任金波，張 翔，施火結(jié)

(福建農(nóng)林大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，福建福州350002)

實(shí)驗(yàn)教學(xué)是高等院校教學(xué)的重要組成部分，是對(duì)課堂所學(xué)理論知識(shí)的直觀認(rèn)識(shí)與補(bǔ)充，是學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的重要途徑，在培養(yǎng)學(xué)生綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力方面有著不可替代的重要作用［1-5］。但長期以來，受經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平和傳統(tǒng)教育教學(xué)理念的束縛而形成的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，在指導(dǎo)思想上表現(xiàn)為重理論、重知識(shí)，輕實(shí)踐、輕工程;實(shí)驗(yàn)課程結(jié)構(gòu)是實(shí)驗(yàn)課依附在各門理論課程中，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容以相對(duì)分散、孤立，關(guān)聯(lián)性、系統(tǒng)性比較差的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為主;教學(xué)運(yùn)行機(jī)制以教師為主，在教師指導(dǎo)下學(xué)生按既定內(nèi)容完成實(shí)驗(yàn)，致使學(xué)生很大程度上處于被動(dòng)學(xué)習(xí)的狀況，扼制了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性、主動(dòng)性和創(chuàng)造性，難以實(shí)現(xiàn)學(xué)生在教學(xué)活動(dòng)中的主體地位和個(gè)性差異［6-10］。

福建農(nóng)林大學(xué)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化本科專業(yè)為首批國家級(jí)“高等學(xué)校本科教育特色專業(yè)”建設(shè)點(diǎn)，福建省特色專業(yè)建設(shè)點(diǎn)、機(jī)械類人才培養(yǎng)模式創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)區(qū)［11］。專業(yè)建設(shè)與改革的重點(diǎn)為:在“厚基礎(chǔ)、寬專業(yè)”的通識(shí)教育背景下，培養(yǎng)出具有較強(qiáng)的專業(yè)技能與專業(yè)特色的服務(wù)地方經(jīng)濟(jì)建設(shè)的應(yīng)用性人才［11］。為此，機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心提出“以學(xué)生為中心，強(qiáng)化實(shí)踐意識(shí)，培養(yǎng)新型人才”實(shí)踐教學(xué)理念，即以學(xué)生為中心，在培養(yǎng)學(xué)生掌握基本技能和要求的基礎(chǔ)上，以培養(yǎng)學(xué)生大工程意識(shí)、創(chuàng)新意識(shí)和綜合能力為核心，把學(xué)生培養(yǎng)為適應(yīng)未來發(fā)展需要的素質(zhì)高、實(shí)踐能力強(qiáng)、富有創(chuàng)新意識(shí)的復(fù)合型人才。為達(dá)培養(yǎng)目標(biāo)，機(jī)械系從2009年開始試點(diǎn)開設(shè)了一系列能突顯專業(yè)技能與專業(yè)特色的獨(dú)立性實(shí)驗(yàn)及實(shí)踐課程，機(jī)械學(xué)實(shí)驗(yàn)獨(dú)立設(shè)置實(shí)驗(yàn)課是此次實(shí)驗(yàn)課程改革的龍頭和方向。本文從近幾年機(jī)械學(xué)實(shí)驗(yàn)獨(dú)立設(shè)課改革的探索和實(shí)踐中作一些探討。

一、機(jī)械學(xué)實(shí)驗(yàn)獨(dú)立設(shè)課實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革

機(jī)械學(xué)實(shí)驗(yàn)獨(dú)立設(shè)課改革，是徹底轉(zhuǎn)變舊的教學(xué)觀念，貫徹以人為本、能力培養(yǎng)的新理念，構(gòu)建與理論教學(xué)并重，以綜合設(shè)計(jì)性、研究創(chuàng)新性、系統(tǒng)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)為主要內(nèi)容的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系。并在新的教學(xué)理念的引導(dǎo)下，致力于培養(yǎng)學(xué)生工程實(shí)踐能力、創(chuàng)新意識(shí)和綜合素質(zhì)，致力于構(gòu)建多方位的服務(wù)平臺(tái)，充分強(qiáng)化和發(fā)揮獨(dú)立設(shè)課實(shí)驗(yàn)的人才培養(yǎng)功能，具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義和戰(zhàn)略意義。

