發展高素質機電工程綜合人才戰略的實驗教學研究

葛耀崢，楊燦軍，王慶豐，李德駿

摘要：機電工程實驗教學是高等學校機械電子工程專業本科教學的重要環節，是培養具有良好創新能力和綜合高素質的機械電子工程復合型人才的重要教學手段。如何處理好實驗踐教學和理論教學的相互關系，以及如何對實驗教學進行改革已成當前教學方法改革和提高教學質量的重中之重。

關鍵詞：機電工程；實驗教學；綜合人才戰略

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2012）12-0263-02

21世紀高科技的深入發展，“機械、電子、信息、控制”一體化技術蓬勃發展和有機結合，促使現代工業高精尖產品體積日益縮小、集成度高、功能完備，促使生產過程迅速趨向綜合自動化、智能化與最優化。理論與實踐的界限越來越密不可分，形成相互依存、不易分割的二個側面。如何處理好工程實踐教學和理論教學的相互關系，已成當前教學方法改革和提高教學質量的重中之重，已成為時代發展的必然。因此，努力培養具有機械、電子、控制、計算機等理論知識與實際應用能力，能從事機電設備系統及元件的研究、設計、開發，機電設備的運行管理與營銷等工作的高級復合型人才已成為專業培養目標的努力方向。

一、機電工程綜合實驗教學理念與改革思路

隨著現代科學技術高速發展，原有的機電實驗教學內容、方法、手段由于沿襲了傳統的應試教育的教學模式，已不能適應現代機電工程專業學生特點和社會需求。為此，必須注重機電類綜合實驗教學內容及機電人才培養模式的改革以及培養機電專業學生的機電類綜合實踐技能，在綜合實踐技能提高的基礎上提高學生的技術創新能力。應重視機電專業基礎理論知識與綜合實踐的結合，狠抓基本的機電技能訓練，然后開展機電工程綜合實驗和技術創新能力的培養。充分發揮國家重點實驗室大型公共實驗平臺的有利技術條件，研制可供機電專業學生進行技術創新和研究性實驗的實驗教學自制設備，從而達到了既擴展機電專業學生實際科學研究與開發的創新能力和視野，又可完善機電專業綜合實驗教學體系，從硬件設備的模塊化、結構化、功能化以及網絡化入手，通過不同層次的設計性、研究性與創新性機電綜合實驗教學項目的實施，極大地提高了機電專業學生綜合素質和創新實踐能力，從而能充分顯示機電工程綜合實驗教學效果和有利于機電工程綜合人才戰略實施。

二、機電工程綜合實驗教學方法與手段

機電工程綜合實驗教學方法和手段是否可行，關鍵在于能否調動學生參與機電工程綜合實驗教學的積極性。通過項目實施和采用有效的技術方法，主要達到的目標是：把互動討論課貫穿于整個實驗教學過程中，同時與學生課后設計制作輔導結合的方式進行通過確定主題，查閱資料與討論。學生自行選擇課題的設計過程應包括系統靜態設計和動態設計。系統硬件電路設計與制作、系統單片機（高級語言）軟件設計與編制調試和電路板焊接與軟硬件綜合調試等主要內容。并在每一個完成階段安排學生對所做設計和制作進行匯報討論，上臺講解、提問答辯和評價考核等環節。這樣，學生可主動參與機電工程綜合實驗教學，體驗整個實驗教學過程，分享學習的樂趣和成果，同時把機電綜合實驗教學與科研及工程應用有效結合起來。可有效刺激學生參與機電工程綜合實驗的積極性。通過師生互動與提問答辯，更多地給予學生主動參與課程實踐的機會，更能激發學生發自內心的學習興趣和創造性，按模塊結構可組合的分階段實現的方法，讓學生一步一步精心設計自己確定的各個實踐環節，由靜態組件到最終實現動態功能系統的完整過程來培養學生的綜合能力。調動學生學習的積極性和主動性，充分發揮學生的主體作用，使學生成為課堂上學習知識的主人。

1.實驗教學方法。①學生自主選題實驗教學方法。對于自主命題方面采用何種方案由學生自主發揮，教師在科學性和合理性方面給與適當的引導；同一個典型機電系統從簡單到復雜有無限多的選擇空間，學生根據各自的知識、能力和興趣愛好選擇不同難度級別的內容進行實踐。這樣構建的課程內容在教學實踐中有效地實施了個性化、分層次的教學理念，為創新型人才和拔尖人才的成長提供了良好的環境。同時使實驗教學內容與科研、工程、社會應用實踐密切聯系，培養學生學習基礎理論與前沿科技的有機結合，有利于培養學生綜合能力與創新精神，對提高綜合教學質量具有十分深遠和重要的意義。②動靜態結合實驗教學方法。“機電工程綜合實驗”和“機電控制系統課程設計”是機械電子工程類專業必修的專業綜合性實驗課程，是將機械電子工程專業基礎知識綜合運用到機電系統設計與實驗中去的實踐性技術基礎課，涉及眾多形形色色工作原理非常不同的靜態元器件，在它們相互配合之后可以組成功能各異的動態系統。沒有親眼目睹、親自動手的系列實驗相結合是無法深刻理解和融會貫通理論知識的，因此是機械電子工程專業課程體系實踐環節的核心組成部分。目的是在學習先修理論課程的基礎上，進一步培養學生機電知識綜合應用能力和創新能力，為后續的畢業設計和從事工程技術應用工作、工程技術研究工作打好基礎。將采用動靜結合和理論聯系實踐的手段增強學生學習興趣，引導學生自覺的提高實踐能力，提高綜合素質，培養創新精神和創新能力。③互動討論式實驗教學方法。把互動討論課貫穿于整個實驗教學過程中，同時與學生課后設計與制作輔導結合的方式進行通過確定主題，查閱資料與討論。學生自行選擇課題的設計過程應包括系統靜態設計和動態設計，同時要繪制系統總裝配圖及關鍵零件圖。以及系統硬件電路設計與繪制（電路原理圖及PCB板等）、系統單片機（高級語言）軟件設計與編制調試和電路板焊接與軟硬件綜合調試等主要內容。

