多措并舉建設(shè)高水平機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心

房海蓉，洪建平

(北京交通大學(xué) 機(jī)電學(xué)院，北京 100044)

實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心建設(shè)是推動(dòng)高校加強(qiáng)學(xué)生實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力培養(yǎng)，加快實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革和實(shí)驗(yàn)室建設(shè)，促進(jìn)優(yōu)質(zhì)資源共享，提升辦學(xué)水平和教育質(zhì)量的重要舉措。自2005年，教育部開展了高等學(xué)校實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心建設(shè)和評審工作，有一批實(shí)驗(yàn)中心獲批為國家級實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心，在實(shí)踐教學(xué)和人才培養(yǎng)中發(fā)揮了示范作用[1-6]。

北京交通大學(xué)機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)中心自2007年被評為北京市級實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心以來，秉承學(xué)校百年“知行”校訓(xùn)，依托重點(diǎn)學(xué)科、高水平科研平臺和國家級特色專業(yè)、人才培育模式創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)區(qū)、工程實(shí)踐教育中心、北京市實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心和校外人才培養(yǎng)示范基地建設(shè)優(yōu)勢，以多學(xué)科專業(yè)交叉融合為特色，以強(qiáng)化學(xué)生工程實(shí)踐能力、科學(xué)研究能力和科技創(chuàng)新能力培養(yǎng)為核心，通過“優(yōu)質(zhì)資源融合、教學(xué)科研協(xié)同、學(xué)校企業(yè)聯(lián)合”等多種形式，探索了新時(shí)期實(shí)驗(yàn)室建設(shè)和教學(xué)改革方向，在實(shí)踐教學(xué)理念、實(shí)踐教學(xué)平臺、實(shí)踐教學(xué)體系、實(shí)踐教學(xué)指導(dǎo)模式和開放運(yùn)行管理等方面開展了系統(tǒng)改革建設(shè)，在學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐、人才培養(yǎng)究等方面發(fā)揮了實(shí)踐基地的重要作用[7]，工作取得了一系列改革建設(shè)成果，在2012年被批準(zhǔn)為國家級實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心建設(shè)單位。我中心充分發(fā)揮國家級實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心的示范作用，為機(jī)電工程相關(guān)專業(yè)創(chuàng)新工程人才的培養(yǎng)奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

1 實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心建設(shè)內(nèi)容與建設(shè)舉措

1.1 明確實(shí)踐教學(xué)理念

機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)中心一直秉承學(xué)校百年“知行”校訓(xùn)，強(qiáng)化實(shí)踐教學(xué)在人才培養(yǎng)中的重要作用，確定了“六個(gè)結(jié)合”的實(shí)踐教學(xué)理念：即實(shí)踐教學(xué)與理論教學(xué)的結(jié)合，明確實(shí)踐教學(xué)基本定位；實(shí)踐教學(xué)與工程應(yīng)用結(jié)合，明確實(shí)踐教學(xué)在能力培養(yǎng)上的要求；實(shí)踐教學(xué)與學(xué)科發(fā)展和科學(xué)研究結(jié)合，促進(jìn)實(shí)驗(yàn)體系、內(nèi)容與技術(shù)的更新；實(shí)踐教學(xué)課內(nèi)引導(dǎo)與課外自主結(jié)合，激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新潛質(zhì)和科研興趣；實(shí)踐教學(xué)虛擬仿真與現(xiàn)場實(shí)踐結(jié)合，強(qiáng)化工程設(shè)計(jì)訓(xùn)練與專業(yè)技能培養(yǎng)；實(shí)踐教學(xué)校內(nèi)與校外結(jié)合，拓展實(shí)踐教學(xué)空間和專業(yè)體驗(yàn)渠道。

1.2 構(gòu)筑高水平實(shí)踐教學(xué)平臺

中心瞄準(zhǔn)國家在機(jī)械工程技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展戰(zhàn)略[8]，充分發(fā)揮學(xué)科科研平臺技術(shù)雄厚、企業(yè)實(shí)踐平臺技術(shù)先進(jìn)和學(xué)校實(shí)踐平臺基礎(chǔ)扎實(shí)的優(yōu)勢，建設(shè)了教學(xué)科研協(xié)同、校企優(yōu)勢互補(bǔ)的高水平實(shí)踐教學(xué)平臺，形成了教學(xué)、科研、企業(yè)優(yōu)質(zhì)實(shí)踐教學(xué)資源一體化建設(shè)格局，為學(xué)生工程素質(zhì)、實(shí)踐能力和研究能力培養(yǎng)提供了條件保證。

