高职《机械设计基础》实验教学改革的探讨
陈凤光
【摘 要】本文根据高职专业人材培养的具体目标和要求，对传统机械设计基础实验教学中存在的不足进行了分析，对机械设计基础实验教学改革进行了探讨。
【关键词】高职 机械设计基础 实验教学 改革
高等职业技术教育是一种职业技术性教育。培养的人才以实用型的职业性人才为主，主要培养目标是能综合运用所学的基础理论和职业技能，观察、分析、解决生产一线中的技术问题。高等职业技术教育的中心任务是以职业技能培养为主，重点突出它的应用性、技术性和职业性特点。
机械设计基础是高职机电类专业人材培养的一门重要技术基础课，是对学生进行机械综合设计能力、创新能力和工程意识训练的主要课程。而机械设计基础的实验教学，则是学生学习机械设计基础课程进行工程实践的重要途径，是培养学生理论联系实际、分析问题和解决问题的能力以及启迪学生的创新思维、开拓其创新潜能的重要手段，是机械设计基础课程教学的一个重要的实践环节，其对实现课程教学目标起着不可或缺的关键作用。面向21世纪高职院校课程教学改革的一个重要方面就是要加强实践教学环节，改变过去课程教学中重视理论知识，而轻视实践、忽略应用的状况。因此，根据改革后对专业人材培养的具体目标和要求，结合我院的实际和专业建设情况，对机械设计基础课程实验教学目的和方法进行了反思，对实验教学从体系结构到内容、手段和方法等进行了改革和建设实践。
一、传统实验教学存在的不足
实验目标存在单一性 传统的机械设计基础实验课程教学目标大多停留于加深学生对理论知识的理解，注重的是对课堂上所教授理论知识的验证。例如，《齿轮范成原理》是为了验证“范成法加工齿轮的原理以及齿轮加工中的根切现象”；《带传动实验》是为了验证理论课教学中的“带的弹性滑动及带传动的效率变化情况”。在这种验证性实验中，学生的任务只是为了完成教师规定的学习内容，学生是被动的参与而不是积极主动地加入。这样，一方面不能充分发挥学生的主观能动性、创造性，另一方面也不能给学生自主学习提供广泛的可选择余地。
实验方式凸显陈旧性 传统的机械设计基础实验方式过于呆板、格式化，一般都是在规定的时间内先让学生看一段录像或演示，然后根据实验指导书的要求，在教师的指导下，按规定方法，在既定的条件下完成实验的全过程。例如，齿轮参数测试实验，要求学生根据实验指导书的要求，按规定的方法和步骤测出相应的数据，然后填入相应的表格，最后检验齿轮相关参数的正确性。由于实验要求学生是“严格”按照实验指导书完成的，每个学生所做的实验从实验方法、实验步骤、实验设备到实验数据和数据的处理几乎是一模一样的。学生的行为方式和思维方式规定在一个固定的模式里进行，因此实验本身留给学生思考的空间不多，难以激发学生的学习兴趣，在一定程度上制约着学生创新能力的培养。
实验内容缺乏系统性 传统的机械设计基础实验常常是孤立的，缺乏系统性，忽略了实验内容之间的内在联系，没有形成一个完整的实验体系。例如在《带传动实验》、《齿轮几何参数测试实验》和《转子动平衡实验》等实验中都涉及到机械量的测试，它们所采用的测试手段、仪器和数据处理方法均不相同，但在传统实验中，指导教师往往注重的只是如何正确使用某类设备或仪器去得到所需要的实验数据，而不注重介绍为什么要采用这样的测试方法，使各个不同的机械量的测量没有建立起一个横向比较。由于学生是被动地去操作测试仪器和记录数据，所以也就不会积极主动地去思考能不能利用其他测试手段和方法去完成同样的实验等问题。这样整个课程实验做下来，学生对机械量测试的一般方法和手段还是没有一个系统和完整的认识，学生仍然不知道机械量测试的一般理论、方法和手段。
实验内容缺乏综合性 传统的机械设计基础实验都是针对理论知识的某一章节来设计的，实验内容所涉及的知识面较窄，缺乏各学科知识的关联性和交互性，所用的实验手段也比较落后，已不能反映当代实验技术的发展，即缺少综合性和设计性的实验。而综合性和设计性的实验对于培养学生综合运用各学科的理论知识、现代技术分析和解决工程实践中的实际问题的能力，对充分发挥学生的主观能动性，培养学生综合素质和创新能力有理论教学不可替代的重要作用。
实验成绩评价缺乏科学性 传统的机械设计基础实验成绩评价方式，只是依据学生实验报告的质量来考评，其实验成绩也仅作为平时成绩的一小部分，且在期中和期末考试中几乎不涉及实验教学的内容，因此导致一些学生不认真做实验，甚至抄袭别人实验报告的现象，使实验教学的基本目标难以达到。
二、实验教学改革的探索与实践
鉴于上述机械设计基础传统实验教学的不足，表明传统的实验教学从体系结构到内容、方法和手段上已不能保证改革后对专业人材培养目标和机械设计基础课程教学目标的实现，必须进行改革。
1） 更新观念，确立机械设计基础实验教学新目标
针对目前高职教育的形式和我院的具体状况，通过认真讨论机电专业的教学改革思路，我们认为：机械类实验教学改革应紧紧围绕着提高学生创新能力及培养学生的综合素质来进行，为此我们重新确立了机械设计基础实验教学的新目标。
