新生研讨课中机械实验教学方法探究

彭鹤++王德国++罗晓兰++宋强++贾晓丽

针对新生研讨课中机械实验教学的特点，对实验教学的内容和方法进行探讨。通过设置适应新生的机械实验教学内容，激发新生对机械专业的学习兴趣和创新意识，并从实验教学的主线、主动性、探索性、开放性等几方面提出适用新生实验的教学方法，经初步实施，取得了良好的效果。

机械实验教学方法新生研讨课兴趣创新随着我国高等教育的发展，本科教学质量面临日益严峻的挑战，如何培养学生创新精神和实践能力成为高校教学改革的重点和难题。因此，探索以培养学生创新精神和实践能力为目的的实验教学方法，具有十分重要的意义。

目前，国内高校针对本专业的实验实践教学活动多数是在进入专业学习开始的，很多学校认为大一是打好理论基础的时期，缺少专业知识，并不适合开设实验课，学生到了大二、大三才是开始专业实验教学的最佳时期。其实，大一新生的实验教学作为高校实验教学的起点和基础，更是重中之重，不容忽视。在这个时期，良好的实验教学活动，可以充分激发大一学生的创新思维和对专业的学习兴趣，培养和提高学生自主学习、自主思考和分析问题的能力。笔者以所在的机械专业为例，针对大一新生研讨课中的实验教学活动展开探究，提出一些改革思路和措施，并实践于教学之中，期望促进高校新生实验教学改革，提高高校实验教学水平。

一、新生研讨课中实验教学的特点

实验教学的对象是充满好奇和期待心理的大一新生。刚刚进入大学校园的大一新生，对专业相关的一切充满了无限的好奇和期待，他们渴望接触新鲜事物，这种好奇和期待正是促发其学习、思考和探究的心灵源泉。在实验教学过程中应充分挖掘和引导大一新生对新事物的的好奇心和对专业学习的期待，转化为他们今后自主学习、自主探索和自主研究的原动力。

实验教学的背景具有一定的专业性。新生研讨课是面向大一新生设置的专题研讨课，通过讲授与课堂讨论相结合的方式，旨在帮助学生实现由高中到大学的“适应性”和“学术性”转变，因此，新生研讨课的内容无可避免会涉及到专业领域。实验教学作为和新生研讨课的一部分，应满足于专业和课程的培养目标，增进新生对机械专业的了解和感性认识，激发其学习兴趣和动力。同时，实验项目的实施依托于机械专业的教学实验室，因此，具有明显的专业特色。

实验教学的目的是培养新生对专业的学习兴趣和创新意识。作为新生初步了解专业的实践手段，实验教学以激发新生对机械专业的学习、探索和研究的兴趣，培养学生的创新意识为教学目的。由于新生缺少专业知识的系统学习，实验教学的专业性应在宽度上着手，从宏观角度增进新生对机械专业的感性认识，拓宽新生的专业知识面。这就要求新生实验在教学内容要精心设计，避免枯燥乏味、晦涩难懂，教学要以科普为主，不易对某一知识点过于具体和深入。实验过程中可以通过一些简单明显的实验项目或者先进新奇的实验设备，培养新生对专业学习的兴趣和好感。

二、新生研讨课机械实验教学方法的探究

开展面向新生的实验教学，需要充分考虑新生的接受能力和兴趣度，以培养学生学习兴趣和创新意识为目标，结合机械专业教学实验室的特点，选择合适的实验教学内容。同时，转变传统的实验教学观念，打破“重理论、轻应用、重权威、轻质疑、重标准、轻逾越”的教学惯性，营造一种良好的创新氛围。

1.设置工程型、综合型实验项目增加学生对专业内容的学习兴趣

人认识一种事物，就像幼儿看图识字一样，应该先从事物的外形、用途开始。比如，教人学习计算机，可以先教授计算机的定义、操作系统的发展和硬件的配置等知识，再去接触计算机，也可以先学习使用计算机听歌、上网和聊天，后学习计算机专业知识。后者可以快速建立对计算机感性的认识，学习起来事倍功半，而前者的教学内容可能会导致更多的人一开始就失去学习计算机的热情和兴趣。因此，新生实验应该尽量让学生接触简单的生产系统，初步认识机械系统的结构组成及其各类机械产品的结构、功能、使用和实际用途。这样有利于学生积累对专业与生产实际的感性认识，形成对机械系统的宏观认知和专业基础知识的初步概念，并有利于促进学生在大学学习过程中树立比较明确的专业目标。

笔者所在专业实验室引进了德国FESTO公司的MPS模块化生产加工实训教学系统。该套系统是一套技术成熟、工程性和综合性都较强的教学装置，涉及机械、气动、电子、传感器、PLC、电机拖动等知识点，新生可以通过学习﹑观察系统及其组成构件的简单功能及工作过程，充分理解这些知识的相互关联，认识一些执行机构﹑传感器和电机，了解它们的作用和用途，并对机电一体化﹑控制系统等概念及其组成形成初步的认识。

MPS是一个创新型的工业生产系统，具有模块化和柔性化的特点，该生产系统由供料站、检测站、分拣站、加工站、仓储站以及移动机器人6个相对独立的工作站组合而成，通过重新组合可以适应于不同的生产要求。MPS的每一个工作站，相当于实际生产车间中独立的一台加工设备，根据实验要求，新生在观察生产线整体工作过程后，可以自由组成2～3人一组，根据兴趣选择其中的1个工作单元，认识了解该站一些元件的名称、作用和使用方法，例如：

