國(guó)家級(jí)機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心的建設(shè)與成效

張 鋒， 宋寶玉， 崔麗娟， 王濱生， 溫喜寶

(哈爾濱工業(yè)大學(xué) 機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心，黑龍江 哈爾濱 150001)

0 引 言

培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和工程實(shí)踐能力是高等工程教育的首要任務(wù)[1-2]。高校實(shí)驗(yàn)室是實(shí)施素質(zhì)教育、培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神[3]、實(shí)踐動(dòng)手能力[4]及綜合素質(zhì)的主要場(chǎng)所[5-6]。通過實(shí)驗(yàn)教學(xué)提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng),培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)、創(chuàng)新精神[7-8]、創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力,在高校創(chuàng)新人才[9-10]培養(yǎng)中有十分重要的地位[11]。實(shí)驗(yàn)教學(xué)的方法和手段是全面實(shí)施素質(zhì)教育、培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的重要途徑[12-13]。

《教育部、財(cái)政部關(guān)于實(shí)施高等學(xué)校本加強(qiáng)學(xué)生實(shí)踐能力和創(chuàng)新精神培養(yǎng)，促進(jìn)優(yōu)科教學(xué)質(zhì)量與教學(xué)改革工程的意見》[14]提出了推進(jìn)高等學(xué)校實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容、方法、技術(shù)、隊(duì)伍、管理及實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的改革與創(chuàng)新，質(zhì)資源整合和共享，提升辦學(xué)水平和教育質(zhì)量。按照這個(gè)精神教育部通過評(píng)審建立一批國(guó)家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心。

面向國(guó)家與社會(huì)需求，培養(yǎng)“研究型、個(gè)性化、精英式”具有國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的高素質(zhì)畢業(yè)生是哈爾濱工業(yè)大學(xué)的本科生人才培養(yǎng)目標(biāo)。實(shí)踐教學(xué)質(zhì)量對(duì)這一培養(yǎng)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)具有至關(guān)重要的作用[15]。

2006年12月實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心獲批國(guó)家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心。多年來(lái)中心圍繞實(shí)驗(yàn)教學(xué)與學(xué)生的培養(yǎng)目標(biāo)，在教學(xué)理念，教學(xué)體系、教學(xué)方法等方面進(jìn)行了深入研究與實(shí)踐。在學(xué)生的實(shí)踐和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)及科研成果轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)方面取得一些成功的經(jīng)驗(yàn)。

1 集中優(yōu)勢(shì) 整合資源

中心秉承“規(guī)格嚴(yán)格，功夫到家”的哈工大校訓(xùn)，把對(duì)學(xué)生創(chuàng)新精神與實(shí)踐能力的培養(yǎng)貫穿于整個(gè)教學(xué)過程，建立了“學(xué)生為本，知識(shí)傳授，能力培養(yǎng)，素質(zhì)提高，協(xié)調(diào)發(fā)展”的教學(xué)理念。在此基礎(chǔ)上，確立了“依托科研優(yōu)勢(shì)，教學(xué)科研互動(dòng)一體化，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)和動(dòng)手能力”的建設(shè)理念。

中心獲批時(shí)由校工程訓(xùn)練中心、機(jī)械基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)中心和院專業(yè)教學(xué)實(shí)驗(yàn)中心三家單位組成。中心以培養(yǎng)人才的實(shí)踐和創(chuàng)新能力為根本目標(biāo)，不斷加強(qiáng)建設(shè)，深化教學(xué)改革，注重實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐教學(xué)與理論教學(xué)的有機(jī)結(jié)合，建成了分階段、模塊化的實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐教學(xué)體系。中心于2009年創(chuàng)建了大學(xué)生機(jī)械創(chuàng)新實(shí)踐基地?，F(xiàn)有實(shí)驗(yàn)用房面積1.126 6萬(wàn)m2；設(shè)備1 854臺(tái)套，價(jià)值約3 771萬(wàn)元。

中心面向全校59個(gè)專業(yè)開設(shè)89門實(shí)驗(yàn)課程，共275個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，年均接納9 600余名本科生的實(shí)踐教學(xué)任務(wù)，年人時(shí)數(shù)近58萬(wàn)。

