機械學實驗獨立設(shè)課的探索與實踐

任金波，張 翔，施火結(jié)

(福建農(nóng)林大學機電工程學院，福建福州350002)

實驗教學是高等院校教學的重要組成部分，是對課堂所學理論知識的直觀認識與補充，是學生理論聯(lián)系實際的重要途徑，在培養(yǎng)學生綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力方面有著不可替代的重要作用［1-5］。但長期以來，受經(jīng)濟發(fā)展水平和傳統(tǒng)教育教學理念的束縛而形成的實驗教學體系，在指導思想上表現(xiàn)為重理論、重知識，輕實踐、輕工程;實驗課程結(jié)構(gòu)是實驗課依附在各門理論課程中，實驗內(nèi)容以相對分散、孤立，關(guān)聯(lián)性、系統(tǒng)性比較差的驗證性實驗為主;教學運行機制以教師為主，在教師指導下學生按既定內(nèi)容完成實驗，致使學生很大程度上處于被動學習的狀況，扼制了學生學習的積極性、主動性和創(chuàng)造性，難以實現(xiàn)學生在教學活動中的主體地位和個性差異［6-10］。

福建農(nóng)林大學機械設(shè)計制造及其自動化本科專業(yè)為首批國家級“高等學校本科教育特色專業(yè)”建設(shè)點，福建省特色專業(yè)建設(shè)點、機械類人才培養(yǎng)模式創(chuàng)新實驗區(qū)［11］。專業(yè)建設(shè)與改革的重點為:在“厚基礎(chǔ)、寬專業(yè)”的通識教育背景下，培養(yǎng)出具有較強的專業(yè)技能與專業(yè)特色的服務地方經(jīng)濟建設(shè)的應用性人才［11］。為此，機械工程實驗教學中心提出“以學生為中心，強化實踐意識，培養(yǎng)新型人才”實踐教學理念，即以學生為中心，在培養(yǎng)學生掌握基本技能和要求的基礎(chǔ)上，以培養(yǎng)學生大工程意識、創(chuàng)新意識和綜合能力為核心，把學生培養(yǎng)為適應未來發(fā)展需要的素質(zhì)高、實踐能力強、富有創(chuàng)新意識的復合型人才。為達培養(yǎng)目標，機械系從2009年開始試點開設(shè)了一系列能突顯專業(yè)技能與專業(yè)特色的獨立性實驗及實踐課程，機械學實驗獨立設(shè)置實驗課是此次實驗課程改革的龍頭和方向。本文從近幾年機械學實驗獨立設(shè)課改革的探索和實踐中作一些探討。

一、機械學實驗獨立設(shè)課實驗教學改革

機械學實驗獨立設(shè)課改革，是徹底轉(zhuǎn)變舊的教學觀念，貫徹以人為本、能力培養(yǎng)的新理念，構(gòu)建與理論教學并重，以綜合設(shè)計性、研究創(chuàng)新性、系統(tǒng)設(shè)計性實驗為主要內(nèi)容的實驗教學體系。并在新的教學理念的引導下，致力于培養(yǎng)學生工程實踐能力、創(chuàng)新意識和綜合素質(zhì)，致力于構(gòu)建多方位的服務平臺，充分強化和發(fā)揮獨立設(shè)課實驗的人才培養(yǎng)功能，具有十分重要的現(xiàn)實意義和戰(zhàn)略意義。

(一)改革思想

打破實驗課依附理論課的傳統(tǒng)模式，獨立設(shè)置機械學實驗實驗課(成績單獨考核和記分并面向全院開放)，將基礎(chǔ)課中的實驗進行優(yōu)化、組合，增加實驗內(nèi)容的柔性與開放性，增大設(shè)計性、綜合性、創(chuàng)新性實驗內(nèi)容和實驗項目，突破原有學科與課程界限，并打破實驗課內(nèi)容的學科界限而具有多學科內(nèi)涵的綜合性，使實驗水平由淺入深，實驗過程從簡單到復雜、從單點到多點，循序漸進，改革、改善實驗教學方法和手段。采用引導式、啟發(fā)式，模塊結(jié)構(gòu)進行分層次實驗教學，體現(xiàn)教師導學、學生自學實踐和探索的精神，全面培養(yǎng)學生的科學作風、實驗技能以及綜合分析、發(fā)現(xiàn)和解決問題的能力，促進學生知識、能力、素質(zhì)協(xié)調(diào)發(fā)展，理論、實踐、創(chuàng)新全面提高。

