机械设计类课程实验教学的探索与研究

卢青兰　陈　波

摘要：文章从西南石油大学机械设计类课程实验课程教学的实际出发，通过对工科类高校机械设计类课程实验教学的现状分析，找出了目前工科院校机械设计类课程实验教学中普遍存在的问题，着重阐述了西南石油大学机械设计类课程实验课程教学中5个方面的实验教学改革成果。特别列举了工业设计专业和机械设计专业学生在2006年设计的“瘫疾病人翻身床设计”实例，对高校机械设计类课程实验课程教学进行了积极的探索，为其他工科院校机械设计类课程实验教学提供了一些参考。

关键词：机械设计：实验教学：创新能力

科学发展的历程表明：许多伟大的发明、发现和突破性理论的产生都来自实验室。高校实验教学是理工科教学重要的组成部分，它不仅是学生获得知识的重要途径，而且对培养学生的学风和素质、实际工作能力和科学研究能力具有十分重要的作用和意义。目前国内的大学生由于多种原因接触工程实际很少，缺乏机械以及和机械相关的生产实践方面的知识，实践动手能力相对较弱，学生不知道学习该类课程的目的，不知道将来如何运用所学知识解决什么样的问题?大大挫伤了学生学习的积极性，这从一个侧面反映了国内教学方式的不足。

机械原理、机械设计、机械设计基础课程是高等工科院校机械类各专业的一门设计性主干技术基础课程。通过机械设计类课程的学习，使学生掌握有关机械设备、制作的基本理论知识和实践知识。课程实验教学是教学中一个重要的实践环节，是培养学生理论联系实际能力、分析问题和解决问题的能力，启迪创新思维，开拓创新潜能的重要手段。为了提高实验课程的教学效果，在实验环节方面应该进行具有新意的改革，从提高学生素质能力来看，目前实践性教学环节还需要进行必要的改进。

一、机械设计类课程实践教学现状分析

机械原理、机械设计、机械设计基础课程是高校培养学生进行机械设计能力的最基础的教学环节，它是一门和实践结合非常密切的课程。在教学方法上采取了课堂教学、实验和课程设计等方式进行，使科学研究和工程实践相结合，尽可能地让学生通过本门课程的学习，掌握有关机械设计实践方面的知识。

机械基础课程实验教学项目大致可分为演示性实验、验证性实验、设计性实验和综合性实验。

演示性实验是通过实验项目的进行，增加学生对机械结构形式、种类和运动规律等认识和理解，比如：通过参观陈列室的各种机械零部件、简单机构、机械的动作和实际机械的运动等过程，增加学生的感性认识。

验证性实验是通过实验现象，证明课堂教学的某种理论或规律。

设计性实验是希望学生根据实验目的的要求，自行设计实验项目的试验方式、方法和步骤，增强学生的学习主动性，使学生对机械设计实践知识有一个深刻的认识。

综合性实验是包涵上述实验目的。检查学生对所学知识的综合运用能力的实验项目。

目前西南石油大学机械设计基础课程的实践教学环节与其他院校基本相同，由于实验项目多为演示性、验证性实验。部分综合性实验，在这些试验过程中，没有达到让学生理解机械设计的综合运用知识的目的。我们曾询问参加机械实验课的学生，对所学的实验课程有什么印象和体会，学生认为目前一些实验课程。让学生自己动手操作的太少，因此实验没有达到预期的目的。这种现象是目前很多实验课程中的普遍情况。我们曾翻阅、查询相关资料，发现国外大学工科专业实验课程学时相对较多，一个实验可以做4个或6个学时，有的甚至8个学时，虽然实验内容相对多了一些，但能保证学生比较充分地参加实验，让他们较为深刻地了解实验的过程、内容和目的，其实验效果较好。

二、实践教学改革建设与创新

机械基础课程是面向实践生产过程的知识，缺少工程实践活动，很多简单的内容就不容易被学生理解。从提高学生实践知识能力的目的来分析，作为机械设计实践教学环节，应该开展能够使学生有较多机械设计生产实际的实验项目，尤其是设计性的实验项目，学生通过自行设计制作实验过程，可以提高学习兴趣，促进学习效果。

为更好地提高西南石油大学机械类专业的实验教学水平，机电工程学院广大教师和实验人员对传统的实验教学进行了反思，对实验教学从体系结构、手段和方法等方面进行了广泛的探索，并进行了积极的改革。本文从机械设计基础课程实验课程教学内容的建设出发，分析机械设计基础课程实验教学现状和实验教学改革成果，从加强学生实践动手能力、提高学生创新能力出发提出教学改革办法。

(一)培养学生观察生活、发现问题的能力

发现问题比解决问题更加重要。由于我国教育体制原因，学生长年学习只注重书本上的理论知识，忽略实践这一重要的环节。学生只顾读书，对身边的事情漠不关心，当布置设计型课题时不知道应该做什么样的题目，严重影响了学生探索知识的积极性。设计是为人服务的，设计的目的是拓展人的能力，使人生活更加舒适、工作更有效率。为人解决问题正是提高学生设计兴趣的重要手段。我们在课堂教学中增加对应教学内容的相应实例，让学生明白学习的机构、结构在具体工作、生活中是如何应用的。适当引导学生对案例中不满意的地方进行改进，促使学生主动思考。

