新時(shí)代背景下 “機(jī)械原理”實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的實(shí)踐探索

何玉林 楊連發(fā)

【摘 要】本文分析“機(jī)械原理”實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中存在的不足，提出實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的措施：優(yōu)化實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)內(nèi)容，融合多模式教學(xué)方法，創(chuàng)新多元、多維考核評(píng)價(jià)，搭建創(chuàng)新創(chuàng)意實(shí)踐平臺(tái)。

【關(guān)鍵詞】機(jī)械原理 實(shí)驗(yàn)教學(xué) 多模式 考核評(píng)價(jià)

【中圖分類(lèi)號(hào)】G? 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A

【文章編號(hào)】0450-9889（2021）39-0154-03

“機(jī)械原理”是機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)必修的一門(mén)重要技術(shù)基礎(chǔ)課，主要由機(jī)構(gòu)學(xué)與機(jī)械動(dòng)力學(xué)組成。通過(guò)本課程學(xué)習(xí)，學(xué)生掌握機(jī)構(gòu)學(xué)和機(jī)械動(dòng)力學(xué)的基本理論、基本方法和基本技能，為機(jī)械運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì)和分析提供必要的理論基礎(chǔ)，培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用課程知識(shí)對(duì)工程實(shí)際中的機(jī)構(gòu)選型、組合、變異及機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方案的設(shè)計(jì)和分析能力、機(jī)械產(chǎn)品的力學(xué)分析與計(jì)算能力，同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作能力、自主學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)新意識(shí)等。該課程的理論性強(qiáng)，光靠學(xué)習(xí)理論知識(shí)是不夠的，還需要在實(shí)踐中進(jìn)行應(yīng)用和訓(xùn)練，從而進(jìn)一步加強(qiáng)學(xué)生對(duì)機(jī)構(gòu)的工作原理、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、方案設(shè)計(jì)和分析、運(yùn)動(dòng)分析等的理解和鞏固，為學(xué)生后續(xù)的機(jī)械設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)和各種科技競(jìng)賽等奠定良好的理論基礎(chǔ)。但是，在實(shí)際教學(xué)中大多數(shù)學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握和應(yīng)用遠(yuǎn)沒(méi)有達(dá)到預(yù)期的目標(biāo)。為了更好地實(shí)現(xiàn)課程的學(xué)習(xí)目標(biāo)，結(jié)合新時(shí)代全國(guó)本科教育工作會(huì)議精神、機(jī)制專(zhuān)業(yè)工程認(rèn)證和一流專(zhuān)業(yè)建設(shè)的要求，有必要針對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的不足，從實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)方式、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容考核和評(píng)價(jià)等方面進(jìn)行積極探索和實(shí)踐，更好地促進(jìn)學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的掌握和應(yīng)用，能夠?qū)C(jī)械工程領(lǐng)域復(fù)雜的機(jī)構(gòu)方案進(jìn)行設(shè)計(jì)和分析。

一、“機(jī)械原理”實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中存在的不足

隨著課程改革的要求，實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)由原來(lái)的8個(gè)學(xué)時(shí)減少到4個(gè)學(xué)時(shí)，開(kāi)設(shè)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目有機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖測(cè)繪與分析、機(jī)構(gòu)組合創(chuàng)新設(shè)計(jì)。由于學(xué)生對(duì)工程知識(shí)背景了解較少，實(shí)驗(yàn)的效果不理想，學(xué)生對(duì)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖理解和認(rèn)識(shí)不夠。實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ绞菍W(xué)生事先預(yù)習(xí)，課上教師講解，學(xué)生按照要求進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，然后撰寫(xiě)實(shí)驗(yàn)報(bào)告，教師再根據(jù)實(shí)驗(yàn)操作和實(shí)驗(yàn)報(bào)告進(jìn)行評(píng)價(jià)，學(xué)生與教師之間在課前課后缺乏交流溝通和信息反饋，這不利于學(xué)生的獨(dú)立思考和創(chuàng)造空間的發(fā)展，很難激發(fā)學(xué)生的求知欲和學(xué)習(xí)興趣。另外，由于實(shí)驗(yàn)只是課程考核的一部分，一般占比20%，無(wú)單獨(dú)考核學(xué)分，學(xué)生不夠重視，以致對(duì)課程設(shè)計(jì)、機(jī)械類(lèi)的科技競(jìng)賽和畢業(yè)設(shè)計(jì)感到無(wú)所適從，學(xué)生不能很好地運(yùn)用理論知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題。因此，在實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)減半的情況下，要保證實(shí)驗(yàn)教學(xué)的學(xué)習(xí)效果，提高學(xué)生的知識(shí)應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力，滿(mǎn)足新時(shí)代對(duì)人才的培養(yǎng)需求，急需對(duì)“機(jī)械原理”實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行改革和創(chuàng)新。

