葛正輝， 朱永偉， 宋愛(ài)平， 龔俊杰

（揚(yáng)州大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，江蘇 揚(yáng)州 225127）

0 引 言

科技是國(guó)家強(qiáng)盛之基，創(chuàng)新是民族進(jìn)步之魂。當(dāng)前，新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革與我國(guó)加快轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式形成歷史性交匯，國(guó)際產(chǎn)業(yè)分工格局正在重塑，培養(yǎng)具有創(chuàng)新實(shí)踐能力的高素質(zhì)復(fù)合型人才對(duì)于推動(dòng)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、提升國(guó)家核心競(jìng)爭(zhēng)力、支撐我國(guó)的世界強(qiáng)國(guó)地位具有重要意義［1-2］。

大學(xué)教育是培養(yǎng)具有高尚人格和較強(qiáng)創(chuàng)新能力人才的主要渠道和重要手段，肩負(fù)著為國(guó)家選拔和培養(yǎng)高素質(zhì)創(chuàng)新實(shí)踐人才的重要使命［3-4］。高校實(shí)驗(yàn)室是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神、實(shí)踐能力和科學(xué)思維方式的重要平臺(tái)，重視實(shí)踐教學(xué)，提升實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量，是培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力和工程素養(yǎng)的重要途徑［5-6］。然而，目前大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力培養(yǎng)與社會(huì)需求脫節(jié)，實(shí)驗(yàn)室在創(chuàng)新實(shí)踐教育中作用發(fā)揮不夠。自制實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)備是高校在市場(chǎng)上沒(méi)有或現(xiàn)有設(shè)備質(zhì)量、性能不能滿足實(shí)驗(yàn)教學(xué)需求的情況下，依據(jù)本校教學(xué)現(xiàn)狀和培養(yǎng)目標(biāo)，自主研制的實(shí)驗(yàn)教學(xué)裝置，具有顯著的適用性、時(shí)效性和創(chuàng)新性等特點(diǎn)，是培養(yǎng)當(dāng)代大學(xué)生創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力的有效途徑［7］。調(diào)研發(fā)現(xiàn)，以美國(guó)為代表的發(fā)達(dá)國(guó)家，非常重視自制實(shí)驗(yàn)設(shè)備的研制工作，并在實(shí)踐教學(xué)中取得有效成效。在國(guó)內(nèi)，越來(lái)越多的高校也相繼開(kāi)始重視實(shí)驗(yàn)裝置的自主研制工作［8-9］。

我校是江蘇省和教育部共建高校，是全國(guó)首批博士、碩士學(xué)位授予單位。近年來(lái)，學(xué)校非常重視學(xué)生創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力的培養(yǎng)工作，大力支持教師自主研制實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)備［10］。本文以機(jī)械類(lèi)專(zhuān)業(yè)特種加工、先進(jìn)制造技術(shù)等課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)為例，自主研制電化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)備，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步創(chuàng)新教學(xué)方法和教學(xué)手段，促進(jìn)學(xué)生創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力的提升，為培養(yǎng)服務(wù)地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展的高素質(zhì)復(fù)合人才創(chuàng)造條件。

1 教學(xué)平臺(tái)研制

電解加工（Electrochemical Machining，ECM）是一種基于陽(yáng)極工件的電化學(xué)溶解作用去除材料的非接觸式的先進(jìn)制造方法，在國(guó)防、航空、航天、能源、醫(yī)療、生物等領(lǐng)域的高科技裝備中具有廣泛的應(yīng)用［11-12］。電解加工是特種加工、先進(jìn)制造技術(shù)等制造類(lèi)相關(guān)課的重要組成部分。然而，電解加工設(shè)備價(jià)高且維護(hù)成本大，一般高校難以具備相應(yīng)的實(shí)踐教學(xué)資源。老師僅依靠課堂理論教學(xué)開(kāi)展電解加工相關(guān)內(nèi)容的教學(xué)活動(dòng)，學(xué)生無(wú)法真正理解電解加工原理及其工藝特性，難以達(dá)成提升創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力的培養(yǎng)目標(biāo)。

