机械设计课程群多层次实验课教学体系的构建与探讨★

任金波， 林 婷， 张 翔

（福建农林大学机电工程学院， 福建 福州 350002）

引言

实验教学是高等院校教学的重要组成部分，是对课堂所学理论知识的直观认识与补充，是学生理论联系实际的重要途径，在培养学生综合素质和创新能力方面有着不可替代的重要作用[1-3]。但长期以来，实验课程内容以相对分散、孤立，关联性、系统性比较差的验证性实验为主，扼制了学生学习的积极性、主动性和创造性，难以实现学生在教学活动中的主体地位和个性差异[4-6]。福建农林大学机械设计制造及其自动化本科专业为首批国家级“高等学校本科教育特色专业”建设点、福建省特色专业建设点、机械类人才培养模式创新实验区，专业建设与改革的重点为: 在“厚基础、宽专业”的通识教育背景下，培养出具有较强的专业技能与专业特色的服务地方经济建设的应用性人才。为此，对机械设计课程群实验教学体系进行了一系列提升和改革。

1 机械设计课程群实验教学的地位

“课程群建设”是近来各高校教学改革的重点和方向，课程群将多门相近课程的内容融合为一个整体，它能够整合教学资源，优化配置教学资源，提高教学资源利用效率。因此国内很多相关高校机械类专业均开展了对机械设计理论课程群相关的研究与探索，而对课程群的实验教学关注度却普遍较少。实验教学可看作理论教学的继续和延伸，是大学机械类本科整个教学体系中的一个重要环节，对大学生创新思维、动手能力、分析问题和解决问题能力的培养方面有着不可替代的作用。机械设计课程群包括“机械原理”“机械设计”“机械设计基础”等3门专业基础课，“机械优化设计”“机械创新设计”2门专业选修课，“机械设计课程设计”1门实践课，及这几门课的课内外实验、实践部分，这几门课程的实验实践部分对培养学生的机构学、运动学、创新设计能力、综合实践能力起着举足轻重的作用。

2 机械设计课程群实验教学存在的问题

“机械原理”“机械设计”“机械设计基础”“机械优化设计”“机械创新设计”“机械设计课程设计”等6门课程是福建农林大学机电工程学院机械、车辆工程、福建农林大学金山学院机械类专业所开设的机械设计课程群重要课程。课程群实验教学对本专业学生的专业知识与创新实践能力培养具有举足轻重的作用，如：“机械原理”课程开设有机构运动简图的测绘及机构运动分析、观看《常用机构陈列柜》实验；“机械设计”课程开设有观看《机械通用零件陈列柜》、轴系零件组装实验；“机械设计基础”开设有机构运动简图的测绘、观看《常用机构陈列柜和通用零部件》、轴系零件组装实验；“机械优化设计”开设有进退法、黄金分割法、鲍威尔法等程序模块编写与调试；机械创新设计主要通过实例分析并结合重力势能驱动的自控行走小车越障竞赛来加强对知识点的理解。综合来看，对于实验教学环节的重要性认识仍有不足，实验教学仍显薄弱。具体反映在机械设计课程群实验教学中，主要表现有：

1）教师未能足够引起对实验教学的重视，认为实验课只是理论课程的附属，课时少，其作用无关轻重。

2）实验课程教学内容创新不足，主要表现为几门课程的实验均以演示、验证为主，学生走马观花敷衍了事，甚至不少学生直接不来参加实验课，严重影响了其他同学的积极性和课堂纪律。

3）实验的考核标准不一，有些实验课在期末成绩占的比重大，有些实验课的比重小，学生往往对比重小的实验不予以重视，直接影响了参加实验课的积极性。

3 机械设计课程群实验教学体系构建

3.1 研究思路

结合福建农林大学机械专业课程培养方案的设置及对复合型创新型人才的培养要求，结合学校机械类专业开设的“机械原理”“机械设计”“机械优化设计”“机械创新设计”“机械设计课程设计”及课内外实验、实践部分的相互关系，以及几门课程实验课之间的知识衔接点，学习上层次递进深入关系，将上述课程的实验课重新排列组合，使课程实验之间相互融合，互为补充，构建多层次、多模块、开放式的实验教学体系。

3.2 研究内容

3.2.1 基础型实验体系构建

基础型实验模块是根据6门基础课程来设置相应的实验课程，其目的主要是通过该模块的实验教学，使机械类学生通过观看、验证的方式来理解和掌握必备的机械设计基础理论知识。这个实验模块包括《机构运动简图的测绘及机构运动分析》实验、观看《常用机构陈列柜》实验、观看《机械零件陈列柜》实验以及《机构、零件动态演示》实验等。

3.2.2 综合设计型实验体系构建

综合设计型实验体系包括共性技能子模块和专业基本技能子模块。共性技能子模块包括《轴系拆装》实验，《进退法、黄金分割法、鲍威尔法等程序模块编写与调试》实验；专业基本技能子模块包括机械学独立实验课下设的3个综合性、设计性实验，如《机构组合创意设计》《回转体动平衡》《机械传动性能测试与分析》实验等。通过综合设计型实验体系的教学，培养学生对于机械零件、结构、装置的了解，并能科学制定实验方案，对实验数据进行整理分析，得到科学结果，从而掌握一整套实验的科学方法。

3.2.3 自主创新型实验体系构建

提出课题或由学生自带项目，有机地结合机、电、液、气等，通过课内外相结合的方式，以学生科研训练、科研实践活动、机械创新设计竞赛、电子设计竞赛、智能车模竞赛、机器人竞赛、挑战杯等一系列国家级、省市级竞赛活动为切入点，进一步培养学生的科学创新意识与能力，增强工程意识锻炼，体现学生的个性化发展。

4 实验效果

机械设计课程群实验教学体系内容涵盖基础性实验、综合设计型实验、创新能力训练实验，将多层次的实验教学递进式进行组合，使学生由基础到实践层层深入，认识到实验实践教学是任何理论学习所无法替代的，认为通过实验课的教学，理论课学习时能更加有的放矢。实验课和理论课二者相辅相成，使学生自主创新能力不断提高，培养学生对实验课的积极性、实验中的团队合作能力，对理论课的深入了解和巩固。经实验课后的问卷调查，学生对课程群实验课总体评价满意度较高，能够加深对理论课的理解，表明课程群实验体系的改进取得了显著的效果。