鐘東階， 蔣國璋

（武漢科技大學(xué)機(jī)械自動(dòng)化學(xué)院，湖北武漢 430081）

0 引言

實(shí)驗(yàn)教學(xué)是學(xué)生鞏固和深化理論知識(shí)的重要途徑，也是培養(yǎng)學(xué)生基本技能、發(fā)現(xiàn)和解決實(shí)際問題能力、自主學(xué)習(xí)能力、創(chuàng)新和工程能力的重要途徑，有利于學(xué)生自身個(gè)性化發(fā)展和全面發(fā)展［1-4］。目前，我國工科院校的機(jī)械基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目基本上還是按課程孤立設(shè)置，學(xué)生按照編好的實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書的要求，由教師指導(dǎo)按給定的步驟做，學(xué)生都是在“接受性學(xué)習(xí)”，缺乏“自主探究學(xué)習(xí)”，整個(gè)實(shí)驗(yàn)缺乏系統(tǒng)性、全面性以及創(chuàng)新性，實(shí)驗(yàn)效果很難提高，和學(xué)校專業(yè)人才培養(yǎng)計(jì)劃中的期望與學(xué)生的實(shí)際水平尚存在較大差距［5-8］。因此，通過對原有的實(shí)驗(yàn)教學(xué)定位、教學(xué)理念、教學(xué)模式、教學(xué)方法和手段進(jìn)行改革，對培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力、創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力等綜合素質(zhì)有著非常重要的意義。

1 教學(xué)先進(jìn)性的定位

機(jī)械基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)既要順應(yīng)機(jī)械專業(yè)通識(shí)教育基礎(chǔ)上的寬口徑專業(yè)培養(yǎng)模式，建立知識(shí)新、重心低、面向?qū)挼膭?chuàng)新性實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系;又要遵循嚴(yán)格基本要求基礎(chǔ)上引導(dǎo)學(xué)生個(gè)性發(fā)展的柔性化培養(yǎng)模式，實(shí)現(xiàn)以人為本和全面開放，突出因材施教和自主研學(xué)，個(gè)性化發(fā)展和全面發(fā)展，在教學(xué)理念、思路、方向，實(shí)驗(yàn)條件、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)科目設(shè)置，以及實(shí)驗(yàn)技術(shù)、實(shí)驗(yàn)方法和手段、實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式等方面具有較強(qiáng)的先進(jìn)性。

2 教學(xué)改革理念的確定

機(jī)械基礎(chǔ)教學(xué)實(shí)驗(yàn)堅(jiān)持以人為本的理念，堅(jiān)持知識(shí)、能力、素質(zhì)協(xié)調(diào)發(fā)展，學(xué)習(xí)、實(shí)踐、創(chuàng)新相互促進(jìn)的實(shí)踐教學(xué)理念和實(shí)踐教學(xué)改革思路，根據(jù)學(xué)習(xí)過程的特點(diǎn)，分階段、分層次、分類別對學(xué)生實(shí)踐能力進(jìn)行培養(yǎng)，啟迪學(xué)生的擴(kuò)散思維和創(chuàng)新思維、開發(fā)創(chuàng)新潛能、培養(yǎng)創(chuàng)新能力、強(qiáng)化機(jī)械工程訓(xùn)練、提高學(xué)生運(yùn)用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)解決機(jī)械工程實(shí)際問題的能力和實(shí)踐動(dòng)手能力，構(gòu)建集教與學(xué)為一體、理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)為一體、課內(nèi)與課外教學(xué)為一體的實(shí)驗(yàn)基地;并通過校企合作的形式開展聯(lián)合教學(xué)與培訓(xùn)，開展科學(xué)研究活動(dòng)，不斷提高教學(xué)水平和教學(xué)質(zhì)量為目標(biāo)，形成了自己具有鮮明特色的機(jī)械基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)理念。

