新型生長軍官培養(yǎng)模式下機械基礎(chǔ)實驗室建設(shè)

李偉剛， 杜冬菊， 楊繼鋒， 張 俊

(海軍潛艇學(xué)院,山東 青島 266199)

0 引 言

實驗室作為軍隊院校從事開展實踐教學(xué)、科學(xué)研究、技術(shù)開發(fā)的重要基地，是學(xué)科專業(yè)建設(shè)與發(fā)展的重要支柱，也是衡量院校辦學(xué)條件的重要標志。實驗教學(xué)作為教學(xué)體系中的重要組成部分，在對軍校學(xué)員工程實踐能力、動手能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)方面有著理論教學(xué)無法替代的重要作用[1-2]。2017年2月，軍委召開院校改革會議確定海軍潛艇學(xué)院由任職教育院校轉(zhuǎn)變?yōu)楦叩冉逃盒＃鞔_了學(xué)院在取消本科招生10年之后，恢復(fù)本科學(xué)歷教育任務(wù)。軍委機關(guān)確定學(xué)院承擔(dān)的生長軍官培養(yǎng)任務(wù)，將按照“本科教育加首次任職培訓(xùn)融合培養(yǎng)”的新型人才培養(yǎng)模式組織實施。學(xué)院針對新的人才培養(yǎng)模式下搞好本科教育進行了一系列的準備工作，籌劃建設(shè)相關(guān)實驗室就是其中一項重要和緊迫的工作。機械基礎(chǔ)實驗室承擔(dān)著“工程圖學(xué)基礎(chǔ)”“機械工程基礎(chǔ)”“液壓與氣壓傳動”等課程的實驗任務(wù)。項目組圍繞機械基礎(chǔ)系列課程的教學(xué)體系、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)模式等進行了系統(tǒng)深入研究，提出了以能力培養(yǎng)為核心，以功能設(shè)置實驗室，構(gòu)建理論與實踐互通、課內(nèi)與課外互補、必修基礎(chǔ)性實驗與選修個性化實驗互融、實驗技能與工程能力互長的機械基礎(chǔ)多元化實踐教學(xué)體系，全方位培養(yǎng)鍛煉學(xué)員的工程素質(zhì)、工程技能和創(chuàng)新能力[3]。思考和研究實驗室的功能定位、實驗層次劃分、實驗項目設(shè)置、實驗內(nèi)容和方式、實驗?zāi)繕耸侵陵P(guān)重要的問題。

1 建設(shè)先進性的定位

機械基礎(chǔ)實驗教學(xué)面向?qū)W院生長軍官潛艇航海指揮、雷達指揮、導(dǎo)彈指揮、防救潛水指揮等多個專業(yè)方向，其根本作用是為各專業(yè)課程的教學(xué)和學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)，既要適應(yīng)不同專業(yè)通識教育基礎(chǔ)上的寬口徑培養(yǎng)模式，建立知識新、重心低、面向?qū)挼膶嶒灲虒W(xué)體系[4]，同時又要突出潛艇學(xué)院潛艇指揮和防救指揮專業(yè)特色。根據(jù)中央軍委訓(xùn)練管理部對生長軍官本科教學(xué)實驗室建設(shè)標準的具體要求，充分學(xué)習(xí)借鑒其他高校的經(jīng)驗和做法,在實驗條件、實驗內(nèi)容、實驗項目設(shè)置、實驗方法和手段、實驗教學(xué)模式等方面有所突破、有所創(chuàng)新，立足高起點、高標準，突出先進性來論證和籌劃實驗室的整體建設(shè)工作，使建成的實驗室能支撐和滿足未來較長一段時間內(nèi)課程實驗教學(xué)的需要，保持建設(shè)質(zhì)量和水平不落后，適應(yīng)未來課程建設(shè)和發(fā)展對實驗條件提出的新要求。

2 建設(shè)思路和目標

2.1 建設(shè)思路

在新型生長軍官培養(yǎng)模式下，實驗室建設(shè)體現(xiàn)先進性、實用性，實驗內(nèi)容符合教學(xué)大綱的要求，既體現(xiàn)基礎(chǔ)性，又具有啟發(fā)性、創(chuàng)新性，形成基礎(chǔ)性(認知驗證)—綜合性(綜合分析)—研究(創(chuàng)新設(shè)計)由淺到深的實驗層次，構(gòu)建系統(tǒng)性、漸進性的實驗體系[5-6]。

