加強專業(yè)實驗室建設培養(yǎng)學生實踐和創(chuàng)新能力

文/錢煒劉建國范開國

摘要：上海理工大學機械工程實驗中心經(jīng)過多年年的發(fā)展建設，在實驗教學理念、實驗教學體系、實驗教學資源、實驗教學方法、網(wǎng)絡信息化等方面取得了多方面的成果，已成為培養(yǎng)學生實踐和創(chuàng)新能力及先進制造高級工程技術人才的重要基地。

關鍵詞：實驗中心建設實踐能力；創(chuàng)新能力

作者簡介：錢煒(1964—)，男，上海人，副教授，研究方向:機械設計理論、機構學。

中圖分類號:G642文獻標志碼：A

一、引言

上海理工大學機械工程實驗中心依托于以數(shù)控裝備技術為特色的上海市機械工程一流學科，并通過數(shù)十年與德國、英國機械工程專業(yè)國際合作辦學的經(jīng)驗，依托數(shù)控裝備制造技術方面的學科優(yōu)勢與長期的國際合作辦學經(jīng)驗，形成了以先進制造技術為特色的工程實踐教育基地。實驗中心先后榮獲“上海市實驗教學示范中心”、“上海市高校本科教育高地”等稱號。

二、實驗課程體系建設

依據(jù)上海理工大學“工程型、創(chuàng)新性、國際化”的辦學定位，并根據(jù)機械工程教育知識體系所包含的五個知識領域：機械設計原理與方法、機械制造工程原理與技術、機械系統(tǒng)中的傳動和控制、計算機應用技術和熱流體。通過分析這五個知識領域?qū)W生專業(yè)知識的基本要求，形成了機械工程實驗教學體系。根據(jù)工程人才培養(yǎng)的過程，我們將機械工程類專業(yè)實驗教學體系分為基礎實驗、專業(yè)實驗和綜合實驗三大部分，并將創(chuàng)新實驗貫穿于整個實驗教學過程。

三、實驗教學理念

以強實踐、重創(chuàng)新為指導思想，服務學校“工程型、創(chuàng)新性、國際化”辦學定位，形成了“厚基礎、寬口徑、強實踐，知識-能力-素質(zhì)協(xié)調(diào)發(fā)展、學習-實踐-創(chuàng)新相互促進”的先進教學理念。實驗中心以工程實踐創(chuàng)新教育為主線，實驗與創(chuàng)新相結合、單科教學與綜合素質(zhì)培養(yǎng)相結合、校內(nèi)實驗與企業(yè)實踐相結合、注重學生動手能力與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

(一)依托學科優(yōu)勢，建設以先進制造技術為特色的實驗教學體系和實驗教學內(nèi)容：實驗中心依托數(shù)控裝備制造技術方面的學科優(yōu)勢及長期的國際合作辦學經(jīng)驗，形成了以先進制造技術為特色的工程實踐教學體系。實驗中心的建設始終注重中國制造技術的發(fā)展趨勢以及國內(nèi)先進制造行業(yè)的技術需求，綜合知識訓練實驗項目的建設，聘請制造企業(yè)的技術專家參與論證，使機械工程實驗中心成為培養(yǎng)高水平先進制造人才的基地，滿足國家與上海市先進制造行業(yè)發(fā)展的需求。

(二)把創(chuàng)新人才培養(yǎng)與學生個性化發(fā)展需要相結合，讓學生在實踐中增強創(chuàng)新意識：實踐教學和學習興趣是創(chuàng)新能力培養(yǎng)的基礎，創(chuàng)新人才的培養(yǎng)要求教學內(nèi)容與教學方式能夠因材施教，從工業(yè)化生產(chǎn)的角度看，需要采用“小批量”的生產(chǎn)方式。而近些年，隨著我國高等教育的改革，大學生擴招使得我國的高等教育已經(jīng)進入大眾化教育的階段。為了實現(xiàn)因材施教的目的，我們在理論授課相同的前提下，允許學生選擇不同的能力培養(yǎng)模塊，其區(qū)別在于實踐教學環(huán)節(jié)。這樣既照顧了學生不同的學習興趣，又實現(xiàn)了個性化培養(yǎng)的目的。在教學計劃中專門設置了2學分的創(chuàng)新學分，鼓勵學生按照自己的興趣開展創(chuàng)新實踐能力培養(yǎng)。

(三)強化學生實踐能力培養(yǎng)：機械工程類專業(yè)的學習特點是所涉及的知識面寬，學生在四年的大學學習中，既要學習機械設計、機械制造、機械測量與控制知識，還要掌握計算機編程、計算機網(wǎng)絡、電路設計、氣動與液壓等方面的知識，學生很難在某一方面掌握解決問題的能力，既不具備機械結構設計能力，也不具備電路設計能力，似乎什么問題都不能夠解決。針對這一問題，我們借鑒德國工程教育的經(jīng)驗，從2004年起，借鑒德國工程教育的經(jīng)驗，在教學培養(yǎng)計劃中將第七學期確定為實踐能力培養(yǎng)學期，集中強化學生的工程實踐能力和創(chuàng)新精神培養(yǎng)，以企業(yè)實習、工程實訓、綜合實驗多模塊聯(lián)動為切入點，采取模塊化教學構架，學生可選擇企業(yè)實習、綜合實驗學習、工程師認證等模塊，教師分類加強針對性指導。增強學生的實踐動手能力與解決問題的能力。參與綜合實驗學習模塊的學生，先后參加機械制造綜合實驗、機電一體化綜合實驗、數(shù)控技術等實驗項目的集中強化訓練。這一措施使得學生解決問題的能力得到顯著提高。

