基于“卓越計劃”的《機械設計基礎》實驗教學改革探索

徐春明 周艷 孫瑛 蔣國璋 熊禾根 李公法

摘要：機械設計基礎實驗是我國工科類院校機械類專業必開的基礎性實驗課程，旨在幫助學生深入了解常見機械結構的組成原理與結構形式等，培養學生的創新能力。隨著近年來各大院校的擴招，加之受傳統實驗教學的影響，機械設計基礎實驗并沒有達到預期的實驗教學效果。為加強我國機械類人才培養的力度，本文首先對機械設計基礎實驗教學現狀進行了充分的分析；其次，對實驗教學模式改革提出了綜合措施，完善實驗內容體系，以此推動學生創新能力以及動手實踐能力的發展，從而進一步推動“卓越工程師教育培養計劃”的實施；最后，本文提出的實驗改革在我校國家機械實驗教學示范中心實行，通過實踐表明，以上舉措對于機械設計基礎實驗教學效果顯著。

關鍵詞：卓越計劃；機械設計基礎實驗；實驗教學改革；實驗教學體系

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2019）05-0269-04

一、引言

眾多學者認為，當下教育最普遍的問題就是大學生創新設計能力不足以及缺乏實踐的問題。與此同時，我國工科類學生與歐美等教育發達國家的學生相比，實踐動手能力以及創新設計能力有著明顯的差距[1]。因此，為適應新形勢發展，滿足社會行業的需求和社會經濟發展的需要，培養更多的技術型人才，我國在2010年提出“卓越工程師教育培養計劃”（簡稱“卓越計劃”）[2]。該計劃實施的目的是為了提升學生的綜合創新能力，培養一批具有獨立自主創新設計能力的高質量高技術的工程技術人才。

機械設計基礎課程是我國工科類院校機械類專業的必修課程之一。該課程的主要目的是讓學生掌握對機械結構原理的認知，培養學生的創新思維以及分析、解決實際工程問題的能力，為機械設計基礎實驗教學的順利開展提供重要保障。眾所周知，機械設計基礎實驗教學在機械設計基礎課中扮演著重要的角色，實驗教學是該課程的有效實踐手段。機械設計基礎實驗教學不僅能夠使學生深入了解機械零件的組成原理和結構形式，而且還是培養學生實踐動手能力、創新設計能力的重要載體，因此，加強機械設計基礎課程的實踐環節尤其重要。文章結合我校實驗教學的現實情況，從目前我校工科類專業實驗教學所存在的問題出發，以機械設計基礎實驗為例，對機械設計基礎實驗教學提出了改革思路以及新舉措。

二、機械設計基礎實驗現狀分析

眾所周知，機械設計基礎實驗是包含了機械原理、機械制圖以及機械設計等三門機械類學生必須掌握的必修課程的系列實驗[3]，它對學生后續課程的學習，諸如機械制造基礎課、機械設計課程設計、其他專業課程實踐以及學生的畢業設計尤為重要。

1.實驗教學目標不明確。機械設計基礎實驗教學實踐與機械專業學生課程教學實踐有著十分密切的關系，它對學生的畢業設計乃至以后從事社會工作發揮著重要的作用。近年來，隨著各高校不斷地擴招，各教學單位為了快速完成教學任務，機械設計基礎實驗教學的課時不斷被壓縮。加之受傳統教學的影響，教學目標不明確等問題，授課教師只是要求學生粗略地掌握機械零部件的結構以及相關原理，對學生后期如何運用以及拓展并不是十分的重視，這也是為什么機械設計基礎實驗教學多年來教學效果不理想的重要原因之一，也是導致學生解決實際工程問題能力以及創新思維能力不足的關鍵因素。

2.實驗教學內容單一。國內大多數工科院校的機械設計基礎實驗教學內容都是依托于自身學院所開展的機械設計基礎的理論課程，學院并沒有建立良好的實驗教學體系。實驗教學體系不完善是導致實驗教學質量不佳的主要原因。同時，教學單位也沒有制定系統的實驗教學內容，開展的教學內容與社會工程需求嚴重不符，學生根本無法有效地掌握機械設計基礎實驗的精髓，不能獨立設計實驗、清晰地認識機械零部件以及完成實驗，更別說讓學生在實驗過程中創新。更為嚴重的是機械設計基礎實驗教學內容并沒有獨立開來，沒有成文的實驗教材，只是簡單地被安排在機械設計基礎的理論課教學當中，依附于課堂教學，實驗教學僅僅服務于機械設計基礎課程的單個理論知識點，側重于對某一個獨立的理論知識點的驗證，而忽略了實驗內容之間本身的相關性，課后實驗課時甚少。因此，按照這樣的實驗教學內容開展教學，學生對于機械設計基礎實驗的常見方法和手段無法形成一個系統性的認識，實驗的一般理論與方法更是無法掌握。

