何玉林 楊連發(fā)

【摘 要】本文分析“機械原理”實驗教學(xué)過程中存在的不足，提出實驗教學(xué)改革的措施：優(yōu)化實驗學(xué)習(xí)內(nèi)容，融合多模式教學(xué)方法，創(chuàng)新多元、多維考核評價，搭建創(chuàng)新創(chuàng)意實踐平臺。

【關(guān)鍵詞】機械原理 實驗教學(xué) 多模式 考核評價

【中圖分類號】G? 【文獻標識碼】A

【文章編號】0450-9889（2021）39-0154-03

“機械原理”是機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)必修的一門重要技術(shù)基礎(chǔ)課，主要由機構(gòu)學(xué)與機械動力學(xué)組成。通過本課程學(xué)習(xí)，學(xué)生掌握機構(gòu)學(xué)和機械動力學(xué)的基本理論、基本方法和基本技能，為機械運動方案設(shè)計和分析提供必要的理論基礎(chǔ)，培養(yǎng)學(xué)生運用課程知識對工程實際中的機構(gòu)選型、組合、變異及機械傳動系統(tǒng)運動方案的設(shè)計和分析能力、機械產(chǎn)品的力學(xué)分析與計算能力，同時培養(yǎng)學(xué)生的團隊合作能力、自主學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)新意識等。該課程的理論性強，光靠學(xué)習(xí)理論知識是不夠的，還需要在實踐中進行應(yīng)用和訓(xùn)練，從而進一步加強學(xué)生對機構(gòu)的工作原理、結(jié)構(gòu)特點、方案設(shè)計和分析、運動分析等的理解和鞏固，為學(xué)生后續(xù)的機械設(shè)計、畢業(yè)設(shè)計和各種科技競賽等奠定良好的理論基礎(chǔ)。但是，在實際教學(xué)中大多數(shù)學(xué)生對知識的掌握和應(yīng)用遠沒有達到預(yù)期的目標。為了更好地實現(xiàn)課程的學(xué)習(xí)目標，結(jié)合新時代全國本科教育工作會議精神、機制專業(yè)工程認證和一流專業(yè)建設(shè)的要求，有必要針對實驗教學(xué)中存在的不足，從實驗內(nèi)容設(shè)計、實驗方式、實驗內(nèi)容考核和評價等方面進行積極探索和實踐，更好地促進學(xué)生對理論知識的掌握和應(yīng)用，能夠?qū)C械工程領(lǐng)域復(fù)雜的機構(gòu)方案進行設(shè)計和分析。

一、“機械原理”實驗教學(xué)過程中存在的不足

隨著課程改革的要求，實驗學(xué)時由原來的8個學(xué)時減少到4個學(xué)時，開設(shè)的實驗項目有機構(gòu)運動簡圖測繪與分析、機構(gòu)組合創(chuàng)新設(shè)計。由于學(xué)生對工程知識背景了解較少，實驗的效果不理想，學(xué)生對機構(gòu)運動簡圖理解和認識不夠。實驗?zāi)Ｊ绞菍W(xué)生事先預(yù)習(xí)，課上教師講解，學(xué)生按照要求進行實驗操作，然后撰寫實驗報告，教師再根據(jù)實驗操作和實驗報告進行評價，學(xué)生與教師之間在課前課后缺乏交流溝通和信息反饋，這不利于學(xué)生的獨立思考和創(chuàng)造空間的發(fā)展，很難激發(fā)學(xué)生的求知欲和學(xué)習(xí)興趣。另外，由于實驗只是課程考核的一部分，一般占比20%，無單獨考核學(xué)分，學(xué)生不夠重視，以致對課程設(shè)計、機械類的科技競賽和畢業(yè)設(shè)計感到無所適從，學(xué)生不能很好地運用理論知識解決實際問題。因此，在實驗學(xué)時減半的情況下，要保證實驗教學(xué)的學(xué)習(xí)效果，提高學(xué)生的知識應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力，滿足新時代對人才的培養(yǎng)需求，急需對“機械原理”實驗教學(xué)進行改革和創(chuàng)新。

