機械設(shè)計基礎(chǔ)實驗教學(xué)改革與創(chuàng)新能力培養(yǎng)

徐淑珍

摘要 機械設(shè)計基礎(chǔ)課程的實驗教學(xué)在整個教學(xué)體系中占有十分重要的地位。不斷摸索該實驗教學(xué)環(huán)節(jié)的組織、設(shè)計和教學(xué)方法，使其達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識、創(chuàng)新能力的作用，將會使理論教學(xué)更主動，學(xué)生掌握知識更容易。

關(guān)鍵詞 機械設(shè)計基礎(chǔ) 實驗教學(xué) 創(chuàng)新能力

中圖分類號：G424 文獻標(biāo)識碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdks.2017.05.067

“機械設(shè)計基礎(chǔ)”是機械專業(yè)學(xué)生的主要技術(shù)基礎(chǔ)課程之一，是培養(yǎng)學(xué)生分析、解決工程實際問題和創(chuàng)新能力的主干課程，是連接基礎(chǔ)理論知識和實踐的橋梁。機械基礎(chǔ)實驗教學(xué)不僅是培養(yǎng)學(xué)生理論與實踐相結(jié)合、解決分析問題的能力，同時它也是啟迪學(xué)生創(chuàng)新思維、開拓學(xué)生創(chuàng)新潛能的重要手段。因其自身的基礎(chǔ)性和平臺作用，可以方便地指導(dǎo)學(xué)生進行發(fā)散思維訓(xùn)練和創(chuàng)新設(shè)計工作。而機械設(shè)計基礎(chǔ)實驗教學(xué)正是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的一個重要環(huán)節(jié)。

1實驗教學(xué)的重要作用

實驗教學(xué)是使學(xué)生在特定的環(huán)境下通過學(xué)生的主觀努力完成的教學(xué)過程，它在培養(yǎng)學(xué)生綜合能力方面具有特定的優(yōu)勢，它的直觀性、實踐性、綜合性是理論教學(xué)不可替代的。學(xué)生通過實踐教學(xué)培養(yǎng)出來的綜合能力包括動手能力、觀察分析能力和勇于探索的創(chuàng)新精神。在實驗的過程中，學(xué)生不僅可以學(xué)會選擇、正確使用各種儀器，而且可以驗證所學(xué)的基本理論，培養(yǎng)實事求是的科學(xué)態(tài)度。同時，實驗教學(xué)是學(xué)生鞏固理論知識、掌握實驗技能、培養(yǎng)創(chuàng)新思維的重要環(huán)節(jié)，從某種意義上講，對啟發(fā)學(xué)生的想象思維和創(chuàng)新意識起著點石成金的作用。

機械設(shè)計基礎(chǔ)課程是學(xué)生進行機械綜合設(shè)計的基礎(chǔ)課程，同時也是工程意識訓(xùn)練的主要課程。機械設(shè)計基礎(chǔ)實驗教學(xué)是一個必不可少的實踐環(huán)節(jié)，它對實現(xiàn)理論課程教學(xué)目標(biāo)起著特別關(guān)鍵的作用。

加強實踐教學(xué)環(huán)節(jié)是高等工科院校課程教學(xué)改革的一個特別重要的方向。改革以往高校課程教學(xué)中重視理論知識，輕視實踐環(huán)節(jié)、忽略實際應(yīng)用的狀況；完成全新的實驗教學(xué)體系的構(gòu)建；滿足社會對創(chuàng)新型人材培養(yǎng)的要求。為此目的，我們緊緊圍繞機械設(shè)計基礎(chǔ)課程教學(xué)內(nèi)容與體系，對機械設(shè)計基礎(chǔ)實驗教學(xué)的方法進行了改革探索，完善了實驗教學(xué)體系、改革了實驗教學(xué)手段和方法。

2重視基礎(chǔ)性實驗，培養(yǎng)學(xué)生的基本技能

基礎(chǔ)性實驗大多屬于演示性和驗證性實驗，如機械認(rèn)知實驗、齒輪范成實驗、帶傳動實驗等，但這些實驗對促進學(xué)生理解課程內(nèi)容基本原理，掌握基本技能，消化吸收基本概念，鞏固基礎(chǔ)知識，培養(yǎng)科學(xué)思維的能力和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)起著直接的作用，是由感性認(rèn)識進一步發(fā)展成理性認(rèn)識的過程。因此，如何最大限度發(fā)揮基礎(chǔ)性實驗在教學(xué)中的作用，是廣大教師應(yīng)該深思的問題。我院結(jié)合機械原理及機械設(shè)計實驗室目前的具體情況，在實驗教學(xué)方法、實驗要求和方式上的進行完善和改造，使其發(fā)揮更好的作用。

