(guān)的實驗進行演化，引導(dǎo)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，為學(xué)生提供很好的創(chuàng)新實驗平臺。學(xué)生們能夠充分發(fā)揮自己的想象力，為了解決問題而不斷研究，教師應(yīng)提供相應(yīng)的幫助，這樣才有助于學(xué)生能力的培養(yǎng)。應(yīng)增加實驗課的學(xué)時，讓學(xué)生有充分的時間進行實驗，因為僅僅幾節(jié)課的實驗課時無法讓學(xué)生了解機械設(shè)計的應(yīng)用?，F(xiàn)在很多大學(xué)的實驗室除了平時的實驗教學(xué)課之外，其他的時間都是不對學(xué)生開放的，而學(xué)生只有在特定的實驗課程時間才能進行實驗，這樣不僅學(xué)生沒有得到很好的實驗教學(xué)，同時也造成了實驗設(shè)備的資源浪費。要想培養(yǎng)學(xué)生的動手能力和思維創(chuàng)造能力，有必要對實驗室的使用和管理制度進行改革，加大實驗室的開放制度，讓學(xué)生多接觸一些機械類的東西，讓想進行實驗操作的學(xué)生有地方可以學(xué)習(xí)，讓有疑惑的學(xué)生能夠在實驗室找到自己的答案，讓那些有創(chuàng)新想法的學(xué)生能夠找到創(chuàng)新的地點。將實驗室交給學(xué)生，讓學(xué)生來自主選擇實驗方案以及實驗儀器，不限制學(xué)生使用的時間，這樣也可以打破學(xué)時的限制，改變以往的實驗教學(xué)方法，加強學(xué)生的動手能力，有利于充分發(fā)揮學(xué)生做實驗的積極性和主動性。

（二）制定嚴格的成績考核方式

成績考核是檢驗實驗教學(xué)質(zhì)量的一種重要方式，可以很好地約束學(xué)生。以往就是因為沒有嚴格的實驗考核方式，學(xué)生對實驗課不是很積極，對于實驗課的內(nèi)容沒有放在心上，實驗過程和實驗報告都是敷衍了事，沒有認真對待。因此，建立嚴格的實驗成績考核方式勢在必行。根據(jù)具體的實驗規(guī)劃，可以將實驗成績劃分為考勤成績、動手操作能力、綜合能力、創(chuàng)新能力、實驗報告，實行嚴格的考勤制度，從根本上讓學(xué)生重視這一門實驗課程，保證每個學(xué)生的正常實驗時間。通過觀察每一個學(xué)生的實踐操作能力以及實驗設(shè)計綜合能力，給予學(xué)生的客觀的評估；同時引導(dǎo)學(xué)生進行創(chuàng)新性實驗，讓學(xué)生按照自己的想法進行實驗操作[8]。實驗之后教師應(yīng)該認真檢查學(xué)生的實驗報告，發(fā)現(xiàn)學(xué)生實驗的閃光點，多和學(xué)生進行學(xué)術(shù)探討，鼓勵學(xué)生繼續(xù)進行創(chuàng)新，讓學(xué)生自己做實驗解決自己所提出的問題，并對他們的想法進行引導(dǎo)，讓一些有相同想法的學(xué)生組成一些實驗小組，提供實驗設(shè)備給這些學(xué)生，鼓勵他們參加一些機械設(shè)計創(chuàng)新大賽，在更大的空間去展示自己的想法，同時這也能讓學(xué)生吸收別人的經(jīng)驗，從而加深自己對問題的理解。

（三）互助實驗教學(xué)

除了改革實驗教學(xué)體系和完善考核方式之外，實驗教學(xué)還應(yīng)該注重啟發(fā)式教學(xué)。教師作為授業(yè)者，要注意引發(fā)學(xué)生對實驗的興趣，讓學(xué)生始終處于新奇、懷疑、刻苦鉆研的興奮狀態(tài)。同時還要注重實驗教學(xué)課間的互助討論，將學(xué)生分成幾個小組進行實驗，組員之間相互學(xué)習(xí)、相互幫助，學(xué)生自己提出自己的見解，大家一起集思廣益[6]。最后小組內(nèi)選出一個組長，代表小組在班級上展示自己小組的實驗成果，和大家一起分享實驗步驟和經(jīng)驗。各個小組之間互相交流，提出自己不同的見解，互相評價實驗結(jié)果，這能提高學(xué)生互相交流的能力和與團隊合作的能力。學(xué)生應(yīng)成為實驗課程的主體，教師只是強調(diào)注意事項以及引導(dǎo)學(xué)生進行思考，改變以往教師演示實驗操作的模式。教師在小組討論之后再進行總結(jié)性的發(fā)言，對各個小組的成果進行評價，以引發(fā)學(xué)生進一步的思考，鼓勵學(xué)生進行更深層次的實驗探究，培養(yǎng)學(xué)生對科研的興趣。

