摘要：通過實驗裝置的開發(fā)探索以工程為背景開展綜合設(shè)計性實驗的教學(xué)形式，闡述了“理論、實驗、實訓(xùn)、設(shè)計”四個環(huán)節(jié)在實驗教學(xué)中綜合運用的方法。
　　關(guān)鍵詞：四位一體；實驗教學(xué)；創(chuàng)新能力
　　
　　新世紀(jì)實驗教學(xué)改革的要求是加強學(xué)生的工程實踐能力的訓(xùn)練，拓寬學(xué)生的知識面，培養(yǎng)學(xué)生的工程實踐動手能力，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識及綜合設(shè)計的能力，從而提高學(xué)生設(shè)計創(chuàng)新能力和綜合應(yīng)用知識解決實際問題的能力。
　　天津工程師范學(xué)院機械設(shè)計基礎(chǔ)實驗教學(xué)改革始終遵循著實驗教學(xué)內(nèi)容及教學(xué)方式改革重點以設(shè)計為主線，注重創(chuàng)新設(shè)計能力培養(yǎng)，淡化實驗論證，加強綜合設(shè)計性實驗，不斷實踐與探索“理論、實驗、實訓(xùn)、設(shè)計”四個環(huán)節(jié)在實驗教學(xué)中的綜合運用。在實驗教學(xué)中只提供各種傳動零件、機構(gòu)與動力元件，不向?qū)W生提出具體要求，只提出需實現(xiàn)的功能及研究的內(nèi)容，由學(xué)生在實驗室提供實驗設(shè)備的基礎(chǔ)上任意選擇實驗設(shè)備和相應(yīng)儀器，并獨立實驗，編寫、總結(jié)實驗報告，同時在實驗教學(xué)改革中開發(fā)自制實驗設(shè)備。
　　實驗教學(xué)形式、內(nèi)容及創(chuàng)新設(shè)備的開發(fā)堅持以學(xué)生為主體。學(xué)生在實驗過程中掌握設(shè)計的基本方法與技能，在完成一系列不同類型的實驗過程中培養(yǎng)設(shè)計創(chuàng)新能力和綜合應(yīng)用知識解決實際問題的能力。
　　
　　實驗裝置的開發(fā)
　　
　　要培養(yǎng)學(xué)生的工程實踐動手能力，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識及綜合設(shè)計能力，必須為學(xué)生創(chuàng)造相應(yīng)的條件。實驗裝置的開發(fā)應(yīng)以工程實際為背景，以學(xué)生實驗中遇到的問題為出發(fā)點，使學(xué)生可以更具體地進(jìn)行實驗技能、工程實際設(shè)計能力訓(xùn)練，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維，使學(xué)生從被動實驗變?yōu)橹鲃犹剿鲗W(xué)習(xí)。
　　筆者根據(jù)近幾年的教學(xué)體會，研究開發(fā)了“漸開線齒輪范成原理加工實驗裝置”。實驗裝置依據(jù)漸開線齒輪范成法加工原理設(shè)計，主要實現(xiàn)主運動、展成運動、豎直進(jìn)給運動和輔助運動。相應(yīng)的傳動鏈有主運動傳動鏈、展成運動傳動鏈、軸向進(jìn)給運動傳動鏈和輔助運動傳動鏈。傳動鏈構(gòu)成包括蝸輪蝸桿傳動、滑槽傳動、齒輪傳動和聯(lián)軸器等等。實驗時學(xué)生根據(jù)實驗資料可自行拼裝組合，可完成實際齒輪模擬加工。具體實驗裝置組成如圖所示。
　　
　　
　　1． 齒輪坯料2.工作臺3.刀架（第一部分）4.滾刀5.刀架（第二部分燕尾滑塊）6.溜板（燕尾滑槽部分） 7.齒輪的軸8. 溜板（燕尾滑塊部分）9.手柄10.萬向聯(lián)軸器11.滾刀軸12.蝸桿13.蝸輪14.錐齒輪15.墊片16.工作臺17.圓錐銷18.螺母19.絲杠（豎直） 20.絲杠（水平）
　　機構(gòu)原理圖
　　
　　突出學(xué)生的自主性和實驗的設(shè)計性
　　
　　實驗教學(xué)環(huán)節(jié)作為認(rèn)知活動的重要環(huán)節(jié)，可使學(xué)生加深對某一理論知識的理解。實驗教學(xué)環(huán)節(jié)要有利于學(xué)生實驗技能、分析解決問題的綜合能力的培養(yǎng)，即學(xué)生綜合素質(zhì)的培養(yǎng)。這就要把以教師為中心轉(zhuǎn)變?yōu)橐詫W(xué)生為中心，讓學(xué)生成為實驗的主體，教師在實驗教學(xué)中起到啟發(fā)、引導(dǎo)的輔助作用，培養(yǎng)學(xué)生獨立解決問題的能力。
　　設(shè)計性實驗在高校實驗教學(xué)中普遍受到重視，是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的一種有效途徑，是實驗教學(xué)模式和教學(xué)方法改革的一大進(jìn)步。在設(shè)計性實驗的各個階段，始終要求學(xué)生主動學(xué)習(xí)與創(chuàng)新，始終貫穿觀察能力、想象能力、思維能力、實踐能力和信息獲取能力等創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。
