黃文呈

（龍巖學(xué)院 機(jī)電工程學(xué)院，福建 龍巖 364012）

在高校教學(xué)改革的背景之下，實(shí)驗(yàn)室在整個(gè)教育教學(xué)活動(dòng)的重要意義得到了進(jìn)一步的凸顯.甚至可以說，高校各個(gè)專業(yè)實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)情況將直接決定著本專業(yè)的教學(xué)能力以及高校綜合教育實(shí)力.加強(qiáng)有關(guān)機(jī)械原理以及機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)工作是逐步實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新教育目標(biāo)，培養(yǎng)高素質(zhì)、復(fù)合型人才的重要內(nèi)容，也是突出當(dāng)前實(shí)驗(yàn)教學(xué)工作全新要求與特點(diǎn)的重要手段.本文即圍繞機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)方面的關(guān)鍵問題進(jìn)行分析與探討.

1 機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)背景及現(xiàn)狀

以前的機(jī)械設(shè)計(jì)課程實(shí)驗(yàn)大多是驗(yàn)證性的試驗(yàn)，只偏重于一些幾何參數(shù)、運(yùn)動(dòng)參數(shù)、動(dòng)力參數(shù)的測(cè)定和分析.這些實(shí)驗(yàn)對(duì)學(xué)生掌握課堂中所學(xué)的基本概念，加深理解一些基本原理具有顯著的效果，但這些實(shí)驗(yàn)作為課程教學(xué)的一部分，在培養(yǎng)學(xué)生初步具有擬定機(jī)械運(yùn)動(dòng)方案，分析和設(shè)計(jì)新機(jī)構(gòu)的能力，以及培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新與動(dòng)手能力方面還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠.具體而言，當(dāng)前機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)方面還存在以下幾個(gè)方面的問題：

1.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備相對(duì)缺乏，無法開展系統(tǒng)性的實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練

當(dāng)前，高校所配備的機(jī)械專業(yè)實(shí)驗(yàn)室與國際一流水平高校機(jī)械專業(yè)實(shí)驗(yàn)室之間的差距仍然是非常大的.由于在實(shí)驗(yàn)設(shè)備的配置上存在局限性，因此導(dǎo)致機(jī)械專業(yè)的學(xué)生喪失了部分動(dòng)手訓(xùn)練與實(shí)踐的機(jī)會(huì).很多實(shí)驗(yàn)都純粹以教學(xué)教材所涉及到的理論知識(shí)要求進(jìn)行配置，實(shí)驗(yàn)主要內(nèi)容圍繞著課堂中所學(xué)的基本概念開展，屬于驗(yàn)證性試驗(yàn)，雖然能夠幫助學(xué)生認(rèn)識(shí)相關(guān)概念與理論，但在提高學(xué)生分析思考能力，啟發(fā)創(chuàng)新、發(fā)散思維能力方面缺乏促進(jìn)作用，不利于學(xué)生創(chuàng)造性思維的培養(yǎng).

1.2 實(shí)驗(yàn)類型過于單一，較少涉及到綜合性知識(shí)實(shí)踐

目前高校機(jī)械原理以及機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室中雖然圍繞教學(xué)需求配置了一定數(shù)量的實(shí)驗(yàn)裝置與設(shè)備，但設(shè)備配套比較局限，能夠開展的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容以及類型過于單一，無法幫助學(xué)生靈活應(yīng)用機(jī)械原理以及機(jī)械設(shè)計(jì)方面的相關(guān)知識(shí).

2 機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)預(yù)期目標(biāo)

在機(jī)械原理以及機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)創(chuàng)新過程當(dāng)中，必須針對(duì)當(dāng)前實(shí)驗(yàn)室建設(shè)中存在的問題，采取一系列有針對(duì)性的創(chuàng)新建設(shè)策略與方法，克服機(jī)械專業(yè)實(shí)驗(yàn)室中存在的缺點(diǎn)與局限性，使機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計(jì)課程理論知識(shí)能夠更好的與實(shí)驗(yàn)實(shí)踐相結(jié)合，激發(fā)學(xué)生參與機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計(jì)相關(guān)知識(shí)學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，由被動(dòng)的學(xué)習(xí)、實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ睫D(zhuǎn)變?yōu)橹鲃?dòng)、創(chuàng)新的實(shí)驗(yàn)實(shí)踐模式.