（1）了解该工作站的操作方法，思考该工作站在整个生产线中发挥了什么作用？

（2）认识工作站的硬件结构组成（控制器、传感器、执行元件），它是通过哪些元件实现控制步骤的？了解它们的作用和使用方法。

（3）观察工作站执行元件的动力来源，了解系统中电机或气源提供动力的过程。

通过上述实验内容，新生对机械系统及其工业生产能够形成一个宏观、整体的认识，同时又可以根据自己的兴趣对其中的部分传感器、执行机构等元件进行探索性的学习。

2.设置前沿型、开放型实验项目激发学生对专业问题的创新意识

传统的新生实验项目比较陈旧和保守，内容以参观专业实验室和机械设备为主，实验设备往往也落后甚至脱节于当前的技术发展。实际上，一些前沿、开放的实验内容可以更好地吸引学生的好奇心和注意力，有利于创新思维和创新意识的培养。前沿问题并不是什么高深的问题，恰恰是生产、生活第一线中遇到的普遍性问题。设置前沿型实验项目，可以使新生通过接触专业领域内的新技术、新材料、新理念和新方法，了解它们对当前生产生活的影响和发展趋势。这样不仅可以培养他们对专业的兴趣和自豪感，同时还可以积累先进的知识和经验，让他们习惯于在前沿的阵地寻找创新的灵感。endprint

微电子机械系统（MEMS）是近年来发展起来的一种新型多学科交叉的技术，主要包括微型机构、微型传感器、微型执行器和相应的处理电路等几部分，尺寸通常在毫米或微米级。它是传统机械向极端发展的一个重要方向，促使机械系统不断的朝着微观方向迈进，对未来机械产品的研究创新以及人类生活都将产生革命性的影响。

针对新生设置的MEMS传感器探究实验，由MEMS传感器认知、MEMS传感器模块模拟演示和MEMS航姿系统模拟操作三部分组成，学生分成5人一组，在动手实验的过程中通过小组的分工和合作，完成调查、讨论、分析和思考四部分渐进的实验内容，从中引导学生形成研究兴趣和创新思维。

3.建立以解决生产任务为主线的教学认知过程

实验教学认知是新生间接认识客观世界的一种特殊过程。由于新生对专业的理论知识并没有进行过系统的学习，以解决生产任务为主线的认知过程，着重突出了各种机构和元件的功能和用途，更容易使新知识新思想被学生所接受，同时又可以将获得的各种知识和思考围绕在一条主线上，形成应用型创新的基本设计思路。

如在MPS工业生产系统认知实验中，将整个生产线分成7个独立的系统（6个子工作站+一个传送带系统），以传送带系统为例，通过教学演示过程使学生明确该系统的生产任务：（1）将工件从输送起始位传送至等待位；（2）自动启动和停止；（3）动作延时。围绕这三个生产任务，学生依次了解了传送带系统的执行机构及动力源、传感器和控制器，对它们的结构特点和功能用途形成一些感性的认识，对此类控制系统的设计过程也有了充分的认识。

4.采用教师引导、学生主动的教学互动形式

新生实验教学，以培养学生的学习兴趣和创新思维为目的，而这种学习兴趣和创新思维并不能靠高校教师“讲授”出来，需要学生自发的形成。因此，在新生实验教学中，应该采用教师引导、学生主动的互动形式。学生不是按部就班地顺着实验教师的讲解思路，根据实验指导书的内容一步步操作，而是可以自主的选择要操作和学习的内容，并可以针对感兴趣的内容提出任何想要获知的信息和问题，引发同组学生的思考和讨论。实验教师的讲解内容是新生主动“问”出来的，在回答问题时可以使学生很容易获得满足感，进一步激发了学生的探索乐趣和积极思维。

5.形成探索性开放性的实验教学方法

传统的实验教学重视标准化的实验步骤和实验结果，要求整个实验教学过程需要有明确的实验步骤，统一的实验结果。新生实验教学转变已有的教学实践方法，在实验过程中淡化了实验步骤的明确性和实验结果的统一性，着重引导学生对感兴趣的实验内容进行积极自主的探索和开放性的思考，形成有利于创新思维形成的实验环境。

如在MEMS传感器探究实验中，采用小组调查和讨论的实践方法让新生了解MEMS传感器，学生可以查看实验室内陈列的各种MEMS传感器的实物和模块，选择其中感兴趣的部分通过网路进行了解，随后经过小组交流，思考并讨论生活中可能接触到哪些使用了MEMS传感器的用品。学生经过引导，可以列举出洗衣机、电冰箱、体重秤、智能手机、游戏机等，甚至有的同学还举出如果设计一款家居机器人可以使用哪些MEMS传感器以具备相应的服务功能。尽管没有要求统一的实验步骤和结果，学生通过上述的实验过程，深刻地了解了MEMS传感器的作用和用途，并对其产生了浓厚的学习兴趣，达到了新生实验设置的最终目的。

三、结束语

本文从新生研讨课实验教学的特点、实验内容和教学实施几个方面进行探究，初步形成了适应新生研讨课的机械实验教学方法，通过实践探索后，学生普遍认为实验内容很有趣味性，学习兴趣得到提高。

参考文献：

[1]王伟，孟祥贵，安寅.“创新人才培养模式”下的实验教学改革探索[J].实验科学与技术，2013，11（02）：144-146.

[2]包丽芹.论素质教育与大一新生实验教学[J].黑龙江教育，2006，（7、8）：141-142.

课题来源：

1.北京市人才培养共建项目—教育教学项目—教育教学改革—适应我校研究型大学发展的新生研讨课建设和卓越工程师课程教学体系建设研究—新生研讨课“奇妙的创新思维”。

2.北京市高等学校市级校外人才培养基地建设项目。endprint