機械工程專業多課程融合實驗的探索與建設

王吉平

（南京理工大學紫金學院，江蘇 南京210046）

機械工程專業多課程融合實驗的探索與建設

王吉平

（南京理工大學紫金學院，江蘇 南京210046）

根據機械工程專業的課程和知識體系，在液壓傳動實驗平臺的基礎上通過融合多種課程的實驗內容，設計出一個既相對獨立、又密切聯系的多課程融合實驗，旨在提升學生綜合解決問題的能力，探索紫金學院特有的工程化綜合性實驗教學模式。

機械工程；多課程融合；實驗

1 課題研究現狀

機械工程專業是一門研究和解決在開發、設計、制造、安裝、運用和修理各種機械中的全部理論和實際問題的應用學科。在傳統教學中，機械工程專業各課程的實驗教學內容都是獨立進行的，實驗內容和模式基本上以驗證性實驗和基本技術的訓練為主。在當今社會，企業對人才的需求由原來的理論科研人才向實用型、應用型人才轉變，由單一技能人才快速向綜合素質人才轉變。因此傳統教學中這種以單獨課程為單位進行的實驗無法滿足“工程化應用型人才”的培養目標。主要體現在如下方面：

（1）教學過程中“重理論輕實踐”，實驗教學學時較少，實驗內容缺乏綜合性和設計性，實驗只是點綴，如控制工程基礎實驗只有6個學時，這就造成學生的應用能力培養缺乏，對培養應用型人才目標十分不利。

（2）實驗內容與工程應用聯系不緊密。比如控制工程基礎實驗，實驗過程中學生只是機械地參照實驗指導書搭建控制電路，采集輸出，但是由于電路板相對抽象，學生根本不理解諸如PI控制、PD控制的精髓及實際工程體現。

（3）實驗內容沒有新穎性、創新性，不能激發學生的求知欲，學生做實驗僅僅是被動地完成任務而已。實驗教學不利于提高學生學習興趣和認知動手能力，不能給學生一個充分發揮自己想象力、創造力和展現才能的空間。

2 課題研究的意義及目標

2.1 課題研究的目的意義

本課題在當前液壓與氣壓傳動實驗室液壓傳動實驗平臺的基礎上開展新的針對機械工程專業的綜合實驗。通過新型實驗平臺的設計與搭建，實現對執行元件液壓缸的控制調節。通過實驗過程使學生將學過的相關課程內容串聯起來，培養學生實際工程應用、開發、設計的綜合能力。設計平臺和實現控制執行元件的運動方式不唯一，在激發學生的積極性和創造性的基礎上，提升學生綜合應用本專業知識的能力，增強學生的核心競爭力。因此該實踐教學體系改革對于學生工程設計能力、新技術應用開發能力、創新意識和創新精神的培養具有不可替代的作用。

2.2 項目總體目標

此次教改希望通過融合控制工程基礎、可編程控制器原理及應用、液壓與氣壓傳動等多種課程的實驗內容，旨在提升學生綜合解決問題的能力，探索紫金學院特有的工程化綜合性實驗教學模式，提升本院學生在社會中的綜合競爭力。

3 課題研究實施情況

3.1 項目總體實施情況

通過課題組成員積極主動參與項目實施，該教改按照最初制定的實施計劃，圓滿完成了預定計劃內容，教改效果得到了老師和學生的肯定。整個教改進展分三個階段進行：

第一階段：甄選對綜合實驗訓練感興趣的學生組成課題實驗班，帶領學生參觀涉及到的各個專業獨立的實驗室，對涉及到的各課程現有實驗項目進行熟悉了解，分析各課程實驗項目。

第二階段：與各課程教師討論，契合紫金學院應用型人才培養的方針，討論完成綜合實驗教學改革的具體方案。帶領實驗班學生深入上海科先液壓股份有限公司等公司實地考查交流學習，從而針對性的制定后續課程設計性實驗。學生分組完成了涉及課程的單獨實驗，為綜合實驗做好充分準備工作。

第三階段：對現有實驗平臺進行熟悉了解，并對綜合實驗做整體改造的設計。實驗班學生分組完成了綜合實驗的進行，對實驗數據進行分析并撰寫了相關實驗報告。

3.2 項目研究過程中的重點體現

本課題通過新型實驗平臺的設計與搭建，實現了對執行元件液壓缸的位置控制調節及反饋。選擇VB程序語言控制系統進行界面編寫。運用Matlab軟件和Simulink工具對實驗結果進行仿真分析。

該課題研究重點體現如下：

（1）嚴格甄選小組成員：多課程融合的綜合實驗能順利開展，首要前提是學生已經充分掌握了相關專業基礎課程，要求學生不僅具有良好的理論課程基礎，更應具備理論與實踐相結合的融會貫通的能力。因此在選拔課題小組成員時，項目組綜合考慮學習成績優異、動手實踐能力強的同學。最終在14級車輛專業和機械專業內選出了三十位綜合素質優秀的成員，組成課題實驗班。