二、實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革思路

“機(jī)械原理”實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革基于OBE的教學(xué)理念，以“機(jī)構(gòu)”為主線，將“機(jī)構(gòu)原理—機(jī)構(gòu)方案設(shè)計(jì)—結(jié)構(gòu)分析—運(yùn)動(dòng)分析—實(shí)物拼接/加工/裝配”貫穿整個(gè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程，使實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與工程實(shí)際相融合，加強(qiáng)學(xué)生課前、課中和課后學(xué)習(xí)管理，發(fā)揮學(xué)生在學(xué)習(xí)中的主體作用，引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)思考和探究、主動(dòng)實(shí)踐，讓學(xué)生由“被動(dòng)學(xué)習(xí)知識(shí)”向“主動(dòng)應(yīng)用知識(shí)”轉(zhuǎn)變，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和潛能，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力以及思考和解決復(fù)雜問(wèn)題的能力，培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)合作精神、提高交流表達(dá)能力，真正實(shí)現(xiàn)全過(guò)程育人。

三、實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革措施

（一）優(yōu)化實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)內(nèi)容

1.重新組織實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)內(nèi)容

實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)是學(xué)生接觸實(shí)驗(yàn)的第一手資料，其內(nèi)容對(duì)激發(fā)學(xué)生的求知欲望和興趣起著至關(guān)重要的作用。結(jié)合多年的實(shí)驗(yàn)教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，并多次與課題組教師進(jìn)行溝通交流，筆者對(duì)“機(jī)械原理”實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)進(jìn)行了優(yōu)化，以“機(jī)構(gòu)”為主線，將實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目用“原理—方案—分析—拼接/實(shí)物”串起來(lái)，通過(guò)具體內(nèi)容設(shè)計(jì)將各個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目由基礎(chǔ)到提高、創(chuàng)新、遞進(jìn)并有機(jī)聯(lián)系。結(jié)合工程實(shí)際，在每個(gè)項(xiàng)目的前面增加一些工程問(wèn)題的導(dǎo)入，在項(xiàng)目的后面設(shè)置相應(yīng)的思考題，承前啟后地引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行思考和探索;增設(shè)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)類(lèi)競(jìng)賽主題、科研項(xiàng)目等，增加課外開(kāi)放創(chuàng)新項(xiàng)目，供學(xué)生選做。

2.創(chuàng)建立體實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)

將每個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的重要知識(shí)點(diǎn)或?qū)嶒?yàn)設(shè)備操作等錄制成微課，生成相應(yīng)的二維碼，把微課嵌入實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)中，學(xué)生通過(guò)掃描二維碼進(jìn)行相應(yīng)的課前預(yù)習(xí)和課后復(fù)習(xí);通過(guò)優(yōu)化實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)內(nèi)容，更好地引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)，激發(fā)學(xué)生的求知欲和學(xué)習(xí)興趣。

（二）融合多模式教學(xué)方法

1.理實(shí)穿插式教學(xué)

