基于現代信息技術的高校機械基礎實驗教學改革研究

［摘 要］文章針對聊城大學機械與汽車工程學院機械基礎實驗課程教學中存在的問題，以課程目標為導向，借助現代信息技術，結合虛擬仿真實驗平臺和網絡技術手段，從實驗教學目標、教學內容、教學方案、基于信息技術的教學模式及課程考核評價機制等方面開展一系列改革與探索，提出“理論教學→實驗教學→理論教學”閉環教學模式，有助于增強實驗教學和理論教學的聯系，獲得更好的實驗教學效果。

［關鍵詞］虛擬仿真技術；機械基礎實驗；教學改革；評價機制

［中圖分類號］G642 ［文獻標識碼］A ［文章編號］2095-3437（2024）14-0052-04

高校機械基礎實驗是機械類相關專業教學中的一個關鍵環節，對于培養能夠從事機械領域工程研發、質量檢測，以及產品研究、開發、生產等工作的高級技術型人才具有重要的作用。機械基礎實驗是對高校機械類專業課的延伸性學習，是培養學生創新能力以及工程實踐能力的重要課程，能夠提高學生的科研能力，為學生以后從事機械相關領域的科學研發、工程實踐奠定基礎[1]。

基于現代信息技術的實驗教學，有助于推動信息技術與高校實驗教學的深度融合，提高學生學習的主動性、積極性、探索性，是當前高校實驗教學改革的重要教學方法[2]。而當前的虛擬仿真實驗教學能夠克服場地、時間、設備等因素的制約，更安全、更立體地呈現教學過程和教學內容，受到越來越多的高校重視并被廣泛深入研究[3-4]。

一、機械基礎實驗教學現狀分析

（一）機械基礎實驗課程簡介

機械類系列課程是聊城大學機械與汽車工程學院（以下簡稱學院）機械設計制造及其自動化、機械電子工程、車輛工程專業的學科基礎課。機械基礎實驗是機械類系列課程的重要教學部分。機械基礎實驗包括機械設計、機械原理、工程材料與機械制造基礎、互換性測量與技術、材料力學、液壓與氣壓傳動等6門課程的實驗項目，2022版最新大綱規定機械基礎實驗有20個實驗項目，總共48學時。該課程每年承擔學院400余名學生總計1000余學時的實驗教學任務。

機械基礎實驗室現有實驗設備普遍存在臺套數少、部分設備太老舊、設備不好操作、測量結果有誤差等問題，而各個專業的班級人數則比較多，有30～40人。因此，在實驗時需要對學生進行分組，組內幾名學生共同使用一套設備進行實驗，或者輪流進行實驗，無法保證學生獨立進行實驗，導致學生不能充分地進行實驗，難以取得理想的實驗效果。

（二）機械基礎實驗課程傳統教學模式

機械基礎實驗傳統的教學過程為：（1）實驗教師根據大綱安排制訂本學期教學計劃，具體教學計劃需要結合學生課程時間、實驗室及實驗設備情況而定；（2）在實驗之前1～2周時，下發實驗指導書，要求學生進行實驗預習，并填寫實驗報告預習部分；（3）按照教學計劃進行課堂實驗，在實驗之前，實驗教師需要檢查學生的出勤情況，并檢查學生的實驗預習情況；（4）實驗教師講解實驗目的、實驗原理、實驗設備、實驗步驟等教學內容，并重點講述實驗注意事項，時間約為30分鐘；（5）學生根據教師的講解進行實驗，組內學生共同或者輪流完成實驗，并獲得實驗結果；（6）學生根據實驗情況整理實驗報告，將形成的最終實驗報告上交教師并由其存檔。具體教學過程如圖1所示。

（三）機械基礎實驗傳統考核評價方法

機械基礎實驗是獨立設置課程，按照大綱要求，采用考查的方式進行成績評價。傳統的成績評價方式包括兩部分，即平時成績和報告成績。平時成績主要考查學生的實驗預習情況、出勤情況、課堂實驗完成情況，滿分100分，占總成績的20%；報告成績主要考查學生的實驗報告整理情況，即實驗結果是否正確、結論分析是否合理、實驗報告是否完整、書寫是否整潔等方面，滿分100分，占總成績的80%。

