学科教育论文-机械基础实验的实验教学模式及实验管理改革初探.doc

学科教育论文-机械基础实验的实验教学模式及实验管理改革初探作者：袁永壮许泽银王学军张宇钢【摘要】该文结合合肥学院机械基础实验教学体验,根据实验室硬件使用和软件建设相互协调配套的具体特点探索了机械基础实验教学体系改革的尝试,并通过“机构及其运动”教学实践为例来说明了机械基础实验改革的可行性,提出了机械基础类实验教学体系改革的基本方式和具体目标,探讨了通过必要的管理体系及保障措施来使学生提高自主学习的积极性和利用有限的实验资源来培养学生创新意识的积极意义。【关键词】机械基础实验实验课程化实验管理引言:机械工程是绝大多数工科院校常设的较古老学科方向,其教学体系经过漫长的发展,至今已相当成熟,在各院校的学生培养过程中也都发挥了强大的作用。随着社会的发展、技术的进步,机械类专业对学生的要求也越来越高,其中部分教学方式,尤其是实验教学方面也日渐暴露出部分不适应的地方。这主要是近年来我国高校招生规模迅速扩大,学生人数大幅度增加,尽管各个学校对实验室的教学设备及人力资源进行了较大的投入。但在这样一个新形势下,传统的机械基础实验教学内容和方法逐步显现出不足,因此笔者及合作者们在实践教学中不断探讨,认为有必要对原机械基础实验教学体系根据我院培养应用型人才的要求进行实验教学及实验管理的改革。1机械基础试验体系1.1传统的机械基础实验教学体系传统的机械基础实验教学是以课程为先导的方式,根据每门课程的要求,在学生学习相应理论知识的时候或稍后进行相应项目试验,让学生对所学的理论进行熟悉,利用相关设备对书本知识进行验证,使学生在实验的基础上理解书中的一些公式及原理等,这样的教学一般就是认知和验证,也即实验教学相对单调,在实验管理方面也就是学生需要认知或验证什么,实验室就让学生进入某些特定的实验室进行试验活动。这样的实验室管理相对容易一些,而学生在当时感觉也是挺直观,但在遇到机器让其自己分析时就感到无从下手,不利于学生综合设计能力的提高,尤其是我们工科院校的学生将来大多走向工业企业,主要从事工业产品的设计工作,这就要求我们工科院校在学校就要培养学生实际分析问题、综合问题的能力,并能提出自己的见解或提出解决办法,因此对现有实验室管理及实验教学体系的改革势在必行。1.2我们尝试的机械基础机构及其运动的实验教学体系针对传统实验教学的特点及在当今表现出来的缺陷,以及社会对学生综合素质要求的提高,在实际教学中我们根据院有关文件的精神、教学计划和人才培养的目标,并结合机械基础实验的特点进行了实验管理及实验教学的探索,将机械基础实验教学结构设置为5个层次如图1所示,进一步提高学生的综合素质,培养创新性人才。从上图五个层次的教学体系可见,第一层次为认知试验,即由常用的各类机械基础陈列柜组成,在同学们进入大学学习了相关课程时或之后学生们在陈列柜中发现自己已学过的各类结构,培养他们从理论学习的运动及结构简图到实际运用的感性认识,帮助他们想象一下自己在实际生活中遇到的各类机器中会用到哪些运动结构,提高将来解决实际问题的能力；在看过具体结构以后就要自己动手模仿所见机构进行验证,使同学能达到眼所见、手所指,心中有机构的境界,这就是我们这里划分的验证试验层次；在此基础上我们采取学生自己设计相关试验的方式帮助学生熟悉所学理论知识,自己首先绘出运动简图或设想某种运动关系需要去了解其运动状态参数,然后带到实验室来自己组建运动关系或测试其运动状态数据,这就是我们的设计实验层次,该层次所进行的实验,都是学生自己构想的实验,而不是我们通常书本上学习的已有事例,这样便于学生自己在取得实验数据后自己分析,自己去寻找书本中的某种理论来解决这些实验数据说明的问题,从而进一步增强了学生解决问题能力；学生具有一定的自己分析问题能力后就可以将其以前所学过的相关知识通过一个或几个综合性试验串接起来,从而从总体上把握到每个阶段所学的知识之间的内在联系,这里我们通过机械传动综合实验台,在一系列的标准零件库中,同学自己选择不同连接运动方式及级数传动来进行综合性测试,了解不同传动方式的效率及传递力的关系,掌握不同传动的特点,让后再回到实际机器中分析为什么会运用到这些连接方式,可以不可以有其它方式能代替已有传动关系,如果有,怎样实现,这就是我们的创新实验层次。