(1) 虛實結(jié)合，軟件仿真。虛擬現(xiàn)實技術(shù)和仿真技術(shù)在實驗室中的應(yīng)用已成為一種發(fā)展趨勢[7]。在實物建設(shè)的同時，將仿真技術(shù)引入到機械實驗，可將實驗效益最大化，最大限度地突破實驗教學(xué)時間和空間的限制，可提供的實驗項目多，不受設(shè)備困擾，學(xué)員根據(jù)理論教學(xué)進程自主安排實驗。把虛擬實驗、仿真實驗和實物實驗結(jié)合起來，激發(fā)學(xué)員的實驗興趣，提高實驗結(jié)果的準確性和先進性，保證實驗技術(shù)手段的實用性和新穎性，同時讓學(xué)員可以了解先進的科學(xué)技術(shù)及其應(yīng)用，拓寬知識面，培養(yǎng)他們的實驗技能和科研能力，起到了一舉多得的教學(xué)效果。

實驗室引進機械零部件演示動畫、虛擬模型，購置了液壓仿真平臺，配備正版組態(tài)仿真控制軟件，可提供50多套液壓回路立體動態(tài)的模擬演示與控制、液壓元件三維動畫演示。液壓常用回路搭接實驗?zāi)芡ㄟ^軟件同步控制回路動作，真實模擬回路在閥件不同開度、系統(tǒng)壓力變化時的運行情況。

(2) 注重實用性和利用率。建設(shè)實驗室是為了使用，如何將建好的實驗室和實驗設(shè)備最大限度地發(fā)揮作用值得研究。根據(jù)“中國人民解放軍院校教學(xué)大綱”要求[8]，考慮到學(xué)院招生規(guī)模和實驗室使用頻率，不盲目追求“高、大、上”。實驗項目設(shè)置以完成教學(xué)大綱規(guī)定的實驗任務(wù)和能力培養(yǎng)要求為依據(jù)，配置實驗設(shè)備、器材種類、數(shù)量以保障實驗分組教學(xué)的順利進行為限，提高實驗設(shè)備使用率，避免設(shè)備閑置和浪費。

(3) 盡可能與專業(yè)結(jié)合，貼近專業(yè)。盡管建設(shè)的實驗室配套服務(wù)于基礎(chǔ)課程，但開設(shè)的實驗不能只局限于此，也要為專業(yè)課程學(xué)習(xí)打基礎(chǔ)和服務(wù)，因此，應(yīng)適當與專業(yè)課程結(jié)合、貼近專業(yè)。在液壓與氣壓傳動實驗室，除了配置通用的液壓氣壓元件結(jié)構(gòu)展示柜、液壓傳動綜合實驗平臺外，還特別設(shè)計了實裝閥件展示平臺，展示當前海軍潛艇部隊主要艇型不同專業(yè)典型實裝閥件，供學(xué)員認識分析和理解潛艇專用實裝閥件的結(jié)構(gòu)和工作原理，使學(xué)員切身感受到機械基本原理在潛艇裝備應(yīng)用上的實例，增強他們對學(xué)好基礎(chǔ)課程重要性的認同感。

(4) 盡可能提供真實的學(xué)習(xí)情境。在實驗室中恰當?shù)貭I造真實的學(xué)習(xí)情境，并以此作為載體開展教學(xué)活動。學(xué)習(xí)情境可以由教員通過精心構(gòu)建來獲得，也可以由學(xué)員在實際環(huán)境或模擬的環(huán)境中去實現(xiàn)知識的建構(gòu)。在實驗室里既可以進行實驗活動，又可對相關(guān)內(nèi)容的理論知識進行講授，實驗室隨處可見的機構(gòu)、機器和模型等，可以邊講邊看、邊看邊做，教學(xué)效果會更好。在每個實驗室里都設(shè)置了理論授課用的多媒體教學(xué)系統(tǒng)和課桌椅等。

(5) 注重創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。創(chuàng)新能力是現(xiàn)代社會對人才的基本要求。培養(yǎng)學(xué)員的創(chuàng)新意識和能力是機械基礎(chǔ)實驗的根本目標，貫穿于實驗教學(xué)的各個環(huán)節(jié)[9]。通過建設(shè)機械創(chuàng)新設(shè)計陳列柜，機構(gòu)運動方案創(chuàng)新設(shè)計及仿真實驗臺、機械系統(tǒng)傳動創(chuàng)新組合設(shè)計分析實驗平臺、液壓創(chuàng)新回路搭接實驗平臺等來啟迪和開發(fā)學(xué)員的創(chuàng)新思維和意識。

2.2 建設(shè)目標

以“先進性、開放型、實用性、高標準”為建設(shè)目標。按照學(xué)院“寬口徑、厚基礎(chǔ)、強技能”人才培養(yǎng)的要求，完成實驗項目的設(shè)置、實驗設(shè)備器材的配置、實驗室環(huán)境條件的整體優(yōu)化設(shè)計，建成集教與學(xué)為一體、理論與實踐教學(xué)為一體、課內(nèi)與課外教學(xué)為一體的實驗基地。在實驗設(shè)備購置以及實驗內(nèi)容設(shè)置時充分考慮實驗的基礎(chǔ)性、擴展性、探索性和創(chuàng)新性[10]。保留必要的認知驗證性實驗，增加綜合性和創(chuàng)新設(shè)計實驗，突出實驗知識技能的系統(tǒng)性、實踐性并兼顧與理論知識相結(jié)合。