（四）機械基礎實驗課程存在的問題

對標專業培養目標及畢業要求，傳統的機械基礎實驗教學存在如下問題：（1）實驗教師和理論教師不是同一位教師，相互之間缺乏溝通協調，容易導致實驗教學不能很好地輔助理論教學，不利于培養學生的綜合能力；（2）實驗設備太少，而且實驗教師要占用一部分實驗課堂時間來講解實驗內容，學生不能充分進行實驗，導致學生容易失去實驗興趣，限制了學生的開發、創新能力；（3）學生僅通過實驗指導書進行課前預習，存在部分學生不預習、抄襲預習內容的現象，不利于培養學生良好的學習習慣；（4）課程考核評價形式簡單，主要考核內容為實驗報告，容易產生學生抄襲實驗報告的現象，不利于培養學生主動思考、深入鉆研的能力。

二、基于現代信息技術的教學改革研究

基于現代信息技術的實驗教學平臺建設和發展，推動了高校實驗教學改革，實現了教學信息從信息源到學習者之間個性化、智能化、泛在化的傳遞，具有明確的教學目的、教學內容和教學對象，體現了教學形式的創新[5]。課程平臺的建設和發展推動了現代信息技術和實驗教學項目的深度融合，優化了教學內容，拓展了學生學習深度，延伸了實驗教學時間和空間，提升了實驗教學的質量和水平。

為了解決學院現階段實驗教學存在的問題，根據機械基礎實驗課程特點和教學內容，以學生為中心、教師為引導、課程能力培養為目標，結合國家虛擬仿真實驗教學課程共享平臺、高等學校機械工程學科虛擬仿真實驗教學平臺及雨課堂等信息技術平臺，擬從實驗教學內容、實驗教學方案設計、虛擬實驗平臺、混合教學模式、考核評價等方面展開一系列的改革研究，以期探索形成基于信息技術的機械基礎實驗課程閉環教學新模式。

（一）教學目標與教學內容優化

聊城大學機械與汽車工程學院《本科專業人才培養方案（2022版）》中對機械基礎實驗課程的培養目標及畢業要求分為3類4項能力指標，以實驗項目為載體，將各項指標細化到每一個實驗任務和要求中，形成實驗內容與能力目標支撐關系（如表1所示），驅動學生利用已經掌握的理論知識和實驗方法，在實驗中學會動手實踐、自主學習、探索研究、創新設計，在實踐中培養專業能力、科研能力、科學思維習慣和綜合創新意識[6-7]。

（二）實驗教學方案設計

在制訂“理論教學→實驗教學→理論教學”的閉環教學方案過程中，需要實驗教師與理論教師相互溝通、協商。具體實施方法如下。

首先，理論教師在理論教學中講解相關專業知識，引出專業問題，以激發學生的學習興趣，研究探索解決問題的方法，引導學生在實驗中解決問題，增強學生實驗的主動性。

其次，實驗教師根據理論教師的專業知識要求，設計具體的實驗過程，并在實驗過程中引導學生解決專業問題，得出結果，分析結論。結合學生實驗過程、針對學生的實驗結論，實驗教師給出專業的總結性建議，培養學生通過實踐解決問題并分析總結的能力。

最后，實驗教師將專業建議反饋給理論教師，理論教師根據反饋意見在理論課堂上結合實驗現象、針對實驗結論給出重點的講解，使學生能夠將理論和實驗相結合，達到專業培養目標的要求。

（三）基于現代信息技術教學模式的設計

在有限的實驗時間和實驗空間制約下，可以變革傳統線下機械基礎實驗教學模式，引入“綜合性、探索性、創新性”的實驗教學方法，合理安排實驗教學的各個環節，將實驗教學與信息技術相融合，提高學生的綜合素養。

實驗課前大約一周時間實驗教師在網絡平臺下發實驗任務和實驗要求，要求學生結合實驗指導書了解實驗目的、實驗設備、實驗原理，在虛擬仿真實驗平臺進行虛擬實驗，獲得實驗結果并分析實驗結論。通過完成以上實驗任務，填寫實驗報告預習部分內容，并將實驗中的問題進行總結。實驗教師結合實驗報告填寫情況、虛擬仿真實驗完成情況掌握學生的學習過程，為課程評價提供依據。

