机械学实验独立设课的探索与实践

任金波，张 翔，施火结

(福建农林大学机电工程学院，福建福州350002)

实验教学是高等院校教学的重要组成部分，是对课堂所学理论知识的直观认识与补充，是学生理论联系实际的重要途径，在培养学生综合素质和创新能力方面有着不可替代的重要作用［1-5］。但长期以来，受经济发展水平和传统教育教学理念的束缚而形成的实验教学体系，在指导思想上表现为重理论、重知识，轻实践、轻工程;实验课程结构是实验课依附在各门理论课程中，实验内容以相对分散、孤立，关联性、系统性比较差的验证性实验为主;教学运行机制以教师为主，在教师指导下学生按既定内容完成实验，致使学生很大程度上处于被动学习的状况，扼制了学生学习的积极性、主动性和创造性，难以实现学生在教学活动中的主体地位和个性差异［6-10］。

福建农林大学机械设计制造及其自动化本科专业为首批国家级“高等学校本科教育特色专业”建设点，福建省特色专业建设点、机械类人才培养模式创新实验区［11］。专业建设与改革的重点为:在“厚基础、宽专业”的通识教育背景下，培养出具有较强的专业技能与专业特色的服务地方经济建设的应用性人才［11］。为此，机械工程实验教学中心提出“以学生为中心，强化实践意识，培养新型人才”实践教学理念，即以学生为中心，在培养学生掌握基本技能和要求的基础上，以培养学生大工程意识、创新意识和综合能力为核心，把学生培养为适应未来发展需要的素质高、实践能力强、富有创新意识的复合型人才。为达培养目标，机械系从2009年开始试点开设了一系列能突显专业技能与专业特色的独立性实验及实践课程，机械学实验独立设置实验课是此次实验课程改革的龙头和方向。本文从近几年机械学实验独立设课改革的探索和实践中作一些探讨。

一、机械学实验独立设课实验教学改革

机械学实验独立设课改革，是彻底转变旧的教学观念，贯彻以人为本、能力培养的新理念，构建与理论教学并重，以综合设计性、研究创新性、系统设计性实验为主要内容的实验教学体系。并在新的教学理念的引导下，致力于培养学生工程实践能力、创新意识和综合素质，致力于构建多方位的服务平台，充分强化和发挥独立设课实验的人才培养功能，具有十分重要的现实意义和战略意义。

(一)改革思想

打破实验课依附理论课的传统模式，独立设置机械学实验实验课(成绩单独考核和记分并面向全院开放)，将基础课中的实验进行优化、组合，增加实验内容的柔性与开放性，增大设计性、综合性、创新性实验内容和实验项目，突破原有学科与课程界限，并打破实验课内容的学科界限而具有多学科内涵的综合性，使实验水平由浅入深，实验过程从简单到复杂、从单点到多点，循序渐进，改革、改善实验教学方法和手段。采用引导式、启发式，模块结构进行分层次实验教学，体现教师导学、学生自学实践和探索的精神，全面培养学生的科学作风、实验技能以及综合分析、发现和解决问题的能力，促进学生知识、能力、素质协调发展，理论、实践、创新全面提高。

(二)改革实践

1．课程教学体系。机械学实验独立实验课整个课程教学体系围绕综合设计性、创新性、系统设计性等4个实验模块展开，课程总学时为17学时，计1学分。通过机构组合创意设计分析、机械传动性能参数测试与分析、集“设计-加工-动平衡”交叉于一体大综合实验及基于产品实现过程的系统设计4个实验模块的完整训练，培养学生的设计能力、创新能力、实践能力和综合分析能力，以达到实验改革的效果。图1为机械学实验独立设课实验教学体系及其对学生能力培养目标。

图1 实验教学体系及学生能力培养目标

2．课程内容体系构建。

(1)开设机构组合创意设计和分析设计性实验模块。该项目旨在培养学生综合设计能力、创新意识和实践动手能力而开设的一个实验。实验要求学生从教师给定题目中任选一题(或从工程实践中自拟设计内容)，综合运用机构的创新设计方法，进行一个机构系统运动方案的设计和分析。要求自主创新设计机构运动方案，然后进入实验室，进行方案实现分析实验和比较评价，选择最优方案进行机构模型搭接实现，进行测试分析、运动分析和实验结果分析。图2为学生进行机构组合创意设计的模型图。

图2 完成的机构创意模型

(2)开设机械传动性能参数测试与分析设计性、综合性实验模块。实验要求学生在实验室完成3个方面的内容:①机械传动系统实验方案及实验装置的创意设计，其中包括实验方案的创意设计、综合机械传动系统方案选择设计、测试方案及测试仪器选择设计、绘制所设计实验装置的结构简图。②机械传动系统实验装置的搭建、组装、调试。③实验结果测试和分析。图3、4为学生正在机械传动性能参数测试与分析实验现场。