如機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖測(cè)試與分析課程，教師在講授理論課時(shí)，先讓學(xué)生進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室開(kāi)展機(jī)構(gòu)的認(rèn)知實(shí)習(xí)，了解機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)，然后再回到教室進(jìn)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖理論學(xué)習(xí)，開(kāi)展“理論—實(shí)驗(yàn)—理論”穿插式教學(xué)。

2.課前課后線上輔導(dǎo)

實(shí)驗(yàn)課前，實(shí)驗(yàn)教師基于“互聯(lián)網(wǎng)+”教育和信息化教育技術(shù)，建立與學(xué)生的互動(dòng)交流平臺(tái)（QQ群、雨課堂等）和機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖測(cè)繪虛擬軟件，將指導(dǎo)書(shū)發(fā)給學(xué)生，要求學(xué)生根據(jù)不同項(xiàng)目?jī)?nèi)容搜集相應(yīng)機(jī)構(gòu)的素材或根據(jù)教師分享的素材，完成預(yù)習(xí)資料中的問(wèn)題，如預(yù)先繪制虛擬軟件提供的不同機(jī)構(gòu)的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖，分析該機(jī)構(gòu)的原理圖、結(jié)構(gòu)組成、運(yùn)動(dòng)分析、應(yīng)用特點(diǎn)等，引導(dǎo)學(xué)生在課前積極思考和探索，發(fā)現(xiàn)生活中不同機(jī)構(gòu)在原理、結(jié)構(gòu)和應(yīng)用等方面的不足之處，將機(jī)構(gòu)的原理、結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)特性等重要知識(shí)聯(lián)起來(lái);課后通過(guò)平臺(tái)及時(shí)關(guān)注學(xué)生預(yù)習(xí)、實(shí)驗(yàn)和總結(jié)中存在的問(wèn)題，并及時(shí)反饋給學(xué)生。

3.課上線下指導(dǎo)

課上，教師講授“必需”而非“系統(tǒng)”的專(zhuān)業(yè)知識(shí)，通過(guò)提問(wèn)盡可能引導(dǎo)、啟發(fā)學(xué)生參與討論和交流，鼓勵(lì)學(xué)生充當(dāng) “講師”，將自己學(xué)的知識(shí)先進(jìn)行加工、建構(gòu)，然后教授給其他同學(xué)，教師和同學(xué)對(duì)主講學(xué)生進(jìn)行點(diǎn)評(píng);鼓勵(lì)學(xué)生充當(dāng)教師的指導(dǎo)助手，對(duì)其他同學(xué)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行分析判斷，并正確、合理地指出和改正錯(cuò)誤。這樣能更好地促進(jìn)學(xué)生對(duì)知識(shí)的消化和吸收。

4.課外自主創(chuàng)新

鼓勵(lì)學(xué)生將機(jī)械原理的相關(guān)內(nèi)容融入實(shí)際的生產(chǎn)和生活中，通過(guò)多渠道（包括網(wǎng)絡(luò)、生活中的常見(jiàn)機(jī)構(gòu)、競(jìng)賽作品、虛擬仿真軟件、大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練項(xiàng)目、科研項(xiàng)目等）獲取相關(guān)機(jī)構(gòu)的知識(shí)，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行自主學(xué)習(xí)，發(fā)現(xiàn)自己的興趣點(diǎn)，找到創(chuàng)新思考源泉。

改變傳統(tǒng)的單一教學(xué)方法，針對(duì)不同的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，融合理實(shí)穿插式教學(xué)，課前課上課后課外、線上線下“四位一體”相結(jié)合等多種教學(xué)模式，充分發(fā)揮學(xué)生“學(xué)”的主體作用和教師“教”的主導(dǎo)作用，讓學(xué)生真正懂得要學(xué)什么、怎樣學(xué)、在哪里學(xué)，即學(xué)習(xí)的內(nèi)容和學(xué)習(xí)的方法，發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性，提高“學(xué)”和“用”的能力。