3 教學(xué)模式的改革

目前國內(nèi)的大部分工科院校機(jī)械基礎(chǔ)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)還是依附于理論課教學(xué)，沒有獨(dú)立完整的體系，實(shí)驗(yàn)課時(shí)少，實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式基本上是“實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書—課上實(shí)驗(yàn)—完成報(bào)告—教師批閱”的過程，其本質(zhì)還是應(yīng)試教育，實(shí)驗(yàn)只注重對理論知識(shí)的驗(yàn)證及基本方法與技能的訓(xùn)練，缺乏真正意義的綜合和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)基本上是空白［9-12］。

實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式進(jìn)行改革就是在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中遵循學(xué)生為主體，教師為主導(dǎo)，學(xué)生自主實(shí)踐的原則，引導(dǎo)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題，把對問題的認(rèn)識(shí)逐漸引向更高層次。按照這種思路，我們對原有的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行整合，以減少驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，加強(qiáng)綜合性實(shí)驗(yàn)，增加設(shè)計(jì)性、創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)，由教師根據(jù)學(xué)生所學(xué)的知識(shí)和教學(xué)安排，分不同層次、由淺入深提出實(shí)驗(yàn)任務(wù)，學(xué)生自主選擇實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備、確定實(shí)驗(yàn)步驟及注意事項(xiàng)、經(jīng)老師審核后完成實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、對實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析判斷、完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告或?qū)嶒?yàn)論文的新模式。通過這種精心安排的有系統(tǒng)、有計(jì)劃的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，使學(xué)生達(dá)到由知識(shí)到技能，再由技能到素質(zhì)的不斷由量變到質(zhì)變的轉(zhuǎn)變。在時(shí)間安排上，課內(nèi)課外并重，充分利用學(xué)生的課余時(shí)間，要求學(xué)生在課余時(shí)間完成一定的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。另外，對相關(guān)的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行獨(dú)立設(shè)課，改變原來的實(shí)驗(yàn)依托理論課的模式。進(jìn)行獨(dú)立設(shè)課使得學(xué)生通過一系列的實(shí)驗(yàn)，更進(jìn)一步的加深對機(jī)械基礎(chǔ)課的理解，同時(shí)將現(xiàn)有的課堂教學(xué)、專題研究、綜合性大作業(yè)、課程實(shí)驗(yàn)、集中實(shí)踐性環(huán)節(jié)向課外科技創(chuàng)新、科研訓(xùn)練、科技創(chuàng)新競賽等活動(dòng)延伸，不斷豐富課內(nèi)外一體化自主研學(xué)平臺(tái)的內(nèi)涵，使學(xué)生盡可能多地學(xué)做合一，擴(kuò)大學(xué)生自主創(chuàng)新實(shí)踐的內(nèi)容，有效地啟發(fā)學(xué)生的發(fā)散性思維。這樣就可以推進(jìn)學(xué)生做到真正意義上的自主研學(xué)，個(gè)性化發(fā)展、全面發(fā)展。

4 教學(xué)內(nèi)容的改革

對機(jī)械基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容和課程體系進(jìn)行改革，我們進(jìn)行了大量的調(diào)查研究，結(jié)合教學(xué)大綱和社會(huì)發(fā)展的需求，按照分層式實(shí)驗(yàn)教學(xué)的模式;增加實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目;增加實(shí)驗(yàn)的開放性，綜合性、設(shè)計(jì)創(chuàng)新性的思維方式，對機(jī)械基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)課程體系進(jìn)行了改革［13-15］。機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課程體系設(shè)置見表1。

表1 機(jī)械基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課程設(shè)置表

分層次實(shí)驗(yàn)教學(xué)就是將機(jī)械基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課程設(shè)置為基礎(chǔ)型、綜合型、設(shè)計(jì)創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)層和課外科技創(chuàng)新實(shí)踐活動(dòng)層，每個(gè)層的實(shí)驗(yàn)要求不一樣，這樣對各門課程的內(nèi)容進(jìn)行綜合應(yīng)用，最大限度地提高學(xué)生的實(shí)踐能力。