（2）放任但不放縱，充分發揮實驗能動性：要求各實驗小組在實驗總體要求下自已制作控制界面，實驗數據在選擇范圍內自行選定，實驗結果可自行選擇手動繪制曲線或利用仿真軟件直接生成曲線、流程圖及方塊圖，各個小組依據自己的理解自行設計完成。

（3）理論與實踐相結合，真正做到“在學習中實驗，在實驗中學習”：學生在搭建實驗平臺的時候，由于從未接觸過液壓伺服控制，因此實驗班成員自學了液壓伺服控制這門專業課。學生既開拓了視野，又將已經學習過的控制工程基礎這門相對枯燥的理論課通過液壓缸的伸出動作這樣的真實控制過程體現出來，從而真正理解什么是反饋，什么是閉環控制。

（4）多種工具軟件融合運用，提升綜合應用能力：實驗過程中可視化界面要求用VB軟件設計編譯，控制程序采用PLC，讓學生真正體會到了人機互動過程。在對實驗結果數據處理中，用到了Matlab軟件和Simulink工具。這兩個軟件工具是學生在上課學習過程中沒有用過的，通過這次綜合實驗，學生學會了運用這兩種工程常用數據仿真軟件，對自身學習也得到了一種提高。

4 項目取得的成果

課題組成員共同努力，編制了多課程融合實驗的實驗指導書《液壓伺服油缸位置控制綜合實驗指導書》；經過項目小組多次的實驗和認證，最終形成了30份滿足實驗要求的實驗報告，并通過實驗報告對實驗指導書再次進行了修改和完善。

學生的綜合能力提高，應用型素質提升。在課題研究實施過程中，學生從設計搭建實驗平臺，控制系統的分析設計，PLC控制程序的編寫，可視化界面的設計與程序編寫等都由各個小組獨立完成。這樣學生可以將各專業課程綜合起來，融會貫通，形成系統的概念，完成實驗的同時也提升了自身的專業綜合素質及理論向實際工程過渡的應用型能力。

實踐教學體系的初步形成。該課題探討的多課程融合實驗涉及到我院機械工程、車輛工程、測控技術與儀器、工業工程專業，目前課題成果中的實驗指導書已經編寫完成并指導學生開展綜合實驗。后續可在此實驗指導書的基礎上，融合其他涉及課程的實驗教學，編訂綜合實踐課程講義，納入新一輪應用型人才培養計劃中。

5 項目后期鞏固措施

（1）加大綜合實驗室建設力度，保證硬件措施

利用學院現有液壓與氣壓傳動實驗室，交通仿真與信號控制綜合實驗室，傳感器綜合實驗室中的現有實驗設備資源，結合課題探討的綜合實驗，只要再少部分購置一些主要實驗設備如伺服油缸、PLC控制器、數據采集卡等，即可大范圍推廣多課程融合綜合實驗，讓更多的學生享受到應用型、綜合型的鍛煉過程，從而實現投資最小化，利益最大化。

（2）加強團隊建設，建立綜合教學體系

該綜合實驗涉及的專業較多，課程較多，從培養復合型人才出發，建立起學科合作，將多專業的實驗納入同一實驗課程管理。利用既有的相關專業進行交叉講學，尤其對這些專業中結合社會需求所涉及的課程知識的交叉著重講解，強化學生對相關知識的交叉認識。同時在教師隊伍中可以不定期組織不同專業之間，不同資質教師之間的合作備課，共同探討學科交叉點的理論授課與實踐教學，提高教學水平，建立起綜合課程教學層，制定分層次講學的目標。

（3）實踐教學模式多樣化

最大化利用實驗室，增加一些拓展性實驗。實驗室開放實行時間及內容開放，除實驗室上課時間外，學生可以自己選擇時間進入實驗室進行實驗，從而增加學生的動手機會，培養學生自學能力以及創新能力，同時也有利于激發學生創新的動機，培養學生的創新意識。

Exploration and Construction of Multi Curriculum Fusion Experiment for Mechanical Engineering

WANG Ji-ping
（Nanjing University of Science&Technology Zijin College，Nanjing 210046，China）

According to the mechanical engineering curriculum and knowledge system，through the integration of a variety of experimental content courses based on experimental platform of hydraulic transmission，design an independent and closely linked to the multi curriculum integration experiment，aims to enhance students’comprehensive ability to solve problems，to explore the characteristic of the Zijin college engineering comprehensive experiment teaching mode.

mechanical engineering；multi curriculum integration；experiment

G642

A

1672-545X（2017）09-0190-03

2017-06-09

南京理工大學紫金學院教育教學改革與研究項目（20140101011）

王吉平（1980-），女，河南平頂山人，碩士，講師，研究方向為機電液一體化。