2改革后的实验教学过程首先具备一定基础知识的学生先自己在各类机构及运动机构陈列柜前自己学习分析,初步看懂各类结构及运动机构,通过自己回忆已学过的理论知识,达到能将书本上的运动方案图与实物图对应起来,这便达到了认知的目的；在认知了各类机构后再到生产实践的机器中去分析各部分结构及运动方案,这里我们采用在家用及工业使用的缝纫机头、教学型工业机床如冲压机床、压力机、建筑上的加料翻斗机、带自动进料的多工位分度冲击装置等让同学们通过观察机器的运动,自行寻找各部分相应的结构及运动机构,每人在这多种设备上至少找出两类不同的结构等,这能够进一步帮助学生在认知后在生产实践使用上得到相应机构的验证及具体使用中的结构变体(也即与理论上所学的运动方案示意图在实际使用中的具体表现形式),更能够加深学生的学习印象及了解所学的理论在实际使用中的使用情况,会帮助同学们对所学理论知识有更进一步的了解及能够激发学生学以致用的激情；在经过上面两步完成以后,我们让学生自己课下思考及自行设计一些机构及运动方案,再回到实验室,通过实验室已备好的各种标准件自己实施自己的设计方案,当然,这一步仅仅要求学生能够设计单结构的方案,来巩固已学的相关知识；在单结构方案能够熟练使用及设计以后可以进行各种综合试验了,不管是采用传动方案组合还是进行部分结构参数测量都可以进行,这些实验工作可在传动参数测量仪器上进行,让学生进行对自己设想的机构测量,如测量曲柄滑块、凸轮等运动速度加速度等；这些机构的熟悉、设计、综合结束以后,学生可以利用我们的创新试验台进行自己闯新设想,培养学生的创新意识和创新精神。3使用的实验仪器设备认知试验是我们让学生自己花一定的时间对照已学的理论知识在机构及零件陈列柜中寻找相应的机构和零件学生通过自己在展示柜前寻找相应的理论结构,然后再进入实体验证阶段,到典型设备中寻找相应结构在工程实际中应用的具体表现形式,我们是让学生在冲压机床、斗式提升机、分度冲压装置等机械上寻找,并自己画出相应的运动简图或机构图,在经过认识、寻找验证以后学生自己可以根据自己对所学知识的理解设计出各种传动方案或机构运动,我们提供实验仪器设备让同学们自己通过实验仪器来再现自己的设计思想,这主要使用一些传动方案组合及测量等设备,这些设备除了可以完成同学自己设计的单个运动方案外,还可以几个人合作,将大家设计的思想综合到一起,实现多传动运动方案,各种传动组合的实验,自己搭建运动系统,自由组合运动方案,让同学们在合作中巩固已学的各种方案在实际中的应用。经过这些训练以后,同学们就可以自己自由发挥,根据其对相应或设想中的设备的理解,进行创新性试验,我们实验室购置了大量创新实验台,提供各类标准件,让他们的思想得以体现,可以在不受实际使用限制的条件下,自由创造,当然在学生通过这些设计以后想了解除机构以外的运动状态我们的这些设备上也大多配备了测量系统,可以通过软件或自己记录的方式得到运动状态数据,了解运动状态参数。帮助对运动进行分析,便于同学们进一步巩固所学的理论知识。4实验所需的相应管理方式我们在探索机械基础实验新方式过程的前期中发现,原先以实验原理划分的实验室管理方式,在一定程度上使得这种新型实验方式不好开展,需要大量的组织协调工作去做,一方面学生实验时间受到影响,另一方面师生之间经常配合得