強化實驗教學效果的方法研究與實踐

趙海寧 李姍姍 楊赫然 趙文輝 孫興偉

(沈陽工業大學 機械工程學院，遼寧 沈陽 110870)

實驗教學是教學體系的重要環節，其基本任務是通過對學生進行科學方法和實驗技能的訓練，培養學生理論聯系實際、綜合運用所學知識進行實踐和創新的能力。在實驗教學中，實驗教師應充分利用各種實驗教學資源，靈活運用多種教學方法，創新開展多樣的教學模式，使學生的理論教學效果得到加強，理論和實踐能力得到綜合訓練，在此基礎之上，使學生的創新能力和實踐能力得到激發和提高[1]。

1 實驗教學資源的充分利用

實驗教學相較課堂理論教學具有一些明顯的優勢，其中最為突出的就是教學資源的豐富性和直觀性。因此如何充分發揮實驗教學的資源優勢，是強化實驗教學效果的關鍵所在。

1.1 以視覺呈現為基礎的信息表達

實物圖影等視覺呈現不僅可以快速準確的傳遞大量信息，還可以讓人的大腦有更為深刻的記憶，因此以視覺呈現為基礎的信息表達，可以更為高效且有效的提升實驗教學效果。

實驗室教學中，可以充分地展示各種實物、模型、展板、掛圖、教具、虛擬仿真軟件、視頻影像等實驗教學資源，使學生更加直觀的感受視覺化信息，在此基礎上多器官協同參與信息接收，使實驗教學更加真實生動、形象具體，同時結合實際操作和分析延展，可以加速和強化學生對實驗教學內容的掌握。

1.2 以信息技術為支撐的虛實融合

信息技術應用是現代化實驗教學的重要支撐，最具代表的是虛擬仿真技術在專業實驗中的應用。虛擬仿真與實驗操作虛實融合，有效地解決了實驗條件局限與實驗效果實現之間的矛盾[2-3]。

對于一些加工類實驗，設備數量和場地限制嚴重制約了實驗課程的開設項目數量和實訓效果，同時由于設備的維護保養和工具材料的損耗費用巨大，也給學校帶來很大的教學經費壓力，虛擬仿真技術的應用很大程度上解決了上述問題，同時絕對的安全性和遠程應用的便捷性使其優勢更為明顯，疫情期間停課不停學，常規的實驗教學無法正常開展，正是將虛擬仿真軟件應用與網絡教學相結合，同時開展PPT講解、視頻展示、會議交流、問答互動等多種教學活動，最大限度地保證了實驗課程的教學效果和教學質量。

1.3 以實踐創新為目標的漸進拓展

實驗教學的目標不僅局限于實驗教學內容的掌握和強化，還要提高學生對知識的綜合運用能力和工程實踐能力，激發思維創新和意識創新，因此在實驗項目的設計上要循序漸進，使學生的各項能力逐步提升，得到有效鍛煉。

在數控技術相關的實驗教學工作中，構建了以機床認知和刀具角度測量為主的基本知識強化實驗、以手動編程和工藝設計為主的數控加工綜合實驗以及以CAM編程和多軸聯動加工為主的實踐創新實驗三層漸進拓展式實驗結構體系。在加深對實驗教學內容的理解、掌握數控技術的綜合實踐能力之余，系統掌握復雜曲面零件智能制造方法，使學生的工程實踐能力和創新能力得到提高和激發。

1.4 以生產實際為基礎的工程實訓

實驗教學一定要以生產實際為基礎，并與之深度結合，只有把理論知識與生產實際緊密聯系起來，將理論知識具象化，不僅可以提高學生的積極性，激發其求知欲望，還可以對生產加工各個環節的認知更加明晰，操作能力也得到有效鍛煉。

數控加工類實驗可以讓學生在課堂理論教學中所學的數控原理與理論與生產實際緊密結合，今后工作中面對各種類型的數控機床，能夠做到舉一反三，以生產實際為基礎的工程實訓，最大限度的實現了理論與實踐相結合，實現從學校到工廠的零障礙過渡和無縫銜接。

2 實驗教學方法的靈活運用

實驗教學要根據實驗類型、教學目標等合理地組織安排實驗教學。以基礎知識、設備特點、操作技術為線索，結合生產實際，將實驗過程與生產加工緊密聯系，以實驗教師為主導、以學生為主體，靈活采用符合學生認知和操作水平的教學方法，引導學生主動探索、團隊協作，通過實操訓練，提升學生綜合應用能力和創新實踐能力。針對不同的實驗項目，教學方法也要隨之調整，不斷改進、完善。

2.1 任務引導法

在實驗教學中，任務引導法適用于實驗步驟相對簡單、實驗過程流程性強的實驗項目。按步驟確定逐步講解，明確實驗目的，提出任務和要求，要求學生課前主動預習相關的課程內容，整個實驗過程學生作為完成實驗項目的主體，實驗教師進行適當的講解和引導，鍛煉和培養學生發現問題、分析問題、解決問題的能力。