中心獲批6年來(lái)，承擔(dān)教學(xué)研究項(xiàng)目128項(xiàng)，獲教學(xué)成果獎(jiǎng)33項(xiàng)；4門課程被評(píng)為國(guó)家精品課程，10門課程被評(píng)為省級(jí)精品課程；1人被評(píng)為國(guó)家級(jí)教學(xué)名師，6人被評(píng)為省級(jí)教學(xué)名師；承擔(dān)科研項(xiàng)目661項(xiàng)，自制實(shí)驗(yàn)設(shè)備26種，大量科研成果被及時(shí)轉(zhuǎn)化為實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目；指導(dǎo)大學(xué)生科技創(chuàng)新活動(dòng)5 000余人次，獲各類成果779項(xiàng)。中心相關(guān)成果被CCTV、人民日?qǐng)?bào)等媒體廣泛報(bào)道，起到了很好的示范和輻射作用。

中心除了承擔(dān)大量的教學(xué)工作外，還承擔(dān)大量的教學(xué)改革任務(wù)(見圖1)。

圖1 中心承擔(dān)的教改任務(wù)

2 加強(qiáng)管理 完善體系

機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心，依托機(jī)電工程學(xué)院，實(shí)行校院兩級(jí)管理，以工程訓(xùn)練平臺(tái)、機(jī)械基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)、專業(yè)教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)、大學(xué)生科技創(chuàng)新活動(dòng)基地為支撐建立。本著實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)與理論教學(xué)的有機(jī)結(jié)合，以學(xué)生的能力培養(yǎng)為核心，體現(xiàn)出注重能力、個(gè)性及創(chuàng)新意識(shí)培養(yǎng)的基本原則，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系建設(shè)上根據(jù)學(xué)生不同學(xué)習(xí)階段的實(shí)際情況，建立分階段、模塊化的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，突出分層次、個(gè)性化的培養(yǎng)模式。如圖2所示，中心的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，由工程訓(xùn)練教學(xué)、機(jī)械基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)和專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)三大實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)和一個(gè)大學(xué)生科技創(chuàng)新活動(dòng)基地組成。

圖2 機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系

分階段的實(shí)驗(yàn)教學(xué)使學(xué)生從入學(xué)到畢業(yè)整個(gè)階段都能得到良好訓(xùn)練。分層次實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式根據(jù)專業(yè)類型和學(xué)生的需求設(shè)置必修實(shí)驗(yàn)(基本型實(shí)驗(yàn))、選修實(shí)驗(yàn)(提高型實(shí)驗(yàn))和課外科技創(chuàng)新實(shí)踐活動(dòng)(研究創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn))。這樣既可以滿足不同層次學(xué)生的需求，同時(shí)又可以對(duì)各門課程的內(nèi)容進(jìn)行綜合應(yīng)用，最大限度地提高學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)踐能力。采用分層次實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，體現(xiàn)了“厚基礎(chǔ)、重個(gè)性”的實(shí)驗(yàn)教學(xué)理念。為便于組織實(shí)驗(yàn)教學(xué)，每個(gè)教學(xué)平臺(tái)的實(shí)驗(yàn)課程又采用模塊化教學(xué)方式，各模塊間在教學(xué)上既相互獨(dú)立，又相互聯(lián)系、相互補(bǔ)充，形成系統(tǒng)完整的知識(shí)體系。目前中心面向全校開出的實(shí)驗(yàn)課程中綜合設(shè)計(jì)性、創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目占實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目總數(shù)的66%以上。

中心經(jīng)過幾年來(lái)的建設(shè)形成了一套完善的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，根據(jù)學(xué)生4年不同學(xué)習(xí)階段的實(shí)際情況，采用分階段、模塊化的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，突出分層次、個(gè)性化的培養(yǎng)模式,可以使學(xué)生循序漸進(jìn)獲得知識(shí)。通過實(shí)驗(yàn)，鞏固理論知識(shí)；依靠實(shí)驗(yàn)，提高動(dòng)手能力；結(jié)合實(shí)驗(yàn)，強(qiáng)化創(chuàng)新意識(shí)；利用實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)科研素質(zhì)。

中心依靠先進(jìn)的建設(shè)理念和實(shí)驗(yàn)教學(xué)指導(dǎo)思想，對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行了合理定位和改革，依據(jù)自身的科研優(yōu)勢(shì)開發(fā)獨(dú)特的18學(xué)時(shí)的專業(yè)課實(shí)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)了科學(xué)研究與實(shí)驗(yàn)教學(xué)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)與理論教學(xué)的統(tǒng)籌協(xié)調(diào)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了：① 教學(xué)實(shí)驗(yàn)與工程背景相結(jié)合，創(chuàng)新選題緊密結(jié)合工程實(shí)際，自制多種實(shí)驗(yàn)設(shè)備，提高學(xué)生的工程訓(xùn)練能力。② 創(chuàng)新基地納入中心管理體系。③ 完善的、多層次、多目標(biāo)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，全方位、立體化的人才培養(yǎng)模式，完備的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法與手段。④ 全面貫徹學(xué)校基于項(xiàng)目學(xué)習(xí)的(Project-based Learning，PBL)教學(xué)改革，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。