（三）創(chuàng)新多元、多維考核評(píng)價(jià)

實(shí)驗(yàn)是將理論知識(shí)應(yīng)用于實(shí)際，促進(jìn)學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解和應(yīng)用，需要對(duì)實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)成效進(jìn)行多指標(biāo)綜合考核評(píng)價(jià)。評(píng)價(jià)的主體包括學(xué)生和教師，評(píng)價(jià)的內(nèi)容包括預(yù)習(xí)情況、實(shí)際操作情況、課堂表現(xiàn)（參與討論、充當(dāng)“講師”和輔導(dǎo)情況等）、課后學(xué)習(xí)（實(shí)驗(yàn)報(bào)告、思考題等）。通過(guò)雨課堂檢測(cè)對(duì)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)內(nèi)容主動(dòng)學(xué)習(xí)的能力和對(duì)問(wèn)題的思考能力;通過(guò)充當(dāng)“講師”和教師助手的角色，培養(yǎng)學(xué)生的自我展示能力、口頭表達(dá)能力、專(zhuān)業(yè)理解能力;通過(guò)實(shí)際操作，培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力和對(duì)知識(shí)的理解、應(yīng)用能力;通過(guò)學(xué)生互評(píng)，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)問(wèn)題的分析判斷能力和交流能力;通過(guò)實(shí)驗(yàn)報(bào)告，培養(yǎng)學(xué)生的數(shù)據(jù)分析能力、設(shè)計(jì)能力、文字表達(dá)能力和總結(jié)能力;通過(guò)課外開(kāi)放創(chuàng)新項(xiàng)目，培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)新思維能力。通過(guò)教師、學(xué)生之間的多元、多維對(duì)實(shí)驗(yàn)的全過(guò)程進(jìn)行考核評(píng)價(jià)，引導(dǎo)學(xué)生從認(rèn)識(shí)和行動(dòng)上對(duì)實(shí)驗(yàn)的重視，提升學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力、表達(dá)能力和應(yīng)用能力，促進(jìn)學(xué)生的全面發(fā)展。

（四）搭建創(chuàng)新創(chuàng)意實(shí)踐平臺(tái)

針對(duì)開(kāi)放創(chuàng)新項(xiàng)目的訓(xùn)練，結(jié)合理論課的大作業(yè)和課程設(shè)計(jì)，搭建開(kāi)放的創(chuàng)新創(chuàng)意實(shí)踐平臺(tái)，為學(xué)生的創(chuàng)新創(chuàng)意作品的實(shí)現(xiàn)提供實(shí)物拼接和3D打印。學(xué)生自愿組隊(duì)，每一隊(duì)分配相應(yīng)的項(xiàng)目任務(wù)，項(xiàng)目可以是企業(yè)的產(chǎn)品、科技競(jìng)賽主體產(chǎn)品、生活使用產(chǎn)品等，按照“原理—方案—建模—仿真—分析—實(shí)物”的訓(xùn)練過(guò)程，完成項(xiàng)目訓(xùn)練的內(nèi)容。首先通過(guò)查閱文獻(xiàn)資料，熟悉產(chǎn)品原理，設(shè)計(jì)方案，并對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行改進(jìn)，建立三維模型，分析該模型的可行性;其次利用虛擬仿真技術(shù)，仿真分析產(chǎn)品的運(yùn)動(dòng)性能，檢查產(chǎn)品是否滿(mǎn)足預(yù)定的設(shè)計(jì)要求;最后利用實(shí)驗(yàn)室的實(shí)踐平臺(tái)進(jìn)行實(shí)物拼接，進(jìn)一步驗(yàn)證方案的可行性。對(duì)一些好的產(chǎn)品，按照縮小比例的方法可以利用3D打印技術(shù)，在實(shí)驗(yàn)室的3D打印機(jī)上將作品最終打印出來(lái)，然后進(jìn)行裝配調(diào)試，最終將學(xué)生的想法真正變成可以看得見(jiàn)、摸得著的實(shí)物產(chǎn)品。通過(guò)這種方式，在培養(yǎng)學(xué)生的產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力、軟件分析和應(yīng)用能力的同時(shí)，增強(qiáng)學(xué)生的成就感和自信心。