(1) 培養(yǎng)學(xué)員的工程意識與動手能力。盡管在課程理論教學(xué)時可以安排一些實物、模型、動畫甚至錄像等，增加學(xué)員的感性認識，但這些是遠遠不夠的。在實驗環(huán)節(jié)，加強學(xué)員對機構(gòu)、系統(tǒng)傳動和液壓傳動等工程實踐知識以及對儀器設(shè)備使用、拆裝等實際動手能力的培養(yǎng)，是對理論教學(xué)很好的補充和完善。

(2) 培養(yǎng)學(xué)員進行工程實驗的基本技能。通過實驗，學(xué)員應(yīng)了解工程實驗的基本原理，了解各種不同實驗儀器的原理和使用方法，實驗系統(tǒng)構(gòu)建的基本要求和流程等。所有這些基本技能的掌握不僅對培養(yǎng)學(xué)員用現(xiàn)代技術(shù)解決工程實際問題、提高學(xué)員的綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力具有重要作用，也為后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)和專業(yè)人才培養(yǎng)目標的實現(xiàn)打下良好的基礎(chǔ)。

3 建設(shè)實踐

3.1 設(shè)置多層次實驗

傳統(tǒng)的機械基礎(chǔ)實驗教學(xué)是采用以課程為先導(dǎo)的方式，學(xué)習(xí)理論知識在前稍后進行相應(yīng)的實驗，讓學(xué)員熟悉理論，利用相關(guān)設(shè)備對書本知識進行驗證，即學(xué)員需要認知或驗證，就讓其進入某些特定的實驗室進行實驗活動。實驗課的教學(xué)基本處于認知和驗證層次，缺乏具有探究性、設(shè)計性、綜合性的實驗。對生長軍官來講，實驗的目的不只是要他們對某一原理進行單純的驗證，而是要培養(yǎng)他們對知識的綜合應(yīng)用能力以及創(chuàng)造性思維方法[11-13]。在實驗室建設(shè)中考慮將實驗項目按實驗類型和實驗方式分層設(shè)置，如圖1所示，每個層次的實驗要求不一樣。

圖1 機械基礎(chǔ)實驗層次框圖

認知實驗是讓學(xué)員對理論知識有更深刻的認識和理解。通過機械制圖展示柜、模型展示柜、機械原理、機械設(shè)計展示柜、液壓與氣壓傳動展示柜，采用靜態(tài)展示和動態(tài)演示的方式，對機件表達方法、機構(gòu)類型、主要結(jié)構(gòu)進行認知，增強從理論到工程實際的感性認識；驗證實驗主要包括機構(gòu)運動簡圖測繪、減速器、液壓元件結(jié)構(gòu)分析及拆裝實驗、齒輪參數(shù)測量實驗、齒輪范成加工實驗等。認知和驗證實驗屬于基礎(chǔ)層面的實驗。

綜合性實驗是讓學(xué)員進一步掌握機械系統(tǒng)的工作原理、承載特性等內(nèi)容的實驗，主要包括典型機構(gòu)運動規(guī)律測試實驗、液壓傳動綜合實驗、機構(gòu)系統(tǒng)的自主創(chuàng)新搭接實驗等，目的是培養(yǎng)學(xué)員的動手能力、數(shù)據(jù)采集能力、分析與解決問題的綜合能力。

創(chuàng)新設(shè)計實驗旨在更高的層面上培養(yǎng)學(xué)員的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力。實驗室設(shè)置了機構(gòu)運動方案創(chuàng)新設(shè)計及仿真實驗平臺和機械系統(tǒng)傳動方案創(chuàng)新組合設(shè)計分析實驗平臺。提倡和鼓勵學(xué)有余力的學(xué)員自己設(shè)計實驗對象，綜合運用所學(xué)知識進行實驗設(shè)計或撰寫設(shè)計報告。創(chuàng)新設(shè)計性實驗需要的時間比較長，課內(nèi)沒有完成的實驗創(chuàng)意向課外延伸，例如機構(gòu)運動方案創(chuàng)新設(shè)計實驗將方案設(shè)計放在課下完成，提出機構(gòu)或結(jié)構(gòu)創(chuàng)新性方案，在課上進行驗證[14]。此外設(shè)置了部分虛擬仿真實驗，以培養(yǎng)學(xué)員對現(xiàn)代工程軟件的使用能力。實驗中還融入了傳感器應(yīng)用、運動控制等工程知識，進一步拓展學(xué)員的知識面。