學(xué)校特種加工技術(shù)研究團(tuán)隊(duì)長(zhǎng)期承擔(dān)特種加工、先進(jìn)制造技術(shù)等課程的教學(xué)和研究工作，深耕電解加工及其復(fù)合加工技術(shù)研究。近10 余年來(lái)主持國(guó)家自然科學(xué)基金、國(guó)防預(yù)研基金、江蘇省自然科學(xué)基金等省部級(jí)以上科研項(xiàng)目20 余項(xiàng)，獲得國(guó)防科學(xué)技術(shù)進(jìn)步二等獎(jiǎng)、中國(guó)高校技術(shù)發(fā)明二等獎(jiǎng)等省部級(jí)以上科研獎(jiǎng)勵(lì)5 項(xiàng)，在電解加工技術(shù)領(lǐng)域積累了豐富的研究經(jīng)驗(yàn)［13-15］，為自制電解加工實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)的研制提供豐富的理論基礎(chǔ)和研究經(jīng)驗(yàn)。

1.1 自研實(shí)驗(yàn)設(shè)備的目標(biāo)和思路

實(shí)驗(yàn)教學(xué)是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維和實(shí)踐動(dòng)手能力的重要環(huán)節(jié)，自制實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)備不僅緩解了學(xué)生人數(shù)多、實(shí)驗(yàn)設(shè)備臺(tái)套數(shù)不足的困境，而且可以解決市場(chǎng)上現(xiàn)有教學(xué)設(shè)備功能不足、教學(xué)內(nèi)容陳舊等實(shí)際問(wèn)題。我校特種加工技術(shù)團(tuán)隊(duì)在常年教學(xué)實(shí)踐和科研探索的基礎(chǔ)上，緊扣大學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新能力提升的培養(yǎng)目標(biāo)，從實(shí)驗(yàn)前的準(zhǔn)備、實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的操作和觀測(cè)、實(shí)驗(yàn)結(jié)束后的試樣檢測(cè)與數(shù)據(jù)分析及實(shí)驗(yàn)報(bào)告撰寫(xiě)等環(huán)節(jié)全面提升學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力。因此，擬自制集知識(shí)性、綜合性、工程性、研究性為一體的實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)備的目標(biāo)如下：

（1）契合度高、操作性好。圍繞大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力培養(yǎng)目標(biāo)，結(jié)合專(zhuān)業(yè)培養(yǎng)大綱需求和電解加工實(shí)驗(yàn)特點(diǎn)，突破示范性、驗(yàn)證性行的實(shí)踐教學(xué)模式，設(shè)計(jì)構(gòu)建契合大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力培養(yǎng)需求的，具有功能性強(qiáng)、操作性能好、實(shí)用性能高、經(jīng)濟(jì)成本低的電解加工實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)。

（2）實(shí)驗(yàn)功能多、集成度高。實(shí)驗(yàn)參數(shù)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果有著必然的影響，自研設(shè)備需增加各個(gè)實(shí)驗(yàn)參數(shù)調(diào)節(jié)和檢測(cè)裝置，開(kāi)拓實(shí)驗(yàn)功能的多樣性，豐富實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)的集成度。實(shí)踐教學(xué)中，可通過(guò)試驗(yàn)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，開(kāi)展不同實(shí)驗(yàn)?zāi)康牡膶?shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)，改善現(xiàn)有程序化的示范性和驗(yàn)證性的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，滿足創(chuàng)新實(shí)踐能力培養(yǎng)中多層次實(shí)驗(yàn)教學(xué)的需求。

（3）具有良好的實(shí)驗(yàn)體驗(yàn)性和實(shí)驗(yàn)觀賞性。實(shí)驗(yàn)過(guò)程對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果有著重要影響，自研設(shè)備需巧妙設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)關(guān)鍵裝置，使得實(shí)驗(yàn)過(guò)程具有更好的體驗(yàn)性和觀賞性。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，同學(xué)們可清楚地觀察參數(shù)變化對(duì)實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的影響，幫助學(xué)生進(jìn)一步深入理解課程基本知識(shí)及其原理。其次，學(xué)生可參與實(shí)驗(yàn)設(shè)備組裝、調(diào)試等實(shí)踐過(guò)程，強(qiáng)化學(xué)生動(dòng)手能力和創(chuàng)新思維。

（4）深度融合科研與教學(xué)。自研設(shè)備在滿足驗(yàn)證性和示范性的基礎(chǔ)實(shí)踐教學(xué)需求的同時(shí)，進(jìn)一步提升實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的功能性和實(shí)驗(yàn)過(guò)程參數(shù)調(diào)控的精準(zhǔn)性，滿足青年教師和研究生的科研實(shí)踐要求。繼而將科研成果反饋給實(shí)驗(yàn)教學(xué)，進(jìn)一步豐富實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容，改善現(xiàn)有實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容陳舊的現(xiàn)狀，激發(fā)同學(xué)們開(kāi)展科研探索的興趣和熱情，實(shí)現(xiàn)教學(xué)促進(jìn)科研、科研反哺教學(xué)的良性互補(bǔ)。

