基于“卓越工程師教育”的機械制造實驗教學改革

摘 要：本文以卓越工程師教育培養計劃提出的新要求為出發點，分析了傳統實驗教學工作中存在的突出矛盾，如內容陳舊，教學模式落后，實驗裝備差等關鍵問題。并從基礎實驗的內容創新和教學手段的提高，整體實驗項目的系統性規劃和層次性處理。

關鍵詞：卓越工程師 機械制造 實驗教學 改革

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A 文章編號：1673-9795（2013）04（b）-0010-01

機械制造及自動化專業是我國工科院校普遍都有的專業，為國內制造企業輸送了大量這方面的人才；但由于我國高等教育基礎薄弱，知識更新慢，實驗裝備落后，基礎理論與工程實際嚴重脫節，這大大牽制了國內制造業的快速發展；學生獵取先進制造方法機會很少，這就使國內本專業的大學生很難具有國際視野。國家認識到，目前的培養機制與現代制造企業的脫節，提出了“卓越工程師教育培養計劃”，通過改革現有的教育教學體制，來適應機械制造學科的飛速發展。

1 現有實驗教學工作中的問題和矛盾

（1）實驗教學內容的靈活性差，且實驗教學模式相對落后。由于實驗室條件和實驗裝備的限制，學生只能完成課程教學要求的實驗，而且大多數只提供一種實驗方法。面對新的知識和新的理論教學內容就沒有相應的實驗教學去配套，同時，學生也很難選擇到自己感興趣的課外實驗項目。

（2）實驗裝備落后、配套的實驗教材少。近十多年制造技術與裝備的發展速度之快令人吃驚，教育的投入相對較少和專業課的實驗裝備價格昂貴等因素，使機械制造及自動化專業課的實驗裝備遠遠落后于當前制造企業的裝備水平和技術要求。同時，由于制造手段的多元化，實驗裝備跟不上制造業發展的需要。實驗教學與采用的實驗裝備有關，各個學校無法統一，這樣形成大家都能使用的實驗教材就很困難，高質量的實驗教材少而陳舊，大多數是指導教師自己編的實驗指導書，難免會有很多錯誤。

（3）實驗指導教師的教學水平。一般理工科大學實驗指導教師與理論課教學的教師相比知識水平及學歷層次都相對偏低，雖然很多理論教學的老師參與實驗教學工作，但實驗教學的主力軍仍然是實驗室第一線的指導教師。

2 實驗教學的改革特點

（1）對基礎性實驗進行改革。以培養卓越工程師為出發點，對實驗教學內容作了更新。開設的基礎性實驗與卓越版的教學大綱相適應，舍棄已經過時的實驗內容和實驗方法，增加新的實驗內容和實驗項目。改革實驗教學手段，采用多媒體、錄像、虛擬實驗儀器等立體化教學方式，多方位的提升實驗教學效果。

（2）對專業課實驗進行整體系統規劃。卓越工程師培養計劃的課程體系已發生了很大變化，專業課的實驗教學環節進行了系統化改造，使其更加適合卓越工程師的培養。為此針對性的新開設了數控機床構建、數控加工、工業機器人和制造自動化等環節的實驗教學內容。理論教學與實驗教學相互配合，學生不僅掌握了所需的專業知識，而且知識的應用也得到了顯著提高。

（3）實現實驗教學工作的主體向學生轉移。由于學校人事制度的限制與大規模學生數量的矛盾，許多實驗都是指導教師調試好實驗系統，學生很少親自動手做。為了解決卓越工程師的動手能力要強，適應社會與企業環境的速度要快。實驗室采用全天候向學生開放，只要學生預約就滿足需求。指導教師只是整理實驗裝備，講解實驗原理和注意事項，全部實驗過程由學生親自動手做，不會的向指導教師請教。

（4）整合全部教育教學資源。機械制造及自動化專業課實驗裝備價格昂貴，而且近十幾年制造裝備的更新換代步伐明顯加快，這樣實驗裝備不能滿足實驗教學的要求。利用實踐教學環節的資源、緊密性企業的裝備、網絡資源多渠道解決實驗裝備不足的矛盾。調集專業課教師充實實驗指導教師隊伍，向學生提供高質量的實驗教育環境。學校建立了以“常州寶菱重工機械有限公司”。

（5）加大實驗室建設。提高實驗教學效果同時要注重“軟件”與“硬件”建設，軟件方面通過改變實驗教學理念、建設合理的實驗室管理體制和通過指導教師整體素質來實現。硬件方面通過合理調配現有實驗裝備、購置急需的實驗儀器、教師帶領學生自制實驗系統等多種方式加快建設速度。

3 實驗教學內容的創新與探索

（1）認識型實驗。認識型實驗主要目的是理解和鞏固理論教學內容，把抽象的知識具體化。例如，機器人組成及機械系統分析，通過現場觀察和教學，學生對機器人的各模塊的原理、功能和結構特點有了直觀認識，再去學習深層次的理論會更有興趣。

（2）分析型實驗。分析型實驗主要目的是理論教學內容的延伸和綜合，通過實驗獲得的數據，直觀了解各性能參數之間的關系和對結果的影響。例如，機械加工零件表面粗糙度的在線預測，學生通過改變加工參數，直接獲得零件表面粗糙度值。觀察進給量的增大，表面粗糙度Ra值的變化規律，能深層次理解為什么切削用量三要素中進給量是提高零件表面質量的關鍵因素。

（3）設計型實驗。設計型實驗主要目的彌補理論教學內容的欠缺，滿足研究型學生的需求。由于課堂教學學時的壓縮和課程設計的減少，學生的工程設計能力相當弱，一些現代設計理念和設計方法學生也很難知道。為了彌補這方面的不足，我們開設了設計型的實驗來提高學生的工程設計能力。例如機床主軸動態分析系統的開發，學生通過對機床主軸的動態優化，了解了振動的概念和動態設計的理論，掌握了有限元的核心理論，對提高學生計算機應用能力起到了巨大的推動作用。

（4）開發型實驗。開發型實驗讓學生自己參與實驗系統的設計與開發，培養創新型人才。21世紀是創新的時代，大學生是科技創新的主體，培養他們的創新意識和能力是學校不可推卸的責任，學校每年投入相應經費，鼓勵學生自己開發實驗系統。例如，切削溫度測量裝置的設計與開發，讓學生自己動手搭建實驗平臺，把課堂學到的計算機硬件知識應用到實際工作中，用自己開發的實驗系統完成實驗，學生感到知識的重要性，同時，體會到創新成果后的滿足感。

4 結語

實驗教學是一種互動式教學，要求學生能積極主動與指導教師交流，不要丟掉一個不懂的知識和概念。實驗教學的特點是課前要預習課后要整理實驗報告，要求每個實驗、每個學生都做到。對于卓越工程師來說應理論與工程實際緊密聯系，能快速吸收和消化新技術與新裝備，新的機械制造實驗教學平臺為未來卓越工程師提供了一個廣闊的實踐舞臺，相信每個參與者都會得到收益。

參考文獻

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