(一)改革思想

打破實(shí)驗(yàn)課依附理論課的傳統(tǒng)模式，獨(dú)立設(shè)置機(jī)械學(xué)實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)課(成績單獨(dú)考核和記分并面向全院開放)，將基礎(chǔ)課中的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行優(yōu)化、組合，增加實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的柔性與開放性，增大設(shè)計(jì)性、綜合性、創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，突破原有學(xué)科與課程界限，并打破實(shí)驗(yàn)課內(nèi)容的學(xué)科界限而具有多學(xué)科內(nèi)涵的綜合性，使實(shí)驗(yàn)水平由淺入深，實(shí)驗(yàn)過程從簡單到復(fù)雜、從單點(diǎn)到多點(diǎn)，循序漸進(jìn)，改革、改善實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法和手段。采用引導(dǎo)式、啟發(fā)式，模塊結(jié)構(gòu)進(jìn)行分層次實(shí)驗(yàn)教學(xué)，體現(xiàn)教師導(dǎo)學(xué)、學(xué)生自學(xué)實(shí)踐和探索的精神，全面培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)作風(fēng)、實(shí)驗(yàn)技能以及綜合分析、發(fā)現(xiàn)和解決問題的能力，促進(jìn)學(xué)生知識(shí)、能力、素質(zhì)協(xié)調(diào)發(fā)展，理論、實(shí)踐、創(chuàng)新全面提高。

(二)改革實(shí)踐

1．課程教學(xué)體系。機(jī)械學(xué)實(shí)驗(yàn)獨(dú)立實(shí)驗(yàn)課整個(gè)課程教學(xué)體系圍繞綜合設(shè)計(jì)性、創(chuàng)新性、系統(tǒng)設(shè)計(jì)性等4個(gè)實(shí)驗(yàn)?zāi)K展開，課程總學(xué)時(shí)為17學(xué)時(shí)，計(jì)1學(xué)分。通過機(jī)構(gòu)組合創(chuàng)意設(shè)計(jì)分析、機(jī)械傳動(dòng)性能參數(shù)測(cè)試與分析、集“設(shè)計(jì)-加工-動(dòng)平衡”交叉于一體大綜合實(shí)驗(yàn)及基于產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)過程的系統(tǒng)設(shè)計(jì)4個(gè)實(shí)驗(yàn)?zāi)K的完整訓(xùn)練，培養(yǎng)學(xué)生的設(shè)計(jì)能力、創(chuàng)新能力、實(shí)踐能力和綜合分析能力，以達(dá)到實(shí)驗(yàn)改革的效果。圖1為機(jī)械學(xué)實(shí)驗(yàn)獨(dú)立設(shè)課實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系及其對(duì)學(xué)生能力培養(yǎng)目標(biāo)。

圖1 實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系及學(xué)生能力培養(yǎng)目標(biāo)

2．課程內(nèi)容體系構(gòu)建。

(1)開設(shè)機(jī)構(gòu)組合創(chuàng)意設(shè)計(jì)和分析設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)?zāi)K。該項(xiàng)目旨在培養(yǎng)學(xué)生綜合設(shè)計(jì)能力、創(chuàng)新意識(shí)和實(shí)踐動(dòng)手能力而開設(shè)的一個(gè)實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)要求學(xué)生從教師給定題目中任選一題(或從工程實(shí)踐中自擬設(shè)計(jì)內(nèi)容)，綜合運(yùn)用機(jī)構(gòu)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法，進(jìn)行一個(gè)機(jī)構(gòu)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方案的設(shè)計(jì)和分析。要求自主創(chuàng)新設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)方案，然后進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室，進(jìn)行方案實(shí)現(xiàn)分析實(shí)驗(yàn)和比較評(píng)價(jià)，選擇最優(yōu)方案進(jìn)行機(jī)構(gòu)模型搭接實(shí)現(xiàn)，進(jìn)行測(cè)試分析、運(yùn)動(dòng)分析和實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析。圖2為學(xué)生進(jìn)行機(jī)構(gòu)組合創(chuàng)意設(shè)計(jì)的模型圖。

