馬秀清，韓 穎，汪曉男，畢 超，于洪杰

（北京化工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 北京 100029）

工程教育認(rèn)證對推進(jìn)工程教育改革、提高本科教育質(zhì)量有著極為重要的作用，已成為我國高等工程教育的評判標(biāo)準(zhǔn)。在“工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)[1]”的12 項(xiàng)畢業(yè)要求中，“1 工程知識”“2 問題分析”“3 設(shè)計(jì)/開發(fā)解決方案”“4 研究”“5使用現(xiàn)代工具”“6 工程和社會”“7 環(huán)境和可持續(xù)發(fā)展”“10溝通”8 項(xiàng)畢業(yè)要求中均涉及“復(fù)雜工程問題”的描述，強(qiáng)調(diào)培養(yǎng)學(xué)生“解決復(fù)雜工程問題”的能力[1]。

北京化工大學(xué)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化專業(yè)在工程教育認(rèn)證背景下，以培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的能力為抓手，針對教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式和教學(xué)評價(jià)方法進(jìn)行系統(tǒng)的調(diào)整和優(yōu)化，對專業(yè)實(shí)驗(yàn)課程進(jìn)行教學(xué)改革與實(shí)踐，以期通過改革與實(shí)踐提升學(xué)生利用所學(xué)知識解決復(fù)雜工程實(shí)際問題的能力，對高素質(zhì)復(fù)合型人才的培養(yǎng)具有重要的意義。

1 專業(yè)實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)內(nèi)容的整合

1.1 原有專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容方面存在的問題

與專業(yè)相關(guān)的實(shí)驗(yàn)原來一直是開設(shè)在各門理論課程中，主要實(shí)驗(yàn)內(nèi)容有單螺桿擠出成型實(shí)驗(yàn)、注塑成型實(shí)驗(yàn)（對應(yīng)課程是高分子材料加工機(jī)械設(shè)計(jì)）、模具和機(jī)頭結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)（對應(yīng)課程是橡塑制品及模具設(shè)計(jì)）、高分子材料改性實(shí)驗(yàn)（對應(yīng)課程是混合理論及設(shè)備）、控制類相關(guān)實(shí)驗(yàn)（對應(yīng)課程是控制工程基礎(chǔ)和可編程控制器等）等四類。存在的主要問題為實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目相互獨(dú)立沒有關(guān)聯(lián)，具體如下：一般在對應(yīng)理論知識講授后進(jìn)行相關(guān)的實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)穿插于理論課程中。由于實(shí)驗(yàn)是依附于課程開設(shè)的[2]，因此每個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目是獨(dú)立的且關(guān)聯(lián)性不強(qiáng)，遇到復(fù)雜問題的時(shí)候?qū)W生很難將獨(dú)立的實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)起來，因此不利于培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜工程實(shí)際問題的能力。

鑒于以上原因，為培養(yǎng)學(xué)生利用所學(xué)知識解決復(fù)雜工程實(shí)際問題的能力，專業(yè)實(shí)驗(yàn)獨(dú)立開設(shè)課程，并對實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目和內(nèi)容進(jìn)行了整合。

1.2 專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的整合

機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化專業(yè)實(shí)驗(yàn)課程獨(dú)立開設(shè)后進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的整合和重構(gòu)[3]，實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目包括流變性能測試實(shí)驗(yàn)、擠出造粒實(shí)驗(yàn)、混煉實(shí)驗(yàn)、模具和機(jī)頭結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)、單螺桿擠出成型實(shí)驗(yàn)（包括擠出吹膜和擠出流延）、模壓實(shí)驗(yàn)、注塑成型實(shí)驗(yàn)、性能測試實(shí)驗(yàn)、控制類實(shí)驗(yàn)、模擬仿真等十多類實(shí)驗(yàn)，對應(yīng)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容如表1 所示。

表1 專業(yè)實(shí)驗(yàn)課的實(shí)驗(yàn)名稱及實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

由表1 可以看出，實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目涵蓋了從材料、工藝、設(shè)備、性能檢測到設(shè)備控制系統(tǒng)的全面系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，通過實(shí)驗(yàn)，學(xué)生可獲得機(jī)械設(shè)備、材料加工工藝及設(shè)備控制三方面的知識，即可得到一機(jī)（材料成型加工機(jī)械）兩翼（材料和控制）系統(tǒng)全方位的訓(xùn)練，同時(shí)還可通過虛擬和現(xiàn)實(shí)相結(jié)合的方式開展實(shí)驗(yàn)。