(二)培养学生创新思维能力

为了培养学生的创新思维与创新能力，应当在教学中有意识地去发展直觉思维，在实验中“探索一发现”最有助于学生直觉思维能力的培养，重视学生的操作实验活动，发现新的问题、新的现象。一方面应充分利用和挖掘课本上的探索性实验，另一方面还可将一些验证性实验改成探索性实验，鼓励学生自由的思考，包括机灵的猜想，去探索去发现，以促进学生直觉思维向合理程度发展，使他们成为知识的主动探索者。

学生一旦发现问题，就会产生极大兴趣想办法解决。科学的解决办法往往事半功倍。我们在教学中穿插一些创造学的内容和方法，有时开设讲座、集体讨论等形式加以补充，使学生结合所学的机构、结构、连接等知识完善其构想。这样自然地引导学生想去将构想变成现实，为开设设计动手类型的实验项目奠定了基础。

(三)在课程教学中增加动手制作类实验项目

为了实现学生动手实践的软着陆，我们首先在课程教学中增加机构、制作作业，例如设计制作突出产品特性的动态商业广告、设计制作等。让学生了解机构不是枯燥无味的画图，而是解决运动的重要手段。在课外进行学生讲评、答辩和教师评价等方式，不仅锻炼了学生动手解决问题的能力，也提高了学生表达能力，对将来学生就业自我推荐也有积极的意义。

从提高学生实践动手能力的目的出发。机械基础课程的实验项目应有以下特点：

1、贴近生活。结合学生的生活实际，让学生在生活中能够感受到所学的知识

不是空中楼阁。

2、亲自动手。增加学生亲自动手操作、实践的机会，让学生通过实际操作，学习机械基础课程的知识。

3、易于掌握。实验的内容不能过于复杂，因为机械基础知识学习阶段，学生的接受能力还是有一定限度的。

4、安全。实验应具有较好的安全性，才有利于提高学生的学习兴趣，才能取得较好的学习效果。

(四)结合课程教学内容开设综合设计类型实验

目前的实验项目，学生自主动手的机会太少，多数情况下学生只是以观众的身份参加实验，因此对实验的要求、内容和方式方法没有比较全面的体会。虽然实验前作了准备。但在实验过程中由于没有能够独立完成，对于整个实验的目的、要求和作用机理没有详细了解，同学注意的是如何完成自己的工作；不熟悉的实验项目，难以提高学生的学习兴趣，影响学生学习的效果。开设设计型实验项目应注意开设既符合课程要求、学生又比较熟悉的实验项目；机械设计类课程的实验项目还应注意注重基础内容的学习，尽量结合学生的生活环境。学时不够，可以增加课外学时，也可以结合开放性实验项目完善设计实验内容。

(五)通过开放实验。提倡团队合作完成较完整的综合性设计

机械类课程实践环节只能培养学生在机构、结构方面的动手实践能力。而学生希望最终能解决实际问题。解决整个产品设计问题需要多学科团队，例如，工业设计、机械、电子控制等多方面人才的结合。可以利用学校整体资源以开设开放性实验的形式组成解决产品设计团队，利用业余时间合作完成最终设计。对完成实验的学时进行必要的改动，不必在固定的时间进行实验，可以根据学生的实际情况，让学生随时都能到实验室作实验，从而达到要求的学习效果。

三、教学实践尝试

西南石油大学工业设计专业、机械设计专业学生在2006年合作完成“瘫痪病人翻身床设计”制作就是一个典型例子。2005年工业设计专业一学生因父亲瘫痪多年在床上。在开放实验项目中提出该课题。针对医院、疗养院、家庭中重病人和瘫痪病人活动不便设计一款操作简单、成本较低的瘫痪病人翻身床，要求床能抬头、屈腿，另外，还要求侧翻。而市场上产品只能抬头、屈腿；或者只能侧翻，故该课题有大的潜在市场。大学生对医院病床不陌生，却不太了解翻身床的原理及性能。学生在广泛设计调查的基础上提出参考医疗设备采用液压传动，将床体分为8块，通过铰链连接。为了便于两个方向翻身，故设计8个特殊球铰链连接。控制采用单片机控制，有效解决了护理瘫痪病人时遇到的困难。实验室购置了一些标准零部件，学生自己动手制作出实现双向翻身的小模型。在校有关部门的大力支持下，结合设计模型到厂家制造出样机参加2006年全国大学生机械创新设计大赛获全国二等奖，四川赛区一等奖，是西南地区最好成绩。学生在此基础上设计开发了病人对接床，两项设计成功获得实用新型专利授权。

四、结论

通过多年实践，要提高学生动手实践能力，还要结合学校政策、教师积极性等多方面综合考虑，现总结如下：

学校政策支持。学校对教学重视程度，对指导教师待遇提高才能鼓励教师积极参与课外实践活动，带领学生进行创造性活动。

课程教学应该结合实验特性加入设计制作作业，让学生逐步习惯动手实践。

鼓励学生进行有创造性的改进实验，让有新的见解、想法的学生进行自己认为符合生活要求的创新设计等。

将大的课题按照设计步骤拆成若干实验项目，这样便于最终有一个较完整的作品。

不同专业学生根据课题性质组成临时课题组，发挥各自优势，以开放实验为载体，在指导教师带领下，将实践教学环节中好的方案细化完善成为样机模型。这样对低年级学生积极参与动手实验具有积极的促进和鼓励作用。