（四）培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力

開設(shè)實驗教學(xué)課程，主要目的就是培養(yǎng)學(xué)生的自主創(chuàng)新能力。如今的一些實驗課，例如曲柄搖桿機構(gòu)運動分析、帶傳動實驗、減數(shù)器的拆裝實驗、軸系結(jié)構(gòu)設(shè)計實驗等，這些實驗都是學(xué)生在教師的指導(dǎo)下按部就班地完成，整個實驗過程中學(xué)生是被動地接受知識，這種教學(xué)方式明顯不利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力[7]。不同的學(xué)生有自己不同的實驗風(fēng)格，所以學(xué)校所發(fā)的實驗指導(dǎo)書內(nèi)容應(yīng)該進行變革，刪除其中的實驗步驟，讓學(xué)生自己一步一步來探索其中的操作過程，不要固化學(xué)生的思維。實驗書上所寫的實驗步驟不一定是唯一的道路，學(xué)生可以發(fā)揮自己的能力開辟出新的實驗步驟。在遇到困難、解決困難后，學(xué)生自己的學(xué)習(xí)信心會大大增強，同時這也能夠培養(yǎng)學(xué)生分析問題和解決問題的能力。在這個不斷克服困難的學(xué)習(xí)過程中，學(xué)生不僅可以學(xué)到知識，還能學(xué)到對待困難問題的態(tài)度和方法，在遇到問題時沉著冷靜，有條不紊地檢查每一個小細節(jié)，縮小范圍，找到問題的所在，并運用所學(xué)的知識解決它。對于那些在實驗中動手、動腦、有創(chuàng)新點的學(xué)生應(yīng)該進行重點培養(yǎng)，因材施教，可以成立課外的興趣學(xué)習(xí)小組，帶領(lǐng)他們參加一些機械設(shè)計大賽，充分培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新力。

（五）虛擬實驗技術(shù)

受到各種條件的限制，很多高校都面臨實驗設(shè)備匱乏的問題，這就導(dǎo)致很多機械設(shè)計的實驗無法在實驗室內(nèi)進行，理論教學(xué)又太過于抽象枯燥，這時就需要運用虛擬實驗技術(shù)。在計算機上建立一個虛擬的實驗室，學(xué)生可以隨時在計算機上模擬各種實驗。虛擬實驗操作簡潔明快，豐富的人機交互以及動畫演示可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，而且虛擬實驗可以通過仿真完美展示機構(gòu)尺寸的動態(tài)關(guān)系，同時看出機構(gòu)運動的具體軌跡，計算機可以自動采集實驗數(shù)據(jù)，避免人為的誤差。對于曲柄搖桿機構(gòu)運動分析實驗，我們完全可以運用計算機軟件完成相應(yīng)的實驗步驟，學(xué)生自主選擇曲柄以及連桿搖桿的長度，按照自己理解將這些桿件在軟件中組裝起來，然后進行運動仿真，觀察機構(gòu)的運動。系統(tǒng)同時還有自動檢查錯誤的功能，如果桿件長度不能滿足轉(zhuǎn)動條件，系統(tǒng)就會報錯，學(xué)生可以根據(jù)相關(guān)信息不斷地調(diào)整各個桿件的長度，直到機構(gòu)能夠順利運行[8]。虛擬實驗具有很大的靈活性，不需要依賴于實驗硬件，可以隨時隨地進行實驗，這節(jié)省了人力、物力，提高了實驗的效果。

（六）實驗內(nèi)容與科技同步發(fā)展

實驗教學(xué)的內(nèi)容應(yīng)該和最新的科學(xué)技術(shù)相結(jié)合，淘汰那些過時的理論實驗，老舊的實驗設(shè)備也不宜使用，這樣的實驗設(shè)備容易有安全隱患，而且用舊設(shè)備得到的實驗數(shù)據(jù)也不準確。實驗室應(yīng)該引進新的實驗設(shè)備，讓實驗室與時代接軌，除了經(jīng)典的實驗課程之外，還應(yīng)該發(fā)展反映現(xiàn)代研究科技成果的實驗技術(shù)，讓實驗課程具有探究和探索的專業(yè)氣息[9]。應(yīng)盡可能讓學(xué)生和時代接軌，讓學(xué)生多了解現(xiàn)代最新的實驗成果，擴展學(xué)生的視野，引發(fā)學(xué)生的思考。同時要盡可能鼓勵學(xué)生多參與一些科學(xué)前沿性的活動，多閱讀一些相關(guān)文獻，了解國際科學(xué)領(lǐng)域的最新狀態(tài)，在實驗中培養(yǎng)學(xué)生的各種能力。

三、總結(jié)

實驗教學(xué)和理論教學(xué)是一個整體，兩者密切相關(guān)，重視理論課程的同時也要重視實驗課程。我校通過實驗課程改革，取得了巨大的成果，學(xué)生在實驗課上十分活躍，才思涌動，每個人都有自己獨特的實驗見解。學(xué)生通過動手實際操作證明自己的想法，在不斷地思考之中學(xué)習(xí)，創(chuàng)造能力得到了很大的提高。學(xué)生從被動的學(xué)習(xí)變成了主動的學(xué)習(xí)，積極參加各種機械創(chuàng)新大賽，并且取得了優(yōu)異的成績。通過機械設(shè)計課程改革，學(xué)生的綜合能力也得到了很大的提升，特別是在動手實踐方面，學(xué)生不只是停留在理論層次，而是擁有豐富的實踐經(jīng)歷，受到了各大用人單位的青睞。為了響應(yīng)國家對創(chuàng)新型人才的需求，我們要堅持以創(chuàng)新為中心，通過教學(xué)改革以及現(xiàn)代化教學(xué)手段，不斷培養(yǎng)高素質(zhì)技能型人才。

[ 參 考 文 獻 ]

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[4] 武照云，李麗，朱紅瑜，李廣玉，劉保國.機械原理與設(shè)計虛擬仿真實驗教學(xué)平臺的設(shè)計[J].實驗技術(shù)與管理，2017（8）：121-124.

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[責(zé)任編輯：陳 明]