圖2 完成的機(jī)構(gòu)創(chuàng)意模型

(2)開設(shè)機(jī)械傳動(dòng)性能參數(shù)測(cè)試與分析設(shè)計(jì)性、綜合性實(shí)驗(yàn)?zāi)K。實(shí)驗(yàn)要求學(xué)生在實(shí)驗(yàn)室完成3個(gè)方面的內(nèi)容:①機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)方案及實(shí)驗(yàn)裝置的創(chuàng)意設(shè)計(jì)，其中包括實(shí)驗(yàn)方案的創(chuàng)意設(shè)計(jì)、綜合機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)方案選擇設(shè)計(jì)、測(cè)試方案及測(cè)試儀器選擇設(shè)計(jì)、繪制所設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)裝置的結(jié)構(gòu)簡圖。②機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)裝置的搭建、組裝、調(diào)試。③實(shí)驗(yàn)結(jié)果測(cè)試和分析。圖3、4為學(xué)生正在機(jī)械傳動(dòng)性能參數(shù)測(cè)試與分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)。

圖3 機(jī)械傳動(dòng)裝置搭建

圖4 機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)性能測(cè)試

(3)開設(shè)集“設(shè)計(jì)-加工-動(dòng)平衡”交叉于一體的設(shè)計(jì)性、綜合性、創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)?zāi)K。實(shí)驗(yàn)主要要求學(xué)生自主設(shè)計(jì)各種基本軸系和回轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)，并進(jìn)行方案比較和優(yōu)化，設(shè)計(jì)完成后，學(xué)生還應(yīng)結(jié)合金屬工藝學(xué)、金工實(shí)習(xí)的專業(yè)知識(shí)，到學(xué)院下屬的機(jī)械廠對(duì)設(shè)計(jì)的零部件進(jìn)行加工，然后對(duì)加工的零件進(jìn)行裝配，并在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行回轉(zhuǎn)體動(dòng)平衡實(shí)驗(yàn)，以達(dá)到設(shè)計(jì)的精度要求范圍。該實(shí)驗(yàn)內(nèi)容涉及到機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)械制圖、互換性與公差測(cè)量、金屬工藝學(xué)、金工實(shí)習(xí)等多門課程的知識(shí)點(diǎn)綜合。圖5為學(xué)生在為制作好的回轉(zhuǎn)體進(jìn)行動(dòng)平衡實(shí)驗(yàn)。

圖6 自制回轉(zhuǎn)體進(jìn)行動(dòng)平衡

(4)開設(shè)基于產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)過程的系統(tǒng)設(shè)計(jì)性、創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)?zāi)K。提出課題(如線切割三維作品創(chuàng)新訓(xùn)練、CAD/CAM/RP技術(shù)應(yīng)用等根據(jù)實(shí)際和學(xué)生感興趣的項(xiàng)目不斷更新)，或由學(xué)生自帶項(xiàng)目，要求學(xué)生綜合應(yīng)用設(shè)計(jì)、制造類基礎(chǔ)課程所學(xué)知識(shí)，將各模塊、各訓(xùn)練項(xiàng)目有機(jī)地結(jié)合起來，設(shè)計(jì)較為完整、復(fù)雜的作品，并用快速成型或數(shù)控技術(shù)等技術(shù)加工產(chǎn)品，自主完成產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)過程的系統(tǒng)性實(shí)踐。圖6、7為學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中制作的產(chǎn)品實(shí)物。

圖6 納米水龍頭過濾器

圖7 多功能筆記本電腦支架

3．課程教學(xué)方法。獨(dú)立實(shí)驗(yàn)課采用引導(dǎo)式、啟發(fā)式的教學(xué)方法，4個(gè)實(shí)驗(yàn)?zāi)K均由教師提出要求或由學(xué)生自帶項(xiàng)目，學(xué)生充分思考、交流和研究，產(chǎn)生不同的設(shè)計(jì)方案，完成實(shí)驗(yàn)要求，從而以實(shí)驗(yàn)帶動(dòng)實(shí)踐訓(xùn)練。通過對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的總結(jié)分析，使學(xué)生在一個(gè)完整的實(shí)驗(yàn)過程中得到鍛煉，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和創(chuàng)造性，進(jìn)而培養(yǎng)學(xué)生的群體意識(shí)、創(chuàng)新能力、組織管理能力和綜合實(shí)踐能力。

