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机械设计课程实验教学改革探索

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  摘要:机械设计课程教学中,其配套的课程实验教学是学生在课堂中进行理论结合实际的一个主要途径,是保证教学效果的一个重要环节,但是目前存在实验学时有限、实验内容与手段落后、学生参与实验积极性不高和与实际工程应用结合不紧密等问题。本文结合工程教育理念,通过增加开放式及综合性实验、提高课堂实验效率、更新优化实验内容及方法等手段,开展实验教学改革探索,更好发挥该实验课程的积极作用。
  关键词:机械设计;实验教学;教学改革;工程教育
  中图分类号:G642.0     文献标志码:A     文章编号:1674-9324(2019)18-0138-02
   在《中国制造2025》的大背景下,我国对于具有工程教育背景的专业型人才需求越来越大,这也对高等学校对于机械类专业学生的培养提出了新的目标和要求。2016年6月,我国成为“华盛顿协议”正式会员,国内高等学校的工程教育进入了一个新的时期。面对新的机遇与挑战,高校只有不断深化工程教育改革、培养新型的工科综合性专业人才,才能持续满足国家未来的建设需要。
  《机械设计》是机械类专业课程中一门重要的专业基础课,在专业知识体系中具有承上启下的重要作用。为了应对新形势的需求,一些教学工作者结合CDIO和OBE理念,对《机械设计》课程教学进行了有效改革。
  目前,《机械设计》课程学习中的实践环节往往由课程配套的课内实验来完成,有助于学生在学习中理论联系实际、初步建立工程应用的意识,是保证教学效果的一个重要环节。但是,由于种种原因,《机械设计》课内实验教学面向新形势需求的改革步伐相对滞后,开展以工程应用为导向的实验教学改革显得极为重要。本文通过分析当前存在的问题,对开展《机械设计》课内实验教学改革进行了积极地探索。
  一、当前《机械设计》课内实验教学存在的问题
  作为《机械设计》课程教学的辅助教学手段,课内实验当前存在一些问题,很难实现与工程教育的目标接轨,不利于学生综合能力的培养。存在的问题主要体现在以下方面:
  1.实验教学学时有限,难以有效发挥实验教学的特点。以《机械设计》课程为例,目前普遍为6学时课内实验,而这6个实验学时又分散到几个实验项目中,这样导致实验进度被分割、教学效果难以保证,不能有效发挥实验教学理论联系实际的特点。
  2.实验内容和形式有待进一步更新。当前《机械设计》课内实验受到教学设备的限制,实验的内容和形式往往传统老旧、灵活性差,不具有综合性、创新性实验的特点,不利于学生综合能力的提高。
  3.学生在基础教学实验中积极性不高。学生在参与实验过程中,很难提升学习兴趣,主动思考的空间被束缚,仅仅是在被动参与实验,无法在实验过程中获得更多有关实际工程应用的有关信息。
  4.实验教学与工程应用结合不紧密。课内实验往往是针对相应的理论课内容来对一个已知结论进行验证,而在提升学生解决实际工程问题能力方面尚显不足,这也影响了课内实验效果的进一步提升。
  二、《机械设计》课内实验教学改革的实施途径
  《机械设计》课内实验教学的作用不可忽视,与课堂教学应该是相辅相成的关系。鉴于以上在课内实验教学中存在的问题,从课内实验自身出发,利用现有教学资源,在合理利用教学时间、优化实验内容形式、提升实验教师工程应用能力等方面着手,持续改进和提高实验教学效果,发挥课内实验教学在工程教育中的应有作用。可通过以下途径对该实验教学开展改革:
  1.利用现有规定的实验学时,通过多种教学手段,提高实验课堂时间的利用率。当前形势下,通过增加实验学时或者对《机械设计》实验进行独立设课尚存在较大难度,唯有充分利用好有限的课内实验学时。目前,实验课基本流程是先由实验教师对实验原理、设备使用、实验步骤等进行一定时间的讲解和演示后,再组织学生开展实验。这样存在的问题是,实验中很多内容必须要向学生进行展示,但又会占用大量且宝贵的实验课堂时间,无形中压缩了学生参与实验和思考问题、解决问题的时间,而且现场讲解过程中很多细节内容很难向全体学生清晰展示。为了解决这个问题,就要采用多种教学手段,提高实验讲解的效率,把更多的课堂时间留给学生。例如,在螺栓组联接实验中,通过网络改造,实验教师可以将实验软件的操作方法直接投放到学生电脑屏幕,让学生更快地掌握实验软件使用方法;在轴系结构设计实验中,将各种装配件的图片和使用方法集中在幻灯片中展示,既避免了由实验教师逐一展示、占用较多课堂时间,又能够让学生在短时间对各种配件有直观的认识,可以更加准确的知道如何选用配件来用在自己设计的轴系当中。
  2.优化实验内容,将验证性实验转化为开放性综合性实验。在前一阶段的教学研究中,笔者曾针对《机械原理》课内实验“齿轮范成原理”进行了教学改革尝试[7],通过计算机仿真手段,将齿轮范成原理实验由传统验证性实验转化为开放式综合性实验,取得了良好的教学效果。在该项实验的教学改革基础上,对《机械设计》课内实验中的“带传动效率测定”和“轴系结构设计”实验项目进行了进一步优化,“带传动效率测定”实验中,学生可以自行选定皮带形式及初拉力大小,进行多组实验对比后再得出实验结论,有效提高了学生的实验学习兴趣,也能够在实验中了解到实际应用的多种情况,实验效果明显好于教学改革前仅限于一种皮带效率的测定;在“轴系结构设计”中,在原先设定的综合性实验基础上,设计题目不仅仅局限于给定的若干条目,学生还可以通过查阅资料、根据实际工程应用情况,自己选定工况条件进行设计和组装,这样就大大增加了實验的开放性和工程应用性,学生在实验课程中的相互交流更可以提高学生综合能力。