（1）基礎(chǔ)型實(shí)驗(yàn)層。包括經(jīng)典的傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)和現(xiàn)代技術(shù)方法，熟悉常規(guī)儀器和設(shè)備的使用;系統(tǒng)強(qiáng)化學(xué)生基本技能訓(xùn)練，培養(yǎng)學(xué)生基本的實(shí)踐能力，使學(xué)生具備寬廣的基礎(chǔ)理論知識(shí)。對于這類實(shí)驗(yàn)，為了取得更好效果，提高學(xué)生興趣，我們作了一些改進(jìn)。如機(jī)械原理實(shí)驗(yàn)中，在進(jìn)行常用機(jī)構(gòu)認(rèn)知實(shí)驗(yàn)時(shí)，盡可能的介紹一些我們?nèi)粘Ｉ钪杏玫降囊恍C(jī)構(gòu);在齒輪范成實(shí)驗(yàn)時(shí)，先進(jìn)行計(jì)算機(jī)仿真進(jìn)行齒輪模擬加工演示，然后讓學(xué)生觀察滾齒機(jī)、插齒機(jī)上真實(shí)齒輪加工過程，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，使學(xué)生較扎實(shí)系統(tǒng)地掌握機(jī)械工程各分支學(xué)科研究的基本實(shí)驗(yàn)方法和技術(shù)。

（2）綜合型實(shí)驗(yàn)層。其內(nèi)容包括通過各種現(xiàn)代技術(shù)實(shí)現(xiàn)對機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、加工及性能檢測等綜合知識(shí)。例如在進(jìn)行動(dòng)平衡實(shí)驗(yàn)，我們在閃光式、硬支撐數(shù)字式動(dòng)平衡機(jī)上，用各種不同的實(shí)際零件進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生了解測試原理和方法，同時(shí)給學(xué)生介紹汽車輪胎不平衡會(huì)帶來什么危害，以及如何校正輪胎平衡，這樣就提高了學(xué)生解決實(shí)際問題的興趣，以及學(xué)生認(rèn)識(shí)工程問題、分析工程問題、解決工程問題的能力。

（3）設(shè)計(jì)創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)層。該類型實(shí)驗(yàn)由老師提出設(shè)計(jì)任務(wù)，學(xué)生自己設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，獨(dú)立實(shí)施整個(gè)實(shí)驗(yàn)的過程，教師全程指導(dǎo)、啟發(fā)和評價(jià)，使學(xué)生從科研選題、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)操作、工程訓(xùn)練、結(jié)果分析、數(shù)據(jù)處理、文獻(xiàn)查閱、撰寫論文、報(bào)告與答辯等各個(gè)環(huán)節(jié)得到一次較為全面的創(chuàng)新能力和方法的訓(xùn)練，實(shí)施實(shí)驗(yàn)教學(xué)的人性化教育。實(shí)驗(yàn)的題材可來源于實(shí)際工程應(yīng)用的典型結(jié)構(gòu)，也可是最新的教學(xué)成果與科研成果，強(qiáng)調(diào)與實(shí)踐結(jié)合，突出創(chuàng)新能力培養(yǎng)。例如“機(jī)構(gòu)創(chuàng)意組合創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)”以工程實(shí)物為原型，面向行業(yè)特色，特別以鋼鐵冶金企業(yè)生產(chǎn)中的典型機(jī)構(gòu)，如用于鋼板定尺剪切的飛剪機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)機(jī)構(gòu)、顎式破碎機(jī)構(gòu)等為實(shí)驗(yàn)對象，培養(yǎng)學(xué)生對專業(yè)的興趣。此外，在實(shí)驗(yàn)中引入綜合型創(chuàng)造技法以及連桿組合創(chuàng)新方法，激發(fā)了學(xué)生的創(chuàng)造激情，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力;在部分實(shí)驗(yàn)中進(jìn)行虛擬仿真，培養(yǎng)學(xué)生對現(xiàn)代工程軟件的操作能力;實(shí)驗(yàn)中還融人傳感器應(yīng)用、數(shù)據(jù)采集與處理、運(yùn)動(dòng)控制等工程知識(shí)，進(jìn)一步拓展了學(xué)生的知識(shí)面。

