机构运动方案创新设计实验教学改革与实践——以南阳理工学院机械与汽车工程学院为例

靳亚维，郑雄文

(南阳理工学院 智能制造学院，河南 南阳 473004)

1 实验教学分析

机构运动方案创新设计实验具有综合性、创新性，是机械原理实践教学环节中的重要组成部分。该实验教学环节能够加强学生对整体机械系统运动方案的认识，培养学生的机械综合设计能力、创新思维能力、工程实践动手能力。目前，我校机构运动方案创新设计的实验项目在实验课时及实验台等方面受到了一定限制，有很多地方需要改进。学生做实验时对一些机构运动特性缺乏直观认识及理解，比如无法对一些机构中的急回特性进行判断，无法明确机构的运动特性能否满足设计要求，不利于机构运动方案的进一步创新设计。实验任务中，典型机构运动方案较少，类型单一，不能拓展学生的创新思维。实验课时不足，两个课时内，学生只能了解实验构件和熟悉机构拼装，没有更多时间进行机构创新设计，不利于提高学生的综合设计能力。实验考评方法单一，不能真实体现学生的实际水平。需对实践教学过程进行改革，进一步提高实验教学质量。

2 实验教学改革

2.1 实验设备改进

根据我校实验台实际情况，调研了周围高校的实验设备情况，合理改进了实验台，添置了一些用于运动参数测量的传感器。在传感器的选用上，结合测控专业的毕业生毕业设计题目，让学生根据实验台的实际情况有针对性地设计出不同类别的传感器。这样的毕业设计题目具有实践意义，调动了学生对毕业设计的积极性。以学生设计出的超声波测距传感器为例，在做曲柄齿轮齿条机构运动时，需要实时测出机构的位移量，而超声波测距传感器就能很好地解决此类问题。超声波传感器运用USB供电或电池供电，供电要求十分简单，方便拆卸，可适应各种短距离测量环境，能够在实验工作台进行距离的测量。学生组装好机构模型后，可将制作完成的测距模块装到图1所示的组合实验台上，以便在实验过程中进行测量。利用此传感器，学生便可根据实测数据判断机构运动方案能否达到自己预期的设计，然后根据实际情况调整各个构件及运动副。在反复调试的过程中，可以加深学生对平面机构运动中一些知识的理解，为进一步的创新设计打好基础。

我院今年采购了一批新的慧鱼产品。慧鱼产品是德国慧鱼公司开发的一系列高技术含量的工程技术类智趣拼装模型。利用慧鱼模型里的一些电器测试元件将慧鱼模型和现有的机构组合实验有机结合，使学生能够将多学科、多领域的综合知识融会贯通于实践过程中，丰富实验内容，激发学生的学习兴趣。图1为学生组装的模型，可以利用超声波测距仪在实验台上测量直线位移量。

图1 超声波测距仪Fig.1 Ultrasonic rangefinder

理论课讲授可采用现场教学，例如，在讲授平面四杆结构特性时，可通过现场组装、调整及测试来使学生更加容易理解平面四杆机构的一些特性，最大程度发挥实验台的作用，提高教学效果，实现理论知识与实践的结合。

2.2 实验教学过程的改进

以实验目标为导向，教学过程要有针对性，要合理改进实验教学任务及方案，提高学生的动手操作能力、分析问题的能力和解决问题的能力。要多找一些生产实际中的应用案例，使实验项目能够尽可能贴近企业生产实际。结合南阳周边的企业实际生产线，我院增添了一些新的机构运动方案实例，还增添了一些较好机构的动画演绎，让学生在组装时通过观看动态画面来直观了解机构运动方案，加快对机构的认识，了解机构运动的特点特性，丰富实践教学任务，让学生通过对众多机构运动方案的了解和分析来获得新的设计思路，激发学生的创新意识。

2.3 将三维软件与实验相结合

三维软件的应用是机制专业学生必须掌握的一项技能。做实验前，学生可利用ug或poe等三维软件在课余时间先自己进行机构方案构思，模拟组装，观察其机构运动动画效果，并调整改进方案，然后在实验课堂中再进行实物组装，这样可节省出一定时间来进行创新设计，增加了实验课时，能够达到更好的实验效果。

2.4 实行新的实验考评方法

原来的实验考评方法单一，仅依据实验报告不能真正体现学生的实际成绩，现通过预习、操作、答辩、实验报告这四个环节来进行考评。学生进实验室之前，要提前了解并构思机构运动方案，并有初步设计方案，这时可进行第一次打分。在实际操作中，要积极动手组装，善于分析和解决组装过程中遇到的问题，并将此作为第二次打分标准。可通过答辩对自己组装机构的功能、认知及机构创新点进行构思，进行第三次打分。最后，结合实验报告作为这次实验的总成绩，其中预习占20%，实操占50%，答辩占10%，实验报告占20%。这样的评分标准更能体现学生的实际能力，调动了学生的学习兴趣，提高实验教学效果。

2.5 实验效果总结与持续改进

平常不间断对实验结果进行分析，开展学生问卷调查。通过对实验效果进行分析，发现了教学工作中存在的问题，提出了相应的改进意见及措施。分析了实验改进的效果，发现了实验中存在的问题，修订实验任务。针对学生在实验过程中出现的疑问，对相关实验教学提出了改进意见，并持续优化。

3 结语

通过改进实验设备，丰富了实践内容，使机构运动新设计实验更加符合教育要求，能够拓展学生的创新思维，提高创新设计能力、动手操作能力及解决问题的能力，最大限度发挥了实验台的作用，更加紧密的将实践教学与理论教学联系起来。对实验进行改革总结，体现了应用型本科院校人才培养计划的要求，提高了实验教学质量。