王吉平

（南京理工大學(xué)紫金學(xué)院，江蘇 南京210046）

機(jī)械工程專業(yè)多課程融合實(shí)驗(yàn)的探索與建設(shè)

王吉平

（南京理工大學(xué)紫金學(xué)院，江蘇 南京210046）

根據(jù)機(jī)械工程專業(yè)的課程和知識(shí)體系，在液壓傳動(dòng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的基礎(chǔ)上通過(guò)融合多種課程的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，設(shè)計(jì)出一個(gè)既相對(duì)獨(dú)立、又密切聯(lián)系的多課程融合實(shí)驗(yàn)，旨在提升學(xué)生綜合解決問(wèn)題的能力，探索紫金學(xué)院特有的工程化綜合性實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式。

機(jī)械工程；多課程融合；實(shí)驗(yàn)

1 課題研究現(xiàn)狀

機(jī)械工程專業(yè)是一門研究和解決在開(kāi)發(fā)、設(shè)計(jì)、制造、安裝、運(yùn)用和修理各種機(jī)械中的全部理論和實(shí)際問(wèn)題的應(yīng)用學(xué)科。在傳統(tǒng)教學(xué)中，機(jī)械工程專業(yè)各課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容都是獨(dú)立進(jìn)行的，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和模式基本上以驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)和基本技術(shù)的訓(xùn)練為主。在當(dāng)今社會(huì)，企業(yè)對(duì)人才的需求由原來(lái)的理論科研人才向?qū)嵱眯汀?yīng)用型人才轉(zhuǎn)變，由單一技能人才快速向綜合素質(zhì)人才轉(zhuǎn)變。因此傳統(tǒng)教學(xué)中這種以單獨(dú)課程為單位進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)無(wú)法滿足“工程化應(yīng)用型人才”的培養(yǎng)目標(biāo)。主要體現(xiàn)在如下方面：

（1）教學(xué)過(guò)程中“重理論輕實(shí)踐”，實(shí)驗(yàn)教學(xué)學(xué)時(shí)較少，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容缺乏綜合性和設(shè)計(jì)性，實(shí)驗(yàn)只是點(diǎn)綴，如控制工程基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)只有6個(gè)學(xué)時(shí)，這就造成學(xué)生的應(yīng)用能力培養(yǎng)缺乏，對(duì)培養(yǎng)應(yīng)用型人才目標(biāo)十分不利。

（2）實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與工程應(yīng)用聯(lián)系不緊密。比如控制工程基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中學(xué)生只是機(jī)械地參照實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書搭建控制電路，采集輸出，但是由于電路板相對(duì)抽象，學(xué)生根本不理解諸如PI控制、PD控制的精髓及實(shí)際工程體現(xiàn)。

（3）實(shí)驗(yàn)內(nèi)容沒(méi)有新穎性、創(chuàng)新性，不能激發(fā)學(xué)生的求知欲，學(xué)生做實(shí)驗(yàn)僅僅是被動(dòng)地完成任務(wù)而已。實(shí)驗(yàn)教學(xué)不利于提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和認(rèn)知?jiǎng)邮帜芰Γ荒芙o學(xué)生一個(gè)充分發(fā)揮自己想象力、創(chuàng)造力和展現(xiàn)才能的空間。

2 課題研究的意義及目標(biāo)