2 專業(yè)實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)方式的優(yōu)化

2.1 原有專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式存在的問題

原有專業(yè)實(shí)驗(yàn)通常采用以教為主的教學(xué)方式：即指導(dǎo)教師結(jié)合實(shí)驗(yàn)設(shè)備講解設(shè)備的工作原理、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)步驟，學(xué)生按照實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書的每一個(gè)步驟完成實(shí)驗(yàn)，進(jìn)而進(jìn)行數(shù)據(jù)處理并撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告。這樣的教學(xué)方法不利于學(xué)生對所學(xué)知識的鞏固和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，不利于培養(yǎng)學(xué)生的自主性和探索精神。因此，專業(yè)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)需要從“以教為主”的“我學(xué)會”轉(zhuǎn)變到“以學(xué)為主”的“我會學(xué)”。

2.2 專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式的優(yōu)化

專業(yè)實(shí)驗(yàn)是學(xué)生在學(xué)習(xí)專業(yè)課程理論知識后獨(dú)立開設(shè)的實(shí)踐類課程，為培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神，提高學(xué)生分析問題和解決問題的能力，除對實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目和教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行擴(kuò)充和優(yōu)化組合，形成從工藝參數(shù)的確定、模擬仿真實(shí)驗(yàn)、材料改性、材料的成型加工制品的性能測試這樣系統(tǒng)而全面的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目外，在實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)和實(shí)施方面更是從培養(yǎng)學(xué)生對復(fù)雜問題的解決能力方面著手，采取教師提出要求、學(xué)生自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)并實(shí)施的教學(xué)方法，即教師提出制品的性能要求，從選擇材料一直到最后制品的性能測試均由學(xué)生根據(jù)所學(xué)知識進(jìn)行實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)和實(shí)施，學(xué)生實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的大概流程如圖1 所示，圖中右側(cè)虛線框內(nèi)為設(shè)計(jì)流程，左側(cè)虛線框內(nèi)為對應(yīng)的實(shí)驗(yàn)方法。

圖1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)流程

具體做法如下：專業(yè)實(shí)驗(yàn)課首先由學(xué)生了解每一個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的實(shí)驗(yàn)設(shè)備和實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊约懊總€(gè)獨(dú)立實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)過程和可能得到的結(jié)果，同時(shí)學(xué)生通過部分仿真實(shí)驗(yàn)了解實(shí)驗(yàn)過程和解決實(shí)際問題的方法。其次由指導(dǎo)教師提出最終制品的性能（如力學(xué)性能）要求，學(xué)生以小組為單位，根據(jù)性能要求選擇材料、工藝和設(shè)備，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，通過小組討論分析得出最佳實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，得到最終制品，測試最終制品的相關(guān)性能，與指導(dǎo)教師提出的性能要求進(jìn)行對比，如果滿足性能要求，則實(shí)驗(yàn)結(jié)束；如果不能滿足性能要求，分析可能的原因，修訂實(shí)驗(yàn)方案，對材料、工藝、成型方法進(jìn)行調(diào)整，再一次進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，直到最終制品滿足指導(dǎo)教師提出的性能要求為止，要求學(xué)生至少做兩種制品，同時(shí)對兩種制品的同一性能進(jìn)行比較，分析不同成型方法對制品性能的影響。對于控制類實(shí)驗(yàn)，根據(jù)指導(dǎo)教師所講述的實(shí)驗(yàn)中所用設(shè)備的控制系統(tǒng)，畫出對應(yīng)的控制系統(tǒng)圖加以仿真；或者分析對應(yīng)設(shè)備現(xiàn)有控制系統(tǒng)的不足，提出并設(shè)計(jì)新的控制系統(tǒng)，對新的控制系統(tǒng)進(jìn)行仿真來驗(yàn)證新設(shè)計(jì)的系統(tǒng)是否能夠滿足設(shè)備的相關(guān)控制要求，真正把所學(xué)的控制方面的知識用來解決實(shí)際設(shè)備的控制問題。通過從傳統(tǒng)的“以教為主”轉(zhuǎn)變?yōu)椤耙詫W(xué)為主”，大大激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣和動力，調(diào)動了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性和積極性，提高了專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的質(zhì)量和效果，同時(shí)材料、工藝和設(shè)備系統(tǒng)全面系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)實(shí)施使學(xué)生對復(fù)雜工程問題有了更深入的理解，解決復(fù)雜工程問題的能力也得到了提升。

3 教學(xué)評價(jià)方法的重構(gòu)

3.1 原有專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)評價(jià)方法存在的問題

專業(yè)實(shí)驗(yàn)獨(dú)立設(shè)課之前是穿插于理論課程之中的，因此大多以學(xué)生獨(dú)立完成的實(shí)驗(yàn)報(bào)告及其出勤情況為主進(jìn)行實(shí)驗(yàn)部分的考核評價(jià)，即采用的是結(jié)果性評價(jià)方式，這種評價(jià)方式難以了解和判斷學(xué)生是否積極參與并掌握了相關(guān)實(shí)驗(yàn)流程，難以體現(xiàn)學(xué)生學(xué)習(xí)和參與實(shí)驗(yàn)的過程，教學(xué)效果也欠佳。因此專業(yè)實(shí)驗(yàn)獨(dú)立設(shè)課后應(yīng)重構(gòu)教學(xué)評價(jià)方法，即采用學(xué)習(xí)過程和學(xué)習(xí)結(jié)果并重的教學(xué)評價(jià)方法，這也是激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和動力的主要舉措之一。