因此，在有關(guān)機(jī)械原理以及機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)創(chuàng)新的過程當(dāng)中，預(yù)期目標(biāo)應(yīng)當(dāng)設(shè)置為：從實(shí)驗(yàn)室操作環(huán)節(jié)入手，以機(jī)械專業(yè)基礎(chǔ)、經(jīng)典理論為依托，促進(jìn)實(shí)踐性知識(shí)的合理應(yīng)用，展示本專業(yè)領(lǐng)域最新的設(shè)計(jì)方法，實(shí)現(xiàn)分析、綜合、轉(zhuǎn)化的數(shù)學(xué)模型與程序.從機(jī)械原理與機(jī)械設(shè)計(jì)課程教學(xué)內(nèi)容的安排上來說，實(shí)驗(yàn)室建設(shè)中的具體目標(biāo)如下表所示（見表1）.

表1 機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)目標(biāo)示意表

3 機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)水平的提高策略

高校機(jī)械原理以及機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室需要同時(shí)負(fù)擔(dān)各個(gè)年級(jí)段本科生的實(shí)驗(yàn)教學(xué)任務(wù)，同時(shí)也需要為學(xué)生畢業(yè)論文的研究提供基礎(chǔ)支持，當(dāng)然也是高校教師進(jìn)行科研活動(dòng)的主要場(chǎng)所.因此，實(shí)驗(yàn)室建設(shè)中，設(shè)備配置必須在滿足常規(guī)教學(xué)需求的基礎(chǔ)上，適當(dāng)增加實(shí)驗(yàn)臺(tái)臺(tái)數(shù)以及實(shí)驗(yàn)設(shè)備的專業(yè)性，促進(jìn)學(xué)生綜合實(shí)踐能力的提升.具體措施有：

3.1 構(gòu)建分層機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室體系

根據(jù)高校在機(jī)械原理以及機(jī)械設(shè)計(jì)教學(xué)開展中的實(shí)際內(nèi)容與實(shí)驗(yàn)要求，構(gòu)建三層實(shí)驗(yàn)室體系，不同層次實(shí)驗(yàn)室滿足不同實(shí)驗(yàn)需求.

第一實(shí)驗(yàn)室設(shè)置機(jī)械零件、機(jī)械原理和機(jī)械創(chuàng)新展示柜，每組展示柜至少需要配備10個(gè)或以上的單體陳列柜.展柜中的模型可實(shí)現(xiàn)點(diǎn)動(dòng)或順序控制運(yùn)動(dòng)演示，并配有錄音講解及運(yùn)動(dòng)簡圖和文字說明，具有形象直觀的特點(diǎn).組建該實(shí)驗(yàn)室的目的是將部分基本教學(xué)內(nèi)容利用實(shí)物模型進(jìn)行教學(xué).通過對(duì)該實(shí)驗(yàn)室資源的應(yīng)用，能夠?yàn)楸緦I(yè)學(xué)生提供認(rèn)知依據(jù)，同時(shí)也是課外科技創(chuàng)新活動(dòng)開展的知識(shí)基礎(chǔ).

第二實(shí)驗(yàn)室設(shè)置機(jī)構(gòu)模型、齒輪范成儀、齒輪減速器和插齒機(jī)模型4種設(shè)備或器材，可完成機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖的繪制、齒輪范成、減速器的裝拆3個(gè)基礎(chǔ)性必選實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目和為學(xué)員演示齒輪的插齒過程.本實(shí)驗(yàn)室的主要功能是為本專業(yè)學(xué)生的實(shí)操作與理論驗(yàn)證、分析提供支持，使學(xué)生能夠通過實(shí)驗(yàn)加深對(duì)機(jī)構(gòu)組成原理的認(rèn)識(shí)，對(duì)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)特性有一個(gè)全面的把握.

