創(chuàng)新型機(jī)械綜合實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的開(kāi)發(fā)及教學(xué)研究

機(jī)械綜合實(shí)驗(yàn)Ⅳ是為機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)四年制本科生開(kāi)設(shè)的一系列綜合實(shí)驗(yàn)課程之一，旨在利用先進(jìn)制造技術(shù)，從學(xué)以致用的人才培養(yǎng)理念出發(fā)，培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力、綜合應(yīng)用能力、系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力及創(chuàng)新實(shí)踐能力。機(jī)械綜合實(shí)驗(yàn)Ⅳ課程是適應(yīng)卓越工程師教育新開(kāi)設(shè)的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)[1]，實(shí)驗(yàn)做什么、如何做，如何實(shí)現(xiàn)課程教學(xué)目標(biāo)是本課程亟待研究的課題。圍繞上述問(wèn)題，我們對(duì)課程教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)計(jì)等方面作了深入研究，并在07級(jí)、08級(jí)兩屆學(xué)生中成功開(kāi)設(shè)相應(yīng)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，收到了預(yù)期教學(xué)效果。

一深化課程內(nèi)容改革，提高學(xué)生綜合應(yīng)用能力

實(shí)驗(yàn)教學(xué)不是課程教學(xué)的一個(gè)附屬環(huán)節(jié)，而是“提供獲得知識(shí)的方法，培養(yǎng)學(xué)生研究、批判和反省的精神，使他們有自動(dòng)追求知識(shí)和不斷研究的能力”[2]的教學(xué)途徑之一。機(jī)械綜合實(shí)驗(yàn)Ⅳ是獨(dú)立開(kāi)設(shè)的綜合性實(shí)踐課程，安排在第七學(xué)期進(jìn)行，機(jī)械設(shè)計(jì)、制造等專(zhuān)業(yè)課程已全部學(xué)完，盡管這時(shí)學(xué)生已初步具備了CAD產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能力、CAPP制造工藝設(shè)計(jì)能力和利用先進(jìn)數(shù)控設(shè)備加工能力和基本的機(jī)電產(chǎn)品質(zhì)量檢測(cè)能力，但對(duì)于產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的全過(guò)程缺乏系統(tǒng)認(rèn)識(shí)和實(shí)戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn)，知識(shí)是離散的，能力也是支離破碎的。通過(guò)綜合實(shí)驗(yàn)，以工程項(xiàng)目為主線組織教學(xué)，學(xué)生3～5人為單位組成多個(gè)工作團(tuán)隊(duì)，從產(chǎn)品設(shè)計(jì)開(kāi)始經(jīng)過(guò)工藝分析、編程制造、檢測(cè)、安裝調(diào)試等使每個(gè)學(xué)生親歷工程項(xiàng)目的全過(guò)程，把自己的設(shè)計(jì)通過(guò)規(guī)范的工程方式轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品，同時(shí)將所學(xué)專(zhuān)業(yè)知識(shí)串起來(lái)，綜合運(yùn)用設(shè)計(jì)、制造、檢測(cè)等技能，完成完整的知識(shí)結(jié)構(gòu)和綜合能力的建構(gòu)。

實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)體現(xiàn)三個(gè)重要特征：一是先進(jìn)性，二是綜合性，三是創(chuàng)新性。先進(jìn)制造技術(shù)包括先進(jìn)的設(shè)計(jì)方法、先進(jìn)的制造工藝、機(jī)電一體化制造裝備以及先進(jìn)的設(shè)計(jì)和制造理念。

設(shè)置實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目時(shí)為激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，將項(xiàng)目安排為學(xué)生自選項(xiàng)目和課程指定項(xiàng)目?jī)纱箢?lèi)。在指定項(xiàng)目（見(jiàn)表1，機(jī)械綜合實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目一覽表，項(xiàng)目1～4）中將先進(jìn)的設(shè)計(jì)、制造、檢測(cè)技術(shù)貫穿項(xiàng)目的始終，確保項(xiàng)目符合先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展要求。指定項(xiàng)目要求學(xué)生采用逆向設(shè)計(jì)或正向設(shè)計(jì)的方法，教師提供復(fù)雜曲面產(chǎn)品原型，由學(xué)生用三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x進(jìn)行測(cè)量，用反求軟件如Surface，Pro/E， UGⅡ，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和曲面重構(gòu)，并對(duì)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)，在此基礎(chǔ)上選擇數(shù)控加工或快速原型制造，完成零件加工；然后用三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x進(jìn)行精度檢測(cè)，對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行分析，查找誤差源。上述實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的設(shè)置無(wú)論是設(shè)計(jì)方法還是選用的軟件及設(shè)備均符合當(dāng)今制造技術(shù)的發(fā)展方向，具有先進(jìn)性。制造技術(shù)本身具有綜合化特征，學(xué)生實(shí)驗(yàn)過(guò)程中用到的CAD、CAPP、CAM、NC（數(shù)控）、RP（快速原型）、CMM（三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)）等先進(jìn)設(shè)計(jì)、制造、檢測(cè)精密設(shè)備都是多學(xué)科的研究成果，每個(gè)學(xué)生親歷工程項(xiàng)目的全過(guò)程，自身的綜合能力得到提升。