a、培养学生的工程实践与动手能力。机械设计基础是一门实践性很强的技术基础课。由于高职学生的基础相对薄弱，且几乎都是从学校到学校，缺乏工程实践知识和实际的动手能力。虽然在理论课程教学前可安排感性认知实践，以增强学生的感性认识。但是光有这是远远不够的。在机械设计基础实验这个重要的实践环节，加强学生对机构、零件结构和机械设计等工程实践知识和对仪器设备的动手操作、机械结构的装拆等实际动手能力的培养，是对理论课程教学不足很好的补充和完善。
b、培养学生的创新和综合应用能力。创新能力是现代社会对一个人材的基本要求。培养学生的创新和综合应用能力是教学改革对高等职业技能人材培养的一个主要目标，也是机械设计基础课程教学改革和建设的根本目标，作为教学改革的核心，它贯穿于机械设计基础课程教学的各个环节。不仅在理论教学课上要培养学生的创新意识、综合运用各学科知识进行机构和机械设计的意识，更要在实践教学环节培养创新和综合应用的实际能力，而后者对创新人材的培养往往更重要，也是我们以前在实验教学中所欠缺的。
c、培养学生进行工程实验的基本技能。通过实验，学生应了解工程实验的基本原理，不同机械量测量的不同方法、实验数据采集和处理的过程与方法，了解各种不同实验仪器的原理、使用和调试，以及实验系统构建的基本要求和方法等。所有这些基本技能的掌握不仅对提高学生用现代技术解决工程实际问题的能力，对提高学生的综合素质和创新能力具有重要的作用，而且为学生专业课程的学习和专业人材培养目标的实现打下良好的基础。
2）优化结构，构建机械设计基础实验教学新体系
在明确机械设计基础实验教学的目标的前提下，结合实验室建设，对机械设计基础课程的所有实验进行了分类和整理，对所开实验系列的体系结构进行了调整，构建了新的实验教学体系（图1）。具体而言：
1、保留传统的经典验证性实验
传统的实验课程对于学生全面的素质形成具有一定的前提性和必要性。例如，我们保留了《机构运动简图测绘实验》，因为学生通过机构运动简图的测绘实验，可以全面地认识机器及机构组成，学会如何从实物抽象出机构分析和设计的几何模型——机构运动简图，为今后研究和创新设计机构奠定良好的基础；保留了《轴系结构测绘》和《减速器结构装拆实验》，因为这两个实验均对学生进一步掌握机械结构设计知识、了解结构设计的原则，从而更好地进行课程设计、毕业设计以及毕业后从事实际的工程设计有很大的帮助，而且还对学生的动手能力进行了锻炼。
2、更新和改造相对落后的实验
对于一些实验手段、测试方法比较落后的实验进行了更新，如：渐开线齿廓范成实验，主要是了解渐开线齿轮的范成和根切的基本原理，将过去用范成仪一笔笔画包络线的方法，改用计算机仿真实验去代替，使实验内容既形象具体又省时省力，可获得事半功倍的效果。
对于一些涉及机械量测试的实验，我们对实验教学侧重点进行转移，即从以验证机械设计基础课程理论为主转变为验证理论知识和介绍测试手段和方法并重，还可通过改造原有的测试手段，引进先进的测试手段和仪器，将其改造成交叉性实验，使学生通过实验不仅验证了课程教学中所学的理论知识，而且了解和掌握了各种不同机械量测试和数据处理的方法，取得了一石二鸟的作用。
3、新增开设综合性和设计性实验
通过添置先进的仪器设备，新增开设了培养学生实践能力的综合性实验。例如，《平面机构创意组合测试分析实验》，其综合应用电动机、皮带传动装置、低副杆组、凸轮、齿轮齿条、槽轮、各种回转副、移动副等基本构件和联接件，创新性地拼装多种机构运动方案，并通过使用直线位移传感器和多个角位移传感器，对主、从动件的回转运动和直线运动进行运动检测。被测信号经电荷放大器放大，再通过数据采集系统实时采集，经计算机软件处理后即可显示机构运动参数(位移、速度、加速度)的适时变化曲线。该实验中，学生通过从实验装置的搭建、仪器调试、数据采集、处理及测试过程中机构运动方案的拼装等实际操作，得到了用现代化技术手段和所学理论知识综合解决工程实际问题的良好训练，学生在其中也有很强的参与意识，取得了很好的效果。
在机械设计基础实验体系中增加设计性的实验，也是实验体系改革与建设的一个重点，这也是培养机械设计创新人材的要求。创新设计性实验的开设不仅给学生提供了广阔的思维空间，提高了学生的学习积极性和求知欲，培养了学生的创新能力和创新意识，加强了学生的动手能力和工程实践能力，而且也改革了实验教学方法。原来由教师设计实验方案、准备实验设备，安排好实验程序，学生只观察现象和记录数据的传统实验模式得到转变，教师只做必要的指导，让学生自己动手，充分调动学生的创造性和主观能动性，学生可根据自己的能力和爱好自由地选择实验项目，从而为学生搭建了一个大的实验平台。
例如：《轴系结构设计》实验，学生根据所提供的原始条件（如齿轮传动类型、齿轮圆周速度、蜗杆跨度等），自行选择合适的零件（如轴承、轴承盖、密封件、轴套类型），按照轴系结构设计的思路进行模拟设计或装配。另外，拟建的《机构和机械传动创新设计实验》中，学生可通过不同的运动副和构件搭建各种新型机构，或通过各种常用传动组件（电机、带、链、齿轮、轴等）组合成各种传动方案，经性能测试、比较，选择最佳的机构或机械传动方案，从而加强对学生的创新能力和机械综合设计能力的培养。