图3 机械传动装置搭建

图4 机械传动系统性能测试

(3)开设集“设计-加工-动平衡”交叉于一体的设计性、综合性、创新性实验模块。实验主要要求学生自主设计各种基本轴系和回转体结构，并进行方案比较和优化，设计完成后，学生还应结合金属工艺学、金工实习的专业知识，到学院下属的机械厂对设计的零部件进行加工，然后对加工的零件进行装配，并在实验室进行回转体动平衡实验，以达到设计的精度要求范围。该实验内容涉及到机械原理、机械设计、机械制图、互换性与公差测量、金属工艺学、金工实习等多门课程的知识点综合。图5为学生在为制作好的回转体进行动平衡实验。

图6 自制回转体进行动平衡

(4)开设基于产品实现过程的系统设计性、创新性实验模块。提出课题(如线切割三维作品创新训练、CAD/CAM/RP技术应用等根据实际和学生感兴趣的项目不断更新)，或由学生自带项目，要求学生综合应用设计、制造类基础课程所学知识，将各模块、各训练项目有机地结合起来，设计较为完整、复杂的作品，并用快速成型或数控技术等技术加工产品，自主完成产品实现过程的系统性实践。图6、7为学生在实验过程中制作的产品实物。

图6 纳米水龙头过滤器

图7 多功能笔记本电脑支架

3．课程教学方法。独立实验课采用引导式、启发式的教学方法，4个实验模块均由教师提出要求或由学生自带项目，学生充分思考、交流和研究，产生不同的设计方案，完成实验要求，从而以实验带动实践训练。通过对实验结果的总结分析，使学生在一个完整的实验过程中得到锻炼，充分调动学生学习的积极性和创造性，进而培养学生的群体意识、创新能力、组织管理能力和综合实践能力。

4．课程考核方法。学生实验成绩的评定采取模块化、程序化的考核模式，在每个实验模块完成后就给予评定该实验的成绩，整个实验课程结束后，根据各实验的考核等综合评定学生的成绩。同时，另附有创新思维设计的，则根据作品的创造性、实用性、答辩等方面进行综合评定实验成绩。

二、实验改革的效果

机械学实验独立设课实验的实施，在提高实验教学质量、培养学生综合能力和促进专业实验室发展等方面都取得了显著的效果，主要表现在以下两方面。

(一)构建机械学实验独立设课实验体系

通过对机械专业部分基础课实验教学内容和时间安排进行整合，编写了新的机械学实验独立设课实验教学大纲和实验指导书，独立实验课构建了以综合设计型、研究创新型、系统设计型为层次，以实验技术方法为主线，实验内容模块化为方的实验教学新体系。课程开设的4个实验模块相互联系又互为补充，使学生将所学知识全面系统综合起来进行训练，达到了实验教学体系对学生能力的培养目标。

(二)提高学生科学研究能力、创新能力和实践能力

机械学实验实验室为学生提供了实践平台，通过独立设课实验的系统训练，学生参加科研的积极性显著提高;采用新的实验教学体系和教学方式培养学生，学生自主创新能力不断提高，激发了学生的实践意识和多学科意识，培养了学生严谨的科学态度、创新创业意识和团队合作精神;提高了学生科学研究能力、创新能力和实践能力。

三、结语

机械学实验独立实验课把“以学生为中心，强化实践意识，培养新型人才”作为实践教学理念，以培养学生的创新思维和实践能力为重点，在不断改革教学内容、教学方法的基础上，努力探索实践教学新模式，构建了综合设计型、创新型、系统设计型实践为层次，以实验技术方法为主线，实验内容模块化为方的实验教学新体系。改革几年来，我们也仅仅是做了一些初步尝试，实验效果等各方面有了显著的进步，如何进一步科学充实和优化机械学实验独立设课的整个实验体系，还需要今后不断地进行探索和实践。

［1］ 赵倩，吕林海．高等教育中创新型人才培养差异的认识与思考［J］．江苏教育学院学报(社会科学版)．2009(1):45-47．

［2］ 陈建成，李勇，张敬，等．发达国家研究型大学创新人才培养模式的特征与启示［J］．科技与管理，2009(1):130-133．

［3］ Wang J，Peng H，Li X Y．Multi-level practice training mode of electrical engineering education［A］．Proceedings of 11th International Conference on Electrical Machines Systems［C］，2008．302-303．

［4］ 朱金秀，范新南，朱昌平，等．电气信息类人才实践创新能力培养体系［J］．实验室研究与探索，2011，30(10):129-131．

［5］ 李英姿，龚静，阴振勇．加强实验教学设计突出应用能力培养［J］．实验室研究与探索，2012，31(10):98-102．

［6］ 于猛，单亦先．构建完善的实践教学体系［J］．实验室研究与探索，2009，28(5):126-128，139．

［7］ 赵会军，周诗岽．油气储运工程专业教学改革研究［J］．化工高等教育，2007(4):43-45，57．

［8］ 白雪峰，李沛．关于专业实验室开放的探讨［J］．实验室研究与探索，2006，25(7):848-850．

［9］ 傅敏士，肖亚航．构建工科新的实验教学体系和模式的思考与实践［J］．机械工业高教研究，2002(1):61-64．

［10］ 李汉勇，陈家庆，戴静君，等．油气储运工程专业实验教学体系的改革［J］．实验室研究与探索，2013，32(3):179-183．

［11］ 任金波，张翔．《机械原理》与《机械设计》实验教学改革实践［J］．福建农林大学学报(哲学社会科学版)，2011，14(3):108-111．