（5）打造特性鮮明的實(shí)踐教學(xué)體系。依靠自制實(shí)踐教學(xué)設(shè)備良好的功能性和實(shí)用性，開(kāi)展實(shí)踐教學(xué)改革，不斷豐富實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容、創(chuàng)新實(shí)踐教學(xué)方式，激發(fā)學(xué)生主動(dòng)參與、自主設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)熱情，促使學(xué)生從被動(dòng)吸收到主動(dòng)探究的轉(zhuǎn)變，建立理論教學(xué)、實(shí)踐教學(xué)與科研實(shí)踐的深度互動(dòng)模式，形成具有鮮明特色的大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力培養(yǎng)體系。

1.2 自研電解加工實(shí)驗(yàn)平臺(tái)簡(jiǎn)介

我校特種加工技術(shù)團(tuán)隊(duì)以培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力為目標(biāo)，結(jié)合實(shí)際教學(xué)需求，自主研制多功能電解加工綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)，主要由實(shí)驗(yàn)介紹與分析裝置、電解加工試驗(yàn)夾具裝置、電解液調(diào)溫系統(tǒng)、電解液循環(huán)與過(guò)濾系統(tǒng)、供電回路與電參數(shù)檢測(cè)系統(tǒng)5 部分組成，如圖1 所示。

圖1 自主研制電解加工實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)的組成示意

各部分組成及功能如下：

（1）實(shí)驗(yàn)介紹與分析裝置。由存儲(chǔ)顯示屏、加工數(shù)據(jù)采集卡、各種傳感器組成。存儲(chǔ)顯示屏演示電解加工中陽(yáng)極材料去除過(guò)程和實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程規(guī)范，同時(shí)利用高精傳感器采集加工中的電流、電壓等加工參數(shù)［16］。加工結(jié)束后，對(duì)加工試樣進(jìn)行檢測(cè)，并結(jié)合加工過(guò)程中采集的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，分析不同加工參數(shù)對(duì)加工結(jié)果的影響規(guī)律，培養(yǎng)學(xué)生在實(shí)踐過(guò)程中的思考能力與創(chuàng)新意識(shí)。

（2）電解加工試驗(yàn)夾具裝置。由上壓板、下底座、陰極工具、陰極夾持塊、陽(yáng)極工件、陽(yáng)極夾持塊等部分組成。使用過(guò)程中，陰極工具安裝在上壓板上，陽(yáng)極工件安裝在下底座上，上壓板和下底座通過(guò)拉扣壓緊，并通過(guò)上下引電裝置分別將陰極工具與電源負(fù)極相連、陽(yáng)極工件與電源正極相連。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，可通過(guò)更換陰極工具，可完成多種結(jié)構(gòu)形式的陽(yáng)極型面加工。

（3）電解液調(diào)溫系統(tǒng)。由加熱器、循環(huán)泵和溫度檢測(cè)器組成，其中加熱器負(fù)責(zé)給電解液加熱，循環(huán)泵促使電解液流動(dòng)，確保整個(gè)槽內(nèi)電解液加熱均勻，溫度檢測(cè)器監(jiān)控電解液溫度，當(dāng)槽內(nèi)電解液溫度達(dá)到預(yù)定數(shù)值時(shí)，即關(guān)閉加熱器和循環(huán)泵。

（4）電解液循環(huán)與過(guò)濾系統(tǒng)。由離心泵、調(diào)壓閥、溢流閥、壓力表、過(guò)濾板框、清液槽和濁液槽等部分組成，其中多級(jí)離心泵將清液槽中電解液泵入加工區(qū)域，調(diào)壓閥用來(lái)調(diào)節(jié)電解液壓力使之滿足電解加工需求，溢流閥將過(guò)多的電解液流回送到清液槽，流經(jīng)加工區(qū)域后的電解液流入濁液槽。離心泵將濁液槽中電解液泵入過(guò)濾板框，過(guò)濾板框?yàn)V出電解加工產(chǎn)物，并將過(guò)濾后的電解液輸送到清液槽，實(shí)現(xiàn)電解液循環(huán)使用。