3.實驗教學模式陳舊。機械設計基礎是一門傳統的課程。由于它開課時間較早，一直還是沿用傳統的教材以及教學模式，教育思想保守，教師依舊無法擺脫傳統的教學觀念[4]。在現有的實驗教學過程中，實驗教學的主體是老師，教學內容的制定、教學模式、教學計劃、教學評價以及后期考核等眾多事項都掌握在教師手里。學生只能在教師的指導下完成實驗，完全處于被動狀態，以此教學根本激發不了學生主動參與實驗過程的積極性。學生無法將所學的機械設計基礎理論知識點與機械設計基礎實驗項目有效結合起來，在整個實驗教學中，教學方法不具備創新性。學生更是沒有機會開展自主探究式學習，這樣的教學模式，對培養學生的綜合創新設計能力并沒有實質性的幫助。

4.實驗教學資源不足。受地域限制、區域經濟發展的影響，教育資源不平衡發展，眾多地方高校出現實驗設備老舊和實驗設備不足等問題[5]，高校沒有實力為學生提供有效的實踐平臺。在現有的實驗條件下，常常出現十多個人一起做實驗，很多學生并沒有親身參與實踐，只是單純地站在一旁觀摩，嚴重影響了實驗教學的效果。

三、機械設計基礎實驗教學改革

在大眾教育進一步走向普及教育的形勢下，高等工程教育培養模式的相似和工程性與創新性的缺位[6]，阻礙了工程技術類人才的培養，特別是對于招生規模大的綜合類理工科高校和行業高校，問題尤為突出。工科類專業人才的培養必然離不開實踐，高校只有讓學生將所學的理論知識充分拓展，與實驗實踐有機結合起來，通過理論教學—實踐—項目驅動的方式，才能更好地提高學生的創新能力和自主探究問題的能力，才能更好地適應21世紀“卓越計劃”的發展需求。

面對當前大學基礎實驗教學的現狀，為進一步加強各大院校機械設計基礎實驗教學的效果，適應新形勢的發展，培養21世紀的高層次應用性人才，機械設計基礎實驗教學的改革迫在眉睫。

1.建立多層次的實驗教學體系。傳統的實驗教學內容相對獨立，并未將相關理論知識點結合起來，這樣的實驗項目設置對學生掌握實驗的一般性方法十分不利，對全面培養學生的創新思維能力更為困難。眾所周知，良好的實驗教學質量需要合理的實驗教學體系來支撐，因此，本文在機械設計基礎實驗改革中首先將實驗內容層次化。在現有的教學基礎上，建立“多層次、循序漸進”的實驗教學體系[7]，體現機械設計基礎實驗項目的相關性，在實驗項目設置上，變單一理論知識點實驗證明為基礎型實驗、綜合分析型實驗和創新設計型實驗三個階段，通過三階段教學實踐的連續培養，逐步實現機械設計基礎實驗由理論知識點到工程運用實踐的過渡[8]。第一階段是基礎型實驗，是整個機械設計基礎實驗教學體系的基礎，本階段主要是培養學生的基本技能，掌握實驗原理的一般性方法，對書本上的理論知識點進行簡單運用。第二階段是綜合分析型實驗，是整個實驗教學體系的核心部分，該部分主要是要求學生能對書本上所學的理論知識進行拓展，能夠獨立完成實驗，重點強化學生的動手操作能力以及解決實際工程問題的能力。第三階段是創新設計型實驗，要求同學能夠獨立設計實驗并完成實驗，主要是培養學生的創新設計能力，鼓勵學生勇于創新，自主探究。三個階段呈現出層層遞進的關系，同時每個階段都有不一樣的培養目標，但目的都是為了強化學生的實踐能力。

