机械工程专业多课程融合实验的探索与建设

王吉平

（南京理工大学紫金学院，江苏 南京210046）

机械工程专业多课程融合实验的探索与建设

王吉平

（南京理工大学紫金学院，江苏 南京210046）

根据机械工程专业的课程和知识体系，在液压传动实验平台的基础上通过融合多种课程的实验内容，设计出一个既相对独立、又密切联系的多课程融合实验，旨在提升学生综合解决问题的能力，探索紫金学院特有的工程化综合性实验教学模式。

机械工程；多课程融合；实验

1 课题研究现状

机械工程专业是一门研究和解决在开发、设计、制造、安装、运用和修理各种机械中的全部理论和实际问题的应用学科。在传统教学中，机械工程专业各课程的实验教学内容都是独立进行的，实验内容和模式基本上以验证性实验和基本技术的训练为主。在当今社会，企业对人才的需求由原来的理论科研人才向实用型、应用型人才转变，由单一技能人才快速向综合素质人才转变。因此传统教学中这种以单独课程为单位进行的实验无法满足“工程化应用型人才”的培养目标。主要体现在如下方面：

（1）教学过程中“重理论轻实践”，实验教学学时较少，实验内容缺乏综合性和设计性，实验只是点缀，如控制工程基础实验只有6个学时，这就造成学生的应用能力培养缺乏，对培养应用型人才目标十分不利。

（2）实验内容与工程应用联系不紧密。比如控制工程基础实验，实验过程中学生只是机械地参照实验指导书搭建控制电路，采集输出，但是由于电路板相对抽象，学生根本不理解诸如PI控制、PD控制的精髓及实际工程体现。

（3）实验内容没有新颖性、创新性，不能激发学生的求知欲，学生做实验仅仅是被动地完成任务而已。实验教学不利于提高学生学习兴趣和认知动手能力，不能给学生一个充分发挥自己想象力、创造力和展现才能的空间。

2 课题研究的意义及目标

2.1 课题研究的目的意义

本课题在当前液压与气压传动实验室液压传动实验平台的基础上开展新的针对机械工程专业的综合实验。通过新型实验平台的设计与搭建，实现对执行元件液压缸的控制调节。通过实验过程使学生将学过的相关课程内容串联起来，培养学生实际工程应用、开发、设计的综合能力。设计平台和实现控制执行元件的运动方式不唯一，在激发学生的积极性和创造性的基础上，提升学生综合应用本专业知识的能力，增强学生的核心竞争力。因此该实践教学体系改革对于学生工程设计能力、新技术应用开发能力、创新意识和创新精神的培养具有不可替代的作用。

2.2 项目总体目标

此次教改希望通过融合控制工程基础、可编程控制器原理及应用、液压与气压传动等多种课程的实验内容，旨在提升学生综合解决问题的能力，探索紫金学院特有的工程化综合性实验教学模式，提升本院学生在社会中的综合竞争力。

3 课题研究实施情况

3.1 项目总体实施情况

通过课题组成员积极主动参与项目实施，该教改按照最初制定的实施计划，圆满完成了预定计划内容，教改效果得到了老师和学生的肯定。整个教改进展分三个阶段进行：

第一阶段：甄选对综合实验训练感兴趣的学生组成课题实验班，带领学生参观涉及到的各个专业独立的实验室，对涉及到的各课程现有实验项目进行熟悉了解，分析各课程实验项目。

第二阶段：与各课程教师讨论，契合紫金学院应用型人才培养的方针，讨论完成综合实验教学改革的具体方案。带领实验班学生深入上海科先液压股份有限公司等公司实地考查交流学习，从而针对性的制定后续课程设计性实验。学生分组完成了涉及课程的单独实验，为综合实验做好充分准备工作。

第三阶段：对现有实验平台进行熟悉了解，并对综合实验做整体改造的设计。实验班学生分组完成了综合实验的进行，对实验数据进行分析并撰写了相关实验报告。

3.2 项目研究过程中的重点体现

本课题通过新型实验平台的设计与搭建，实现了对执行元件液压缸的位置控制调节及反馈。选择VB程序语言控制系统进行界面编写。运用Matlab软件和Simulink工具对实验结果进行仿真分析。