（5）供電回路與電參數(shù)檢測(cè)系統(tǒng)。由大功率電源、加工參數(shù)采集裝置等部分組成，其中大功率電源向加工裝置中的陽(yáng)極工件和陰極工具提供較小的電勢(shì)差和較大的電流，達(dá)到電化學(xué)加工的需要。加工參數(shù)采集裝置對(duì)加工過(guò)程的電壓信號(hào)和電流信號(hào)進(jìn)行監(jiān)控和采集，并將采集到的數(shù)據(jù)輸送給計(jì)算機(jī)。

自主研制多功能電解加工綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)實(shí)物如圖2 所示，通過(guò)巧妙構(gòu)思和設(shè)計(jì)，在簡(jiǎn)單的工裝夾具和實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)上，即可完成復(fù)雜電解加工技術(shù)的實(shí)踐和演示過(guò)程。同時(shí)，該平臺(tái)深度融合信息技術(shù)和傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)需求，通過(guò)高精傳感器技術(shù)實(shí)現(xiàn)加工參數(shù)的在線檢測(cè)和監(jiān)控，可直觀地表達(dá)不同加工參數(shù)對(duì)加工結(jié)果的影響規(guī)律，有利于激發(fā)同學(xué)們的學(xué)習(xí)熱情和思考意識(shí)，達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生敢于實(shí)踐、智于創(chuàng)新的能力和教學(xué)目的。

圖2 自主研制多功能電解加工綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)

2 實(shí)踐教學(xué)改革與創(chuàng)新

以提升學(xué)生創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力為培養(yǎng)目標(biāo)，滿足經(jīng)濟(jì)社會(huì)高速發(fā)展對(duì)高素質(zhì)創(chuàng)新型人才的迫切需求，依靠自主研制多功能電解加工綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)，針對(duì)電解加工技術(shù)特點(diǎn)及實(shí)踐教學(xué)培養(yǎng)目標(biāo)，開(kāi)展實(shí)踐教學(xué)改革，構(gòu)建如圖3 所示的六維度創(chuàng)新實(shí)踐教學(xué)模式。

圖3 培養(yǎng)目標(biāo)與創(chuàng)新實(shí)踐教學(xué)模式

（1）堅(jiān)持以學(xué)生為中心的教學(xué)理念。為了更好地達(dá)到提升學(xué)生創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力的教學(xué)目的，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中始終堅(jiān)持以學(xué)生為中心的教學(xué)理念，幫助和引導(dǎo)學(xué)生成為實(shí)驗(yàn)的主人，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和動(dòng)力。實(shí)驗(yàn)過(guò)程不再是簡(jiǎn)單的操作和演示，要讓學(xué)生參與其中，就要引導(dǎo)學(xué)生做好足夠的前期基礎(chǔ)知識(shí)檢索和整理，讓學(xué)生帶著問(wèn)題來(lái)開(kāi)展實(shí)驗(yàn)，并在實(shí)驗(yàn)中解決問(wèn)題。同時(shí)，豐富實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、開(kāi)展研究型實(shí)驗(yàn)教學(xué)，將實(shí)驗(yàn)過(guò)程的參數(shù)檢測(cè)與調(diào)控和實(shí)驗(yàn)結(jié)果結(jié)合起來(lái)，克服傳統(tǒng)實(shí)踐教學(xué)中教師示范教學(xué)演示、學(xué)生機(jī)械化模仿的缺陷，通過(guò)多重實(shí)驗(yàn)手段和現(xiàn)代化的信息科學(xué)技術(shù)，激勵(lì)同學(xué)們利用所學(xué)的基礎(chǔ)科學(xué)文化知識(shí)，探索先進(jìn)的制造技術(shù)之謎。

（2）改進(jìn)考核方法。此外，改變傳統(tǒng)主要以實(shí)驗(yàn)報(bào)告內(nèi)容評(píng)定學(xué)生實(shí)驗(yàn)成績(jī)的單一考核方法，構(gòu)建多維度考評(píng)體系，關(guān)注學(xué)生實(shí)踐學(xué)習(xí)過(guò)程中的主動(dòng)性、科學(xué)思考能力和解決問(wèn)題能力，通過(guò)考查學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作技能、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)表現(xiàn)、加工過(guò)程調(diào)控、加工結(jié)果分析及實(shí)驗(yàn)報(bào)告5 部分的內(nèi)容綜合評(píng)定學(xué)生成績(jī)，讓學(xué)生在實(shí)踐課程中獲得實(shí)踐能力和科學(xué)探索能力的綜合提升。