實驗課開始前5分鐘，教師通過雨課堂要求學生隨堂完成實驗預習測試，檢查學生的預習情況，避免部分學生不預習直接進行實驗。這項測試結果直接作為課程評價的依據之一。因為前期已經完成了虛擬實驗，所以在課堂中實驗教師僅對實驗注意事項進行強調，要求學生根據預習獨立開展實驗。實驗教師在課堂中密切觀察每名學生的實驗進展情況，并及時排除設備故障和答疑解惑，同時將學生的課堂表現進行記錄，作為課程評價的依據。實驗課結束前5分鐘，教師同樣通過雨課堂要求學生完成隨堂測試，檢查學生實驗完成情況、實驗結果是否正確、結論分析是否合理，并給出實驗課堂的總結性建議。這項測試結果也將直接作為課程評價的依據之一。最后，實驗教師針對實驗課堂各個環節作出總結，引導學生解決理論教學中的專業問題。

實驗課后，要求學生整理實驗報告。實驗報告中要將實驗過程、實驗結果、實驗結論、實驗中碰到的問題以及解決方法等幾個部分完整表述。實驗報告的整理，能夠鍛煉學生總結分析的能力，提高學生自主繼續研究學習的興趣。實驗報告也作為課程評價的依據之一。

（四）課程考核評價機制的改革

實驗教學考核評價機制應綜合考查學生的創新意識、動手操作能力、獨立完成度、實驗結果的正確性、實驗報告的整理情況等多項內容，從多方面評價學生的學習能力和教師的教學效果，對學生在實驗相關的各個階段的表現均進行考核。考核過程分為預習階段考核、隨堂考核、課后考核。結合課程指標要求，采用科學的量化方式對學生的實驗情況進行綜合評價。課程評價方式如表2所示，總成績由三部分組成：預習階段考核（占比20%）、隨堂考核（占比30%）、課后考核（占比50%）。制定科學的評價機制，注重過程考核，加大實踐力度，以激發學生的學習興趣，提高其實踐能力及團隊合作精神等綜合素質[8]。

三、結語

本文基于現代信息技術的實驗教學改革研究，將虛擬仿真技術、網絡技術平臺與實驗課堂進行有機融合，提出了“理論教學→實驗教學→理論教學”閉環教學模式，利用多元化的教學方法和教學手段，能夠很好地解決學院當前實驗教學中普遍存在的問題，顯著提升教學效果，也使學生在掌握實驗技術、提高實驗技能、解決實驗問題的同時，提升了科研素養，樹立了良好的人生觀、價值觀。教學改革的進行也符合學院建設高水平應用型大學的總體思路，并為服務地方經濟社會發展起到了積極的促進作用。我國各高校有必要充分重視機械基礎實驗教學的改革和研究，以培養具備掌握系統專業知識和工程實踐技能的高素質人才，使其將來能從事機械工程領域的設計開發、生產制造、科學研究、生產組織與管理等方面的工作。該課程的改革和研究也可為當前高等教育發展形勢下實驗課程的改革提供一定的借鑒。

［ 參 考 文 獻 ］

[1] 劉婕，劉微容，劉朝榮，等.電子技術實驗線上線下混合教學模式改革[J].實驗科學與技術，2023，21（3）：123-128.

[2] 尉小榮，徐建，李洋洋.高校國家級示范性虛擬仿真實驗教學課程建設與應用現狀分析[J].實驗科學與技術，2022，20（3）：26-30.

[3] 牛禮民，賈豐源，張國濤，等.新形勢下車輛系統建模與仿真課程的教學改革研究[J].大學教育，2023（18）：45-47.

[4] 馬匯淼.網絡技術在高校本科實驗教學中的應用[J].高教論壇，2020（27）：21-22.

[5] 李洪硌，楊淮欽，李曉美，等.一體化教學模式探索與實踐：以新能源汽車構造課程為例[J].大學教育，2023（16）：67-70.

[6] 劉雁，王天佐，李杏彩.高校實驗教學改革對學生創新能力培養的作用[J].大學，2021（30）：158-160.

[7] 郭安福，包春江，王敏.基于MOOC的機械設計教學實例[J].機械設計，2020（37）：249-253.

[8] 左敏，滕新營，趙德剛.基于OBE理念的工科專業教學效果評價方法研究：以“金屬工藝學”課程為例[J].科教導刊，2023（30）：68-70.

［責任編輯：雷 艷］