  3.将实验指导书变为应用手册,提高实用性,激发学生主动学习的兴趣。以往编制的实验指导书往往只注重单一实验项目的实验原理、仪器使用、实验步骤等。为了增强实验课面向实际工程应用的效果,进行改革后的实验指导书中加入大量有关实验的工程应用背景、实际应用中的常用手段、具体设备及配件的应用范围、引用的现行国家标准、主要参考资料等内容,对理论课教材的相关部分做了有益补充。这样改编后的实验指导书可以作为学生开展实验的应用手册,具有较高的实用性,在学生参与实验过程中,有助于激发学生主动进行学习,获得更多有关实际工程应用的信息,进而举一反三、扩展视野。   4.實验报告中增加分析环节,设置开放性问答。在改编实验指导书的基础上,对作为实验数据记录和分析的实验报告同样进行了修改。学生除了要记录和分析实验数据,还要对实验中出现的问题、误差等现象进行分析和解释,提出改进方法。此外,除了让学生在实验报告中完成“规定动作”的问答外,各实验项目设置了具有面向实际工程应用的开放性问题,旨在引导学生进行更深更广层面的思考。
  5.实验测试手段与实际应用接轨。目前《机械设计》课内实验多使用的是教学实验仪器,虽然简单易用,但不利于学生掌握实际工程应用中的测试手段。以此为出发点,对螺栓组联接实验台进行了改造,接入工程实际使用到的应变采集仪。这样学生在实验中,能够对实际的采集原理和采集设备的使用有更加直观的认识,通过实验做到了与实际工程应用的接轨。
  三、结束语
  将传统的《机械设计》课内实验进行教学改革,通过提高课堂教学效率、优化实验教学内容、扩充实验指导书和实验报告的深度与广度等手段,使实验课内容与实际工程应用结合更加紧密,增强学生自主思考、分析、解决问题的能力,可以更好地配合理论课教学培养学生具备初步解决实际工程问题的能力,为将学生培养成为符合国家建设需求的新型综合性人才打下良好的基础。
  参考文献:
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  [2]许立忠,周玉林.机械设计[M].北京:中国标准出版社,2009.
  [3]杨勇,金霞,江京亮.CDIO在机械设计类课程中的应用新模式探索与实践[J].高教论坛,2017,(05):16-17,23.
  [4]邢继春,张文会,张楠,等.CDIO工程教育理念下机械设计课程教学改革与策略[J].教育教学论坛,2014,(44):105-107.
  [5]曾达幸,李飞,侯雨雷,等.基于OBE工程教育理念的机械原理课程设计改革[J].教育教学论坛,2016,(21):57-58.
  [6]李飞,梁顺攀,景常海,等.齿轮范成原理的计算机仿真[J].教育教学论坛,2016,(31):258-259.
  Abstract:The experimental teaching of mechanical design is a main way for students to combine theory with practice,and it is an important method to ensure the teaching effect.However,there are some problems such as limited experimental time,backward experimental content and means,low enthusiasm of students to participate in experiments,and weak integration with practical engineering applications.Based on the concept of engineering education,this paper explores the reform of experimental teaching by means of increasing open and comprehensive experiments,improving the efficiency of experimental teaching,optimizing experimental content and methods,so as to give full play to the positive role of this experimental course.
  Key words:Mechanical Design;experiment teaching;teaching reform;engineering education
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