融入行動導向理念的機械工程專業實驗教學改革與探索

王偉 宋鹍 丁軍 張君

摘 要 文章分析了目前高等院校機械工程專業實驗教學中存在的問題，提出將行動導向理念融入專業實驗教學的改革思路。以氣壓傳動PLC控制實驗為例，基于行動導向理念的實驗教學可以把“教”和“學”有效統一起來，有助于提高學生學習興趣，培養其團隊協作能力、工程實踐能力和創新精神。

關鍵詞 行動導向 機械工程 實驗教學 改革

中圖分類號：G424 文獻標識碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdks.2016.11.063

Abstract The current institutions existed in experiment teaching of the mechanical engineering in colleges and universities were analyzed and proposed the principle of action-oriented should be applied in the experiment teaching of mechanical engineering. Taking the PLC control pneumatic experiment as an example， The implementation of the principle of action-oriented in the experiment teaching can unify the teaching and learning， students learning interest to mechanical engineering improved significantly， and have good team working ability and engineering practice ability and innovation ability.

Keywords action-oriented； mechanical engineering； experiment teaching； reformation

0 引言

隨著我國制造業各行業市場的發展以及技術朝著網絡化、智能化、環保化等方向進步，行業企業對人才的能力和素養提出了更高的要求，應用型、復合型人才缺口很大，另一方面卻呈現高校畢業生數量連年屢創“新高”，就業壓力不斷增大的局面。 這個現象表明，在目前的高校質量保障和監督體系下所培養出的畢業生，其工程實踐能力、工程素養，乃至創新意識和創新能力與當前的行業對人才能力和素養的需求有明顯的脫節。重慶理工大學機械工程專業實驗教學在培養學生工程實踐能力、工程素養、創新意識和創新能力方面做了一些有益的探索和實踐。

1 機械工程專業實驗教學存在的問題

機械工程專業實驗經過多年的建設、發展與模塊化、層次化的改革，初步建立了與理論教學既獨立并行，又相互聯系的專業實驗教學體系。但該實驗教學體系在實施過程中并沒有完全達到預期效果。主要表現在：

（1）實驗獨立設課后，學生重視實驗課，但不是因為能學到知識或者培養能力，而是為了拿學分，只有少數善于總結的學生表示通過實驗課會有收獲。

（2）在實驗教學過程中，教師是主體，學生處于被動的地位，忽視了對實驗目標和實驗方法的思考，不知道所做的實驗對自己將來的工作有何幫助，學生不能從中得到工程實踐能力的培養。

（3）學習過程缺乏自主性，學生普遍感到枯燥和乏味，認為部分驗證性實驗太簡單，沒收獲，而綜合設計型實驗太難，不會做，但并不想自己主動探究實驗原理和實驗方法，缺少主觀能動性。

2 融入行動導向理念的實驗教學模式

機械工程專業實驗與一般基礎實驗不同，它強調技術性、實用性和可操作性，有著較為突出的專業特色。實驗過程中涉及到機械設計、工程力學、機械原理等多個科目知識的綜合應用，對于增強學生的知識應用能力有著關鍵性的作用。因此，行動導向教學方法在機械工程專業實驗的教學中有更實際的作用，可使機械工程專業教學更具體化、形象化、直觀化。 將行動導向教學理念融入機械工程專業實驗中具有代表性的綜合型、設計型實驗教學過程中，如電火花線切割加工實驗、氣壓傳動PLC控制實驗、組合夾具組裝實驗等。針對不同的實驗教學情景采用一種或融合多種教學方法，將學生置于實際工程背景下，讓學生在實驗方案設計、實驗前期準備、資料收集、實驗計劃修訂、實驗方案實施、實驗任務檢查、實驗結果處理、實驗過程總結評價等環節中發現問題、解決問題，最終順利完成實驗項目教學。

氣壓傳動PLC控制涉及氣壓傳動控制和PLC電氣控制等方面的知識，是目前生產過程自動化最常用的、最有效手段之一，在機械工程專業實驗教學中開設此實驗，對于培養學生綜合運用已學理論知識，提高學生動手解決工程應用問題的能力是非常有意義的。

2.1 實驗任務

學生自由組合形成實驗小組，4-6人為一小組，領取氣壓傳動PLC控制實驗任務書文件，解讀任務書要求，分析實驗任務書中的重點和難點。此階段任務中，教師簡要介紹PLC控制氣壓傳動在工程中的應用情況，引導學生發現生活中的工程實際問題，確定PLC控制氣壓傳動回路的應用對象，如氣動抓手抓取東西、牛奶瓶氣動清洗流水線等。