中心通過資源統(tǒng)籌、優(yōu)化配置、集中建設(shè)，夯實(shí)了機(jī)電大類基礎(chǔ)實(shí)踐教學(xué)平臺；通過科研教學(xué)實(shí)驗(yàn)室一體化建設(shè)，打造了特色鮮明、技術(shù)先進(jìn)的專業(yè)特色實(shí)踐平臺；通過虛擬仿真與現(xiàn)場實(shí)際相結(jié)合建設(shè)了一批仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺，可以讓學(xué)生結(jié)合企業(yè)真實(shí)案例，開展課程實(shí)驗(yàn)、綜合實(shí)踐和科研創(chuàng)新實(shí)踐訓(xùn)練，以培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力、工程設(shè)計(jì)能力、工程管理能力和工程創(chuàng)新能力；通過科研成果向教學(xué)資源轉(zhuǎn)化，首創(chuàng)了基于網(wǎng)絡(luò)控制的動(dòng)車組實(shí)踐教學(xué)平臺、動(dòng)車組模擬駕駛實(shí)踐平臺和軌道車輛檢測平臺，填補(bǔ)了我國軌道交通高速動(dòng)車技術(shù)人才培養(yǎng)實(shí)踐裝備的空白，實(shí)現(xiàn)了動(dòng)車組系列課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)備技術(shù)水平與國際動(dòng)車組先進(jìn)技術(shù)的接軌，促進(jìn)了實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容與學(xué)科前沿的同步發(fā)展；通過校企聯(lián)合、產(chǎn)學(xué)互動(dòng)[9]，共建了校內(nèi)實(shí)驗(yàn)室和拓展建設(shè)了一批穩(wěn)定的校外實(shí)踐基地。目前已經(jīng)建成了1個(gè)國家級工程實(shí)踐教育中心、1個(gè)北京市實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心、2個(gè)北京市校外人才培養(yǎng)基地和1個(gè)校級校外人才培養(yǎng)示范基地；建立了國內(nèi)第一個(gè)由行業(yè)部門投資1 600萬在校內(nèi)建設(shè)的動(dòng)車組疲勞實(shí)驗(yàn)平臺，為培養(yǎng)機(jī)電工程創(chuàng)新人才提供了良好的實(shí)踐環(huán)境和設(shè)備條件。

1.3 構(gòu)建開放性實(shí)踐教學(xué)體系

機(jī)械工程及自動(dòng)化、車輛工程、測控技術(shù)與儀器、熱能與動(dòng)力工程和工業(yè)工程5個(gè)專業(yè)是與機(jī)電工程密切相關(guān)的工程性、實(shí)踐性、創(chuàng)造性非常強(qiáng)的工科專業(yè)，其實(shí)踐教學(xué)是培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手能力和工程實(shí)踐能力的重要手段，是學(xué)生創(chuàng)造性創(chuàng)新思維和創(chuàng)新精神得以展現(xiàn)的重要途徑。實(shí)驗(yàn)中心從實(shí)踐教學(xué)在學(xué)生工程素質(zhì)、工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新精神培養(yǎng)中的作用出發(fā)，通過對5個(gè)專業(yè)知識體系進(jìn)行系統(tǒng)規(guī)劃，構(gòu)建了貫穿人才培養(yǎng)全周期的做學(xué)融合、研學(xué)融合的多層次、多模塊的實(shí)踐教學(xué)體系,如圖1所示，實(shí)現(xiàn)了課內(nèi)引導(dǎo)與課外自主相結(jié)合、專業(yè)實(shí)踐與工程應(yīng)用相結(jié)合、自主實(shí)踐與科學(xué)研究相結(jié)合、技能訓(xùn)練與企業(yè)實(shí)踐相結(jié)合的開放性實(shí)踐教學(xué)模式，將自主創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)、大學(xué)生計(jì)劃項(xiàng)目和學(xué)科競賽等科研訓(xùn)練環(huán)節(jié)融入到培養(yǎng)方案中，拓展了學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐的渠道，促進(jìn)了自主實(shí)驗(yàn)的開展。