如在機械認(rèn)知實驗中，我們針對機械原理部分、機械設(shè)計部分分別配備了實驗演示柜、實物展示柜和機械系統(tǒng)展示廳，組成了機械認(rèn)知的實驗教學(xué)體系，并有機地與工程訓(xùn)練中心、機電一體化實驗室等相關(guān)專業(yè)實驗室相結(jié)合，充分做到可看、可記、可操作。在整個機械認(rèn)知實驗中，教師除了做認(rèn)真的講解外，允許學(xué)生隨時提問，鼓勵學(xué)生動手操作，引導(dǎo)學(xué)生開展討論，充分調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，激發(fā)學(xué)生對機械認(rèn)知的興趣，培養(yǎng)學(xué)生掌握實驗操作技能，這樣的教學(xué)模式深受學(xué)生歡迎。

又如在機構(gòu)運動簡圖測繪實驗中，實驗室提供大量的機構(gòu)模型，讓學(xué)生親手測量機構(gòu)尺寸，并按一定的比例關(guān)系繪制出合理的運動簡圖，增強學(xué)生對理論教學(xué)內(nèi)容的理解，然后再對一臺真實的內(nèi)燃機進行實際機構(gòu)的測繪，實驗的難度逐步加大，鍛煉學(xué)生實際動手能力、發(fā)現(xiàn)問題、解決實際問題的能力。這些實驗為實驗教學(xué)有力開展打下了堅實的基礎(chǔ)，為實驗教學(xué)順利有序的進行提供了基本保障。

3更新實驗教學(xué)內(nèi)容，培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力

提高實驗教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力，必須對實驗教學(xué)內(nèi)容、手段、方法進行更新，改變實驗教學(xué)環(huán)境，提高實驗教師水平。為了培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力，必須改善現(xiàn)有的教學(xué)條件，為此，我們購置一些新的實驗設(shè)備，編寫實驗大綱、實驗指導(dǎo)書，開展應(yīng)用性較強的設(shè)計性、綜合性實驗研究。

在JCY機械傳動性能綜合性實驗臺上開設(shè)機械傳動性能綜合性實驗。該實驗可對齒輪傳動、帶傳動、鏈傳動、蝸桿傳動等機械傳動或上述組合的傳動系統(tǒng)進行綜合性能測試。實驗突出了設(shè)計性、綜合性的特點。通過該項實驗學(xué)生掌握合理布置機械傳動的基本要求，機械傳動方案設(shè)計的一般方法，并利用機械傳動綜合實驗臺對機械傳動系統(tǒng)組成方案的性能進行測試，分析組成方案的特點，設(shè)計滿足條件的機械傳動系統(tǒng)，完成傳動系統(tǒng)運動參數(shù)和組成方案設(shè)計。掌握機械傳動系統(tǒng)性能測試的基本原理和方法，測試常用機械傳動裝置在傳遞運動與動力過程中速度曲線、傳動比曲線、效率曲線等各種參數(shù)曲線。按照組成方案搭接機械傳動性能測試系統(tǒng)并進行測試，完成組成方案的機械性能分析，樹立用實驗手段來分析機械設(shè)計方案的思想，加深對常見機械傳動性能的認(rèn)識和理解，培養(yǎng)了學(xué)生的綜合能力。

在3DMC實驗臺開展機構(gòu)組合與創(chuàng)新實驗。學(xué)生通過機械原理、機械設(shè)計學(xué)習(xí)中所萌發(fā)的創(chuàng)造性思維可以從本實驗臺上得以實現(xiàn)。該實驗臺可拼裝連桿機構(gòu)、齒輪機構(gòu)、凸輪機構(gòu)、間歇運動機構(gòu)、帶傳動、鏈傳動、蝸輪蝸桿傳動以及由它們組合成的性能各異、平面的、空間的機械傳動系統(tǒng)，培養(yǎng)了學(xué)生機械傳動方案的設(shè)計能力。實驗臺可以測試原動件和執(zhí)行構(gòu)件以及中間任意構(gòu)件的位移、速度、加速度等參數(shù)，學(xué)生將測試的參數(shù)與設(shè)計結(jié)果及理論分析結(jié)果進行比較，增強了學(xué)生的創(chuàng)新意識和實際動手能力。

軸系結(jié)構(gòu)設(shè)計與分析實驗。軸系結(jié)構(gòu)是機械系統(tǒng)的重要組成部分，涵蓋了軸承、聯(lián)軸器、鍵聯(lián)接及螺紋聯(lián)接，轉(zhuǎn)子動力學(xué)等內(nèi)容。通過該項實驗，學(xué)生們掌握了軸及軸上零件的結(jié)構(gòu)、功用、工藝要求和裝配關(guān)系；熟悉軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計和軸承部件組合設(shè)計的基本要求，掌握軸及軸上零件的定位與固定方法；通過軸系部件的組裝與測繪，學(xué)會對現(xiàn)有機械部件進行結(jié)構(gòu)分析，培養(yǎng)結(jié)構(gòu)設(shè)計能力。