二、實驗教學(xué)改革思路

“機械原理”實驗教學(xué)改革基于OBE的教學(xué)理念，以“機構(gòu)”為主線，將“機構(gòu)原理—機構(gòu)方案設(shè)計—結(jié)構(gòu)分析—運動分析—實物拼接/加工/裝配”貫穿整個實驗教學(xué)過程，使實驗內(nèi)容與工程實際相融合，加強學(xué)生課前、課中和課后學(xué)習(xí)管理，發(fā)揮學(xué)生在學(xué)習(xí)中的主體作用，引導(dǎo)學(xué)生主動思考和探究、主動實踐，讓學(xué)生由“被動學(xué)習(xí)知識”向“主動應(yīng)用知識”轉(zhuǎn)變，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和潛能，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新設(shè)計能力以及思考和解決復(fù)雜問題的能力，培養(yǎng)團隊合作精神、提高交流表達能力，真正實現(xiàn)全過程育人。

三、實驗教學(xué)改革措施

（一）優(yōu)化實驗學(xué)習(xí)內(nèi)容

1.重新組織實驗學(xué)習(xí)內(nèi)容

實驗指導(dǎo)書是學(xué)生接觸實驗的第一手資料，其內(nèi)容對激發(fā)學(xué)生的求知欲望和興趣起著至關(guān)重要的作用。結(jié)合多年的實驗教學(xué)經(jīng)驗，并多次與課題組教師進行溝通交流，筆者對“機械原理”實驗指導(dǎo)書進行了優(yōu)化，以“機構(gòu)”為主線，將實驗項目用“原理—方案—分析—拼接/實物”串起來，通過具體內(nèi)容設(shè)計將各個實驗項目由基礎(chǔ)到提高、創(chuàng)新、遞進并有機聯(lián)系。結(jié)合工程實際，在每個項目的前面增加一些工程問題的導(dǎo)入，在項目的后面設(shè)置相應(yīng)的思考題，承前啟后地引導(dǎo)學(xué)生進行思考和探索;增設(shè)創(chuàng)新實驗項目，根據(jù)機械設(shè)計類競賽主題、科研項目等，增加課外開放創(chuàng)新項目，供學(xué)生選做。

2.創(chuàng)建立體實驗指導(dǎo)書

將每個實驗項目的重要知識點或?qū)嶒炘O(shè)備操作等錄制成微課，生成相應(yīng)的二維碼，把微課嵌入實驗指導(dǎo)書中，學(xué)生通過掃描二維碼進行相應(yīng)的課前預(yù)習(xí)和課后復(fù)習(xí);通過優(yōu)化實驗學(xué)習(xí)內(nèi)容，更好地引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)，激發(fā)學(xué)生的求知欲和學(xué)習(xí)興趣。

（二）融合多模式教學(xué)方法

1.理實穿插式教學(xué)

如機構(gòu)運動簡圖測試與分析課程，教師在講授理論課時，先讓學(xué)生進入實驗室開展機構(gòu)的認知實習(xí)，了解機構(gòu)的運動，然后再回到教室進行機構(gòu)運動簡圖理論學(xué)習(xí)，開展“理論—實驗—理論”穿插式教學(xué)。

2.課前課后線上輔導(dǎo)

實驗課前，實驗教師基于“互聯(lián)網(wǎng)+”教育和信息化教育技術(shù)，建立與學(xué)生的互動交流平臺（QQ群、雨課堂等）和機構(gòu)運動簡圖測繪虛擬軟件，將指導(dǎo)書發(fā)給學(xué)生，要求學(xué)生根據(jù)不同項目內(nèi)容搜集相應(yīng)機構(gòu)的素材或根據(jù)教師分享的素材，完成預(yù)習(xí)資料中的問題，如預(yù)先繪制虛擬軟件提供的不同機構(gòu)的機構(gòu)運動簡圖，分析該機構(gòu)的原理圖、結(jié)構(gòu)組成、運動分析、應(yīng)用特點等，引導(dǎo)學(xué)生在課前積極思考和探索，發(fā)現(xiàn)生活中不同機構(gòu)在原理、結(jié)構(gòu)和應(yīng)用等方面的不足之處，將機構(gòu)的原理、結(jié)構(gòu)、運動特性等重要知識聯(lián)起來;課后通過平臺及時關(guān)注學(xué)生預(yù)習(xí)、實驗和總結(jié)中存在的問題，并及時反饋給學(xué)生。