比如機(jī)械原理的“機(jī)構(gòu)組合創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)”，作為一個(gè)設(shè)計(jì)創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)任務(wù)書：①要求學(xué)生熟悉各零部件之間的拼接，并按照給出的運(yùn)動(dòng)簡圖進(jìn)行實(shí)際組裝，并驗(yàn)證其相對運(yùn)動(dòng)情況是否與設(shè)計(jì)要求相符合;②由學(xué)生結(jié)合實(shí)際工程應(yīng)用的結(jié)構(gòu)，根據(jù)原始設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)要求進(jìn)行構(gòu)思和設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)方案（方案可以有多種），確定機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖后;③學(xué)生運(yùn)用基于ADA MS的機(jī)構(gòu)虛擬設(shè)計(jì)和機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)仿真對所設(shè)計(jì)的機(jī)構(gòu)進(jìn)行虛擬設(shè)計(jì)和運(yùn)動(dòng)仿真;④進(jìn)行實(shí)際組裝驗(yàn)證;最后進(jìn)行結(jié)果分析，撰寫實(shí)驗(yàn)論文。這樣就達(dá)到啟發(fā)學(xué)生強(qiáng)烈的發(fā)散思維的目的，在更高的層面上培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力、實(shí)際工程設(shè)計(jì)能力、及初步的科研能力，為培養(yǎng)創(chuàng)新型的復(fù)合人才打下良好的基礎(chǔ)。

（4）課外研究創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)。學(xué)生課外研究創(chuàng)新的主要型式有：給定的有關(guān)題目;各種大學(xué)生科技活動(dòng);或者通過選拔一部分優(yōu)秀學(xué)生直接參與老師科研子課題;產(chǎn)學(xué)研研究基地項(xiàng)目等，讓學(xué)生從設(shè)計(jì)和組裝開始，完成調(diào)試、測試及數(shù)據(jù)處理等一系列實(shí)驗(yàn)任務(wù)。面向全校所有本科生開放，通過學(xué)生課外科技創(chuàng)新活動(dòng)不僅能夠培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神、實(shí)踐能力和工程意識(shí)，還對培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)精神、交流溝通能力、責(zé)任感和綜合能力有很好的作用。

5 教學(xué)方法與手段的改革

（1）以學(xué)生為中心，實(shí)現(xiàn)自主實(shí)踐為主的教學(xué)模式。將傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書改為實(shí)驗(yàn)任務(wù)書，實(shí)驗(yàn)安排按照由淺到深，由驗(yàn)證、綜合再到設(shè)計(jì)創(chuàng)新，以充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性。學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)教學(xué)掌握基本實(shí)驗(yàn)操作方法，正確地使用儀器設(shè)備，采集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。并具有正確記錄、處理數(shù)據(jù)和表達(dá)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的能力;認(rèn)真觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，并對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及結(jié)果進(jìn)行分析判斷、邏輯處理、作出結(jié)論的能力;正確設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)（選擇實(shí)驗(yàn)方法、實(shí)驗(yàn)條件、儀器設(shè)備等），能通過查閱手冊、工具書及其他信息源獲得信息以解決實(shí)際問題的能力。

（2）提高實(shí)驗(yàn)教師素質(zhì)。實(shí)驗(yàn)隊(duì)伍是搞好實(shí)驗(yàn)室建設(shè)和提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量的根本保證，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革要依靠實(shí)驗(yàn)教師，他們是進(jìn)行實(shí)驗(yàn)改革的關(guān)鍵因素，無論是實(shí)驗(yàn)教材的編寫還是改革傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)方式方法，引入新的實(shí)驗(yàn)階段，哪一個(gè)環(huán)節(jié)都鮮明體現(xiàn)出實(shí)驗(yàn)教師的主導(dǎo)作用。因此，我校一方面對現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)教師進(jìn)行培訓(xùn)，提高他們的業(yè)務(wù)水平;另一方面選擇實(shí)驗(yàn)?zāi)芰^強(qiáng)，有一定科研能力的教師、研究生充實(shí)實(shí)驗(yàn)教師隊(duì)伍，從而大大提高了實(shí)驗(yàn)教師素質(zhì)。

