工程教育專業(yè)認(rèn)證下的機械基礎(chǔ)實驗課程改革

竇艷濤+蔡曉君+曹建樹+顧艷紅

[摘 要]工程教育專業(yè)認(rèn)證下的機械基礎(chǔ)實驗課程改革，需要結(jié)合學(xué)校實際情況。針對機械基礎(chǔ)實驗系列課程可以提出以下改革措施：充實實驗教學(xué)內(nèi)容，實驗項目革新；增加實驗課程中設(shè)計性實驗和創(chuàng)新性實驗的比重，轉(zhuǎn)變教學(xué)模式；借助“慕課”微課程視頻、網(wǎng)絡(luò)多媒體及微信群等現(xiàn)代交流工具，拓寬學(xué)生的學(xué)習(xí)空間；建立科學(xué)、合理的實驗教學(xué)課程考核評價體系。教學(xué)實踐效果表明，學(xué)生參加實驗教學(xué)活動的主動性、積極性有了顯著提高，發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力得到了顯著增強。

[關(guān)鍵詞]專業(yè)認(rèn)證；機械基礎(chǔ)實驗；改革

[中圖分類號] TU241 [文獻標(biāo)識碼] A [文章編號] 2095-3437（2016）07-0142-03

我國工程界、教育界對工程教育專業(yè)認(rèn)證制度已達成廣泛的共識：建立完善的認(rèn)證制度是實現(xiàn)我國工程教育全面、協(xié)調(diào)、可持續(xù)發(fā)展的迫切需要，能促進我國工程教育領(lǐng)域與國際接軌，顯著提升相關(guān)產(chǎn)業(yè)的國際競爭力。[1] [2] [3]我國工程教育專業(yè)認(rèn)證中對培養(yǎng)的學(xué)生提出了明確的畢業(yè)要求：“具有系統(tǒng)的工程實踐學(xué)習(xí)經(jīng)歷，具備設(shè)計和實施工程實驗的能力，能夠?qū)嶒灲Y(jié)果進行分析，掌握基本的創(chuàng)新方法，具有追求創(chuàng)新的態(tài)度和意識等。”[4]結(jié)合我國高校工程教育的發(fā)展現(xiàn)狀，對其改革已刻不容緩。就目前來說，如何將工程教育改革戰(zhàn)略、CDIO標(biāo)準(zhǔn)和能力培養(yǎng)目標(biāo)通過具體的實踐教學(xué)活動落實到學(xué)生的課程學(xué)習(xí)過程中，是工程教育改革的重點和難點。[5]機械基礎(chǔ)實驗課程作為機械基礎(chǔ)系列課程（工程圖學(xué)、工程材料、理論力學(xué)、材料力學(xué)、機械原理、機械設(shè)計、機械制造及互換性測量技術(shù)等）教學(xué)中的主要實踐環(huán)節(jié)，機械基礎(chǔ)實驗是提高課程教學(xué)質(zhì)量的重要手段，更是大學(xué)生提高工程素質(zhì)與能力，實現(xiàn)知識向技能轉(zhuǎn)化的重要平臺。[6] [7]機械基礎(chǔ)實驗課程學(xué)習(xí)與實踐能給學(xué)生提供綜合性很強的基本實驗技能訓(xùn)練，是培養(yǎng)學(xué)生機械設(shè)計、研究、開發(fā)能力的一個重要環(huán)節(jié)，對學(xué)生更好地理解理論知識、提高實驗技能、培養(yǎng)產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計意識等都有重要的意義。[8] [9] [10]