2.1 課題研究的目的意義

本課題在當(dāng)前液壓與氣壓傳動(dòng)實(shí)驗(yàn)室液壓傳動(dòng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的基礎(chǔ)上開(kāi)展新的針對(duì)機(jī)械工程專業(yè)的綜合實(shí)驗(yàn)。通過(guò)新型實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的設(shè)計(jì)與搭建，實(shí)現(xiàn)對(duì)執(zhí)行元件液壓缸的控制調(diào)節(jié)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)過(guò)程使學(xué)生將學(xué)過(guò)的相關(guān)課程內(nèi)容串聯(lián)起來(lái)，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)際工程應(yīng)用、開(kāi)發(fā)、設(shè)計(jì)的綜合能力。設(shè)計(jì)平臺(tái)和實(shí)現(xiàn)控制執(zhí)行元件的運(yùn)動(dòng)方式不唯一，在激發(fā)學(xué)生的積極性和創(chuàng)造性的基礎(chǔ)上，提升學(xué)生綜合應(yīng)用本專業(yè)知識(shí)的能力，增強(qiáng)學(xué)生的核心競(jìng)爭(zhēng)力。因此該實(shí)踐教學(xué)體系改革對(duì)于學(xué)生工程設(shè)計(jì)能力、新技術(shù)應(yīng)用開(kāi)發(fā)能力、創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新精神的培養(yǎng)具有不可替代的作用。

2.2 項(xiàng)目總體目標(biāo)

此次教改希望通過(guò)融合控制工程基礎(chǔ)、可編程控制器原理及應(yīng)用、液壓與氣壓傳動(dòng)等多種課程的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，旨在提升學(xué)生綜合解決問(wèn)題的能力，探索紫金學(xué)院特有的工程化綜合性實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，提升本院學(xué)生在社會(huì)中的綜合競(jìng)爭(zhēng)力。

3 課題研究實(shí)施情況

3.1 項(xiàng)目總體實(shí)施情況

通過(guò)課題組成員積極主動(dòng)參與項(xiàng)目實(shí)施，該教改按照最初制定的實(shí)施計(jì)劃，圓滿完成了預(yù)定計(jì)劃內(nèi)容，教改效果得到了老師和學(xué)生的肯定。整個(gè)教改進(jìn)展分三個(gè)階段進(jìn)行：

第一階段：甄選對(duì)綜合實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練感興趣的學(xué)生組成課題實(shí)驗(yàn)班，帶領(lǐng)學(xué)生參觀涉及到的各個(gè)專業(yè)獨(dú)立的實(shí)驗(yàn)室，對(duì)涉及到的各課程現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行熟悉了解，分析各課程實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。

第二階段：與各課程教師討論，契合紫金學(xué)院應(yīng)用型人才培養(yǎng)的方針，討論完成綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的具體方案。帶領(lǐng)實(shí)驗(yàn)班學(xué)生深入上?？葡纫簤汗煞萦邢薰镜裙緦?shí)地考查交流學(xué)習(xí)，從而針對(duì)性的制定后續(xù)課程設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)。學(xué)生分組完成了涉及課程的單獨(dú)實(shí)驗(yàn)，為綜合實(shí)驗(yàn)做好充分準(zhǔn)備工作。

第三階段：對(duì)現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行熟悉了解，并對(duì)綜合實(shí)驗(yàn)做整體改造的設(shè)計(jì)。實(shí)驗(yàn)班學(xué)生分組完成了綜合實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行，對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析并撰寫了相關(guān)實(shí)驗(yàn)報(bào)告。

3.2 項(xiàng)目研究過(guò)程中的重點(diǎn)體現(xiàn)

本課題通過(guò)新型實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的設(shè)計(jì)與搭建，實(shí)現(xiàn)了對(duì)執(zhí)行元件液壓缸的位置控制調(diào)節(jié)及反饋。選擇VB程序語(yǔ)言控制系統(tǒng)進(jìn)行界面編寫。運(yùn)用Matlab軟件和Simulink工具對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行仿真分析。

該課題研究重點(diǎn)體現(xiàn)如下：

（1）嚴(yán)格甄選小組成員：多課程融合的綜合實(shí)驗(yàn)?zāi)茼樌_(kāi)展，首要前提是學(xué)生已經(jīng)充分掌握了相關(guān)專業(yè)基礎(chǔ)課程，要求學(xué)生不僅具有良好的理論課程基礎(chǔ)，更應(yīng)具備理論與實(shí)踐相結(jié)合的融會(huì)貫通的能力。因此在選拔課題小組成員時(shí)，項(xiàng)目組綜合考慮學(xué)習(xí)成績(jī)優(yōu)異、動(dòng)手實(shí)踐能力強(qiáng)的同學(xué)。最終在14級(jí)車輛專業(yè)和機(jī)械專業(yè)內(nèi)選出了三十位綜合素質(zhì)優(yōu)秀的成員，組成課題實(shí)驗(yàn)班。