2.創新教學方法以豐富教學內容。生動有趣的實驗講授方法是吸引學生樂于參加實踐的關鍵。改變機械設計基礎實驗教學中常規的以老師主講學生聽取的教學模式為以學生為主體，老師在實驗教學過程中給予指導。充分發揮學生的創新思維，發揮學生的主動性以及探究精神，這是提高機械設計基礎實驗教學效果，學生學以致用的關鍵。因此，實驗指導教師在實驗過程中的每一階段都要引導好學生。此外，機械設計基礎實驗涉及的實驗項目多，學生也多，針對該現象，改革中提出不同類型實驗用不同的方法實施。例如，教師根據不同層次的學生，構建分層次指導，因材施教，舉一反三，充分發揮學生在實驗中的自主探究能力。學校要不斷鼓勵學生自主選修一些實驗項目，開發學生對機械設計實驗的敏感度，設置一些有創意性的實驗項目，讓學生選擇自己感興趣的實驗項目，積極引導學生參與更高層次的創新型設計實驗。

3.構建開放式實驗室。除了機械設計基礎實驗正常教學，學院可以建立開放實驗室，給學生提供充足的實踐學時，提供工程實驗和工程設計平臺[9]，而不是僅僅局限于機械設計基礎實驗的課堂教學。建立良好的實驗室開放管理機制，實驗室要定期更新實驗內容，設置不同的實驗項目，由專任教師輪班值守，保證學生在實驗室就有專任教師指導。除此之外，學校加大開放式實驗室宣傳力度以吸引更多的學生走進實驗室，由實驗室老師帶頭組建實驗創新團隊，培養學生的團隊合作精神。

4.加大實驗室硬件建設。機械設計基礎實驗教學的順利開展固然離不開實驗室硬件平臺的搭建。受眾多因素的影響，許多高校存在資金不足、實驗設備老化、實驗條件落后等問題[10]，因此，學校在搭建實驗平臺時應該更加充分有效利用有限的資金。學校應該嚴格按照教學體系，整體優化，整合相關資源，搭建能夠同時滿足三個不同階段實驗教學需要的硬件設施平臺。在采購實驗設備時，應充分考慮設備的性價比，要注重設備的功能性，盡量避免選擇功能單一的實驗設備。

四、機械設計基礎實驗改革效果

結合學生個性發展、學校特色以及滿足國家“卓越工程師教育培養計劃”的需求。培養學生創新設計能力、動手實踐能力和解決實際工程問題能力為目的，制定了機械設計基礎實驗改革方案。本文提出的改革措施在我校國家機械實驗教學示范中心實行，先后應用于機械類專業的48個班級的本科實驗教學中，并輻射推廣到12個其他工科類近機械類專業和非機械類專業共120多個班級中，取得了一系列的教學成果。（1）通過以上機械設計基礎實驗教學的改革措施實施后，學生參與工程實踐的積極性、學生的動手能力和創新設計能力得到了明顯提高。學校一系列的反饋意見顯示，機械設計基礎實驗的實踐教學改革對培養學生綜合素質能力起到了決定性的作用。（2）實驗教學的改革讓學生的創新實踐興趣有了很大的提升，獨立設計實驗、個人自主探究能力得到了明顯的加強。在開放式試驗室，學生的創新思維得到了充分的發揮，在老師的指導下完成了多項創新創業項目，學生代表學校參加國家級創新創業訓練大賽，多次取得優異的成績。（3）實驗的改革推動了學生綜合能力的提升，近幾年，學校的一次性就業率在原有的基礎上提升了5到8個百分點，連續多年位居同類高校的前列。用人單位的反饋，普遍表明我院學生的綜合素質高，創新設計能力強。（4）通過實驗改革，學生在參加國家級、省級的機械設計大賽、挑戰杯、機械工程訓練大賽以及CAD制圖大賽中獲獎40余項。

五、總結

21世紀是建設創新型國家，實施科教興國和人才強國的重要時期。機械設計基礎實驗教學對學生創新能力的培養極其重要，文中對機械設計基礎實驗教學進行了系統性的分析，同時根據實驗教學存在的弊端提出了相應的改革措施，實踐研究結果表明，機械設計基礎實驗的改革取得了一系列的成效，學生不僅能夠獨立解決實際工程問題，而且學生的創新設計能力也得到了很大的提升。盡管如此，對于機械設計基礎實驗這樣一門專業的實踐課程，我們應該繼續考慮如何整合資源，優化現有實驗條件，以進一步提高學生的創新設計能力，需要我們不斷地去努力與思考。因此，各高校教師一定要樹立起自己的責任感與使命感，加大對人才培養的力度，注重教學質量，為實驗教學改革的研究貢獻自己的一份力量。

參考文獻：

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