二激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新設(shè)計(jì)的熱情，提高實(shí)踐能力

創(chuàng)新能力培養(yǎng)是工程訓(xùn)練教學(xué)的精髓，質(zhì)量為本，創(chuàng)新是魂[3]。因此在機(jī)械綜合實(shí)驗(yàn)Ⅳ項(xiàng)目設(shè)置中給出了學(xué)生自選項(xiàng)目的空間，以學(xué)生為主導(dǎo)自選感興趣的產(chǎn)品進(jìn)行設(shè)計(jì)與制造，教師進(jìn)行必要的引導(dǎo)，讓學(xué)生進(jìn)行自主創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)。而對(duì)于自選項(xiàng)目既可以采用正向設(shè)計(jì)也可以采用逆向設(shè)計(jì)，要求學(xué)生運(yùn)用先進(jìn)的CAD軟件如Pro/E，UGⅡ自行設(shè)計(jì)某一功能部件，完成零件圖、裝配圖設(shè)計(jì)；根據(jù)設(shè)計(jì)的產(chǎn)品可選擇數(shù)控加工或快速原型制造，編制工藝完成零件加工；用三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x進(jìn)行加工精度檢測(cè)；在此基礎(chǔ)上完成安裝調(diào)試。學(xué)生根據(jù)自己的興趣特長(zhǎng)自行設(shè)計(jì)產(chǎn)品，指導(dǎo)教師組織全班同學(xué)參加創(chuàng)新項(xiàng)目立項(xiàng)評(píng)議，讓每位自選項(xiàng)目同學(xué)通過(guò)答辯表達(dá)自己的創(chuàng)意，以此綜合培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力、語(yǔ)言表達(dá)能力、考慮問(wèn)題的周到性以及邏輯思維的嚴(yán)密性。對(duì)于公認(rèn)有創(chuàng)意和價(jià)值的項(xiàng)目，經(jīng)指導(dǎo)教師審核批準(zhǔn)后進(jìn)行實(shí)施。在教師指導(dǎo)下完成設(shè)計(jì)、加工、檢測(cè)、安裝、調(diào)試、評(píng)價(jià)等創(chuàng)新實(shí)踐，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和積極性。對(duì)于難度較大、課堂上完成不了的題目，學(xué)生可以在課后利用實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放的時(shí)間繼續(xù)進(jìn)行設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)。項(xiàng)目涉及的CAD中心、先進(jìn)制造技術(shù)中心、檢測(cè)中心等實(shí)驗(yàn)室不僅要做到時(shí)間開(kāi)放，更要做到內(nèi)容的開(kāi)放，以方便學(xué)生開(kāi)展設(shè)計(jì)性、綜合性、創(chuàng)新性項(xiàng)目的選擇和實(shí)施。

三以項(xiàng)目為主線，團(tuán)隊(duì)協(xié)作，培養(yǎng)學(xué)生的工程意識(shí)

針對(duì)機(jī)械綜合實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)性、綜合性特征，要求參與實(shí)驗(yàn)的學(xué)生根據(jù)各自特長(zhǎng)自由組合，3～5人1組每組開(kāi)發(fā)一套產(chǎn)品，要求各項(xiàng)目組的設(shè)計(jì)具有不同的結(jié)構(gòu)形式。每組明確1名學(xué)生作為實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目負(fù)責(zé)人，相當(dāng)于一個(gè)總工程師和項(xiàng)目經(jīng)理的角色，而每位組員就是一個(gè)開(kāi)發(fā)工程師。項(xiàng)目責(zé)任人起組織協(xié)調(diào)作用，將任務(wù)進(jìn)行分解，合理分工，組織全組精心制訂實(shí)驗(yàn)方案，根據(jù)設(shè)備、場(chǎng)地、實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放時(shí)間與指導(dǎo)教師協(xié)調(diào)合理安排實(shí)驗(yàn)流程及進(jìn)度并查閱相關(guān)資料，對(duì)可能遇到的問(wèn)題制定相應(yīng)的對(duì)策，通過(guò)這種相互協(xié)作，使學(xué)生學(xué)會(huì)團(tuán)隊(duì)合作，共同努力達(dá)成目標(biāo)的工作方式，以適應(yīng)將來(lái)在工程項(xiàng)目中的角色。指導(dǎo)教師與組長(zhǎng)一起分析設(shè)計(jì)制造項(xiàng)目的全部流程，指導(dǎo)學(xué)生如何統(tǒng)籌協(xié)調(diào)制造環(huán)境如生產(chǎn)計(jì)劃、使用設(shè)備的種類(lèi)與時(shí)間、需要的毛坯與材料等，并與制造現(xiàn)場(chǎng)的主管老師協(xié)調(diào)。指導(dǎo)教師與組長(zhǎng)一起審核設(shè)計(jì)、審核工藝，監(jiān)督指導(dǎo)零件加工、檢測(cè)、安裝、調(diào)試，作為項(xiàng)目組長(zhǎng)的后盾，參與指導(dǎo)項(xiàng)目實(shí)施全過(guò)程。

