机械原理实验教学改革与实践

徐春明 周艳 孙瑛 蒋国璋 李公法

[摘 要]机械原理是机械类专业的一门基础课程，其实验教学是培养学生动手能力和创新能力的重要手段。文章介绍了当前实验教学存在的弊病，并且为了解决机械原理实验课程教学中存在的一系列问题，提出了更新实验设备、优化实验项目、改进实验教学方法、优化实验教学内容、改革考核机制等一系列措施。

[关键词]机械原理；实验教学；人才培养；实验改革

[中图分类号] G642 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2018）11-0089-03

○、引言

随着近些年国家经济的发展，国家对于人才的需求也更加多元化，传统教学模式已经不能满足多元化人才的需求，这就迫切需要对高校的教学模式进行改革。机械原理课程是高校机械类专业学生的一门专业基础课程，对于培养学生的创新能力和动手能力有着至关重要的作用。而机械原理实验教学是为了配合机械原理的理论教学，将所学到的理论知识进行转化，更加注重学生的动手能力和在实验中将理论知识转化到实际应用当中[1]。

时代的不断进步和科技的不断发展，社会对人才的要求也不断提高，为了培养质量更加高的学生，需要不断地对学生的培养模式进行改革。现有机械原理课程实验教学的模式难以激发学生的学习兴趣，不利于改进学生的思维方式，因此如何提升实验教学的效果，培养学生的动手实践能力和创新能力是改革的主要方向[2]。

一、实验教学现状

（一）实验室设备陈旧且实验项目单一

学校实验室筹建较早，内部许多设备都是在早期采购的，虽然在后期更换过一部分，但还是有相当一部分的实验设备比较陈旧，甚至有的已经损坏[3]。实验室中的设备不够齐全，已经不能满足新形势对人才培养的要求，不利于提升学生的创新能力和动手能力。实验室陈旧的教设备或者不完整的设备会影响到实验的进度，有时候甚至会导致结果的不正确。况且当前的机械原理实验项目较为单一，有部分项目只是为了让学生进行验证实验，没有让学生进行足够的思维扩展性实验来帮助学生做到对知识的深入理解。学校实验室的管理制度也存在一些问题，实验室并不是处于一直开放的状态，只有在实验期间才会开放，这就造成了资源的闲置和浪费[4]。

（二）实验教学方法和教学内容死板

在实验教学上，教师会在实验之前把空白的实验报告发给学生并让学生围坐在一起听老师交代清楚实验内容、实验方法、注意事项等，然后按照教材上的步骤进行实验操作。这种做法片面强调理论教学，没有把理论和实践充分融合起来，实验与其他实践活动相脱离，忽略了知识的连贯性。学生能接受消化的知识很有限，而且有的实验是分组完成的，好几个人一组，每组基本上都只有一两名学生在操作，很多学生都没有亲自动手进行实验，甚至连实验做的是什么都不知道，只是在最后把实验报告抄一下。实验的内容几年甚至近十年都不变，没有跟上时代进步的脚步，没有对实验内容进行改革创新，也没有对实验教材进行更新[5]。

（三）实验教学考核方式不合理

实验教学没有具体的考核方式，一般都是从出勤率和上交的实验报告两方面进行考核，考核成绩中出勤率占20%，实验报告占80%，只要交了实验报告就有成绩。这种实验考核方式会让学生对实验不重视不认真，他们最终交上来的实验报告很多都是一样的，存在着明显的抄袭现象，而且教师无法确定谁是原创谁是抄袭，无法掌握学生对知识掌握的实际情况[6]。

（四）学生参与实验的积极性不够

在学生的认知中，实验课没有挂科的说法，这就让学生产生了不重视实验课的心理，当然其参与实验的积极性难以提高。另外，因为学生对实验的重要性没有充分认识，不清楚实验的意义，而且实验都是机械式的验证实验，没有足够的创新性，让学生主动思考的环节较少，这些都是造成学生参与实验的积极性不高的原因[7]。

二、实验教学改革措施

（一）完善实验设备更新，优化实验项目

随着对教育重视程度的加深，教育经费的支出在逐年增加，学院对教育资源的投入也越来越大，学院对实验室的建设经费也应增加。学院每年要对实验室的陈旧设备进行淘汰和更新，并且要不断引进先进的设备，让学生动手操作。伴随着招生人数的增加，学院供学生参观的陈列柜也要不断进行更新和扩建，还要随之建设新的实验室和现代化的数字化设计实验室。实验课教师可以把自己的实际项目经验带到实验室中，为学生进行讲解，加深学生对实验的理解，以此来弥补实验项目单一的缺点[8]。此外，让学生参与一些自主性较强的题目，学生可以根据自己的想法进行机构设计，这种开放性的实验能充分调动学生的积极性，培养学生的创新思维和创新意识。学生可以通过计算机和三维软件的建模库验证机构的合理性，增强学生的兴趣，优化实验项目。在实验室的管理方面，应注意开放实验室给学生用，只要学生有兴趣就可以让学生进行实验，不要造成实验室的闲置和资源的浪费[9]。