在每一個完成階段安排學生對所做設計和制作進行匯報討論，上臺講解、提問答辯和評價考核等環節。通過師生互動與提問答辯，調動學生學習的積極性和主動性，使學生成為課堂上學習知識的主人。

2.實驗教學手段與技術。①利用網絡技術為實驗教學服務。通過實驗室實驗教學網絡系統為機電專業綜合實驗教學提供了豐富的交流的平臺。在系統開發過程中，程序將預留重要字段，用于系統管理員更改和維護，方便系統的移植以及后期功能擴展。實現代碼的兼容性、魯棒性和可擴展性。優化代碼結構，按照面向對象的設計思路，盡量將程序模塊化，使各個模塊的功能相對清晰和獨立。將網絡的便捷性，實時性，準確性應用于傳統的實驗教學當中，具有一定的實用意義。②多媒體技術在實驗教學中的應用。采用課堂多媒體示范教學和學生課后設計與制作輔導結合的方式進行，學生自行選擇課題的設計過程應包括系統靜態設計和動態設計，以及控制系統硬件電路設計與繪制、控制系統軟件（高級語言）設計與編制調試和電路板焊接與軟硬件綜合調試等主要內容和相應階段，并在每一個完成階段安排學生對所做設計和制作進行匯報討論，要求學生根據設計中的問題，通過PPT小結報告進行針對性的講解，同時也用傳統的板書進行臨場描述和補充。使全體學生能更好地理解實驗的基本原理、設計與制作基本方法等，提高了機電工程綜合實驗教學效率。③共享實驗平臺為實驗教學服務。開放重點實驗室大型公共實驗平臺，在實驗教師指導培養下，提供技術支持和設備共享，以及進行操作培訓，定期開設短訓班等。將科研成果轉化為教學資源，加強實驗教學內容建設，提升了實驗教學手段，改革了實驗教學方式。同時，統籌安排實施建設和實踐教學計劃，綜合性、設計性和創新性實驗達到實驗內容的90%。完善實踐教學管理規范、規章制度和操作說明，改善實驗設施，擴大開放實驗平臺。做到了大型公共實驗平臺共享、機電工程綜合實驗內容開放、綜合實驗時間開放、機電元器件配置開放。學生從機電工程綜合實驗的自主方案擬定、資料收集、設計制作與調試到撰寫設計報告都必須獨立完成，學生的綜合實踐能力和綜合素質得到很好的鍛煉和提高。

三、機電工程綜合實驗考核方法

根據實驗教學的特點，對機電工程綜合實驗考核方式進行改革，以利于激發學生對綜合實驗的興趣、提高綜合實驗的設計與創新能力。采用學生利用多媒體上臺匯報綜合實驗成果與師生問答交流情況（包括學生各自評價）、學生軟、硬件設計制作實物的質量和設計制作說明書完成情況等多種形式實驗考核辦法。考核的基本原則是既重視結果，又重視過程。激勵學生自主學習，促進實驗過程教育，培養學生應用知識與技術的能力，提高創新思維素質和能力。成績評定分配比例為：學生平時實訓成績占20%，學生應用多媒體技術上臺匯報與相互問答交流情況占20%（其中包括學生相互評價占10%，老師評價占10%），學生提交的軟、硬件設計制作說明書及程序或圖紙工作量，包括修改情況占40%，學生上交的軟、硬件設計制作實物的質量占20%。總之，考核過程貫穿在整個機電工程綜合實驗過程中。注重學生的分析與設計能力、綜合與創新能力和解決實際問題的能力。

發展綜合高素質機電工程綜合人才戰略的實驗教學研究在研究性大學機電工程專業實驗教學中起著十分重要的作用，目前在國內仍是一個薄弱環節。現階段，大部分學生畢業后要經過較長一段時間的適應性實踐的再培養才能工作，或者才能適應研究生高層次的培養。為此，開設具有設計性和創新性機電工程綜合實驗，充分利用重點實驗室的儀器設備資源，把互動討論課貫穿于整個實驗教學過程中，由學生自主確定機電工程實驗主題，為學生的創新發展創造有利條件。使學生更多地了解和掌握現代科技發展水平，學習現代機電工程實驗技術。成為具有良好創新能力和綜合高素質的機械電子工程復合型人才。

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基金項目：本文屬浙江大學2011年度教學改革方法建設項目，由浙江大學本科生院資助

作者簡介：葛耀崢（1961-），男，浙江，碩士，浙江大學流體動力與機電系統國家重點實驗室，高級工程師。研究方向：機電控制工程研究、實驗教學及儀器管理研究。