我校《机械原理》实验课程的改革

徐红芹 毛崇智 王红梅 李爱军

摘要：本文论述了我校《机械原理》实验课程存在的一些问题，从增加实验项目、实验类型，以及拓展实验的开展渠道等几个方面，详细介绍了实验课程改进的一些具体措施，并对改革后的成果和出现的问题进行了总结。

关键词：机械原理;验证性实验;综合性实验;创新能力

中图分类号：G642.0     文献标志码：A      文章编号：1674-9324（2016）40-0086-02

一、引言

《机械原理》课程是机械工程专业的重要专业基础课，是后续《机械设计》等课程的基础，对培养学生掌握一些常见的机构的特性和具有初步设计机械的能力非常重要。而要巩固和加深课本的知识，就离不开实验课程的开展。以前我校《机械原理》课程的实验项目较少，且实验设备陈旧，阻碍了实验课程改革的进行，随着学校经费的投入，实验室陆续购入一些实验设备，为我校实验课程的改革提供了条件。

二、我校《机械原理》实验课程存在的一些问题

经过多年的建设，我校《机械原理》课程已经有非常好的基础，课程体系丰富、合理，配套的习题和资料也很齐全，任课教师多数都有多年教学经验。但作为一门专业基础课，它和工程实践有着紧密的联系，单纯的课堂讲授不能验证、巩固和加深课堂讲授的知识，必须借助实验课程的开展。但目前本课程的实验存在以下一些问题。

1.实验项目少。改革前的实验项目非常少，只有三个实验：参观模型陈列柜、机构测绘和齿轮展成实验。这几个实验涵盖的知识面狭窄，只关系到课本中“机构的组成原理”、“平面连杆机构的特性”和“齿轮的切削法加工”部分的内容。而课本涉及的内容远不止这些，比如还有凸轮机构的设计、间歇运动机构的设计以及机器的动力学等方面的内容。因此有必要拓展实验的内容和数量。

2.实验项目类型单一。改革前的实验项目不仅少而且单一，机构的测绘和齿轮展成实验都是验证性的实验，学生只需按照实验指导书的要求，按部就班地完成要求的步骤即可。参观模型陈列柜这个实验即使连验证性的实验也算不上，最多只是加深学生对这门课程研究对象的理解，以及增加学生学习的兴趣。随着学校和企业对人才培养质量要求的提高，对具有创新性人才的要求越来越迫切，因而增加实验类型，提高学生动手能力，加强学生的创新意识就提上日程。

3.实验的开展渠道狭窄。以往的实验，都是计划内必做实验。一般在相关课程内容讲授完成后，按照任课教师的安排，由学生和实验室相关实验人员联系，按照实验设备的情况，把学生分成若干小组，课内学时完成不了的，在学生的课余时间内完成。在这种情况下，即使实验室还有其他实验设备，能够开展其他实验，学生想做这些实验，也没有可能。在中央和地方共建实验室后，国家和学校陆续投入了大量资金，购入了许多设备，能够开展各种类型的实验，因而有必要拓展实验的进行渠道。

4.不能充分调动学生的积极性。实验类型单一，多为验证性实验，并且都是必做实验，学生按照实验老师的要求操作即可。有部分同学可能并不清楚每个实验步骤的目的，实验的效果可想而知。在这种情况下，很难调动起学生对实验的积极性，也难以达到提高学生动手能力和创新能力的要求。

三、改革的具体措施和手段

1.在实验室讲授绪论部分内容。本课程绪论部分主要介绍《机械原理》课程的研究对象及课程的内容等知识。通过这一章的学习，使学生了解课程的研究重点，在机械专业中的重要地位和作用;了解学科的发展趋势;增强学生对课程的感性认识，从而调动学生学习这门课程的兴趣。以前这部分内容主要为课堂讲授，同时借助多媒体教学。虽然也能讲清楚一些基本知识和内容，但缺乏感性认识，难以调动学生的积极性，从而也失去了绪论这部分章节应起的作用。改革后，绪论课改在实验室的模型陈列室上，教师一边讲授相关的内容，一边动手操作。模型陈列室的机构多种多样，有许多都是和生产实践紧密联系的机构，并且很多机构通过控制都可以运动起来，生动有趣的运动模型即增加了学生对机构的感性认识，又能加强学生对课程的兴趣，从而能够充分调动起学生对课程学习的热情。

2.和生产实践相结合。本课程的教学任务，除了要求学生掌握一些基本知识和基本理论外，还要能够理论联系实际，运用所学知识解决一些工程实践的问题。因此教师除了授课时讲一些和课本知识相关的具体案例外，还要激励学生走出教室，通过仔细观察和思考，运用所学知识分析和解决一些力所能及的问题。在讲完机构运动简图的绘制后，除布置书面作业外，还可让学生走向社会，通过自己观察和思考，绘制一些简单机构的运动简图。比如家里有缝纫机的学生，可以通过观察和测量，绘制出缝纫机的踏板机构运动简图;在外面修补鞋子时，通过观察补鞋机的运动，绘制出补鞋机的机构示意图等。这样，既巩固了所学知识，又能锻炼学生的观察和思考能力，进而做到理论和实践相结合，让学生认识到所学知识确实有用，从而增加学习的动力。