(二)改革實踐

1．課程教學體系。機械學實驗獨立實驗課整個課程教學體系圍繞綜合設(shè)計性、創(chuàng)新性、系統(tǒng)設(shè)計性等4個實驗模塊展開，課程總學時為17學時，計1學分。通過機構(gòu)組合創(chuàng)意設(shè)計分析、機械傳動性能參數(shù)測試與分析、集“設(shè)計-加工-動平衡”交叉于一體大綜合實驗及基于產(chǎn)品實現(xiàn)過程的系統(tǒng)設(shè)計4個實驗模塊的完整訓練，培養(yǎng)學生的設(shè)計能力、創(chuàng)新能力、實踐能力和綜合分析能力，以達到實驗改革的效果。圖1為機械學實驗獨立設(shè)課實驗教學體系及其對學生能力培養(yǎng)目標。

圖1 實驗教學體系及學生能力培養(yǎng)目標

2．課程內(nèi)容體系構(gòu)建。

(1)開設(shè)機構(gòu)組合創(chuàng)意設(shè)計和分析設(shè)計性實驗模塊。該項目旨在培養(yǎng)學生綜合設(shè)計能力、創(chuàng)新意識和實踐動手能力而開設(shè)的一個實驗。實驗要求學生從教師給定題目中任選一題(或從工程實踐中自擬設(shè)計內(nèi)容)，綜合運用機構(gòu)的創(chuàng)新設(shè)計方法，進行一個機構(gòu)系統(tǒng)運動方案的設(shè)計和分析。要求自主創(chuàng)新設(shè)計機構(gòu)運動方案，然后進入實驗室，進行方案實現(xiàn)分析實驗和比較評價，選擇最優(yōu)方案進行機構(gòu)模型搭接實現(xiàn)，進行測試分析、運動分析和實驗結(jié)果分析。圖2為學生進行機構(gòu)組合創(chuàng)意設(shè)計的模型圖。

圖2 完成的機構(gòu)創(chuàng)意模型

(2)開設(shè)機械傳動性能參數(shù)測試與分析設(shè)計性、綜合性實驗模塊。實驗要求學生在實驗室完成3個方面的內(nèi)容:①機械傳動系統(tǒng)實驗方案及實驗裝置的創(chuàng)意設(shè)計，其中包括實驗方案的創(chuàng)意設(shè)計、綜合機械傳動系統(tǒng)方案選擇設(shè)計、測試方案及測試儀器選擇設(shè)計、繪制所設(shè)計實驗裝置的結(jié)構(gòu)簡圖。②機械傳動系統(tǒng)實驗裝置的搭建、組裝、調(diào)試。③實驗結(jié)果測試和分析。圖3、4為學生正在機械傳動性能參數(shù)測試與分析實驗現(xiàn)場。

圖3 機械傳動裝置搭建

圖4 機械傳動系統(tǒng)性能測試

(3)開設(shè)集“設(shè)計-加工-動平衡”交叉于一體的設(shè)計性、綜合性、創(chuàng)新性實驗模塊。實驗主要要求學生自主設(shè)計各種基本軸系和回轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)，并進行方案比較和優(yōu)化，設(shè)計完成后，學生還應結(jié)合金屬工藝學、金工實習的專業(yè)知識，到學院下屬的機械廠對設(shè)計的零部件進行加工，然后對加工的零件進行裝配，并在實驗室進行回轉(zhuǎn)體動平衡實驗，以達到設(shè)計的精度要求范圍。該實驗內(nèi)容涉及到機械原理、機械設(shè)計、機械制圖、互換性與公差測量、金屬工藝學、金工實習等多門課程的知識點綜合。圖5為學生在為制作好的回轉(zhuǎn)體進行動平衡實驗。

圖6 自制回轉(zhuǎn)體進行動平衡

(4)開設(shè)基于產(chǎn)品實現(xiàn)過程的系統(tǒng)設(shè)計性、創(chuàng)新性實驗模塊。提出課題(如線切割三維作品創(chuàng)新訓練、CAD/CAM/RP技術(shù)應用等根據(jù)實際和學生感興趣的項目不斷更新)，或由學生自帶項目，要求學生綜合應用設(shè)計、制造類基礎(chǔ)課程所學知識，將各模塊、各訓練項目有機地結(jié)合起來，設(shè)計較為完整、復雜的作品，并用快速成型或數(shù)控技術(shù)等技術(shù)加工產(chǎn)品，自主完成產(chǎn)品實現(xiàn)過程的系統(tǒng)性實踐。圖6、7為學生在實驗過程中制作的產(chǎn)品實物。

圖6 納米水龍頭過濾器

圖7 多功能筆記本電腦支架

3．課程教學方法。獨立實驗課采用引導式、啟發(fā)式的教學方法，4個實驗模塊均由教師提出要求或由學生自帶項目，學生充分思考、交流和研究，產(chǎn)生不同的設(shè)計方案，完成實驗要求，從而以實驗帶動實踐訓練。通過對實驗結(jié)果的總結(jié)分析，使學生在一個完整的實驗過程中得到鍛煉，充分調(diào)動學生學習的積極性和創(chuàng)造性，進而培養(yǎng)學生的群體意識、創(chuàng)新能力、組織管理能力和綜合實踐能力。