2.2 實驗方案設計

實驗小組根據對實驗任務的解讀以及確定的應用對象，設計出實驗方案、實驗步驟、所必須的實驗儀器、實驗材料和時間等，并在張貼板上列出儀器元器件需求表、時間節點計劃表等信息，讓小組每個成員都明確實驗方案與步驟、時間節點上每個成員在什么時間完成什么事情，同時在實驗方案設計過程中及時和指導教師進行交流。這是一個團隊合作討論的過程，學生們可從與同伴的討論中獲益，從而提高學生思考問題的能力，組織、協調和管理能的力，人際交往的能力和團隊合作意識。

2.3 實驗前期準備與資料收集

實驗小組每個成員根據實驗方案中任務分解與時間節點計劃表，做好實驗前期準備與資料收集，如氣動元器件的結構原理、PLC編程、氣動回路設計、相關國家及行業標準等資料，同時也可及時發現前期實驗方案中的問題，并整理出修改意見。這個過程能有效地鍛煉學生的資料收集、整理與分析能力，貫徹學生在設計過程中的工程標準意識，也提高學生發現問題的工程實踐能力。

2.4 實驗計劃修訂

根據上階段實驗前期準備與資料收集中發現的問題，小組共同討論修訂實驗方案，此過程中指導教師也共同參與討論并聽取討論結果，根據實驗室已有的設備與條件，幫助修訂實驗方案。通過討論與決策，確定一個最優實驗方案與計劃，學生接受新的實驗任務與計劃。

2.5 實驗方案實施

學生按照修訂的實驗方案與計劃，由學生獨立完成實驗，指導教師對遇到的實際問題提供幫助。在氣壓傳動回路的組裝、PLC程序的編制與調試等實驗過程中，學生先向指導老師說明思路與操作方法，指導教師針對其中的問題進行糾正和補充，然后學生完成實驗方案的實施。學生在實驗方案實施過程出現的問題，首先由小組成員共同尋找解決方法，無法解決時可向指導老師求助。求助時指導老師不會直接給出解決方法，而是引導學生一步步自己解決。

2.6 實驗任務檢查與結果處理

依實驗任務書檢查任務完成情況，如設計的PLC控制氣壓傳動回路是否已經實現預設目標，功能與性能是否滿足工程實際需求，使學生養成獨立地評價自己完成實驗任務質量的習慣。同時，在實驗方案計劃實施過程中不斷進行檢查，能及時發現問題，改善實驗任務完成質量。一般首先由學生自己檢查實驗任務完成質量，最后由指導教師進行綜合檢查。

2.7 實驗過程總結評價

實驗過程總結評價是在指導教師的指導下共同進行的，實驗小組每個成員對實驗整個過程進行總結，對實驗方案設計、實驗前期準備、資料收集、實驗計劃修訂、實驗方案實施、實驗任務檢查、實驗結果處理中出現的問題進行解析，并提出改進意見，特別是在實驗過程中出現的問題，總結出實驗過程中應該注意的問題。實驗成績由指導教師根據實驗過程中每個組員任務完成的情況，小組內部成員成績互評的情況，綜合給出每個小組成員本次實驗的成績，實驗過程總結評價是經驗的交流。

3 新實驗教學模式的挑戰

相對于傳統的機械工程專業實驗教學模式，這種融入行動導向理念的新實驗教學模式具有不可替代的優勢，同時也是一種挑戰。

一是新實驗教學模式使教師從主體地位變成了主導地位，對指導教師的專業能力、工程實踐能力和教學能力都提出了更高的要求，實驗課程準備要求提高。

二是新實驗教學模式對學生也提出了更高的要求，學生從模仿學習變為思考學習，工程實踐能力得到有效鍛煉，工程標準意識得到有效貫徹。

三是新實驗教學模式對實驗教學環境和多樣化的教學手段提出了更高的要求。除了傳統的教學環境的要求外，還需要紙質資料、網絡媒體等手段的輔助，以提升實驗教學效果。

四是新實驗教學模式需要全新的實驗教材，新的實驗教材開發必須全面改變實驗教學理念，以培養學生的工程實踐能力與創新意識為目標，制定合理的實驗教學計劃與實驗教學大綱。

4 結論

本文針對機械工程專業實驗教學的特點， 提出了融入行動導向理念的教學模式改革思路。通過機械工程專業實驗的教學實踐表明，在教學過程中融入行動導向理念，能較大程度上激發了學生的學習興趣，提高了學生的學習積極性，培養了學生的主動學習性，提高了學生工程實踐能力與創新精神，全面提升了我校機械工程專業應用型、復合型人才培養水平。

注釋

① 李鍛能，何漢武，張湘偉.機械工程專業實驗教學體系改革的探討[J].實驗技術與管理，2008.3：132-135.

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段淑榮.“三段六環節”行動導向教學模式的實踐研究[D].河北師范大學，2015.