圖1 機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)中心實(shí)踐教學(xué)體系框架

實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容緊密追蹤科技前沿，將科研成果和先進(jìn)技術(shù)有機(jī)融入課程實(shí)驗(yàn)、綜合實(shí)踐和科研創(chuàng)新訓(xùn)練實(shí)踐教學(xué)中，不斷促進(jìn)實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容的優(yōu)化和更新，以實(shí)現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容與學(xué)科前沿技術(shù)的同步發(fā)展。

在實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)，中心將科研成果與實(shí)驗(yàn)內(nèi)容深度融合，開發(fā)了一批新的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，目前已經(jīng)開發(fā)設(shè)計(jì)了55門課程、240多個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，并建設(shè)了一批獨(dú)立的實(shí)驗(yàn)課程。在教學(xué)過程中，通過實(shí)驗(yàn)必修與選修相結(jié)合、課內(nèi)引導(dǎo)和課外自主相結(jié)合，促進(jìn)了自主實(shí)驗(yàn)的開展，促進(jìn)了實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的優(yōu)化和更新，提高了實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的技術(shù)水平。

在綜合實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，針對各專業(yè)學(xué)科特點(diǎn)和教學(xué)主線，從系統(tǒng)性、綜合性出發(fā)，以強(qiáng)化知識的綜合運(yùn)用能力、工程應(yīng)用能力、解決實(shí)際問題能力以及專業(yè)技能訓(xùn)練為核心[10]，將綜合實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容與科學(xué)研究和工程應(yīng)用緊密結(jié)合，系統(tǒng)設(shè)計(jì)各綜合實(shí)踐環(huán)節(jié)的內(nèi)容，對專業(yè)基礎(chǔ)課程和專業(yè)特色[11]綜合實(shí)踐內(nèi)容進(jìn)行了全方位優(yōu)化整合。

在科研創(chuàng)新訓(xùn)練環(huán)節(jié)，設(shè)計(jì)了大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)計(jì)劃項(xiàng)目、學(xué)科競賽和專題研究三方面的研究內(nèi)容，引導(dǎo)學(xué)生系統(tǒng)參與科研創(chuàng)新實(shí)踐活動(dòng)，激發(fā)科研興趣，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)研究素養(yǎng)，不斷提高學(xué)生的科研能力和創(chuàng)新能力。從大一開始，學(xué)生就可以根據(jù)自己的興趣，選擇數(shù)學(xué)競賽、物理競賽、外語競賽和大學(xué)生創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)計(jì)劃Ⅰ等基礎(chǔ)類創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目；二年級可選擇全國大學(xué)生機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽、國際大學(xué)生機(jī)械設(shè)計(jì)競賽、“挑戰(zhàn)杯”全國大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競賽和大學(xué)生創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)計(jì)劃Ⅱ的項(xiàng)目；三年級可選擇全國大學(xué)生機(jī)器人大賽和大學(xué)生創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)計(jì)劃Ⅲ的項(xiàng)目；三年級以后的專業(yè)學(xué)習(xí)階段可以結(jié)合專題研究開展大學(xué)生創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)計(jì)劃Ⅲ的學(xué)習(xí)和實(shí)踐，參與導(dǎo)師的科研活動(dòng)。通過這些訓(xùn)練，培養(yǎng)學(xué)生能用科學(xué)方法和觀點(diǎn)，使用現(xiàn)有的技術(shù)、工具或新興技術(shù)，發(fā)現(xiàn)、分析和解決工程實(shí)踐問題的能力。

1.4 形成多樣化的學(xué)生科研訓(xùn)練模式

中心開展了基于項(xiàng)目的主干課程研究性學(xué)習(xí)和創(chuàng)新實(shí)踐活動(dòng)，實(shí)施了項(xiàng)目導(dǎo)師制，完善了政策激勵(lì)機(jī)制，引導(dǎo)學(xué)生早進(jìn)課題組、早進(jìn)實(shí)驗(yàn)室、早進(jìn)科研團(tuán)隊(duì)，形成了人才培養(yǎng)和科學(xué)研究一體化科研訓(xùn)練模式，為拔尖創(chuàng)新人才脫穎而出提供平臺。