　　學(xué)生根據(jù)本實驗裝置、實驗室原有設(shè)備以及教師提供的研究性問題進(jìn)行實驗。例如：齒輪加工的方法有哪些？加工原理是什么？用齒條型刀具加工齒輪的兩個重要因素是什么？運用范成法加工的齒廓曲線全部是漸開線嗎？齒廓曲線由哪幾部分組成？齒廓漸開線的起始位置在什么部位？用齒條型刀具和齒輪型刀具加工齒輪有什么不同？……學(xué)生以自主性、研究性、設(shè)計性的態(tài)度來完成實驗，改變以往教師“滿堂灌”的做法，改變以往教師示范、學(xué)生“依葫蘆畫瓢”的實驗狀態(tài)。學(xué)生自主設(shè)計實驗方案，包括毛坯尺寸選擇、毛坯加工、齒輪種類選擇、齒輪參數(shù)選擇、加工工藝制定、齒輪參數(shù)測量等。經(jīng)指導(dǎo)教師審核批準(zhǔn)后，學(xué)生自主完成齒輪加工全過程。這樣，學(xué)生由被動模仿轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃釉O(shè)計，杜絕了以往對實驗沒興趣、拼湊數(shù)據(jù)、抄襲報告等現(xiàn)象，學(xué)生更為主動地探索問題、解決問題。實驗課從簡單重復(fù)型變成綜合創(chuàng)造型、設(shè)計型，給學(xué)生發(fā)揮的空間，使學(xué)生成為主體。教師在實驗教學(xué)中起著啟發(fā)、引導(dǎo)的輔助作用。該裝置提倡學(xué)生的自主性、實驗的設(shè)計性，更適合應(yīng)用于實驗教學(xué)。
　　
　　推進(jìn)“四位一體”教學(xué)模式實現(xiàn)實驗教學(xué)改革
　　
　　我院自實施面向21世紀(jì)教學(xué)改革以來，逐步形成了理論、實驗、實訓(xùn)、設(shè)計“四位一體”教學(xué)模式的概念和框架。漸開線齒輪范成原理加工實驗裝置應(yīng)用于實驗教學(xué)，對“四位一體”教學(xué)模式的實施具有很好的推動作用。該實驗裝置應(yīng)用于實驗教學(xué)，要求學(xué)生自己設(shè)計實驗方案，改變了學(xué)生對實驗只看表層、不思考問題、不結(jié)合理論課內(nèi)容的不良習(xí)慣。
　　采用該裝置做實驗，學(xué)生必須首先自主設(shè)計一個齒輪。在設(shè)計中學(xué)生會面臨一些問題，如設(shè)計一個什么類型的齒輪、直齒還是斜齒或錐齒輪、齒輪材料如何定、該齒輪參數(shù)如何定等。這就要求學(xué)生結(jié)合機械設(shè)計課程上的相關(guān)內(nèi)容和實驗裝置的基本要求動手計算并得出結(jié)論，這一過程鍛煉了學(xué)生設(shè)計能力。接著學(xué)生要根據(jù)自己的設(shè)計加工一個齒輪（如直齒圓柱齒輪），并觀察包絡(luò)線的形成。加工將面臨以下問題：采用什么工藝？如何加工？漸開線齒輪包絡(luò)線如何形成？應(yīng)要求學(xué)生結(jié)合機械設(shè)計課程和機械制造課程自己思考、自己解決。這就實現(xiàn)了設(shè)計與加工的有機結(jié)合，培養(yǎng)了學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的能力，鍛煉了學(xué)生的動手動腦能力。
　　實驗進(jìn)程由學(xué)生自己掌握。實驗中，也有問題出現(xiàn)：需要哪些運動才能加工出漸開線齒輪?如何變位？由于齒輪生成實驗裝置完全由手動輸入動力，操作時可以一邊思考一邊操作，試著進(jìn)行實驗，一有錯誤可以及時改正，不影響實驗效果。學(xué)生完全可以看清包絡(luò)線的形成過程，弄清什么是變位齒輪以及如何變位。這樣，學(xué)生不僅了解了漸開線齒輪包絡(luò)線形成的真實過程，也理解了齒輪加工原理與方法，對機械類相關(guān)課程有了綜合性的理解。實驗過程是培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計能力、實驗?zāi)芰Α邮帜芰Α⑺伎寄芰Φ倪^程，是學(xué)生理論水平和實際運用能力的提高過程。
　　該實驗裝置應(yīng)用于教學(xué)，加強了理論與實踐的結(jié)合。通過學(xué)生獨立自主地學(xué)理論、做實驗、練技能、搞設(shè)計，推進(jìn)了“四位一體”教學(xué)模式的實施，提高了學(xué)生的綜合素質(zhì)。
　　
　　參考文獻(xiàn)：
　　[1]李海，王美云，杜永清.大學(xué)生創(chuàng)新意識、創(chuàng)新精神及創(chuàng)新能力培養(yǎng)的探索[J].雁北師范學(xué)院學(xué)報，2006，（6）.
　　[2]劉雁紅.加強實驗教學(xué)改革 提高學(xué)生創(chuàng)新能力[J].中國輕工教育，2006，（12）.
　　作者簡介：
　　刁建國（1965—），男，天津工程師范學(xué)院高級實驗師，研究方向為機電一體化。（本欄責(zé)任編輯：周秀峰）
　　

作者：58.242.249.*   回復(fù)：0   發(fā)表時間：2011-09-23 15:34:59