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摘要：

為了提高實驗教學質(zhì)量，激發(fā)學生的學習興趣。本文針對機械設(shè)計專業(yè)綜合實驗課程教學中存在的問題，提出在課程中增加虛擬改錯環(huán)節(jié)，并針對虛擬改錯環(huán)節(jié)的教學內(nèi)容、教學方法以及教學手段改革進行了初步探討與實踐。教學實踐表明：此環(huán)節(jié)的教學效果良好，提高了學生實際分析問題、解決問題的能力。

關(guān)鍵詞：

機械設(shè)計；綜合實驗；虛擬改錯；教學改革

21世紀，我國進入了知識經(jīng)濟、技術(shù)經(jīng)濟的時代，而知識技術(shù)經(jīng)濟致勝的法寶是人才。高等學校培養(yǎng)的人才質(zhì)量，直接關(guān)系到一個國家的綜合國力和國際競爭力，因此培養(yǎng)和提高學生的專業(yè)素養(yǎng)，鞏固其專業(yè)知識的理解和吸收是培養(yǎng)人才能力、提高人才質(zhì)量的堅實基礎(chǔ)。特別是對機械類專業(yè)的學生來說，更應該把學生對理論知識的靈活吸收與掌握運用作為實踐類課程的重中之重，只有這樣，學生才能在未來工作中游刃有余、手到拈來[1]。“機械設(shè)計專業(yè)綜合實驗”是遼寧工業(yè)大學（以下簡稱我校）機械工程與自動化學院針對設(shè)計專業(yè)大四學生開設(shè)的一門重要實踐課程，課程主要內(nèi)容是對學院現(xiàn)有的典型包裝機械（顆粒包裝機、蘋果制瓣機、安瓶灌裝機等）進行工藝流程分析、功能原理分析、傳動系統(tǒng)以及執(zhí)行系統(tǒng)分析，并由教師將學生分組，每組學生繪制不同設(shè)備中不同功能部件的功能結(jié)構(gòu)圖、執(zhí)行機構(gòu)簡圖、傳動系統(tǒng)圖以及執(zhí)行系統(tǒng)循環(huán)圖等，具有較強的實踐性[2]。為了進一步激發(fā)學生的學習興趣、增強實驗效果、提高實驗教學質(zhì)量，在“機械設(shè)計專業(yè)綜合實驗”中增加虛擬改錯實驗環(huán)節(jié)，本文主要介紹在“機械設(shè)計專業(yè)綜合實驗”虛擬改錯實驗環(huán)節(jié)教學中的一點做法和體會。在教學過程中，結(jié)合傳統(tǒng)實驗手段，采用虛擬實驗方式，是實驗教學的突破性嘗試與創(chuàng)新[3]。

一、機械設(shè)計專業(yè)綜合實驗教學現(xiàn)狀

由于學生實踐經(jīng)驗比較欠缺，對大部分機械結(jié)構(gòu)及設(shè)計理念還都停留在理論環(huán)節(jié)。通過本門實驗課程，雖然對實際設(shè)備有了一定了解，但由于包裝機械非標件相對較多，而且結(jié)構(gòu)較復雜，學生在對專業(yè)知識的理解上仍有欠缺，只對設(shè)備有大體的了解，不能把握其設(shè)計理念的精髓，往往都是知其然而不知其所以然。學生很難將課堂所學理論知識與實際有效聯(lián)系起來，缺乏應用理論聯(lián)系實踐、指導實踐的能力。

二、“機械設(shè)計專業(yè)綜合實驗”虛擬改錯環(huán)節(jié)的教學實踐過程

首先，為了讓學生學會團隊合作的工作方法，又能夠充分調(diào)動各位組員的工作積極性，使每位學生都能充分發(fā)揮自己的優(yōu)勢，達到事半功倍的效果。指導教師先將學生分為2~3人一組，根據(jù)每組學生的綜合水平給定一個包裝機械常用執(zhí)行機構(gòu)或傳動機構(gòu)的三維案例模型，每個案例模型中設(shè)置一些學生設(shè)計時經(jīng)常出現(xiàn)的典型錯誤與問題，如圖1、圖2所示，問題主要涵蓋安裝問題、設(shè)計問題以及工藝流程問題等。然后，指導教師組織各組學生進行相互討論并運用“機械設(shè)計專業(yè)綜合實驗”之前課程對包裝機工藝流程及功能原理等的分析理解，加之本科階段理論課、專業(yè)課所學知識，找出案例模型中不合理的地方，同時討論說明存在的問題，以及會對設(shè)備帶來哪些不良后果，會在生產(chǎn)過程中造成什么樣不良影響。如圖3所示實驗前提供的模型，兩個軸承緊貼，軸向間隔過小不利于滾輪傳動，同時軸端螺紋孔沒有鉆頭錐角，工藝不合理。學生

通過課堂學習討論，將模型中不合理之處進行了調(diào)整改進，如圖4所示。最后，各組學生將得出的最終結(jié)論整理成書面報告的形式交由指導教師檢查，指導教師對其錯誤描述是否準確，改進方案是否合理，改進措施是否可行等方面進行考察。檢查合格后，由學生整理并提交書面實驗報告。對于專業(yè)能力較強，知識點掌握比較扎實以及對三維仿真模型感興趣的學生，可以額外讓他們運用自己提出的改進措施對三維模型進行修改并進行運動虛擬仿真，看改進后系統(tǒng)性能是否得到改善，合理性是否得到提高，從而達到興趣驅(qū)動、因材施教的教學效果。