四、人才培養(yǎng)模式

上海理工大學機械工程實驗中心依托學科優(yōu)勢與國際合作辦學經(jīng)驗，通過“依托行業(yè)，服務企業(yè)”的發(fā)展思路，把培養(yǎng)機械工程創(chuàng)新人才、加強工程實踐能力與學生個性化發(fā)展結合起來，適應社會人才多元化需求，從領域、專業(yè)、國際三個維度架構面向先進制造業(yè)的工程人才培養(yǎng)模式，形成以教授領銜、多元協(xié)同、虛實結合的人才培養(yǎng)模式。

五、實驗教學方法

實驗中心依托學科優(yōu)勢、中外合作及產(chǎn)學研基地平臺，不斷創(chuàng)新實驗教學方法和實驗內(nèi)容。注重通過實驗教學方法、手段以及考核方式的改革，推進學生科研創(chuàng)新、自主學習、自主研發(fā)的主動性和積極性，促進學生理論與實踐的相互融合與提高。

在實踐教學方法上，依托機械工程基礎實驗中心、機械工程專業(yè)實驗中心與上海理工大學國家級“裝備制造虛擬仿真實驗教學中心”，充分利用互聯(lián)網(wǎng)技術，

(一)統(tǒng)一指導，獨立完成實驗教學法。對于液壓與氣動、先進制造技術、傳感器應用及測量等專業(yè)實驗，一般先由實驗老師進行集中指導，然后由學生根據(jù)實驗指導書獨立完成，在集中指導中，采用多媒體演示等教學方法。

(二)采用多樣化、啟發(fā)式的教學方法。對于綜合實驗，改變以往單一的、被動式的教學模式，采用多樣化、啟發(fā)式的教學方法，現(xiàn)場教學、課堂教學、多媒體教學、虛實結合靈活運用，充分調(diào)動了學生聽課的興趣。在試驗過程中，以學生動手為主，教師指導為輔，充分發(fā)揮學生的主觀能動性，對于每個實驗，不單純重視實驗的結果，除強調(diào)過程的重要性外，更加重視對實驗結果的分析和綜合判斷，強調(diào)實驗報告中結果討論部分的重要性，不僅鍛煉了學生的實際動手能力，而且培養(yǎng)了學生的創(chuàng)新意識和能力，收到了良好的教學效果。

(三)自主設計、協(xié)同完成、個別指導實驗教學方法。對于學生參加國內(nèi)、上海市各種類型的創(chuàng)新大賽而設計的創(chuàng)新性實驗項目，采取老師個別指導，學生創(chuàng)新小組自主完成的教學方式。實驗項目的目標由學生和指導老師共同商定，實驗方案、實驗步驟由學生創(chuàng)新小組自行制定，項目過程中，老師分階段定期對學生進行指導。參加全國機器人競賽，全國機械創(chuàng)新大賽慧魚組的比賽，學生在慧魚創(chuàng)新實驗室的創(chuàng)新活動就是采用這個辦法。

(四)虛實結合的遠程虛擬實驗和現(xiàn)場實物實驗教學法。依托國家級裝備制造虛擬仿真實驗教學中心，通過創(chuàng)新性虛實結合實驗教學改革，實現(xiàn)遠程虛擬實驗與現(xiàn)場實物實驗的深度融合，以大型環(huán)幕虛擬顯示中心和Internet網(wǎng)絡終端為載體，以現(xiàn)場實物為平臺(如圖9所示)，實現(xiàn)虛實結合的互動式遠程虛擬實驗和現(xiàn)場實物實驗的有機融合。實驗中心目前已開出虛擬實驗40多項，學生可在遠程終端、Paid及智能手機上進行實驗預習，實現(xiàn)圖文并茂、生動形象的網(wǎng)絡化教學，使學生更好地理解實驗原理、過程及儀器設備操作等實驗細節(jié)，并可獲得實驗指導教師的遠程協(xié)助，學生可以不用見到老師就得到老師“手把手”的指導。通過網(wǎng)絡虛擬實驗提高認知程度，熟練操作技能，為相應的實物實驗奠定基礎，實現(xiàn)信息化與工業(yè)化的深度融合。

六、結語

機械工程實驗中心貫徹落實以學生為本，知識傳授、能力培養(yǎng)、素質(zhì)提高協(xié)調(diào)發(fā)展的教育理念和以實踐能力培養(yǎng)為核心的實驗教學觀念，按照以能力培養(yǎng)為主線，分層次、多模塊、相互銜接的科學系統(tǒng)的機械工程實驗教學體系，健全符合教育教學規(guī)律、規(guī)范有序、高效運行的現(xiàn)代化實驗教學機制，切實保障實驗教學質(zhì)量可持續(xù)發(fā)展，使機械工程實驗中心成為培養(yǎng)高水平先進制造人才的基地，滿足國家與上海市先進制造行業(yè)發(fā)展的需求。

(作者單位：上海理工大學機械工程學院)

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