（3）建立三層次創(chuàng)新實(shí)踐教學(xué)體系。在充分尊重教學(xué)規(guī)律的前提下，建立三層次創(chuàng)新實(shí)踐教學(xué)體系，如圖4 所示。整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程被分為3 個(gè)階段完成，第1階段主要是鍛煉學(xué)生的基礎(chǔ)實(shí)踐能力，該階段實(shí)驗(yàn)內(nèi)容簡(jiǎn)單、實(shí)驗(yàn)?zāi)康膯我?，主要是通過(guò)教師示范操作和驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生了解實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)基本組成及電化學(xué)加工基本原理，夯實(shí)課堂理論知識(shí)。第2 階段主要是幫助學(xué)生養(yǎng)成科學(xué)的創(chuàng)新思維能力，該階段實(shí)驗(yàn)內(nèi)容豐富、實(shí)驗(yàn)?zāi)康妮^為復(fù)雜，需要學(xué)生自主參與實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)，通過(guò)開(kāi)展研究型實(shí)驗(yàn)，探討多因素對(duì)加工過(guò)程和加工結(jié)果的影響規(guī)律，幫助學(xué)生構(gòu)建立體化的知識(shí)體系，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)的創(chuàng)新思維方式。第3 階段主要是培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)踐能力，該階段要求學(xué)生初步具備解決復(fù)雜工程問(wèn)題的能力，要求學(xué)生能夠根據(jù)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中遇到的實(shí)際問(wèn)題，提出有效的解決方案，并能設(shè)計(jì)合理的實(shí)驗(yàn)過(guò)程、選擇優(yōu)化的加工參數(shù)，獲得理想的加工效果，完成學(xué)生創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力的培養(yǎng)。

圖4 三層次創(chuàng)新實(shí)踐教學(xué)體系

（4）構(gòu)建大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力提升的實(shí)踐教學(xué)體系?；谧灾频膶?shí)踐教學(xué)設(shè)備，構(gòu)建如圖5 所示的大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力提升的實(shí)踐教學(xué)體系，包括實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備、一階實(shí)驗(yàn)、二階實(shí)驗(yàn)、三階實(shí)驗(yàn)及實(shí)驗(yàn)報(bào)告提交等環(huán)節(jié)。實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備階段主要讓學(xué)生明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮蛯?shí)驗(yàn)意義，熟悉課本基礎(chǔ)理論和開(kāi)展必要的文獻(xiàn)調(diào)研，為接下來(lái)3 個(gè)階段實(shí)驗(yàn)過(guò)程中創(chuàng)新思維能力和創(chuàng)新實(shí)踐能力的提升打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。在此過(guò)程，為進(jìn)一步增強(qiáng)趣味性，提升同學(xué)們開(kāi)展實(shí)驗(yàn)的興趣和熱情，實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師團(tuán)隊(duì)自主拍攝了視頻短片幫助同學(xué)們復(fù)習(xí)基礎(chǔ)理論，明確實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)要求和實(shí)驗(yàn)?zāi)康?。一階實(shí)驗(yàn)主要培養(yǎng)學(xué)生基礎(chǔ)實(shí)踐能力，實(shí)驗(yàn)教師首先向同學(xué)們介紹基本的實(shí)驗(yàn)操作規(guī)范，保障實(shí)驗(yàn)過(guò)程的安全性，繼而進(jìn)行實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)介紹，幫助同學(xué)們了解實(shí)驗(yàn)設(shè)備的基本構(gòu)成。開(kāi)展示范性教學(xué)實(shí)驗(yàn)，讓同學(xué)熟悉實(shí)驗(yàn)操作基本流程和規(guī)范，進(jìn)而由學(xué)生自主進(jìn)行驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，深化對(duì)本實(shí)驗(yàn)涉及的基礎(chǔ)理論的理解。二階實(shí)驗(yàn)主要培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維能力，在了解實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)?zāi)康幕A(chǔ)上，要求同學(xué)分組商討實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)，進(jìn)行不同參數(shù)下的實(shí)驗(yàn)研究，并依據(jù)基礎(chǔ)理論和實(shí)驗(yàn)結(jié)果獲得優(yōu)化的實(shí)驗(yàn)參數(shù)，最終較好地實(shí)現(xiàn)加工試樣成形。三階實(shí)驗(yàn)主要培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力，通過(guò)觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象及加工參數(shù)信號(hào)變化，分析實(shí)驗(yàn)過(guò)程的平穩(wěn)性，并預(yù)測(cè)實(shí)驗(yàn)試樣的加工效果。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，對(duì)加工試樣進(jìn)行表面粗糙度、加工效率等重要參數(shù)檢測(cè)，并結(jié)合實(shí)驗(yàn)過(guò)程中檢測(cè)到的加工參數(shù)進(jìn)行分析，探索實(shí)驗(yàn)參數(shù)的耦合關(guān)系對(duì)加工效率及表面質(zhì)量的影響等工程問(wèn)題。最后，通過(guò)分析實(shí)驗(yàn)參數(shù)和撰寫(xiě)實(shí)驗(yàn)報(bào)告提升學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的處理與分析能力、寫(xiě)作與表達(dá)能力。