3.增加实验项目和实验类型。在传统实验项目基础上，结合实验室购入实验设备情况，增加了动平衡实验、平面机构设计实验、简单机构性能测试分析实验、平面机构创意组合分析测试实验以及系统动力学调速实验。除动平衡实验为验证性实验外，其余实验均为设计性或综合性实验。①创新设计实验。平面机构设计实验为创新性实验。实验设备包括组成机构的各种构件和运动副。学生可根据平面机构的组成原理，首先选择所需的各种杆组，然后用相关的运动副将有关构件联接起来，再将它们依次联接到机架和原动件上，就可以创造出各种各样的机构。设计完成后，再根据机构具有确定运动的条件，计算所设计“机构”的自由度，来判断机构能否运动以及所需原动件的数目。通过该实验，既能锻炼学生的动手能力，又能培养学生的创新意识，为学生设计各种机构提供了一种思维方法，同时通过实验，对课本“平面机构的组成原理”部分进行了验证，从而做到理论和实践相结合。②综合性实验。简单机构性能测试分析实验、平面机构创意组合分析测试实验及系统动力学调速实验均为综合性实验。简单机构性能测试分析实验：能够设计和分析测试若干个常用的机构。以曲柄滑块机构为例，有两种设计方法，分别为：按行程速度变化系数K设计和实现连杆运动轨迹设计。学生可将设计好的参数输入计算机，进而得到所测试构件的速度、加速度曲线，通过线图直观地看到所设计的机构是否合乎要求;还可通过计算机对所测试的曲柄滑块机构的曲柄或连杆等尺寸进行优化，得到优化后机构中某构件的速度和加速度仿真曲线，通过前后对比，了解曲柄和连杆等的尺寸对机构运动特性的影响，认识到即使是同一类型的机构，但机构中各构件的尺寸不同，也对机构的运动性能有很大的影响，从而加深对课本中相关知识的理解。平面机构创意组合分析测试实验：学生可按照自己所设计机构的功能要求，根据机构常用的组合方式，先拟定机构的运动方案，再进行相关机构的选型，在选型时必须仔细对比各种候选机构的不同特点和适用场合，选择符合运动和动力要求的机构，从而进一步加深学生对各种不同机构性能的了解。在运动方案拟定后，再根据所设计的机构，利用有关的工具，把所设计的机构组装起来，机构安装完成后，还可利用电机驱动原动件运动，验证所设计的机构是否可行。这样既锻炼了学生拟定机械运动方案的能力，又增强了学生的动手能力。系统动力学调速实验：通过该实验，可使学生了解等效驱动力矩、等效阻力矩和等效转动惯量等对周期性速度波动的影响，掌握对周期性速度波动的调节手段，掌握飞轮设计的有关问题。

4.拓展实验开展渠道。除计划学时内必做实验外，其余实验可安排在课外进行，学生可按兴趣选做其中的几个实验，充分调动学生的积极性。同时，有关老师成立若干个创新实验小组，争取学校一定的经费支持，在教师的指导下，学生完成有关的设计和操作，并对实验结果加以分析，以论文的形式形成最终成果。然后组织有经验的教师组成答辩小组，对学生的成果进行验收，来督促学生认真及时地完成创新设计，并对实验结果进行系统性的分析总结，从而锻炼学生的创新能力、动手能力和分析解决问题的能力。

四、成果与思考

1.本课程的第一堂课在实验室进行，通过教师的讲解，结合对各种典型机构模型运动的操控，直观地展示了本课程的研究对象，增强了学生的感性认识，调动了学生的学习热情，为课程的后续学习打下了良好的基础。

2.鼓励学生将所学知识与工程实践相结合，增强了学生的工程实践意识和解决实际问题的能力，使学生意识到所学知识是真正有用的，提高了学生运用所学知识解决实际问题的能力，促进了理论和实践的结合，调动了学生的学习主动性。但受到所学知识的限制，只能解决一些相对比较简单的问题。这就需要任课教师帮助选择合适的实践题材。

3.增加了创新性和综合性实验。通过这些实验的开展，锻炼了学生的动手能力和观察解决问题的能力，增强了学生的创新意识。但对实验的具体开展，比如实验指导书的编写等，还有许多问题需要进一步修改完善。

4.实验开展渠道增加，可以在有限的学时内，在不压缩授课时间的情况下，增加实验的类型和数量，也取得了良好的效果，但也增加了实验人员和教师的工作量，如何协调这两者的矛盾，也是今后需考虑的一个问题。

经过近一年的改革实践，效果比较显著，学生学习的积极性被充分地调动了起来，运用所学知识观察问题和解决问题的能力显著提高，增强了学生的创新意识和工程实践意识，动手能力也得到了显著提高。

参考文献：

[1]郑文纬，吴克坚.机械原理[M]第七版.高等教育出版社，1996.

[2]贾小红，权英华，等.机械原理实验教学的改革与实践[J].实验技术与管理，2004，（6）：109-111.