机械原理实验的教学研究

芦怀志，张明秋，王殿君，王 慧

(黑龙江工业学院现代制造工程学院，黑龙江 鸡西 158100)

在国家对应用型人才的培养越来越重视的背景下，实践教学的重要性也逐渐凸显出来。机械原理作为机械专业的核心专业课程对于应用型人才培养具有重要作用[1]。机械原理实验是机械原理课程的重要实践环节，起到对所学机械原理知识验证和巩固的作用[2]，机械原理实验还具有培养学生运用实验方法分析和解决机械问题的能力[3]。然而，在实际教学过程中存在教学方法死板、实验内容缺乏创新性、实验方法缺乏先进性等问题，导致难以充分调动学生的学习积极性。在分析机械原理实验教学现状的基础上，找出机械原理实验教学存在的问题，提出与之相对应的教学改革措施，对于培养具有分析问题、解决问题能力的应用型人才具有十分重要的意义。

1 机械原理实验教学现状

机械原理实验旨在培养学生掌握机械学科实验基本方法和技能，是培养应用型机械专门人才的重要手段。部分人认为机械原理实验依附于机械原理理论而存在，其本身的存在作用仅仅是对课本理论的验证[4-5]，其存在的问题表现在以下方面：第一，教学方法缺乏创新性。实验教学仍延续传统教学形式，以教师为主体进行实验课程讲授，学生被动地接受实验课程，实验过程中学生只需根据实验指导书完成实验即可，缺乏主观能动性和对问题的独立思考，无法实现培养学生创新能力和解决问题能力的目的[6]。第二，实验内容缺乏创新性。实验内容基本都是验证的，在实验内容设置方面比较简单，缺乏学生对实验思路的设计性环节，无法培养学生对问题的综合分析能力。第三，实验方法缺乏先进性。在机械原理实验室进行机构运动简图测绘实验过程中，通过观察和分析的方法确定原动件和运动副类型；采用在草稿纸上绘图的方法画出机构的示意图；应用机构自由度计算公式算出活动部件的自由度，根据机构自由度值是否为1，从而判断有无确定运动。采用的实验方法落后，未恰当应用当代先进实验技术引导学生快速展开实验。在传统教学观念的影响下，机械原理实验教学活动长期裹足不前，导致实验本身缺乏吸引力，降低了学生主动开展实验的积极性，存在重理论轻实验的错误认知，使实验教学难以达到预期效果，影响了学生实践能力与创新能力的提升[7-8]。

2 机械原理实验教学改革措施

2.1 实验教学与理论教学协同发展

在进行机械原理课程教学过程中，应保证实验教学与理论教学具有同样重要的地位。机械原理实验教学不是依附机械原理理论教学而存在的，也不是与机械原理理论教学相互独立、毫无关系的，而是一种相互补充、相辅相成的关系。机械原理理论教学为机械原理实验教学提供了理论基础，具体表现在：机械原理实验教学的设计必须以机械原理理论知识体系为平台，以培养机械原理实验方法与技能为目标。机械原理实验教学是对机械原理理论教学的验证，具体表现在：虽然机械原理理论教学帮助学生搭建合理的知识结构和认知结构，但它也需要借助理性思辨的力量，更离不开机械原理实验教学对其知识结构和认知结构的验证，从而使学生对机械原理知识体系产生全面且深刻的理解。

2.2 单列实验与系列实验协同发展

机械原理课程教学中，对一些比较重要章节的知识点进行单列实验，比如机构运动简图测绘实验、齿轮范成原理实验、滑动轴承润滑特性实验等。开展这种单列实验教学有利于帮助学生建立关于机械原理课程的“点状知识”，开展系列实验教学则有利于帮助学生建立关于机械原理课程的“线状知识”。比如，为了使学生形成关于“齿轮传动原理、设计及应用”方面的“线状知识”，可提供如下实验链：齿轮传动基本认知—渐开线齿轮范成原理—齿轮及其啮合参数测定—轮系拼装及仿真—齿轮传动效率测试—齿轮传动部件装配与调节。实现单列实验与系列实验协同发展有利于帮助学生建立合理的知识结构和认知结构，从而引导学生向知识的纵深方向发展。

2.3 被动实验与主动实验协同发展

在研究机械原理实验教学改革与发展过程中，期望学生在机械原理实验教学活动中充当研究者的身份。必须摒弃传统观念中重视传统被动实验而轻视主动实验的思维定式。主动实验和被动实验都是以培养学生实验能力为目的的认知活动，并非全面推行主动实验而摒弃被动实验。被动实验是在学生学会的前提下进行实验，主动实验则是学生在实验中摸索方法，边做边学，两者对于学生的实验能力培养是相辅相成的关系。

2.4 传统实验与创新实验协同发展

在机械原理实验教学为机械原理理论教学服务过程中，始终保持验证性实验的特点。验证性实验在协助学生弄懂机械工作特性及机械原理方面具有不可替代的作用。因此，在机械原理实验教学过程中，验证性实验内容不仅不能被舍弃还要保留并保证其发展。从机械原理实验改革发展的总体趋势来看，开展实验教学创新应当建立在做好传统实验教学的基础上。保证传统实验与创新实验的协同发展，不仅是培养学生实验能力和创新精神的基础，而且是构建完整的机械原理学科实验体系的源动力。

2.5 虚拟实验与真实实验协同发展

虚拟实验本身具有实验重复性高、可观察性好、经济性好等优点[9]。但是，虚拟实验结果的真实性受很多因素影响，最主要的影响因素在于建模的准确性和合理性，其根本原因在于虚拟实验并非真实的物理模型实验。因此，在机械原理实验教学过程中，保证虚拟实验与真实实验协同发展十分必要。在同一实验中，可以优先安排虚拟实验，然后再进行真实实验，这样不仅能够提高实验效率，而且有利于增强学生的实验兴趣，培养应用现代设计方法的能力[10]。

3 结语

在分析机械原理实验教学现状的基础上，探究了机械原理实验教学存在的问题，并针对机械原理实验教学中存在的问题提出相应的改革措施。在国家对应用型人才培养不断重视的背景下，结合学校自身实际情况，将被动实验与主动实验协同发展、传统实验与创新实验协同发展、虚拟实验与真实实验协同发展应用于教育教学活动中，能够提高学生学习兴趣，实现培养具有分析问题、解决问题能力的应用型人才的目的。