机械原理实验教学创新模式探索

李方

【摘 要】机械原理实验教学是机械原理课程教学中不可缺少的一个环节，为了符合21世纪社会对机械工程人才的需求，工作在一线的老师从没停止过探索提高实验教学效果的方法和模式。本文在前人取得成果的基础上，结合本校教学的具体情况，对机械原理实验教学提出创新教学理念。该教学模式提出把实验室打造成一个“小型工厂”，在实验室提供理论讲解同时，结合现代教学手段，使学生从看动画到做动画再到动手做模型，一步步加深学生对机械原理基本理论和概念的理解，使学生真正的能将所学用于实践。

【关键词】机械原理；实验教学；教学改革

机械原理作为机械与近机类重要的理论基础课程，在整个专业教学过程中占有重要的地位，不少学者提出了机械原理创新实验教学方法[1]。机械原理是在已学的工程制图、理论力学等基础课后开设的专业基础课程，通过机械原理的学习，逐步拥有把本专业所学知识运用于实践的能力。学生对机械原理基本概论与原理掌握程度直接影响后续课程的学习。而面对机械原理枯燥的概念性知识的讲解，虽然可以借助多媒体等一些现代化手段进行课堂生动讲解，但学生将所学知识运用于实际的能力较差。通过实验教学这一环节可很好的深化学生对基本概念的理解和掌握。传统的机械原理实验课程教学[2]多采用先对模型以及典型机构的观摩加深学生的印象，也有采用创新性实验设计的方式让学生在实验过程中动手做自己的实验，在部分学校实践教学中取得了较好教学效果[3]。针对我校现阶段所处的发展时期，在机械原理教学过程中为了提高学生的学习兴趣，加深课堂所学概念和原理的理解，提出了一种实验创新教学模式。

1 合理的利用学校现有资源

我校目前正处于机械专业发展的初期，在资源有限的条件下，为了给学生创造良好的学习条件，我们在做相关专业的某一个实验时，同时会向学生开放所有的实验室。实验室所有的设备器材都可以使用，例如我们在进行机械原理齿轮凸轮创新机构设计时，我们会提供齿轮凸轮传动机构的机构运动简图，以及齿轮的表达符号，同时开放齿轮凸轮柜（包括各种类型的齿轮与凸轮），齿轮范成法制造过程实验室，以及减速箱拆卸组装实验室参观具体的运动模型等等。这样整合所有实验室的资源，把实验室变成一个类似小工厂的模式。尽可能多的包括实验教学中的所有模型。其次，充分利用学校实验室配备的多媒体教学资源，在模型进行讲解的同时，作为实验老师，还会对所认识的机械结构或机构进行动画演示，然后让学生学习相关模型的动画制作。同样以齿轮凸轮创新机构设计为例，我们不但给学生讲解动画运动的机构运动原理，并教学生运用软件进行动画制作（采用软件进行动画制作教学过程使学生的学习兴趣有明显的提高），让学生在看演示听讲解的过程进一步对其工作原理有充分理解。

这样在实验教学过程中，不只是老师单调乏味的讲解自己的观点，通过这种动画制作的方式，增加了师生之间的交流，具有很好的互动性，使得实验气氛活跃，增加学生的学习兴趣。

2 充分利用学生的资源

现在的大学生基本上都有自己的学习电脑，遇到不会的问题第一时间都会到网上搜索，因此充分利用学生自己的资源也相当重要。机械原理主要侧重在对基本概论、符号、字母以及基本原理的理解掌握。为了提高学生的学习兴趣，在机械原理实验教学过程中，将参与实验的学生采用分组合作的方式，通过实验室的第一步讲解，以及动画的观看，课后会让学生回去制作自己设计方案，一般每4-5人一组设计一个可行的实验方案。实验方案不限制任何机构的选择，提倡学生在课外进行自主设计，并把自己的想法用简单的机构符号绘制出机构运动简图，并对其是否干涉以及自由度等进行运动原理的计算。同样像齿轮凸轮机构的创新实验，每一个小组的人员首先提出自己的设计意图包括自己设计的运动简图，在一起进行讨论，然后选择一个较为好的实验设计方案，进行运动动画的制作以及运动简图的绘制。并在下一次实验时对各组做好的机构模型进行拼接。

通过实验过程中学生课后自主设计过程的实施，提供了学生创新创作的广阔平台，使学生对所运用到的实验模型的的表示符号，机械运动原理的设计方法以及合理性计算有了更加深厚的理解和掌握。

3 实验室动手实践

机械设计过程理论和实践存在一定的差异，因此虽然每一组都有自己绘制好的机构运动简图，但在实验室进行具体拼接和装配的过程中，总是会存在这样或那样的问题。像齿轮凸轮机构的创新设计，不同的实验设计组提出的设计方案各不相同，但都会存在问题，最常见的问题有部分机构虽然原理上能行，一个自由度一个驱动机，但凸轮就是不能动；还有就是有的同学在设计机构时由于运动链条数过多造成计算自由度选择原动机数目不准确。在这种情况下，一方面，促使学生反思自己设计方案上的问题，在设计小组内进行的讨论，以寻找解决问题的方法，另一方面，指导老师根据自己的实践经验和知识积累，指导帮助他们从哪些地方去寻找问题的根源并解决问题，从而使所设计的机构能到达预期的目标。

通过讲解和学生自己动手创作过程后，在实践过程中让学生感受理论知识与实践工程操作的区别，体会工程实践中并不是所有设计好的机械原理图都能转化成所需要的运动机构，促使学生从实践中不停的反思，培养学生创新设计思维与解决工程实际问题的能力，同时培养学生工程实践当中的团队协作能力，增加师生之间的互动，在通过这样一系列实验设计课程锻炼后，加深学生对机械原理中知识链的理解和掌握。

4 总结

通过采用上述的创新实验教学模式，一方面，充分利用了学校对学生开放的实验室资源和学生自己拥有的资源。另一方面，通过分组自主创作的方式，充分调动了学生学习的积极性，提供学生课后创新创作的广阔天空，提高学生的创作兴趣，锻炼学生的团队协作能力，增加师生互动提高学习效率。通过多组机械班的实验教学，对其中创新性实验设计采用该实验教学模式，取得了较为满意的教学效果。明显提高了学生的学习兴趣，学生表现出对机械原理中基本概念理解清晰，对常见符号以及对机构运动简图的识图制图能力运用自如，并能根据工程实践合理的选择相应的机构。基本能达到学以致用的效果，使学生具有根据实际问题提出具体可行的解决方案的能力。

【参考文献】

[1]牟萍，文宁，凌丹，杜丽.挖掘创新点，促进机械原理实验改革[J].实验技术与管理，2010（4）.

[2]高江红，马银忠，陆媛.机械原理课程实验教学改革探讨[J].南京工程学报（社会科学版），2007（7）.

[3]何玉林.“机械原理”课程实验教学的现状分析与改革[J].高教论坛，2014（10）.

[责任编辑：王楠]