實(shí)驗(yàn)教材建設(shè)方面，迄今已完成4個(gè)工程訓(xùn)練實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目指導(dǎo)書、講義和工程訓(xùn)練報(bào)告的編寫；連續(xù)3年推廣建設(shè)“18學(xué)時(shí)創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)”及相關(guān)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書的編寫。近年來(lái)，在教學(xué)組的帶領(lǐng)下結(jié)合科學(xué)研究體會(huì)和成果，正式出版理論教材和實(shí)驗(yàn)教材89部。自編實(shí)驗(yàn)講義104種，其中包括國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材7部。實(shí)驗(yàn)教材的改革創(chuàng)新，不僅適應(yīng)新的教學(xué)體系和教學(xué)內(nèi)容，而且融入了多年來(lái)教學(xué)改革成果，為學(xué)生的創(chuàng)新能力培養(yǎng)和自主訓(xùn)練的開展提供了有效的文獻(xiàn)資料。

3 改革教學(xué)方法與教學(xué)手段

我校歷來(lái)重視實(shí)驗(yàn)技術(shù)研究，設(shè)立了實(shí)驗(yàn)技術(shù)研究專項(xiàng)資金，主要用于支持開發(fā)新型實(shí)驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革研究、實(shí)驗(yàn)室開放等項(xiàng)目，同時(shí)還為學(xué)生科技創(chuàng)新實(shí)踐活動(dòng)每年提供100余萬(wàn)元的經(jīng)費(fèi)支持。從2009年9月至今共投入經(jīng)費(fèi)341萬(wàn)元。為培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維，中心開設(shè)了46門創(chuàng)新研修課，供全校本科生選修；為培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新意識(shí)，中心開設(shè)了36個(gè)18學(xué)時(shí)創(chuàng)新性專項(xiàng)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，供機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)大四學(xué)生選修。

中心積極改進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法，全面貫徹學(xué)校基于項(xiàng)目學(xué)習(xí)的教學(xué)改革，根據(jù)專業(yè)類型和學(xué)生的需求設(shè)置基本型實(shí)驗(yàn)、提高型實(shí)驗(yàn)和科技創(chuàng)新實(shí)踐活動(dòng)，建立以學(xué)生為中心的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，形成以自主式、合作式、研究式為主的學(xué)習(xí)方式，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和綜合素質(zhì)。從2011年開始，在機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)大一、大二學(xué)年教學(xué)中新開設(shè)3個(gè)創(chuàng)新與實(shí)踐課程項(xiàng)目：仿生機(jī)器人制作、大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)與科技制作、大學(xué)生機(jī)械產(chǎn)品數(shù)字化設(shè)計(jì)大賽。這些項(xiàng)目均已列入教學(xué)計(jì)劃中(各有兩個(gè)學(xué)分)，2010級(jí)參加人數(shù)為392人，2011級(jí)為405人(含英才學(xué)院學(xué)生)。

實(shí)驗(yàn)教學(xué)充分利用科研條件和科研成果，通過實(shí)物、仿真、模擬等多種方式輔助實(shí)驗(yàn)教學(xué)，使實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目在兼顧最基本傳統(tǒng)技術(shù)的同時(shí)引入現(xiàn)代前沿技術(shù)，既培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新意識(shí)，又充分調(diào)動(dòng)學(xué)生參加實(shí)驗(yàn)的積極性。

實(shí)驗(yàn)考核是檢查和評(píng)價(jià)教學(xué)效果的重要手段，中心十分重視實(shí)驗(yàn)考核工作，平時(shí)成績(jī)和考試結(jié)果并重。近年來(lái)中心對(duì)實(shí)驗(yàn)課程的考核方式進(jìn)行了一系列的改革，廢除一張考卷定成績(jī)的做法，實(shí)施多環(huán)節(jié)、累加式、多元化的考核方式。機(jī)械基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)和專業(yè)實(shí)驗(yàn)采取實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備、實(shí)驗(yàn)過程、實(shí)驗(yàn)報(bào)告三個(gè)環(huán)節(jié)成績(jī)累加的方式進(jìn)行考核；工程訓(xùn)練系列課程則根據(jù)對(duì)不同專業(yè)的要求采用三種考核方式：實(shí)踐考核(包括考核件加工情況、訓(xùn)練態(tài)度、動(dòng)手能力、文明生產(chǎn)、安全操作等由指導(dǎo)教師和檢測(cè)人員給予記分)；實(shí)踐考核+期末理論考試；實(shí)踐考核+創(chuàng)新訓(xùn)練考核(包括創(chuàng)新作品制作、創(chuàng)新訓(xùn)練總結(jié)報(bào)告書寫、答辯表現(xiàn)等按比例累加確定創(chuàng)新訓(xùn)練成績(jī))。多元化的考核方式真正做到以人為本，充分尊重學(xué)生的個(gè)性，激發(fā)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)興趣，科學(xué)規(guī)范地衡量學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力。