4．課程考核方法。學生實驗成績的評定采取模塊化、程序化的考核模式，在每個實驗模塊完成后就給予評定該實驗的成績，整個實驗課程結(jié)束后，根據(jù)各實驗的考核等綜合評定學生的成績。同時，另附有創(chuàng)新思維設(shè)計的，則根據(jù)作品的創(chuàng)造性、實用性、答辯等方面進行綜合評定實驗成績。

二、實驗改革的效果

機械學實驗獨立設(shè)課實驗的實施，在提高實驗教學質(zhì)量、培養(yǎng)學生綜合能力和促進專業(yè)實驗室發(fā)展等方面都取得了顯著的效果，主要表現(xiàn)在以下兩方面。

(一)構(gòu)建機械學實驗獨立設(shè)課實驗體系

通過對機械專業(yè)部分基礎(chǔ)課實驗教學內(nèi)容和時間安排進行整合，編寫了新的機械學實驗獨立設(shè)課實驗教學大綱和實驗指導書，獨立實驗課構(gòu)建了以綜合設(shè)計型、研究創(chuàng)新型、系統(tǒng)設(shè)計型為層次，以實驗技術(shù)方法為主線，實驗內(nèi)容模塊化為方的實驗教學新體系。課程開設(shè)的4個實驗模塊相互聯(lián)系又互為補充，使學生將所學知識全面系統(tǒng)綜合起來進行訓練，達到了實驗教學體系對學生能力的培養(yǎng)目標。

(二)提高學生科學研究能力、創(chuàng)新能力和實踐能力

機械學實驗實驗室為學生提供了實踐平臺，通過獨立設(shè)課實驗的系統(tǒng)訓練，學生參加科研的積極性顯著提高;采用新的實驗教學體系和教學方式培養(yǎng)學生，學生自主創(chuàng)新能力不斷提高，激發(fā)了學生的實踐意識和多學科意識，培養(yǎng)了學生嚴謹?shù)目茖W態(tài)度、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)意識和團隊合作精神;提高了學生科學研究能力、創(chuàng)新能力和實踐能力。

三、結(jié)語

機械學實驗獨立實驗課把“以學生為中心，強化實踐意識，培養(yǎng)新型人才”作為實踐教學理念，以培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維和實踐能力為重點，在不斷改革教學內(nèi)容、教學方法的基礎(chǔ)上，努力探索實踐教學新模式，構(gòu)建了綜合設(shè)計型、創(chuàng)新型、系統(tǒng)設(shè)計型實踐為層次，以實驗技術(shù)方法為主線，實驗內(nèi)容模塊化為方的實驗教學新體系。改革幾年來，我們也僅僅是做了一些初步嘗試，實驗效果等各方面有了顯著的進步，如何進一步科學充實和優(yōu)化機械學實驗獨立設(shè)課的整個實驗體系，還需要今后不斷地進行探索和實踐。

［1］ 趙倩，呂林海．高等教育中創(chuàng)新型人才培養(yǎng)差異的認識與思考［J］．江蘇教育學院學報(社會科學版)．2009(1):45-47．

［2］ 陳建成，李勇，張敬，等．發(fā)達國家研究型大學創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式的特征與啟示［J］．科技與管理，2009(1):130-133．

［3］ Wang J，Peng H，Li X Y．Multi-level practice training mode of electrical engineering education［A］．Proceedings of 11th International Conference on Electrical Machines Systems［C］，2008．302-303．

［4］ 朱金秀，范新南，朱昌平，等．電氣信息類人才實踐創(chuàng)新能力培養(yǎng)體系［J］．實驗室研究與探索，2011，30(10):129-131．

［5］ 李英姿，龔靜，陰振勇．加強實驗教學設(shè)計突出應用能力培養(yǎng)［J］．實驗室研究與探索，2012，31(10):98-102．

［6］ 于猛，單亦先．構(gòu)建完善的實踐教學體系［J］．實驗室研究與探索，2009，28(5):126-128，139．

［7］ 趙會軍，周詩崠．油氣儲運工程專業(yè)教學改革研究［J］．化工高等教育，2007(4):43-45，57．

［8］ 白雪峰，李沛．關(guān)于專業(yè)實驗室開放的探討［J］．實驗室研究與探索，2006，25(7):848-850．

［9］ 傅敏士，肖亞航．構(gòu)建工科新的實驗教學體系和模式的思考與實踐［J］．機械工業(yè)高教研究，2002(1):61-64．

［10］ 李漢勇，陳家慶，戴靜君，等．油氣儲運工程專業(yè)實驗教學體系的改革［J］．實驗室研究與探索，2013，32(3):179-183．

［11］ 任金波，張翔．《機械原理》與《機械設(shè)計》實驗教學改革實踐［J］．福建農(nóng)林大學學報(哲學社會科學版)，2011，14(3):108-111．