四、改革效果

改革成果在桂林電子科技大學(xué)2018級(jí)和2019級(jí)機(jī)制、車(chē)輛專(zhuān)業(yè)中進(jìn)行了初步實(shí)施，從實(shí)施的效果看，通過(guò)使用雨課堂對(duì)學(xué)生的預(yù)習(xí)效果進(jìn)行客觀評(píng)價(jià)，有效地對(duì)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)自主學(xué)習(xí)進(jìn)行跟蹤和提醒;對(duì)實(shí)驗(yàn)的全過(guò)程考核評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行分析，部分學(xué)生理論知識(shí)扎實(shí)，口語(yǔ)表達(dá)能力較好，但實(shí)踐能力較差;部分學(xué)生動(dòng)手能力較強(qiáng)，但文字表達(dá)和數(shù)據(jù)分析能力較弱;部分學(xué)生顯示出較好的自主學(xué)習(xí)能力，有較強(qiáng)的好奇心，能對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)，積極參加機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽、全國(guó)數(shù)字化三維創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽、全國(guó)大學(xué)生工程訓(xùn)練能力大賽等科技類(lèi)競(jìng)賽和大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練項(xiàng)目等。可見(jiàn)，通過(guò)對(duì)“機(jī)械原理”實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革，對(duì)提高學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣起到較好的促進(jìn)作用。從評(píng)價(jià)結(jié)果看，實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革有效展現(xiàn)了不同層次學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，有利于發(fā)現(xiàn)各個(gè)學(xué)生的學(xué)習(xí)優(yōu)勢(shì)和不足，并對(duì)學(xué)習(xí)較差的學(xué)生進(jìn)行提醒和幫助，更好地幫助學(xué)生成長(zhǎng)和成才。

總之，“機(jī)械原理”實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革堅(jiān)持以學(xué)生為中心，但需要學(xué)生、教師的共同參與和付出，在思考怎樣提高學(xué)生“學(xué)”和“用”的能力的同時(shí)，也是對(duì)提高教師“教”的能力的考驗(yàn)。因此，要求教師要順應(yīng)新時(shí)代的潮流，進(jìn)行自我革新，不斷學(xué)習(xí)新思想、新理論和新方法，并應(yīng)用于教學(xué)實(shí)際，將知識(shí)內(nèi)化于能力培養(yǎng)中，從而提升教師“教”的能力，更好地當(dāng)好學(xué)生學(xué)習(xí)的引路人，使學(xué)生和教師都從教學(xué)改革中受益。

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[9]李平，毛昌杰，徐進(jìn).開(kāi)展國(guó)家級(jí)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心建設(shè)，提高高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)信息化水平[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2013（11）.

[10]毛瑋，蔣洪奎.3D打印技術(shù)在機(jī)械原理課程教學(xué)中的應(yīng)用[J].工業(yè)設(shè)計(jì)，2019（9）.

注：桂林電子科技大學(xué)智能制造實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)教學(xué)中心項(xiàng)目“新時(shí)代背景下的機(jī)械原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革與實(shí)踐”（2020JDSYZXA01）

【作者簡(jiǎn)介】何玉林（1980— ），女，湖南永州人，桂林電子科技大學(xué)高級(jí)實(shí)驗(yàn)師，碩士生導(dǎo)師，主要從事機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)教學(xué);楊連發(fā)（1965— ），男，貴州黎平人，桂林電子科技大學(xué)教授，博士生導(dǎo)師，研究方向?yàn)槟＞咴O(shè)計(jì)和專(zhuān)業(yè)綜合設(shè)計(jì)教學(xué)。

（責(zé)編 蘇 林）