（2）放任但不放縱，充分發(fā)揮實(shí)驗(yàn)?zāi)軇?dòng)性：要求各實(shí)驗(yàn)小組在實(shí)驗(yàn)總體要求下自已制作控制界面，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)在選擇范圍內(nèi)自行選定，實(shí)驗(yàn)結(jié)果可自行選擇手動(dòng)繪制曲線或利用仿真軟件直接生成曲線、流程圖及方塊圖，各個(gè)小組依據(jù)自己的理解自行設(shè)計(jì)完成。

（3）理論與實(shí)踐相結(jié)合，真正做到“在學(xué)習(xí)中實(shí)驗(yàn)，在實(shí)驗(yàn)中學(xué)習(xí)”：學(xué)生在搭建實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的時(shí)候，由于從未接觸過(guò)液壓伺服控制，因此實(shí)驗(yàn)班成員自學(xué)了液壓伺服控制這門專業(yè)課。學(xué)生既開(kāi)拓了視野，又將已經(jīng)學(xué)習(xí)過(guò)的控制工程基礎(chǔ)這門相對(duì)枯燥的理論課通過(guò)液壓缸的伸出動(dòng)作這樣的真實(shí)控制過(guò)程體現(xiàn)出來(lái)，從而真正理解什么是反饋，什么是閉環(huán)控制。

（4）多種工具軟件融合運(yùn)用，提升綜合應(yīng)用能力：實(shí)驗(yàn)過(guò)程中可視化界面要求用VB軟件設(shè)計(jì)編譯，控制程序采用PLC，讓學(xué)生真正體會(huì)到了人機(jī)互動(dòng)過(guò)程。在對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)處理中，用到了Matlab軟件和Simulink工具。這兩個(gè)軟件工具是學(xué)生在上課學(xué)習(xí)過(guò)程中沒(méi)有用過(guò)的，通過(guò)這次綜合實(shí)驗(yàn)，學(xué)生學(xué)會(huì)了運(yùn)用這兩種工程常用數(shù)據(jù)仿真軟件，對(duì)自身學(xué)習(xí)也得到了一種提高。

4 項(xiàng)目取得的成果

課題組成員共同努力，編制了多課程融合實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書《液壓伺服油缸位置控制綜合實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書》；經(jīng)過(guò)項(xiàng)目小組多次的實(shí)驗(yàn)和認(rèn)證，最終形成了30份滿足實(shí)驗(yàn)要求的實(shí)驗(yàn)報(bào)告，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)報(bào)告對(duì)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書再次進(jìn)行了修改和完善。

學(xué)生的綜合能力提高，應(yīng)用型素質(zhì)提升。在課題研究實(shí)施過(guò)程中，學(xué)生從設(shè)計(jì)搭建實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，控制系統(tǒng)的分析設(shè)計(jì)，PLC控制程序的編寫，可視化界面的設(shè)計(jì)與程序編寫等都由各個(gè)小組獨(dú)立完成。這樣學(xué)生可以將各專業(yè)課程綜合起來(lái)，融會(huì)貫通，形成系統(tǒng)的概念，完成實(shí)驗(yàn)的同時(shí)也提升了自身的專業(yè)綜合素質(zhì)及理論向?qū)嶋H工程過(guò)渡的應(yīng)用型能力。