第三實(shí)驗(yàn)室是具有現(xiàn)代化水平的實(shí)驗(yàn)室，滑動(dòng)軸承、皮帶傳動(dòng)、螺栓連接、動(dòng)平衡和波動(dòng)調(diào)速5類實(shí)驗(yàn)臺(tái)均安裝測(cè)試卡，可以對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)記錄、實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行結(jié)算分析，在發(fā)展學(xué)生創(chuàng)新能力方面有重要價(jià)值.

3.2 具體建設(shè)策略

第一，滿足平面機(jī)構(gòu)及其可視化實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新建設(shè)：在有關(guān)平面機(jī)構(gòu)及其可視化的實(shí)驗(yàn)過程當(dāng)中，實(shí)驗(yàn)室需要配備4臺(tái)同型號(hào)的PC電腦，8套同等規(guī)格的實(shí)驗(yàn)臺(tái)，每個(gè)實(shí)驗(yàn)臺(tái)上需要配備1套完整的機(jī)構(gòu)模型.以上配置標(biāo)準(zhǔn)下，可以通過設(shè)計(jì)與并接的方式使平面機(jī)構(gòu)傳感系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)不同類型以及不同方式的運(yùn)動(dòng).同時(shí)，實(shí)驗(yàn)臺(tái)在建設(shè)過程當(dāng)中可以于主要構(gòu)件中設(shè)置出安裝傳感器的對(duì)應(yīng)位置，同時(shí)添加與之相對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)處理軟件以及數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng).通過對(duì)以上模塊的綜合應(yīng)用，分析在平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)過程當(dāng)中參數(shù)變化所對(duì)應(yīng)的系列曲線，進(jìn)而分析數(shù)據(jù)，掌握不同類別機(jī)構(gòu)在特定條件下運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的規(guī)律.依照上述方式所建設(shè)的實(shí)驗(yàn)室還能夠通過分析加速度、位移，以及速度等基本要素的方式，掌握運(yùn)動(dòng)構(gòu)件的主要特點(diǎn)，幫助學(xué)生更好的認(rèn)識(shí)機(jī)械原理，掌握機(jī)械設(shè)計(jì)要點(diǎn).

第二，有關(guān)運(yùn)動(dòng)方案組合實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新建設(shè)：在有關(guān)運(yùn)動(dòng)方案的組合實(shí)驗(yàn)過程當(dāng)中，實(shí)驗(yàn)室可以嘗試引入已經(jīng)獲得國家專利的產(chǎn)品，如創(chuàng)新機(jī)構(gòu)組合實(shí)驗(yàn)臺(tái)等，至少配置2臺(tái)，實(shí)驗(yàn)臺(tái)中包括低副桿組以及高副桿組，同時(shí)也包括組成以上桿組的各種機(jī)架、構(gòu)件等.通過這些設(shè)置，能夠使曲柄滑塊機(jī)構(gòu)與連桿機(jī)構(gòu)、齒輪機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)、以及間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)等相互拼接，除此以外還能夠使由渦輪蝸桿、帶傳動(dòng)、以及鏈傳動(dòng)所形成的傳統(tǒng)平面有機(jī)、交叉組合，構(gòu)成一個(gè)完整的機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)以及組織結(jié)構(gòu)，在與齒輪齒條傳動(dòng)箱結(jié)合的基礎(chǔ)之上，通過連接電機(jī)以及帶傳統(tǒng)的方式使拼接機(jī)構(gòu)能夠有效、且及時(shí)的響應(yīng)動(dòng)作指令，執(zhí)行可靠動(dòng)作.在這種配置方案下，學(xué)生能夠更好清楚的掌握運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)組成這一部分知識(shí)的了解程度，通過對(duì)實(shí)際的機(jī)構(gòu)組成方案的觀察，進(jìn)行學(xué)習(xí)與標(biāo)識(shí)，同時(shí)通過實(shí)驗(yàn)的方式培養(yǎng)學(xué)生在工程實(shí)訓(xùn)方面的動(dòng)手能力，促進(jìn)學(xué)生設(shè)計(jì)思維的提高以及綜合實(shí)踐設(shè)計(jì)能力的提升.教師也可以按照以上操作方法完成拼接實(shí)驗(yàn)，并對(duì)實(shí)驗(yàn)臺(tái)整個(gè)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)情況進(jìn)行觀察，從而對(duì)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)方案的科學(xué)性以及可行性進(jìn)行及時(shí)檢驗(yàn).