圖5 基于自制實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)的創(chuàng)新實(shí)踐能力培養(yǎng)體系

3 實(shí)施成效

本自制設(shè)備運(yùn)行以來(lái)已完成機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化、智能制造工程等多個(gè)專(zhuān)業(yè)相關(guān)課程的實(shí)踐教學(xué)活動(dòng)，合計(jì)受益的本科生和研究生超過(guò)300 人次，取得較好的教學(xué)效果。如表1 所示，學(xué)生學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性得到顯著提高，具體表現(xiàn)在出勤率大幅提高，除了完成基礎(chǔ)教學(xué)課時(shí)任務(wù)外，學(xué)生能夠主動(dòng)了解實(shí)驗(yàn)設(shè)備和實(shí)驗(yàn)原理，實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備工作更為周全。其次，實(shí)驗(yàn)過(guò)程的表現(xiàn)也得到顯著改善，改革前個(gè)別學(xué)生操作，“眾人圍觀”的現(xiàn)象現(xiàn)已得到顯著改變，小組成員能夠積極參與實(shí)驗(yàn)過(guò)程，仔細(xì)觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，認(rèn)真總結(jié)加工規(guī)律。尤其是在二、三階段研究性實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，同學(xué)們踴躍發(fā)言，參與討論，試圖找到解決問(wèn)題的辦法。

表1 自制電解加工綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)使用前后教學(xué)情況對(duì)比

教學(xué)效果得到有效改善，學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力獲得顯著提升，具體表現(xiàn)在學(xué)生評(píng)教滿意度提升，且留言好評(píng)增大，從改革前22.6%上升到67.4%。其次，學(xué)生自主開(kāi)展實(shí)踐探索和科學(xué)研究的人數(shù)提升，更多學(xué)生參與到學(xué)科競(jìng)賽，獲得省部級(jí)以上競(jìng)賽獎(jiǎng)的比例從改革前12.6%上升到改革后38.8%。學(xué)生撰寫(xiě)專(zhuān)利人數(shù)比例從改革前3.6%上升到改革后的23.4%。升學(xué)意愿從改革前48.2%上升到改革后的67.6%。更有許多學(xué)生因?yàn)閰⑴c自制實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)備的實(shí)踐活動(dòng)和科研探索對(duì)先進(jìn)制造技術(shù)產(chǎn)生濃厚興趣，在繼續(xù)深造的過(guò)程中繼續(xù)從事先進(jìn)制造技術(shù)方面的相關(guān)研究。

4 結(jié) 語(yǔ)

高校自主研制的實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)備能夠緊密貼合學(xué)校實(shí)踐教學(xué)現(xiàn)狀和實(shí)踐教學(xué)需求，具有顯著的適用性、時(shí)效性和創(chuàng)新性，是提升當(dāng)代大學(xué)生創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力的有效途徑。本研究以特種加工、先進(jìn)制造技術(shù)等課程的電解加工實(shí)踐教學(xué)為例，自主研制多功能電解加工綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)，極大地豐富了實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步創(chuàng)新教學(xué)方法和教學(xué)手段，提出以學(xué)生為主體的三層次實(shí)踐教學(xué)體系，促進(jìn)了學(xué)生創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力的提升，取得了顯著的教學(xué)效果。為本科實(shí)踐教學(xué)起到了積極的示范作用，具有較好的推廣應(yīng)用價(jià)值。