通過“探索行業(yè)高校產(chǎn)學(xué)聯(lián)合培養(yǎng)人才的模式和機(jī)制”國家教育體制改革試點(diǎn)、“國際化創(chuàng)業(yè)型工程與管理復(fù)合型國家級人才培養(yǎng)模式創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)區(qū)”試點(diǎn)、“卓越工程師教育計(jì)劃”試點(diǎn)[12]建設(shè)和主干課程研究教學(xué)模式的開展，深入開展實(shí)踐教學(xué)方法和實(shí)踐教學(xué)模式改革，通過教師引導(dǎo)式、自主探究式、合作討論式和研究啟發(fā)式等實(shí)踐教學(xué)方法的探索，形成了以學(xué)生為主體、以教師為主導(dǎo)的實(shí)踐教學(xué)指導(dǎo)模式，增加了學(xué)生的思考空間和主動(dòng)性，使實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)成為一種積極、主動(dòng)的探索過程。

通過將指導(dǎo)創(chuàng)新實(shí)踐列入教師崗位履職要求、指導(dǎo)教師優(yōu)先選拔保研學(xué)生、設(shè)立專項(xiàng)指導(dǎo)獎(jiǎng)勵(lì)津貼等激勵(lì)措施，吸引高水平教師結(jié)合實(shí)際科研課題積極參與大學(xué)生計(jì)劃項(xiàng)目和學(xué)科競賽指導(dǎo)工作。針對大學(xué)生創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)計(jì)劃項(xiàng)目采用導(dǎo)師制指導(dǎo)模式，學(xué)生通過計(jì)劃項(xiàng)目可以很快參與到導(dǎo)師的科研課題中，融入相應(yīng)的科研團(tuán)隊(duì)，了解科研過程，掌握學(xué)習(xí)科研方法；在實(shí)踐中可以充分調(diào)動(dòng)主觀能動(dòng)性和創(chuàng)新性積極性，有利于培養(yǎng)學(xué)生勇于探索和創(chuàng)新的精神。針對各種學(xué)科競賽，中心經(jīng)過多年的實(shí)踐，形成了具有學(xué)科特色的穩(wěn)定指導(dǎo)教師團(tuán)隊(duì)，以高水平教師指導(dǎo)團(tuán)隊(duì)的科研項(xiàng)目和技術(shù)為支撐，可以提升學(xué)科競賽層次和水平。教師在指導(dǎo)學(xué)生開展計(jì)劃項(xiàng)目和學(xué)科競賽的同時(shí)，還完成了優(yōu)秀本科生深造的遴選，有利于本科、研究生和博士生的一體化培養(yǎng)以及科研課題研究的一脈相承，實(shí)現(xiàn)人才培養(yǎng)和科學(xué)研究的雙贏局面。

通過制定“機(jī)電學(xué)院本科生參加科研創(chuàng)新實(shí)踐活動(dòng)管理辦法本科生參加大學(xué)生科研創(chuàng)新活動(dòng)的管理辦法”、“機(jī)電學(xué)院‘本科生科研導(dǎo)師計(jì)劃’實(shí)施方案”等文件，建立了學(xué)生科研創(chuàng)新訓(xùn)練組織管理模式和運(yùn)行機(jī)制，形成了有利于學(xué)生自主實(shí)踐、主動(dòng)探索的濃郁氛圍和樂學(xué)善思、積極開展科研實(shí)踐的學(xué)氣。近3年學(xué)生開展的自主實(shí)驗(yàn)研究、專題研究、科研創(chuàng)新訓(xùn)練等項(xiàng)目，其成果被評為國家級大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目26項(xiàng)、北京市級23項(xiàng)；推薦參加各種學(xué)科競賽獲得國家級、省部級獎(jiǎng)項(xiàng)45項(xiàng)；學(xué)生獲得發(fā)明專利9項(xiàng)；學(xué)生發(fā)表各類學(xué)術(shù)論文23篇，為學(xué)生參與創(chuàng)新實(shí)踐和科學(xué)研究起到了很好的引導(dǎo)和促進(jìn)作用。