（3）運(yùn)用現(xiàn)代化技術(shù)及先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段。對傳統(tǒng)儀器設(shè)備通過采用計(jì)算機(jī)虛擬、仿真技術(shù)、儀器設(shè)備測試分析等現(xiàn)代實(shí)驗(yàn)信息技術(shù)手段，把虛擬實(shí)驗(yàn)、仿真實(shí)驗(yàn)和現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)檢測相結(jié)合起來，使實(shí)驗(yàn)教學(xué)與科研及工程應(yīng)用接軌，可有效提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，刺激學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)的積極性。將實(shí)際操作和虛擬仿真、現(xiàn)場授課和多媒體課件、現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)和網(wǎng)絡(luò)化遠(yuǎn)程互動(dòng)有機(jī)結(jié)合起來，充分利用網(wǎng)絡(luò)、教學(xué)平臺(tái)及各種實(shí)驗(yàn)教學(xué)媒體進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)，激發(fā)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)興趣，提高實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性和先進(jìn)性，保證實(shí)驗(yàn)技術(shù)手段的實(shí)用性和新穎性，促進(jìn)學(xué)生科學(xué)思維方法與創(chuàng)新能力的結(jié)合。同時(shí)讓學(xué)生可以了解先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)及其應(yīng)用，拓寬知識(shí)面，培養(yǎng)他們的實(shí)驗(yàn)技能和科研能力，起到了一舉多得的教學(xué)效果。

（4）課外開放實(shí)驗(yàn)。在開放性實(shí)驗(yàn)室里，學(xué)生可以在任意支配的時(shí)間內(nèi)從事規(guī)定的實(shí)驗(yàn)，也可以做課外的實(shí)驗(yàn)，以學(xué)生為主體，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容以學(xué)生自主設(shè)計(jì)、測試、制作為主。

（5）運(yùn)用先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)考評方法。實(shí)驗(yàn)完成后要求每位學(xué)生寫出實(shí)驗(yàn)報(bào)告或?qū)嶒?yàn)論文，要求既清楚陳述實(shí)驗(yàn)全過程，包括實(shí)驗(yàn)步驟的制定、操作技術(shù)、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和實(shí)驗(yàn)結(jié)果，又能運(yùn)用相關(guān)理論知識(shí)對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和結(jié)果進(jìn)行全面正確的分析。實(shí)驗(yàn)成績采取平時(shí)成績同實(shí)驗(yàn)報(bào)告或?qū)嶒?yàn)論文相結(jié)合的做法。平時(shí)成績以學(xué)習(xí)態(tài)度、實(shí)驗(yàn)操作、實(shí)驗(yàn)?zāi)芰橹饕罁?jù)，占總成績的20%?？傇u成績按百分制綜合評分。鼓勵(lì)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中有所創(chuàng)新，對于有創(chuàng)新的學(xué)生，成績從優(yōu)。

6 結(jié)語

機(jī)械基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)是工科院校學(xué)生學(xué)習(xí)的重要組成部分和人才培養(yǎng)的重要環(huán)節(jié)，是學(xué)生鞏固和深化理論知識(shí)的重要途徑，也是培養(yǎng)學(xué)生基本技能、發(fā)現(xiàn)和解決實(shí)際問題能力、自主學(xué)習(xí)能力、創(chuàng)新能力和全面素質(zhì)的重要途徑。因此我們要非常重視實(shí)驗(yàn)、實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，從實(shí)驗(yàn)室教學(xué)定位、教學(xué)理念、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法與手段等諸多方面進(jìn)行改革，保證實(shí)驗(yàn)教學(xué)的順利開展，不斷對實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行改革以適應(yīng)新形勢下對人才培養(yǎng)的總體要求、提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)的質(zhì)量和水平。

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