该课题研究重点体现如下：

（1）严格甄选小组成员：多课程融合的综合实验能顺利开展，首要前提是学生已经充分掌握了相关专业基础课程，要求学生不仅具有良好的理论课程基础，更应具备理论与实践相结合的融会贯通的能力。因此在选拔课题小组成员时，项目组综合考虑学习成绩优异、动手实践能力强的同学。最终在14级车辆专业和机械专业内选出了三十位综合素质优秀的成员，组成课题实验班。

（2）放任但不放纵，充分发挥实验能动性：要求各实验小组在实验总体要求下自已制作控制界面，实验数据在选择范围内自行选定，实验结果可自行选择手动绘制曲线或利用仿真软件直接生成曲线、流程图及方块图，各个小组依据自己的理解自行设计完成。

（3）理论与实践相结合，真正做到“在学习中实验，在实验中学习”：学生在搭建实验平台的时候，由于从未接触过液压伺服控制，因此实验班成员自学了液压伺服控制这门专业课。学生既开拓了视野，又将已经学习过的控制工程基础这门相对枯燥的理论课通过液压缸的伸出动作这样的真实控制过程体现出来，从而真正理解什么是反馈，什么是闭环控制。

（4）多种工具软件融合运用，提升综合应用能力：实验过程中可视化界面要求用VB软件设计编译，控制程序采用PLC，让学生真正体会到了人机互动过程。在对实验结果数据处理中，用到了Matlab软件和Simulink工具。这两个软件工具是学生在上课学习过程中没有用过的，通过这次综合实验，学生学会了运用这两种工程常用数据仿真软件，对自身学习也得到了一种提高。

4 项目取得的成果

课题组成员共同努力，编制了多课程融合实验的实验指导书《液压伺服油缸位置控制综合实验指导书》；经过项目小组多次的实验和认证，最终形成了30份满足实验要求的实验报告，并通过实验报告对实验指导书再次进行了修改和完善。

学生的综合能力提高，应用型素质提升。在课题研究实施过程中，学生从设计搭建实验平台，控制系统的分析设计，PLC控制程序的编写，可视化界面的设计与程序编写等都由各个小组独立完成。这样学生可以将各专业课程综合起来，融会贯通，形成系统的概念，完成实验的同时也提升了自身的专业综合素质及理论向实际工程过渡的应用型能力。

实践教学体系的初步形成。该课题探讨的多课程融合实验涉及到我院机械工程、车辆工程、测控技术与仪器、工业工程专业，目前课题成果中的实验指导书已经编写完成并指导学生开展综合实验。后续可在此实验指导书的基础上，融合其他涉及课程的实验教学，编订综合实践课程讲义，纳入新一轮应用型人才培养计划中。

5 项目后期巩固措施

（1）加大综合实验室建设力度，保证硬件措施

利用学院现有液压与气压传动实验室，交通仿真与信号控制综合实验室，传感器综合实验室中的现有实验设备资源，结合课题探讨的综合实验，只要再少部分购置一些主要实验设备如伺服油缸、PLC控制器、数据采集卡等，即可大范围推广多课程融合综合实验，让更多的学生享受到应用型、综合型的锻炼过程，从而实现投资最小化，利益最大化。

（2）加强团队建设，建立综合教学体系

该综合实验涉及的专业较多，课程较多，从培养复合型人才出发，建立起学科合作，将多专业的实验纳入同一实验课程管理。利用既有的相关专业进行交叉讲学，尤其对这些专业中结合社会需求所涉及的课程知识的交叉着重讲解，强化学生对相关知识的交叉认识。同时在教师队伍中可以不定期组织不同专业之间，不同资质教师之间的合作备课，共同探讨学科交叉点的理论授课与实践教学，提高教学水平，建立起综合课程教学层，制定分层次讲学的目标。

（3）实践教学模式多样化

最大化利用实验室，增加一些拓展性实验。实验室开放实行时间及内容开放，除实验室上课时间外，学生可以自己选择时间进入实验室进行实验，从而增加学生的动手机会，培养学生自学能力以及创新能力，同时也有利于激发学生创新的动机，培养学生的创新意识。

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

南京理工大学紫金学院教育教学改革与研究项目（20140101011）

王吉平（1980-），女，河南平顶山人，硕士，讲师，研究方向为机电液一体化。