以任務驅動，用目標引導，在實踐操作中完成實驗教學，讓學生從認知、動手實踐到思考、思維拓展，在實驗任務的驅動和引導下，掌握必需的理論知識和操作技巧，經過獨立思考和小組討論，提出問題、分析問題、解決問題，扎扎實實的完成實驗任務[4，5]。

2.2 團隊協作法

在很多實驗項目中，“單兵作戰”的模式則不占優勢。以實驗小組為單位，根據實驗任務要求，分工合作，共同制定實驗方案，協作過程中取長補短，小組討論、共同分析，往往能取得更好的實驗效果。

“團隊協作”模式可以充分發揮團體的積極功能，提高個體的學習動力和能力，激發學生個體的主動性、創造性。通過小組學習，可以使學生的團隊協作、自我評估與相互評估、組織協調、資源共享分配等方面的能力得到有效鍛煉和提高，使學生對實驗過程產生濃厚的興趣，可以充分發揮每個人的潛能，既有效地強化了實驗教學效果、提高了實驗教學水平，又為學生們工作后順利地融入團隊工作打下了堅實的基礎。

2.3 實操訓練法

實操訓練可以迅速地將理論和實操結合起來，真正動手解決問題，而不是只停留在理論階段和模擬階段，對提高學生的動手能力、增加實際操作經驗、提高安全意識和規范操作意識等都有非常積極的促進作用。

實操訓練將課堂教學、仿真模擬、現場操作緊密地聯系起來，以培養學生的實際操作能力和綜合創新能力為目的，從教學模式上具有直觀、具體、生動的優勢，同時具有很強的吸引力，提升學生學習的成就感，有效地提升學生整個實驗項目的專注度，從而使實驗教學效果進一步增強[6]。

3 實驗教學模式的創新開展

教與學是不可分割的統一體，教學的本質是交流和互動。高品質的實驗教學必須有一個輕松自由的學習氛圍，這有利于學生主動性、創造性地參與實驗項目；高品質的實驗教學又必須是嚴謹的、認真的，因為涉及到實驗的安全性和可行性；高品質的實驗教學還要具備較高的參與感和成就感，使學生主動融入實驗教學中，而這一切，都需要優秀的教學模式來支撐，而且要不斷的進行創新和改進，才能使學生的學習興趣和實驗效果顯著提高[7]。

3.1 角色定位的轉變

實驗教學中，要讓學生從被動接受者轉變為實踐知識的主動接受者，成為探索、學習、思考創新的主體。在這個過程中，教師的教學較為輕松，學生的學習也更加有樂趣，學習效果得到了很大的提高。實驗教師要根據學生不同階段的不同需求，引導、幫助學生解決實驗過程中可能遇到的各類問題，在此過程中，學生的視野、思維得到進一步拓展，發現問題、解決問題的能力也有所提高。

師生之間角色轉變，既提高了學生參與度和責任心，又發揮了實驗教師的引導和示范作用，拉近了老師和學生之間的距離，使師生之間能夠更好的溝通和交流，教與學的過程也變得輕松愉悅，實驗教學效果也可以得到最大程度的提升。

3.2 課堂氛圍的轉換

實驗教學中要重視課堂的趣味性，使得實驗教學內容更生動、形象，既可以增強學生對知識點的理解，又活躍了課堂氣氛，充分調動學生們的學習興趣。在實驗教學過程中，引入學生們的關注點，或者有意識地“挖坑”，讓學生們主動參與話題，發現問題并解決。讓學生們意識到實際的生產應用差不得一絲一毫，一個符號的錯誤都可能導致非常嚴重的后果。

數控加工實驗的手工編程階段，學生們會遇到各種各樣的問題，每一個問題都是對學生的一個考驗，只有經過仔細認真的校對和查驗，才能將自己設計的零件模擬加工出來，當學生們克服重重困難，排除各種故障完成加工時，那種自信心和成就感會讓學生獲益終生。因此，輕松愉悅的課堂教學與嚴謹真實的情景教學之間的氛圍轉換，對于學生的創新思維拓展和實踐能力提升非常重要。

3.3 教學成果的轉化

實驗教學環節完成后，可以對學生的實驗教學成果進行展示和評價，并選取一部分優秀成果放入實驗室展柜永久展示，能激發學生的競爭意識，增強學生的自豪感，還可以為后續實驗教學提供參考，使學生的實驗成果青出于藍，越來越優秀。

實驗教學成果轉化成為啟迪學生思維、激發學生興趣、激勵學生提升的重要標的，使學生在實驗教學過程的實踐能力和工程水平不斷提升，創新精神和創新能力不斷提高，可以更為迅速直接的參與到科研項目當中，同時又將科研成果轉化到實驗教學中，成為提升學生創新實踐能力的有效途徑。

4 結語

近年來通過對數控技術相關專業的實驗教學實踐，文中所述教學方法和教學模式非常成功，學生們對數控技術的學習和數控加工實訓都有濃厚的興趣，參與的積極性非常高，實驗教學任務完成后所取得的教學效果也較為顯著，隨著課程的不斷改革，實驗教學也需要緊跟步伐，不斷地進行改進和完善，使整個課程的教學效果得到有效地強化。