第三，針對(duì)軸系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新建設(shè)：在實(shí)驗(yàn)室建設(shè)過程當(dāng)中可以配置具有創(chuàng)意組合特點(diǎn)的軸系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)試驗(yàn)箱，通過引入軸系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)試驗(yàn)箱的方式，使學(xué)生能夠更加直觀與準(zhǔn)確的掌握軸系方面的知識(shí)結(jié)構(gòu).一般來說，一套完整的軸系結(jié)構(gòu)試驗(yàn)箱包含八類，百余個(gè)零件.若能夠在實(shí)驗(yàn)室建設(shè)過程當(dāng)中滿足以上標(biāo)準(zhǔn)，則能夠使實(shí)驗(yàn)室的配置完全滿足機(jī)械原理以及機(jī)械設(shè)計(jì)教學(xué)的具體要求.教師可以根據(jù)教學(xué)需求，利用不同類型的零件進(jìn)行自由組合，形成多種軸系結(jié)構(gòu)，利用這些軸系結(jié)構(gòu)解決在教學(xué)過程當(dāng)中存在的回轉(zhuǎn)零件軸向固定，受傷零件拆卸安裝，以及軸承軸向位置固定等內(nèi)容，為學(xué)生機(jī)械原理以及機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)相關(guān)知識(shí)的學(xué)習(xí)打好基礎(chǔ).

4 結(jié)束語

有關(guān)研究中認(rèn)為，機(jī)械原理以及機(jī)械設(shè)計(jì)專業(yè)覆蓋面占到了工科專業(yè)的4/5左右，在提高學(xué)生對(duì)機(jī)械技術(shù)工作適應(yīng)能力方面發(fā)揮著非常重要的作用.機(jī)械設(shè)計(jì)課程實(shí)驗(yàn)課是機(jī)械設(shè)計(jì)課中重要的實(shí)踐環(huán)節(jié).針對(duì)當(dāng)前機(jī)械專業(yè)實(shí)驗(yàn)室在建設(shè)、應(yīng)用過程中存在的各類問題，盡全力提高機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)水平，已成為本專業(yè)教研人員最為關(guān)注的問題之一.本文在認(rèn)識(shí)機(jī)械專業(yè)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)現(xiàn)狀的基礎(chǔ)之上，對(duì)機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的基本面進(jìn)行分析，最后重點(diǎn)從滿足平面機(jī)構(gòu)及其可視化實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新建設(shè)、有關(guān)運(yùn)動(dòng)方案組合實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新建設(shè)、對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)創(chuàng)新陳列實(shí)驗(yàn)展示的建設(shè)、針對(duì)軸系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新建設(shè)、圍繞常用構(gòu)件制作加工的實(shí)驗(yàn)建設(shè)等方面入手，探討了提高機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)水平的主要策略.

〔1〕李志尊,王克印,劉紅寧，等.虛擬實(shí)驗(yàn)室在機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)教學(xué)中的應(yīng)用[J].實(shí)驗(yàn)室科學(xué),2014,17(1):50-53.

〔2〕李光雷.案例教學(xué)法在高職院校《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》課程的應(yīng)用研究 [J].南京工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào),2014(4):85-87,90.

〔3〕王小愛,寧煜,白雪寧等.建立開放式機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室的實(shí)踐探索[J].重慶科技學(xué)院學(xué)報(bào)（社會(huì)科學(xué)版）,2006(1):127-128.

〔4〕曾平,馬驥,陳言秋等.基于CAD軟件的"機(jī)械設(shè)計(jì)虛擬實(shí)驗(yàn)室"的研究與實(shí)現(xiàn)[J].工程圖學(xué)學(xué)報(bào),2004,25(1):29-33.