通過(guò)設(shè)置自選項(xiàng)目，以項(xiàng)目責(zé)任人負(fù)責(zé)的團(tuán)隊(duì)工作方式，給每個(gè)參與的學(xué)生一個(gè)創(chuàng)造的自由空間，同時(shí)賦予一份責(zé)任，以此激勵(lì)興趣、開(kāi)拓思維、鼓勵(lì)發(fā)問(wèn)、啟發(fā)創(chuàng)意。綜合實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)制造項(xiàng)目已實(shí)施兩屆，學(xué)生干起來(lái)愛(ài)不釋手，相關(guān)實(shí)驗(yàn)室延長(zhǎng)開(kāi)放時(shí)間，甚至晚上加班為學(xué)生服務(wù)。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，實(shí)驗(yàn)小組要對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程出現(xiàn)的各種情況進(jìn)行認(rèn)真分析研究，相互交流，認(rèn)真總結(jié)及時(shí)撰寫(xiě)實(shí)驗(yàn)報(bào)告。實(shí)驗(yàn)報(bào)告包括設(shè)計(jì)圖紙、工藝規(guī)程、生產(chǎn)計(jì)劃、質(zhì)量檢驗(yàn)報(bào)告、安裝調(diào)試記錄及總結(jié)[4]。通過(guò)機(jī)械綜合實(shí)驗(yàn)，增強(qiáng)了學(xué)生的綜合判斷意識(shí)與能力，增強(qiáng)工程與技術(shù)素養(yǎng)，讓學(xué)生體會(huì)自身知識(shí)、能力如何在工程實(shí)踐中得到應(yīng)用與發(fā)揮，進(jìn)行學(xué)以致用的過(guò)渡。這種方式的實(shí)驗(yàn)有利于鍛煉學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析思考問(wèn)題、進(jìn)而解決問(wèn)題的能力，通過(guò)指定或自選創(chuàng)新項(xiàng)目把機(jī)械制圖、機(jī)械設(shè)計(jì)、制造工藝、公差配合與技術(shù)測(cè)量、數(shù)控加工、快速成型等課程內(nèi)容融會(huì)貫通，培養(yǎng)了學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決問(wèn)題和工程實(shí)施的能力。

四完善課程評(píng)價(jià)體系，多種方式評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)效果

課程成績(jī)?cè)u(píng)價(jià)的目的是為了促進(jìn)學(xué)生成長(zhǎng)和老師教學(xué)水平的提高[5]，建立科學(xué)的課程成績(jī)?cè)u(píng)價(jià)體系，是客觀評(píng)價(jià)學(xué)生學(xué)習(xí)效果，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的重要保證，同時(shí)也是對(duì)課程教學(xué)內(nèi)容、項(xiàng)目設(shè)置、教師指導(dǎo)等情況進(jìn)行評(píng)估的重要參考。在構(gòu)建機(jī)械綜合實(shí)驗(yàn)課程評(píng)價(jià)體系時(shí)，以實(shí)踐環(huán)節(jié)的教和學(xué)是否達(dá)到了課程教學(xué)目標(biāo)作為設(shè)置評(píng)價(jià)內(nèi)容的依據(jù)，注重面向教與學(xué)的全程評(píng)價(jià)，探尋科學(xué)的評(píng)價(jià)方法，運(yùn)用多方式、多角度、多層面的評(píng)價(jià)機(jī)制全面考查學(xué)生的綜合素質(zhì)以促進(jìn)學(xué)生的全面發(fā)展。