4、建立开放式的感性认知实验
通过建立开放式的机构、零件陈列室和机械装拆实验室，使学生有更多的自主时间来安排学习，以期发挥学生在实验教学中的积极性与主动性，从而加强学生对机构、零件结构等工程实践知识和对仪器设备的动手操作、机械结构的装拆等实际动手能力的培养，确保对理论课程教学不足的补充和完善。
5、改革和完善实验考核标准
如何完善实验考核标准？笔者认为应该遵循的原则是：促进学生认真完成每一项实验。这就要求教师应根据每一项实验的特点、目标、内容和方法，分别进行单独考核。可采取考核实验理论和实验操作相结合的方式，除书面考试、实验报告评价外，还可由教师通过观察学生实验过程、口头提问、技能展示等多种形式评定学生的每次实验的成绩，学期期末评定一个总评成绩，作为本课程的实验成绩，并计相应的学分，以期对学生的实践能力能较合理地评价。
三、实验教学改革的进一步思考
机械设计基础实验教学改革，除了要求优化体系结构、深化实验内容和教学方法的改革外，我们还面临着一个关键问题：实验师资队伍的建设。应该看到，随着实验教学的不断改革，先进的实验设备、仪器的应用以及综合性的实验内容的增加，对实验指导教师提出了更高的要求，不但要具备坚实的理论基础，并且要有较强的实践动手能力。然而现实情况往往不管是学校的政策导向还是教师的个人选择都愿意去搞理论教学，而不愿搞实验教学，造成学历层次高的教师上理论课，学历层次低的教师上实验课，这种情况已远远不能满足实验教学进一步改革的要求。因此，当务之急就是要建立一支高水平的实验师资队伍。具体做法：
①鼓励和提倡理论课任课教师承担与理论课程配套的实验，特别是一些综合性、创新性的实验，因为理论任课教师最清楚实验课程要解决的问题，这样可进一步改进实验教学的效果，有利于促进教师理论课教学质量的提高，避免理论教学与实验教学的脱节。
②鼓励和提倡理论课任课教师与实验技术人员一同参与实验室的改革与建设，特别是新建实验项目的建设，这样一方面有利于提高新建实验的水平和质量，另一方面可以增加理论课任课教师实践经验，还可以提高实验技术人员的理论水平和实验业务水平。
③鼓励和提倡实验技术人员在职攻读高层次学位，打破理论教师与实验教师的明显界限，即理论教师和实验教师要求“两手都要硬”，积极参与实际科研开发工作，从理论和实践两方面进一步扩展其知识领域，提高业务水平，从而保证实验教学改革与建设的进一步深化。
四、结语
经过改革和建设的机械设计基础实验教学较好地满足了实验教学改革对培养机械创新人材的要求，新的实验教学实践取得了良好的效果。随着高等职业技术教育改革的不断深化，在机械设计基础实验教学中，仍要进一步探索，以确保高等职业教育的高层次技术型、技能型人材培养目标和机械设计基础课程教学目标的实现。
参 考 文 献
〔1〕胡爱萍，陈 权，葛乐通等.浅谈工科实验教学[J].实验室研究与探索，2003，1：17-18 〔2〕黄鸿鸿 高职教育质量问题的探讨[J].高等职业教育，2001，4：14-16 〔3〕王吉军，李玉光 实验课程与实验教学模式研究.面向二十一世纪教学改革新进展. 武汉：华中理工大学出版社 2000，5：231-235
DISCUSSION ON REFORMING TO THE EXPERIMENT TEACHING OF MECHANICAL DESIGN BASES FOR HIGHER PROFESSIONAL EDUCATION
Chen Fengguang Liuzhou Transport Vocational Technical College
Liuzhou City, Guangxi 545007 Abstract: Analyses on the problems existed in the traditional experiment teaching of Mechanical Design Bases will be carried out and the discuion on the reforming to the experiment teaching of Mechanical Design Bases will be performed according to the detail objective and demand for cultivating new talents of higher profeion in this article.
Key words Higher profeion Mechanical Design Bases Experiment teaching Reforming
（发表于《柳州职业技术学院学报》2005年4期）