3.課上線下指導(dǎo)

課上，教師講授“必需”而非“系統(tǒng)”的專業(yè)知識，通過提問盡可能引導(dǎo)、啟發(fā)學(xué)生參與討論和交流，鼓勵學(xué)生充當(dāng) “講師”，將自己學(xué)的知識先進行加工、建構(gòu)，然后教授給其他同學(xué)，教師和同學(xué)對主講學(xué)生進行點評;鼓勵學(xué)生充當(dāng)教師的指導(dǎo)助手，對其他同學(xué)實驗過程中出現(xiàn)的問題進行分析判斷，并正確、合理地指出和改正錯誤。這樣能更好地促進學(xué)生對知識的消化和吸收。

4.課外自主創(chuàng)新

鼓勵學(xué)生將機械原理的相關(guān)內(nèi)容融入實際的生產(chǎn)和生活中，通過多渠道（包括網(wǎng)絡(luò)、生活中的常見機構(gòu)、競賽作品、虛擬仿真軟件、大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練項目、科研項目等）獲取相關(guān)機構(gòu)的知識，引導(dǎo)學(xué)生進行自主學(xué)習(xí)，發(fā)現(xiàn)自己的興趣點，找到創(chuàng)新思考源泉。

改變傳統(tǒng)的單一教學(xué)方法，針對不同的實驗內(nèi)容，融合理實穿插式教學(xué)，課前課上課后課外、線上線下“四位一體”相結(jié)合等多種教學(xué)模式，充分發(fā)揮學(xué)生“學(xué)”的主體作用和教師“教”的主導(dǎo)作用，讓學(xué)生真正懂得要學(xué)什么、怎樣學(xué)、在哪里學(xué)，即學(xué)習(xí)的內(nèi)容和學(xué)習(xí)的方法，發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性，提高“學(xué)”和“用”的能力。

（三）創(chuàng)新多元、多維考核評價

實驗是將理論知識應(yīng)用于實際，促進學(xué)生對理論知識的理解和應(yīng)用，需要對實驗學(xué)習(xí)成效進行多指標綜合考核評價。評價的主體包括學(xué)生和教師，評價的內(nèi)容包括預(yù)習(xí)情況、實際操作情況、課堂表現(xiàn)（參與討論、充當(dāng)“講師”和輔導(dǎo)情況等）、課后學(xué)習(xí)（實驗報告、思考題等）。通過雨課堂檢測對實驗指導(dǎo)書內(nèi)容主動學(xué)習(xí)的能力和對問題的思考能力;通過充當(dāng)“講師”和教師助手的角色，培養(yǎng)學(xué)生的自我展示能力、口頭表達能力、專業(yè)理解能力;通過實際操作，培養(yǎng)學(xué)生的動手能力和對知識的理解、應(yīng)用能力;通過學(xué)生互評，培養(yǎng)學(xué)生對問題的分析判斷能力和交流能力;通過實驗報告，培養(yǎng)學(xué)生的數(shù)據(jù)分析能力、設(shè)計能力、文字表達能力和總結(jié)能力;通過課外開放創(chuàng)新項目，培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)新思維能力。通過教師、學(xué)生之間的多元、多維對實驗的全過程進行考核評價，引導(dǎo)學(xué)生從認識和行動上對實驗的重視，提升學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力、表達能力和應(yīng)用能力，促進學(xué)生的全面發(fā)展。