1.5 建立全面開放的運(yùn)行管理模式

實(shí)驗(yàn)中心突出“信息化和數(shù)字化建設(shè)”優(yōu)勢，大力加強(qiáng)基于網(wǎng)絡(luò)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)開放運(yùn)行管理信息系統(tǒng)和數(shù)字化實(shí)驗(yàn)室建設(shè)，通過開放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理系統(tǒng)、實(shí)驗(yàn)預(yù)約系統(tǒng)、自助刷卡計(jì)時(shí)門禁系統(tǒng)等管理信息系統(tǒng)的開發(fā)和運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)教學(xué)在時(shí)間、內(nèi)容、資源及空間上的開放。實(shí)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)中心各類實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源的共享和共用，提高了實(shí)驗(yàn)中心的實(shí)驗(yàn)設(shè)備使用率和管理效率。通過預(yù)約系統(tǒng)，學(xué)生可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)上實(shí)驗(yàn)選課、實(shí)驗(yàn)預(yù)約和場地設(shè)備預(yù)約。利用門禁系統(tǒng)和學(xué)生卡建立了基于網(wǎng)絡(luò)的自助式刷卡計(jì)時(shí)管理系統(tǒng)，學(xué)生通過網(wǎng)上實(shí)驗(yàn)預(yù)約后，即可利用“一卡通”刷卡進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室，系統(tǒng)將記錄學(xué)生實(shí)驗(yàn)的相關(guān)信息，實(shí)現(xiàn)了學(xué)生自主實(shí)驗(yàn)的計(jì)算機(jī)動(dòng)態(tài)管理，不僅提高實(shí)驗(yàn)室和實(shí)驗(yàn)設(shè)備的利用率，還將促進(jìn)學(xué)生的個(gè)性化發(fā)展和學(xué)生自我管理能力的提高?！皵?shù)字化實(shí)驗(yàn)室”建設(shè)實(shí)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)室環(huán)境數(shù)字化、工程技術(shù)與應(yīng)用案例視頻數(shù)字化、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目數(shù)字化、多媒體課件組數(shù)字化等，實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源的網(wǎng)絡(luò)共享，拓展了實(shí)驗(yàn)中心的功能，擴(kuò)大了學(xué)生的受益面。

實(shí)驗(yàn)中心不斷完善各項(xiàng)規(guī)章制度、政策措施和實(shí)驗(yàn)教學(xué)評價(jià)與質(zhì)量保證體系，制定了各級人員的崗位職責(zé)和系列規(guī)章管理制度，實(shí)現(xiàn)了規(guī)范化、信息化和智能化的管理，為學(xué)生的自主學(xué)習(xí)、創(chuàng)新實(shí)踐和科學(xué)研究創(chuàng)造良好的氛圍和條件，有力保證了實(shí)驗(yàn)教學(xué)有序開展和實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量的穩(wěn)步提高。

2 結(jié)束語

機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)中心依托我校優(yōu)勢學(xué)科和高水平專業(yè)建設(shè)平臺，以強(qiáng)化學(xué)生工程實(shí)踐能力、科學(xué)研究能力和創(chuàng)新能力培養(yǎng)為核心，以多學(xué)科專業(yè)交叉融合為特色，通過資源有效整合、教學(xué)科研緊密結(jié)合、學(xué)校企業(yè)密切聯(lián)合,建設(shè)了立足校內(nèi)、拓展校外、內(nèi)外結(jié)合的實(shí)踐平臺格局。實(shí)驗(yàn)中心從當(dāng)初服務(wù)于鐵路機(jī)車車輛設(shè)計(jì)制造人才培養(yǎng)的單一實(shí)驗(yàn)室，發(fā)展成為現(xiàn)在服務(wù)于機(jī)械工程及自動(dòng)化、車輛工程、測控技術(shù)與儀器、熱能與動(dòng)力工程和工業(yè)工程5個(gè)本科專業(yè)、12個(gè)碩士點(diǎn)和6個(gè)博士點(diǎn)的多學(xué)科交叉、大工程協(xié)同的綜合實(shí)踐教學(xué)平臺，利用科研成果研制了一批技術(shù)先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，構(gòu)建了“寬口徑、厚基礎(chǔ)、重特色、強(qiáng)能力、求創(chuàng)新”的多層次、多模塊實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容體系，形成了開放運(yùn)行管理機(jī)制，取得了一批標(biāo)志性的成果，在人才培養(yǎng)、科學(xué)研究、社會服務(wù)等方面發(fā)揮了廣泛的示范和輻射作用，為機(jī)電大類相關(guān)專業(yè)高水平人才培養(yǎng)奠定了堅(jiān)實(shí)的實(shí)踐基礎(chǔ)。

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