4 科技創(chuàng)新與創(chuàng)業(yè)實(shí)踐基地成效顯著

大學(xué)生科技創(chuàng)新活動(dòng)基地面向全校所有本科生獲得省部級(jí)及以上獎(jiǎng)勵(lì)162項(xiàng)。中心注重學(xué)生科技創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，積極完善科技創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)環(huán)境，努力提高學(xué)生的創(chuàng)新積極性。實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心的所有教學(xué)資源都向參加各種科技創(chuàng)新活動(dòng)的學(xué)生開放，并新建了創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)學(xué)生自主機(jī)械裝配與加工實(shí)驗(yàn)室，同時(shí)還為學(xué)生配備實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師。目前共參加校內(nèi)外各類大賽共計(jì)五大類十三項(xiàng)，其中包括：

(1) 綜合類。①亞太大學(xué)生機(jī)器人大賽(CCTV機(jī)器人電視大賽)； ②全國(guó)大學(xué)生創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目計(jì)劃及全國(guó)大學(xué)生創(chuàng)新論壇； ③哈工大“祖光杯”大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)賽。

(2) 機(jī)械類。①全國(guó)大學(xué)生機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽； ②全國(guó)大學(xué)生工程訓(xùn)練綜合能力競(jìng)賽； ③機(jī)電學(xué)院“聯(lián)盟杯”仿生機(jī)器人大賽。

(3) 工程圖學(xué)類。①全國(guó)大學(xué)生先進(jìn)圖形技能與創(chuàng)新大賽； ②全國(guó)“歐特克杯”機(jī)械設(shè)計(jì)創(chuàng)新大賽。

(4) 工業(yè)設(shè)計(jì)類。①(德國(guó))紅點(diǎn)競(jìng)賽； ②哈爾濱市知識(shí)產(chǎn)權(quán)杯工業(yè)品外觀設(shè)計(jì)大賽； ③三一(中國(guó))工程機(jī)械工業(yè)設(shè)計(jì)大賽； ④黑龍江省設(shè)計(jì)呼吸展。

(5) 其他類。①全國(guó)大學(xué)生力學(xué)競(jìng)賽； ②其他專業(yè)知識(shí)講座和名人名家論壇等。

5 科研成果轉(zhuǎn)化為實(shí)驗(yàn)教學(xué)

中心依托的機(jī)械工程學(xué)科在全國(guó)名列前茅。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，以學(xué)科為依托，及時(shí)將科研成果引進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，開發(fā)出多項(xiàng)綜合設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)、創(chuàng)新研究型實(shí)驗(yàn)及46門創(chuàng)新研修課，講課教師開發(fā)并指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目有利地帶動(dòng)了中心實(shí)驗(yàn)教學(xué)水平的提升。中心自主開發(fā)研制了大量高水平實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)備。例如，數(shù)字化制造技術(shù)綜合實(shí)驗(yàn)等諸多實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，都是通過轉(zhuǎn)化科研成果、自制實(shí)驗(yàn)設(shè)備開發(fā)的。自制實(shí)驗(yàn)設(shè)備不僅提高了實(shí)驗(yàn)水平，更重要的是拓寬了學(xué)生的科研視野，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，激發(fā)了學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)。

6 結(jié) 語(yǔ)

中心建設(shè)的過程中，取得大量的研究成果，對(duì)學(xué)生綜合能力的培養(yǎng)，起到了顯著的效果。但是人才培養(yǎng)是一個(gè)永恒的話題，中心的建設(shè)是個(gè)長(zhǎng)期的工作。建設(shè)過程中的困難層出不窮，面對(duì)難題，勇于創(chuàng)新，善于創(chuàng)新，發(fā)揮優(yōu)勢(shì)，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革方面取得新的突破。

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