（二）改进实验教学方法和优化实验教学内容

实验教学不应只采用教师讲学生听这种方式，实验教学培养的是学生的动手能力、创新能力以及将理论与实际结合的能力。不再是单纯把知识强行灌输给学生，而是应该在讲解实验内容、意义等时让学生参与讨论，鼓励学生积极思考。实验内容也不再是按照教材上的步骤，而是教师只讲解基本原理，不会告诉学生具体该如何去做，中间实现的步骤需要学生动脑思考，引导学生进行发散思维，寻求不同的解法。教师可以在一旁指导，纠正学生的错误，学生之间可以进行讨论。讨論会让学生把握自身的不足，从而启发学生将所学的理论知识应用到实际中[10]。实验教学班不宜太大，要确保每位学生都能够独立进行实验，以培养其动手能力。教师也要充分利用实验室的多媒体设备。对于一些复杂机构的运动，教师可以通过动画为学生演示，让学生明白其中的原理。对于一些复杂的实验，学生可以通过数字化实验室进行实验。比如说机构的运动过程，学生通过建模软件对所需要的机构进行建模仿真，通过修改参数对模型进行改进，然后对机构的合理性进行分析。学生通过输入参数对实验模型进行优化，培养学生的机构创新能力，打好专业知识基础。传统的实验内容不能丢弃，行业内新的发展也要让学生通过实验了解，给学生注入新的活力。此外，实验教学内容也应注意与其他专业课相结合，在实验时注意与机械设计以及互换性及测量技术等专业基础课程相结合，把握知识的整体性。

（三）完善实验教学考核机制

目前高校大都把实验成绩作为某门课程成绩的一部分，不能真实反映出学生的实际水平，许多学生对实验敷衍了事。为了改变这种状况，实验课应设立单独的考核体系，要有单独的学分，考核内容也不能仅有出勤率和实验报告两方面。实验课要安排单独的学时和学分，要安排理论知识的考核，理论知识的考核采取从题库中随机抽题的形式，即教师提前在题库中出好题，由学生随机抽取考题。理论知识都是实验原理、实验参数测定、实验注意事项等常识性知识，要求学生在规定的时间内完成。实验教学可以尽量安排多一些学时，采用小班教学，确保每位学生都能亲自实践。实验成绩的最终考核应包括出勤、实验报告、理论知识考核这三个方面。实验报告还是主要考查学生对实验的掌握程度，要让学生在实验报告中写出自己在实验中碰到的问题以及体会，掌握学生对于实验的理解程度，避免学生的实验报告出现抄袭的情况，这样会迫使学生动手进行实验，大幅减少学生“打酱油”的情况[11]。教师根据学生实验报告中的机构设计简图、自由度计算以及机构设计合理性等内容，对学生实验学习的真实水平进行考核。

三、实验教学改革实践效果

学校通过加大对实验室经费的支出，对实验室进行扩建以及每年对实验室设备进行合理更新，并且对传统枯燥的实验项目进行创新，改善实验条件。实验设备的更新使学生的认知更加深刻：实验室中有些设备是平时在书本上没有见到过的，但由于是平面的就需要学生去想象，没有亲自动手去触摸的那种真实感。改革教学方法和更新教学内容使得教学更加灵活多变。没有完全相同的实验，需要每位学生动手做实验并进行思考，不懂的需要讨论或者向老师请教，这就增强了学生的能动性以及学生理论知识与实践的融合。教师和学生充分利用好现代化的电子信息教学设备，教师提前把所需要的教学信息、实验信息等信息上传，让学生提前预习，提高现场实验的效果。现代化的设备层出不穷，不可能把所有事物展示给学生看，学校利用计算机虚拟仿真技术为学生提供便利，学生利用相关技术在计算机上开展虚拟项目的实验，有利于提高学生的知识运用能力和分析能力。此外，随着实验课设立单独的学时，学生有充足的学时进行机械原理实验，并且随着实验设备的增加，也没有人多设备少的情况发生，每位学生都要动手，这就有利于增强学生的实践操作能力。教师在实验中全程关注学生，注重对学生在实验过程的表现及其综合能力的考察。随着考核机制的日渐完善，学生参与实验的积极性也提高了。

学校实行这一系列的改革措施，取得明显的改革效果，充分调动了学生参与实验的积极性，学生的创新能力、动手能力得到显著提升。学生积极参加各类比赛，比如机械设计创新大赛、全国3D大赛、机械产品数字化设计大赛等一系列全国性的大赛，学生均取得优异成绩，数次获得一等奖、二等奖等奖项。此外，学生还积极申报各种机械创新方面的专利，在老师的指导下，已成功申请数十项实用新型专利和数项发明专利。企业看中毕业生本身的实力，这就让学生的就业率提高了2个百分点。

四、结论

经过近些年的发展，国内的教育机制面临着僵化的危险，而且随着国际的交流合作日益频繁，国内的教育机制改革是一项迫切的任务。制造业关系国家工业的发展，因此应该更加重视机械类专业学生的培养质量。笔者在此次研究中针对机械原理课程实验教学存在的种种问题，提出要对实验室设备进行更新和管理，加大实验室的开放力度，对实验教学的内容和体系进行整改，最后提出对实验课程的考核方式进行改革。这些改革措施在实际教学中取得了显著效果，改变了以前只是把理论挂在嘴上、没有动手实践的现象，使学生的创新能力和动手实践能力得到提升。新模式下人才培养效率显著提升，这对于新时期需要越来越多的人才具有重要的意义。新的培养模式为高校的改革提供参考，但是实验教学改革不是一劳永逸的事。随着时代的进步，科学的发展，需要对培养模式进行不断的改革和创新，要充分激发学生的求知欲，争取培养出更多优秀的人才。

[ 参 考 文 献 ]

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[11] SUN Ying，CHENG Wentao，JIANG Guozhang，et al.Building a creative classroom system for mechanical engineering students [J].World Transactions on Engineering and Technology Education，2016（4）：473-476.

[责任编辑：庞丹丹]