三、“機械設(shè)計專業(yè)綜合實驗”虛擬改錯環(huán)節(jié)教學過程中所把握的要點

由于“機械設(shè)計專業(yè)綜合實驗”對機設(shè)專業(yè)大四學生實踐應用能力培養(yǎng)中的重要性，以及我校“應用型、復合型、外向型”的本科人才培養(yǎng)目標，實驗教學改革過程中注重以下兩點：

（一）引導為主，把控細節(jié)在教學過程中緊緊圍繞“學生為主，教師為輔”這一原則。指導教師對學生以啟發(fā)引導為主，采用循序漸進的階梯式教育方法，讓他們積極動腦思考，并根據(jù)各組學生的能力和進展情況，把要求逐步提高，同時鼓勵學生采用多種不同的方案對案例模型中的問題進行修改，然后分析比較，從中選出最佳方案。和學生一起總結(jié)歸納，使理論得到升華，加深學生對知識的理解。在實驗過程中，雖然學生針對錯誤問題提出的改進方案和措施全部合理，但對問題的思考往往不夠深入全面，比如當傳動中使用帶傳動時，學生往往只是籠統(tǒng)地說成帶傳動，而對帶的種類、參數(shù)等少有提及，這就需要指導教師對這些設(shè)計細節(jié)進行把控，一方面可以幫助學生把理論知識點理解吃透；另一方面能夠提高學生解決問題時思維的縝密性和全面性。

（二）實驗案例更新要與時俱進在虛擬改錯實驗中的錯誤設(shè)置要盡可能多地貼近生產(chǎn)實際，使錯誤的設(shè)置不是憑空想象照本宣科，而是緊隨科技更新?lián)Q代的腳步，將更多的新技術(shù)、新方法引入到課程案例中，這樣可以使學生更好地接觸、理解以及吸收這些新的設(shè)計思路與設(shè)計理念。通過與傳統(tǒng)設(shè)計的對比，找到創(chuàng)新點，更好地把握機械行業(yè)的發(fā)展與創(chuàng)新方向。在鞏固理論知識的基礎(chǔ)上，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識與創(chuàng)新能力，同時也為學生可以更好更快地融入到以后工作中打下良好基礎(chǔ)，達到與時俱進學以致用的效果。

四、虛擬改錯環(huán)節(jié)的特色與創(chuàng)新

（一）堅持從實踐中來到實踐中去的原則虛擬改錯實驗環(huán)節(jié)的錯誤案例除了取材于生產(chǎn)實際，另一方面也來自于歷屆學生在專業(yè)課程設(shè)計和本科畢業(yè)設(shè)計中出現(xiàn)頻率較多的問題，比如系統(tǒng)傳動比分配不合理、設(shè)計時不考慮安裝是否便捷以及傳動路線設(shè)計繁瑣等問題，堅持從學生中來到學生中去的原則。通過改進這些現(xiàn)實存在的問題和錯誤，來培養(yǎng)學生的工程意識，提高其自身專業(yè)素養(yǎng)以及工作能力，進而指導工程實踐，為他們提前打好預防針，在以后的學習和工作中避免再出現(xiàn)類似的錯誤，未雨綢繆防患于未然。

（二）充分利用多媒體教學模式將多媒體融入到實驗課程中現(xiàn)今已經(jīng)十分普遍，但大多只利用了繪圖軟件的二維功能，充當了畫板和丁字尺的用途。虛擬改錯環(huán)節(jié)在使用二維工程圖的同時，運用三維繪圖軟件的建模及裝配功能，使之成為理論課教學與實驗課教學之間的紐帶，加深學生對機械系統(tǒng)設(shè)計這一抽象化過程的形象化理解與整體把握，如圖5所示。改善了傳統(tǒng)的實物分析改錯過程受諸多因素制約現(xiàn)實教學中很難實現(xiàn)的現(xiàn)狀，很大程度上提高了課堂教學效率。同時，由于三維模型可視化程度高、形象直觀、設(shè)計改進效率高，與傳統(tǒng)方式相比，三維模式更容易激發(fā)學生的學習興趣，有利于培養(yǎng)學生的專業(yè)素養(yǎng)及個人能力。

五、結(jié)束語

通過虛擬改錯環(huán)節(jié)，不僅培養(yǎng)了學生綜合實踐能力，提高了學生實際分析問題、解決問題的能力，使學生開闊了視野，還能在下學期畢業(yè)設(shè)計環(huán)節(jié)中減少設(shè)計錯誤，提高設(shè)計質(zhì)量，更重要的是增強了學生工程意識，為以后參加工作奠定了基礎(chǔ)。

參考文獻：

[1]濮良貴.機械設(shè)計：9版[M].北京:高等教育出版社,2013:5-12.

[2]朱龍根.機械系統(tǒng)設(shè)計：2版[M].北京:機械工業(yè)出版社,2006:26-42.

[3]石玉，陳立新.“機械設(shè)計”課程實驗教學改革的探討[C]//全國機械設(shè)計教學研討會議.北京：機械工業(yè)出版社,2009:242-245.

作者：霍緒堯 符寶鼎 單位：遼寧工業(yè)大學 機械工程與自動化學院，