4．課程考核方法。學(xué)生實(shí)驗(yàn)成績的評(píng)定采取模塊化、程序化的考核模式，在每個(gè)實(shí)驗(yàn)?zāi)K完成后就給予評(píng)定該實(shí)驗(yàn)的成績，整個(gè)實(shí)驗(yàn)課程結(jié)束后，根據(jù)各實(shí)驗(yàn)的考核等綜合評(píng)定學(xué)生的成績。同時(shí)，另附有創(chuàng)新思維設(shè)計(jì)的，則根據(jù)作品的創(chuàng)造性、實(shí)用性、答辯等方面進(jìn)行綜合評(píng)定實(shí)驗(yàn)成績。

二、實(shí)驗(yàn)改革的效果

機(jī)械學(xué)實(shí)驗(yàn)獨(dú)立設(shè)課實(shí)驗(yàn)的實(shí)施，在提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量、培養(yǎng)學(xué)生綜合能力和促進(jìn)專業(yè)實(shí)驗(yàn)室發(fā)展等方面都取得了顯著的效果，主要表現(xiàn)在以下兩方面。

(一)構(gòu)建機(jī)械學(xué)實(shí)驗(yàn)獨(dú)立設(shè)課實(shí)驗(yàn)體系

通過對(duì)機(jī)械專業(yè)部分基礎(chǔ)課實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容和時(shí)間安排進(jìn)行整合，編寫了新的機(jī)械學(xué)實(shí)驗(yàn)獨(dú)立設(shè)課實(shí)驗(yàn)教學(xué)大綱和實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書，獨(dú)立實(shí)驗(yàn)課構(gòu)建了以綜合設(shè)計(jì)型、研究創(chuàng)新型、系統(tǒng)設(shè)計(jì)型為層次，以實(shí)驗(yàn)技術(shù)方法為主線，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容模塊化為方的實(shí)驗(yàn)教學(xué)新體系。課程開設(shè)的4個(gè)實(shí)驗(yàn)?zāi)K相互聯(lián)系又互為補(bǔ)充，使學(xué)生將所學(xué)知識(shí)全面系統(tǒng)綜合起來進(jìn)行訓(xùn)練，達(dá)到了實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系對(duì)學(xué)生能力的培養(yǎng)目標(biāo)。

(二)提高學(xué)生科學(xué)研究能力、創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力

機(jī)械學(xué)實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)室為學(xué)生提供了實(shí)踐平臺(tái)，通過獨(dú)立設(shè)課實(shí)驗(yàn)的系統(tǒng)訓(xùn)練，學(xué)生參加科研的積極性顯著提高;采用新的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系和教學(xué)方式培養(yǎng)學(xué)生，學(xué)生自主創(chuàng)新能力不斷提高，激發(fā)了學(xué)生的實(shí)踐意識(shí)和多學(xué)科意識(shí)，培養(yǎng)了學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)意識(shí)和團(tuán)隊(duì)合作精神;提高了學(xué)生科學(xué)研究能力、創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力。

三、結(jié)語

機(jī)械學(xué)實(shí)驗(yàn)獨(dú)立實(shí)驗(yàn)課把“以學(xué)生為中心，強(qiáng)化實(shí)踐意識(shí)，培養(yǎng)新型人才”作為實(shí)踐教學(xué)理念，以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和實(shí)踐能力為重點(diǎn)，在不斷改革教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法的基礎(chǔ)上，努力探索實(shí)踐教學(xué)新模式，構(gòu)建了綜合設(shè)計(jì)型、創(chuàng)新型、系統(tǒng)設(shè)計(jì)型實(shí)踐為層次，以實(shí)驗(yàn)技術(shù)方法為主線，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容模塊化為方的實(shí)驗(yàn)教學(xué)新體系。改革幾年來，我們也僅僅是做了一些初步嘗試，實(shí)驗(yàn)效果等各方面有了顯著的進(jìn)步，如何進(jìn)一步科學(xué)充實(shí)和優(yōu)化機(jī)械學(xué)實(shí)驗(yàn)獨(dú)立設(shè)課的整個(gè)實(shí)驗(yàn)體系，還需要今后不斷地進(jìn)行探索和實(shí)踐。

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