這種設(shè)置由淺入深、層次分明、逐漸遞增，也將改變“以教員為中心，單純傳授，學(xué)員跟著練”的傳統(tǒng)實驗?zāi)Ｊ剑_立起一種以學(xué)員為中心的自主、交互、互助的實驗教學(xué)模式。始終牽引學(xué)員自主思維、自己發(fā)現(xiàn)問題、分析并通過“身臨其境”自己動手、互動等來解決問題，并培養(yǎng)創(chuàng)新意識[15]。

3.2 組建不同層次實驗平臺

通過對各課程教學(xué)大綱的認真研讀，結(jié)合地方985高校“機械基礎(chǔ)國家級實驗教學(xué)示范教學(xué)中心”和部隊院校的調(diào)研，依據(jù)“軍隊院校基礎(chǔ)實驗室建設(shè)標準”，充分考慮到先進性、實用性和利用率等諸多因素，進行了實驗室相應(yīng)實驗設(shè)備和器材的選購、形成適用于不同層次的軟硬件實驗平臺，整個機械基礎(chǔ)實驗平臺的組成如圖2所示。

(1) 工程圖學(xué)基礎(chǔ)實驗室。該實驗室配備了手工繪圖設(shè)備、多媒體教學(xué)系統(tǒng)、機械制圖教學(xué)模型、機械制圖展示柜，主要滿足學(xué)員手工繪圖實作、計算機繪圖操作等工程圖學(xué)基礎(chǔ)課程的實踐教學(xué)要求，同時也為學(xué)員自主學(xué)習(xí)和自主訓(xùn)練提供條件。

(2) 機械工程基礎(chǔ)實驗室。該實驗室主要滿足機械工程基礎(chǔ)課程的實驗需求，保障機構(gòu)運動分析、機構(gòu)運動簡圖繪制、齒輪參數(shù)測量、齒輪范成加工實驗、減速器拆裝、零部件測繪等大綱規(guī)定的必做實驗項目。同時，為學(xué)員提供了機構(gòu)創(chuàng)新搭接、軸系結(jié)構(gòu)設(shè)計及3D打印平臺，以培養(yǎng)學(xué)員的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力。

圖2 機械基礎(chǔ)實驗室組成框圖

(3) 機械工程基礎(chǔ)專業(yè)教室。該專業(yè)教室主要滿足機械工程基礎(chǔ)課程的教學(xué)需要，通過常用機構(gòu)運動展示演示、通用零件的結(jié)構(gòu)原理展示、常用機械工程材料和機械制造工藝及技術(shù)展示，為學(xué)員提供直觀認知機械的平臺、營造良好的學(xué)習(xí)氛圍。

(4) 液壓與氣壓傳動實驗室。該實驗室內(nèi)設(shè)液壓與氣壓元件結(jié)構(gòu)展示柜、液壓傳動綜合實驗臺和潛艇專用液壓元件。主要用于液壓與氣壓傳動課程的原理演示、回路搭接及運行、元件性能檢測、仿真軟件演示、機電液一體控制實驗等，既可保障課程大綱要求的實驗項目，也可拓展進行綜合與創(chuàng)新實驗。通過潛艇專用液壓元件，實現(xiàn)基礎(chǔ)與專業(yè)的結(jié)合。

3.3 實驗項目設(shè)置

充分考慮到機械基礎(chǔ)教學(xué)在整個生長軍官本科課程體系中的作用和實驗教學(xué)應(yīng)達到的培養(yǎng)目標，按照分層次開展實驗教學(xué)的模式，機械基礎(chǔ)實驗室能開設(shè)的實驗項目如圖3所示。

4 建設(shè)成效

經(jīng)過項目組近半年的努力，4個實驗室在學(xué)院本科基礎(chǔ)教學(xué)實驗室中率先完成建設(shè)，8月底首批順利通過了海軍和總部兩級專家組的檢查驗收，建設(shè)水平獲得了專家組的高度認可。至今，實驗室已多次接待了軍內(nèi)和地方高校領(lǐng)導(dǎo)及同行們的參觀，成為我院本科基礎(chǔ)教學(xué)實驗室的一個亮點。

圖3 實驗項目設(shè)置

5 結(jié) 語

軍隊院校實驗室建設(shè)是一個復(fù)雜的系統(tǒng)工程，對新型軍事人才培養(yǎng)具有牽引、支撐和推動作用。本文針對如何在新型生長軍官培養(yǎng)模式下完成機械基礎(chǔ)實驗室建設(shè)進行了初步的思考和實踐，隨著教學(xué)活動的逐步展開，還需要在實驗教學(xué)理念、教學(xué)方法與手段、考核方式、實驗室運行管理制度等諸多方面做進一步的探索，不斷對實驗教學(xué)進行改革以適應(yīng)新形勢下對人才培養(yǎng)的總體要求，提升實驗教學(xué)的質(zhì)量和水平。