（四）搭建創(chuàng)新創(chuàng)意實踐平臺

針對開放創(chuàng)新項目的訓(xùn)練，結(jié)合理論課的大作業(yè)和課程設(shè)計，搭建開放的創(chuàng)新創(chuàng)意實踐平臺，為學(xué)生的創(chuàng)新創(chuàng)意作品的實現(xiàn)提供實物拼接和3D打印。學(xué)生自愿組隊，每一隊分配相應(yīng)的項目任務(wù)，項目可以是企業(yè)的產(chǎn)品、科技競賽主體產(chǎn)品、生活使用產(chǎn)品等，按照“原理—方案—建?！抡妗治觥獙嵨铩钡挠?xùn)練過程，完成項目訓(xùn)練的內(nèi)容。首先通過查閱文獻資料，熟悉產(chǎn)品原理，設(shè)計方案，并對設(shè)計方案進行改進，建立三維模型，分析該模型的可行性;其次利用虛擬仿真技術(shù)，仿真分析產(chǎn)品的運動性能，檢查產(chǎn)品是否滿足預(yù)定的設(shè)計要求;最后利用實驗室的實踐平臺進行實物拼接，進一步驗證方案的可行性。對一些好的產(chǎn)品，按照縮小比例的方法可以利用3D打印技術(shù)，在實驗室的3D打印機上將作品最終打印出來，然后進行裝配調(diào)試，最終將學(xué)生的想法真正變成可以看得見、摸得著的實物產(chǎn)品。通過這種方式，在培養(yǎng)學(xué)生的產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計能力、軟件分析和應(yīng)用能力的同時，增強學(xué)生的成就感和自信心。

四、改革效果

改革成果在桂林電子科技大學(xué)2018級和2019級機制、車輛專業(yè)中進行了初步實施，從實施的效果看，通過使用雨課堂對學(xué)生的預(yù)習(xí)效果進行客觀評價，有效地對學(xué)生的實驗自主學(xué)習(xí)進行跟蹤和提醒;對實驗的全過程考核評價結(jié)果進行分析，部分學(xué)生理論知識扎實，口語表達能力較好，但實踐能力較差;部分學(xué)生動手能力較強，但文字表達和數(shù)據(jù)分析能力較弱;部分學(xué)生顯示出較好的自主學(xué)習(xí)能力，有較強的好奇心，能對產(chǎn)品進行創(chuàng)新設(shè)計，積極參加機械創(chuàng)新設(shè)計大賽、全國數(shù)字化三維創(chuàng)新設(shè)計大賽、全國大學(xué)生工程訓(xùn)練能力大賽等科技類競賽和大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練項目等。可見，通過對“機械原理”實驗教學(xué)改革，對提高學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣起到較好的促進作用。從評價結(jié)果看，實驗教學(xué)改革有效展現(xiàn)了不同層次學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，有利于發(fā)現(xiàn)各個學(xué)生的學(xué)習(xí)優(yōu)勢和不足，并對學(xué)習(xí)較差的學(xué)生進行提醒和幫助，更好地幫助學(xué)生成長和成才。

總之，“機械原理”實驗教學(xué)改革堅持以學(xué)生為中心，但需要學(xué)生、教師的共同參與和付出，在思考怎樣提高學(xué)生“學(xué)”和“用”的能力的同時，也是對提高教師“教”的能力的考驗。因此，要求教師要順應(yīng)新時代的潮流，進行自我革新，不斷學(xué)習(xí)新思想、新理論和新方法，并應(yīng)用于教學(xué)實際，將知識內(nèi)化于能力培養(yǎng)中，從而提升教師“教”的能力，更好地當(dāng)好學(xué)生學(xué)習(xí)的引路人，使學(xué)生和教師都從教學(xué)改革中受益。

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注：桂林電子科技大學(xué)智能制造實驗實訓(xùn)教學(xué)中心項目“新時代背景下的機械原理實驗教學(xué)改革與實踐”（2020JDSYZXA01）

【作者簡介】何玉林（1980— ），女，湖南永州人，桂林電子科技大學(xué)高級實驗師，碩士生導(dǎo)師，主要從事機械原理、機械設(shè)計實驗教學(xué);楊連發(fā)（1965— ），男，貴州黎平人，桂林電子科技大學(xué)教授，博士生導(dǎo)師，研究方向為模具設(shè)計和專業(yè)綜合設(shè)計教學(xué)。

（責(zé)編 蘇 林）