實(shí)踐教學(xué)體系的初步形成。該課題探討的多課程融合實(shí)驗(yàn)涉及到我院機(jī)械工程、車輛工程、測(cè)控技術(shù)與儀器、工業(yè)工程專業(yè)，目前課題成果中的實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書已經(jīng)編寫完成并指導(dǎo)學(xué)生開(kāi)展綜合實(shí)驗(yàn)。后續(xù)可在此實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書的基礎(chǔ)上，融合其他涉及課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，編訂綜合實(shí)踐課程講義，納入新一輪應(yīng)用型人才培養(yǎng)計(jì)劃中。

5 項(xiàng)目后期鞏固措施

（1）加大綜合實(shí)驗(yàn)室建設(shè)力度，保證硬件措施

利用學(xué)院現(xiàn)有液壓與氣壓傳動(dòng)實(shí)驗(yàn)室，交通仿真與信號(hào)控制綜合實(shí)驗(yàn)室，傳感器綜合實(shí)驗(yàn)室中的現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)設(shè)備資源，結(jié)合課題探討的綜合實(shí)驗(yàn)，只要再少部分購(gòu)置一些主要實(shí)驗(yàn)設(shè)備如伺服油缸、PLC控制器、數(shù)據(jù)采集卡等，即可大范圍推廣多課程融合綜合實(shí)驗(yàn)，讓更多的學(xué)生享受到應(yīng)用型、綜合型的鍛煉過(guò)程，從而實(shí)現(xiàn)投資最小化，利益最大化。

（2）加強(qiáng)團(tuán)隊(duì)建設(shè)，建立綜合教學(xué)體系

該綜合實(shí)驗(yàn)涉及的專業(yè)較多，課程較多，從培養(yǎng)復(fù)合型人才出發(fā)，建立起學(xué)科合作，將多專業(yè)的實(shí)驗(yàn)納入同一實(shí)驗(yàn)課程管理。利用既有的相關(guān)專業(yè)進(jìn)行交叉講學(xué)，尤其對(duì)這些專業(yè)中結(jié)合社會(huì)需求所涉及的課程知識(shí)的交叉著重講解，強(qiáng)化學(xué)生對(duì)相關(guān)知識(shí)的交叉認(rèn)識(shí)。同時(shí)在教師隊(duì)伍中可以不定期組織不同專業(yè)之間，不同資質(zhì)教師之間的合作備課，共同探討學(xué)科交叉點(diǎn)的理論授課與實(shí)踐教學(xué)，提高教學(xué)水平，建立起綜合課程教學(xué)層，制定分層次講學(xué)的目標(biāo)。

（3）實(shí)踐教學(xué)模式多樣化

最大化利用實(shí)驗(yàn)室，增加一些拓展性實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放實(shí)行時(shí)間及內(nèi)容開(kāi)放，除實(shí)驗(yàn)室上課時(shí)間外，學(xué)生可以自己選擇時(shí)間進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，從而增加學(xué)生的動(dòng)手機(jī)會(huì)，培養(yǎng)學(xué)生自學(xué)能力以及創(chuàng)新能力，同時(shí)也有利于激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新的動(dòng)機(jī)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)。

Exploration and Construction of Multi Curriculum Fusion Experiment for Mechanical Engineering

WANG Ji-ping
（Nanjing University of Science&Technology Zijin College，Nanjing 210046，China）

According to the mechanical engineering curriculum and knowledge system，through the integration of a variety of experimental content courses based on experimental platform of hydraulic transmission，design an independent and closely linked to the multi curriculum integration experiment，aims to enhance students’comprehensive ability to solve problems，to explore the characteristic of the Zijin college engineering comprehensive experiment teaching mode.

mechanical engineering；multi curriculum integration；experiment

G642

A

1672-545X（2017）09-0190-03

2017-06-09

南京理工大學(xué)紫金學(xué)院教育教學(xué)改革與研究項(xiàng)目（20140101011）

王吉平（1980-），女，河南平頂山人，碩士，講師，研究方向?yàn)闄C(jī)電液一體化。