3.2 專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)評價(jià)方法的重構(gòu)

專業(yè)實(shí)驗(yàn)獨(dú)立設(shè)課后采用學(xué)習(xí)過程和學(xué)習(xí)結(jié)果并重的考核評價(jià)方法。專業(yè)實(shí)驗(yàn)課的成績主要由實(shí)驗(yàn)方案的確定、實(shí)驗(yàn)的實(shí)施及實(shí)驗(yàn)報(bào)告三部分組成。其中實(shí)驗(yàn)方案確定部分的成績按照如下方式判定：由于專業(yè)實(shí)驗(yàn)課是分組進(jìn)行的，要求實(shí)驗(yàn)實(shí)施之前組內(nèi)每位同學(xué)提出實(shí)驗(yàn)方案、組內(nèi)講解實(shí)驗(yàn)方案，組內(nèi)同學(xué)通過聽取每位同學(xué)的講解選擇最優(yōu)實(shí)驗(yàn)方案或者將組內(nèi)同學(xué)提出的部分最優(yōu)實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行整合形成每組的實(shí)驗(yàn)方案，制作PPT，每組派一位代表對自己小組的實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行講解，教師在聽取學(xué)生講解的過程中通過提問進(jìn)行引導(dǎo)和指導(dǎo)。因此在實(shí)驗(yàn)方案確定部分可結(jié)合組內(nèi)每位同學(xué)實(shí)驗(yàn)方案的提出和貢獻(xiàn)進(jìn)行自評互評、組間針對實(shí)驗(yàn)方案及講解進(jìn)行自評互評、教師對實(shí)驗(yàn)方案的評價(jià)等形式來綜合給定實(shí)驗(yàn)方案確定的部分的成績；實(shí)驗(yàn)實(shí)施部分的成績是針對每個(gè)實(shí)驗(yàn)的實(shí)施過程中學(xué)生實(shí)際操作能力、動手能力、創(chuàng)新思維方面的考查，也可在實(shí)驗(yàn)過程中有針對性地對學(xué)生進(jìn)行抽查，進(jìn)而考查學(xué)生對知識點(diǎn)的掌握程度和解決實(shí)際問題的能力；實(shí)驗(yàn)報(bào)告部分的成績包括撰寫規(guī)范、實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析等方面的考查。通過這樣的鍛煉，學(xué)生有了相互交流和相互學(xué)習(xí)的過程，同時(shí)在實(shí)際實(shí)驗(yàn)中可及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題并解決問題，進(jìn)而培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜工程實(shí)際問題的能力和創(chuàng)新思維能力。

4 結(jié)語

機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化專業(yè)實(shí)驗(yàn)課程的改革與實(shí)踐既進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的整合、實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式的優(yōu)化，也進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)教學(xué)評價(jià)方法的重構(gòu)，通過教學(xué)改革既有利于學(xué)生對已有知識進(jìn)行系統(tǒng)的歸納整理，又有利于提高學(xué)生的探究性學(xué)習(xí)能力，這樣的改革與實(shí)踐激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性和積極性，提升了學(xué)生利用所學(xué)知識解決復(fù)雜問題的能力，提高了教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效果。專業(yè)實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)改革與實(shí)踐的特點(diǎn)如下：

①教學(xué)內(nèi)容系統(tǒng)全面、虛實(shí)結(jié)合：實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目系統(tǒng)全面地涵蓋了材料、工藝、設(shè)備及控制的教學(xué)內(nèi)容，同時(shí)注射成型和擠出成型既有虛擬仿真實(shí)驗(yàn)，也有現(xiàn)實(shí)實(shí)際實(shí)驗(yàn)，形成了虛實(shí)結(jié)合的實(shí)驗(yàn)體系。

②教學(xué)方式以學(xué)為主，自主設(shè)計(jì)：在教學(xué)過程中采用以學(xué)為主的教學(xué)方式，通過學(xué)生自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)并加以實(shí)施，體現(xiàn)了以學(xué)生為中心、產(chǎn)出為導(dǎo)向的專業(yè)認(rèn)證理念，取得了良好的效果。

③評價(jià)方式過程結(jié)果并重、多元綜合：教學(xué)評價(jià)方面采取學(xué)生組內(nèi)自評互評、組間自評互評、操作動手能力評價(jià)、教師評價(jià)等綜合學(xué)習(xí)過程和學(xué)習(xí)結(jié)果的多元化評價(jià)方式，激勵學(xué)生主動積極地參與到實(shí)驗(yàn)的每一個(gè)環(huán)節(jié)，提高了教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效果。