結(jié)合以先進(jìn)制造技術(shù)為依托，以項(xiàng)目為主線，突出設(shè)計(jì)性、綜合性、先進(jìn)性的課程特點(diǎn)，機(jī)械綜合實(shí)驗(yàn)Ⅳ課程成績(jī)?cè)u(píng)價(jià)內(nèi)容包括：（1）選題評(píng)價(jià)。自選項(xiàng)目與指定項(xiàng)目分值是不同的，為鼓勵(lì)創(chuàng)新對(duì)于自選項(xiàng)目給出更高的分值。主要評(píng)價(jià)自選項(xiàng)目的專(zhuān)業(yè)貼近度、設(shè)計(jì)新穎度、訓(xùn)練實(shí)效性。（2）工作態(tài)度評(píng)價(jià)。態(tài)度決定一切。從是否以勤奮好學(xué)、刻苦鉆研的態(tài)度去完成綜合實(shí)驗(yàn)的任務(wù)，是否具有良好的主動(dòng)溝通能力和團(tuán)隊(duì)合作精神幾個(gè)方面對(duì)學(xué)生進(jìn)行全程考核。同時(shí)結(jié)合學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中儀器設(shè)備的操作技能、操作規(guī)范程度、排除小故障能力、保持實(shí)驗(yàn)室環(huán)境衛(wèi)生等環(huán)節(jié)的表現(xiàn)進(jìn)行考核。（3）成果評(píng)價(jià)。從設(shè)計(jì)水平、制造工藝和加工精度等方面對(duì)實(shí)驗(yàn)制作的最終產(chǎn)品進(jìn)行全面評(píng)價(jià)。對(duì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告是否全面、準(zhǔn)確、科學(xué)進(jìn)行評(píng)價(jià)。（4）答辯。通過(guò)圍繞項(xiàng)目實(shí)施全過(guò)程的答辯環(huán)節(jié)，對(duì)學(xué)生知識(shí)、能力、素質(zhì)進(jìn)行考察，主要評(píng)價(jià)知識(shí)技能的掌握程度、語(yǔ)言表達(dá)能力、思維的邏輯嚴(yán)密性以及實(shí)驗(yàn)報(bào)告的客觀真實(shí)性。

在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，指導(dǎo)教師可以隨時(shí)對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)的任一環(huán)節(jié)，如CAD造型、數(shù)據(jù)點(diǎn)云處理、坐標(biāo)測(cè)量操作步驟等可能出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行提問(wèn)，隨時(shí)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)打分。答辯可以在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中進(jìn)行，也可以在實(shí)驗(yàn)結(jié)束后進(jìn)后，可以全班也可以以小組為單位進(jìn)行，通過(guò)多元化的考核方法及多層次的考核環(huán)節(jié)，建立一個(gè)完整、科學(xué)、可操作的實(shí)驗(yàn)課程成績(jī)考評(píng)體系，有利于實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量的不斷提高，也是不斷更新教學(xué)內(nèi)容和開(kāi)發(fā)新的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，提高教師教學(xué)水平的重要手段。

總之，通過(guò)對(duì)機(jī)械綜合實(shí)驗(yàn)Ⅳ設(shè)計(jì)性、綜合性、創(chuàng)新性課程教學(xué)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)，向?qū)W生提供了一系列能夠綜合運(yùn)用所學(xué)設(shè)計(jì)、制造、檢測(cè)的知識(shí)與技能的實(shí)踐項(xiàng)目，同時(shí)鼓勵(lì)學(xué)生主動(dòng)參與自選項(xiàng)目，極大地激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)熱情，對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生的綜合應(yīng)用能力、創(chuàng)新意識(shí)、團(tuán)隊(duì)精神、工程實(shí)踐能力等工程素質(zhì)，實(shí)現(xiàn)課程教學(xué)目標(biāo)有積極的意義。圍繞基于先進(jìn)制造技術(shù)的機(jī)械綜合實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式、教學(xué)過(guò)程組織、學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)以及課程考核評(píng)價(jià)體系建設(shè)等方面所進(jìn)行的教學(xué)研究，保證了該課程的順利實(shí)施，從與學(xué)生的交流中我們了解到學(xué)生對(duì)于目前設(shè)置的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目比較認(rèn)同，認(rèn)為教學(xué)內(nèi)容先進(jìn)，教學(xué)安排合理，實(shí)驗(yàn)考核較全面科學(xué)，特別是能自主完成產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造，深受學(xué)生歡迎。

參考文獻(xiàn)

[1]王寶璽.關(guān)于實(shí)施“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”的思考[J].高校教育管理，2012（01）：15-19.

[2]趙晴，方開(kāi)榮.機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)的綜合改革[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2005（07）：9-10.

[3]王義遒.以創(chuàng)新為靈魂構(gòu)建教育教學(xué)新理念[J].中國(guó)高等教育，2008（09）：18-20.

[4]李明元.高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在的問(wèn)題和改進(jìn)措施[J].高等教育研究，2009（4）：50-52.

[5]劉海燕，孫紅梅，王廣慧.應(yīng)用型本科高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系的研究與探索[J].長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)（高教研究版），2009（1）：72-73.