4引入創(chuàng)新性實驗，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識

創(chuàng)新性實驗是指通過實驗獲得的新的發(fā)現(xiàn)與發(fā)明，獲得新的技術(shù)和方法，具有一定社會價值的原創(chuàng)性實驗，這類實驗應(yīng)在分析、綜合性實驗基礎(chǔ)上，探索奧秘，獲取新數(shù)據(jù)、新理論和新方法。創(chuàng)新是人類文明進步的原動力，是國民經(jīng)濟發(fā)展的基礎(chǔ)。實驗教學(xué)是培養(yǎng)學(xué)生實踐能力及創(chuàng)新能力的重要方法之一。

在JPCC-II平面機構(gòu)創(chuàng)新組合及運動參數(shù)分析實驗臺開設(shè)平面機構(gòu)創(chuàng)新組合測試分析實驗。該實驗是為本科生和研究生而設(shè)計的有關(guān)平面機構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計的綜合性、設(shè)計性、研究創(chuàng)新性實驗?？蛇M行基本平面機構(gòu)的設(shè)計、拼裝（本實驗臺提供13種以上傳動方案）及進行運動、動力學(xué)分析，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識和工程實踐能力。

在JDT-A/I機構(gòu)系統(tǒng)動力學(xué)調(diào)速實驗臺開設(shè)機構(gòu)系統(tǒng)動力學(xué)調(diào)速實驗。該實驗可對機構(gòu)原動件及執(zhí)行構(gòu)件的動態(tài)參數(shù)進行測試和仿真，利用計算機軟件，角位移動傳感器，數(shù)據(jù)采集卡，觀察機構(gòu)的周期性速度波動現(xiàn)象和繪制測試和仿真曲線；利用飛輪的質(zhì)量變化，觀察分析速度波動變化情況；學(xué)生利用計算機程序進行設(shè)計，獨立自主完成實驗。

開設(shè)計算機凸輪機構(gòu)仿真設(shè)計測試綜合實驗。該實驗通過計算機軟件對機構(gòu)的動態(tài)參數(shù)進行測試，計算機軟件對機構(gòu)的運轉(zhuǎn)進行動態(tài)仿真，凸輪可更換，配備8個不同運動規(guī)律的平面凸輪和一種圓柱凸輪，還配備凸輪制圖軟件，可自行在線切割機上加工任意規(guī)律的凸輪實驗。計算機軟件具有多媒體教學(xué)功能，學(xué)生可自主地進行實驗，培養(yǎng)學(xué)生的獨立工作能力。

5開放實驗室，發(fā)揮學(xué)生的創(chuàng)新能力

針對學(xué)生在機械設(shè)計方面具備的基礎(chǔ)知識、實驗技能、感性認(rèn)識，為培養(yǎng)提高學(xué)生的創(chuàng)新能力，我們開放機械創(chuàng)新實驗室，為學(xué)生提供工程實驗、工程設(shè)計平臺。讓學(xué)生走進實驗室，組建創(chuàng)新團隊，發(fā)揮學(xué)生主體作用，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，把理論與實踐結(jié)合起來，提高學(xué)生的創(chuàng)造性綜合素質(zhì)，培養(yǎng)學(xué)生團結(jié)合作精神。

學(xué)生創(chuàng)新團隊從課題選題、資料收集、申請立項、實驗方案設(shè)計、數(shù)據(jù)分析到報告編寫、結(jié)題答辯，充分發(fā)揮團隊每個學(xué)生的特長，運用所學(xué)的知識，分工合作，開展課題研究，將理論與實踐相結(jié)合。同學(xué)們克服了眼高手低、只說不做的通病，團結(jié)合作精神得到加強，創(chuàng)新意識、創(chuàng)新思維得到拓展，實際動手能力、工程設(shè)計能力得到了全面鍛煉。

學(xué)生在開放的實驗室里，在老師的指導(dǎo)下完成了多項大學(xué)生創(chuàng)新項目，發(fā)表了科技論文，有的項目還申請了國家專利。通過參加創(chuàng)新項目，不但提高了學(xué)生的動手能力，而且對已學(xué)過的理論知識也起到了融會貫通的作用。在這個開放式教學(xué)平臺上學(xué)生的想象力得到充分發(fā)揮，創(chuàng)新意識明顯加強。同時實驗室資源得到了充分利用。

6結(jié)束語

實驗教學(xué)環(huán)節(jié)的教學(xué)改革對任何一門課程都是十分重要的。對于機械設(shè)計基礎(chǔ)這樣一門重要的技術(shù)基礎(chǔ)課程，如何更好地整合資源、發(fā)揮優(yōu)勢，在大學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)上發(fā)揮更大的作用，需要我們不斷的努力和探索。