机械原理实验教学新体系的建设与实践

王聪慧，王 顺，熊 健

（吉林大学机械科学与工程学院，吉林长春 130025）

机械原理课程是工科院校机械类专业必修的一门主干技术基础课程，课程包括理论教学和实践教学两部分。实验教学作为实践教学的重要内容之一，在学生理论知识巩固、实践能力训练、综合设计能力提高，合作精神培养、创新意识形成等方面发挥着重要作用[1]。传统的机械原理实验教学内容和组织方式都是以辅助理论教学为目的，以演示、验证型实验为主，在帮助学生理解基础理论知识，掌握、巩固相应知识点方面有其独特优势[2]。然而，功能单一、学生动手机会少的传统课程实验不适合培养工程实践能力强、综合设计能力和创新设计技能高的人才，不能满足新世纪我国工程教育在高级工程人才培养目标方面的需求。针对传统实验教学的不足，依托国家工科机械基础课程教学基地和实验教学中心建设项目，我们建立了机械原理实验教学新体系。

1 实验教学新体系的建设思路

以培养大学生综合设计和创新能力为目标，根据学生的认知规律[3]，我们将机械原理实验教学分成了三个层次：验证型实验、综合设计型实验和研究创新型实验。机械原理课程是本科生学习阶段的第一门工程设计类课程。要理解课程中诸如构件、运动副等陌生概念，掌握各种典型机构的组成、运动特点和设计原理等复杂知识，单纯的课堂讲授会让认识过程艰难而漫长。通过认识工具的参与以及感觉器官的作用，学生便可以把各种机构的复杂实物形态信息迅速地转化为适于主体思维的信息。因此演示、验证型实验是帮助学生快速理解、掌握相关理论知识，轻松进入课程学习状态的最有效的实验模式。

经历一段时间的理论学习和实验认识，学生对课程中的基本概念和典型机构的基本知识有了感性认识，并具备了一定的分析和解决问题的能力。然而，机械原理课程教学内容在近十余年中，已经从传统的以机构运动和动力分析为主转向为以机械系统运动方案设计、机构的综合为主。为跟上教学内容改革的步伐，实验教学内容必须对机械系统的整体概念进行强化，对学生的综合设计能力进行重点训练。综合设计型实验就是因此目的开设的。这类实验以机械系统整体运动方案设计为训练核心，将典型机构外延到电、液、气、光、磁等驱动和控制的广义机构，植入机-电-液一体化概念，添加结构设计和机械制造的简单知识，拓展了验证型实验的广度、深度和难度，更具有应用性、系统性和综合性。经历了综合设计型实验的训练，学生的动手能力、解决问题能力，特别是综合设计能力得到提升，机械系统的整体概念得以强化。此时部分思维敏捷、兴趣浓厚的学生逐渐脱颖而出，进一步的实践锻炼便会激发这些学生主动参与实践活动的热情，激发他们的创新思维和创造性解决问题的能力。研究创新型实验就是以激发学生的创新潜能为训练目标设计的，可以有两种实验平台：一是自制实验台，实验目的、方案、实施过程由学生自己制定，留给学生足够的自学空间和创新空间，完成预期实验项目；二是利用实验教学中心各种综合性、专业性的实验台开展创新实验研究。

2 实验教学新体系的实践

2.1 实验教学新体系

基于上述建设思路和实验室的实际情况，我们开发了如下实验教学体系(表1)。

表1 机械原理实验教学体系

2.2 实验教学新体系的特点

(1)实验教学内容根据学生的认知规律，分层次设置，逐步扩展了内容的广度、深度和难度，具有系统性；(2)将部分课堂教学内容转到验证型实验中，让学生在实验中分析、理解和掌握，如渐开线齿轮加工的知识并不在课堂教学中讲解，而是在齿轮范成原理实验中呈现；(3)综合设计型实验自主开发，独立设课，跨课程，拥有独立学分和自编实验教材，实验学时充足，保证了实验教学的质量；(4)综合设计型实验的指导教师为理论课教师。教学中教师不过多参与实验设计、操作和分析，只做辅助性引导和启发，全部实验过程由学生以实验小组形式协作完成，构建了以教师为主导、以学生为主体的教学组织模式；(5)建立大学生创新基地，通过创新实验室提供的设备自制实验台和利用实验中心资源两种方式开展研究创新型实验。学生自建创新团队，配有实验指导教师，依托课外科技创新竞赛项目和教师的科研课题开展创新实验研究。(6)三类实验的考核方式不同：验证型实验通过实验报告和期末试卷协同考核；综合设计型实验通过实验小组现场演示、答辩和提交科技报告的形式考核；研究创新型实验的效果将直接反映在大学生课外科技竞赛项目的结果中。

2.3 实验教学效果

实验教学新体系历经几年的实践，获得了明显的效果，主要表现在：(1)辅助学生理论学习。实验教学毫无疑问可以帮助学生巩固理论知识，并且在目前课程学时严重缩短情况下，将部分课堂教学内容转到实验教学中，一定程度上缓解了学时紧张问题；(2)学生的自学能力得到增强，实验技能得到强化，综合设计能力得以提高。综合、研究型实验要求学生能够综合运用机械原理、设计、制造、机电一体化等多门课程知识，而大多数课程的基础理论知识要依靠学生自学提前获得，这很好地锻炼了学生的自学能力。分层次的实验教学强化训练了学生综合应用所学理论知识和高级工程软件进行工程设计的能力，利用各种实验手段进行实验研究的能力以及实验数据的处理能力，逐步建立应用先进的技术和工具解决工程问题的习惯和能力；(3)培养了学生的团队协作精神。以实验小组或创新小组形式开展的实验活动让学生充分意识到了团队协作的重要性，这种协作精神在实验中得到磨练；(4)学生实践积极性高涨，创新意识增强，创新能力提高。综合、研究型实验的教学组织形式和评价体系充分调动了学生的主观能动性，学生参与实践活动的积极性更高，创造性更强；(5)促进了教师知识更新。承担实验教学任务的教师必须不断丰富和更新自己的知识，掌握学科发展的前沿，掌握科学研究方法，学习运用各种先进的实验手段，努力提高自己的业务水平，才能迎接实验改革带来的挑战。

3 结语

机械原理实验教学新体系历经几年的建设与实践，获得了良好的教学效果，但仍存在一些不足之处。开放实验教学的管理、高素质实验师资队伍的建设、考核评价体系的完善、研究创新型实验内容的选择等方面还有待进一步的探索和完善。机械原理实验教学改革是一项延续性的工作，需要我们坚持不懈的努力，才能产生出新的、高水平的改革成果。

[1]房海蓉,方跃法.谈机械原理实践教学改革对学生创新素质的培养[J].北方交通大学学报:社会科学版,2003,2(3):63-66.

[2]陈爱华.实验教学体系改革探索与实践[J].实验科学与技术,2012,10(3):54-56.

[3][美]布鲁纳.教育过程[M].北京:文化教育出版社,1982:25-27.