一、存在的主要問題

北京石油化工學(xué)院歷來重視“實踐育人”，尤其是近幾年來，其對機械基礎(chǔ)實驗課程教學(xué)進行了大量的改革，取得了長足的進步和豐碩的成果。如實驗教學(xué)課程獨立設(shè)課，不再完全附屬于理論課程；綜合性、創(chuàng)新性實驗項目、內(nèi)容逐年更新，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高了其獨立完成實驗項目的積極性、主動性。但總體看來依然存在不少問題：如實踐教學(xué)的目標(biāo)仍然以驗證理論知識和掌握實驗實訓(xùn)技能為主，對學(xué)生責(zé)任感、表達能力、創(chuàng)新能力和協(xié)作能力沒有多方面的要求和考核指標(biāo)，實踐教學(xué)目標(biāo)不合理；綜合性設(shè)計性實驗的比重依然較低，且實驗項目單一，缺乏對多學(xué)科、多課程知識綜合運用的新型實驗項目內(nèi)容；另外實驗項目設(shè)置偏重于理論課程中知識點的演示與驗證，缺乏對工程實際問題的關(guān)注與思考；課程的過程管理和監(jiān)督缺位，教學(xué)評價流于形式，未形成準(zhǔn)確、客觀的實驗教學(xué)考核考評辦法。這些都大大降低了實踐教學(xué)對學(xué)生的約束力和吸引力，從而無法保證實驗教學(xué)的質(zhì)量，使學(xué)生的主動性和創(chuàng)新性很難得到發(fā)揮?？梢姡瑢嶒炚n程中的相關(guān)環(huán)節(jié)進行改革刻不容緩。[11] [12]

二、改革的思路及主要內(nèi)容

以機械基礎(chǔ)實驗課程為載體，學(xué)生為主體，實驗教師為主導(dǎo)，通過充實實驗內(nèi)容、創(chuàng)新實驗項目、轉(zhuǎn)變教學(xué)模式、構(gòu)建考核體系等方法，結(jié)合現(xiàn)階段國家工程教育認(rèn)證要求，努力改變現(xiàn)有實驗教學(xué)中的弊端，提高學(xué)生解決工程實踐問題的能力，使其在工程產(chǎn)品設(shè)計中能以更加開闊的視野和思維方式，以考核促學(xué)習(xí)，考核與激勵并重，充分調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性、主動性。

（一）充實機械基礎(chǔ)實驗教學(xué)內(nèi)容，通過實驗內(nèi)容的革新加強學(xué)生工程素質(zhì)培養(yǎng)

在日常實驗教學(xué)中，將實驗內(nèi)容、方法與工程實際緊密聯(lián)系。首先，盡量在每項實驗內(nèi)容的講授中引入與課程實驗相關(guān)的典型工程實例，增強學(xué)生對課程所涉及知識點的工程實踐應(yīng)用背景的了解。另外，通過開發(fā)改進儀器裝置，整合實驗內(nèi)容，使常規(guī)實驗項目內(nèi)容與工程實踐更為貼近。例如將動平衡實驗中通用待平衡轉(zhuǎn)子用高度仿真按比例縮小的汽車車輪、輪轂、車輪整體，風(fēng)扇、泵的葉輪、普通電機轉(zhuǎn)子代替，采用現(xiàn)有實驗系統(tǒng)對這些傳動部件的平衡問題進行測試并矯正，增加實驗內(nèi)容的工程真實性等，這些貼近工程實際的實驗項目改進更能激發(fā)并調(diào)動學(xué)生參與實驗課程的積極性和主動性。我們在實驗教學(xué)過程中注重培養(yǎng)學(xué)生的工程基礎(chǔ)理論及解決工程實際問題的思維和方法，加強學(xué)生的工程素質(zhì)培養(yǎng)。

（二）開發(fā)新實驗，提高主動實驗和創(chuàng)新實驗的比重，轉(zhuǎn)變教學(xué)模式，調(diào)動學(xué)生的積極性、主動性

綜合性、創(chuàng)新性、設(shè)計性實驗項目內(nèi)容是工程教育中極為重要的組成部分，為克服傳統(tǒng)演示型實驗和驗證型實驗難以調(diào)動學(xué)生主動性和學(xué)習(xí)積極性的弱點，開設(shè)一批新的綜合性、設(shè)計性、提高性、創(chuàng)新性實驗項目，對激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，拓展其專業(yè)視野，鍛煉其專業(yè)能力都有事半功倍的效果。首先，建立“點面結(jié)合”的主動教學(xué)模式，提倡學(xué)有余力的學(xué)生在自主設(shè)計的“點”上進行創(chuàng)新，讓學(xué)生自己設(shè)計實驗對象，綜合運用所學(xué)知識進行實驗設(shè)計或撰寫設(shè)計報告，實現(xiàn)“面”上創(chuàng)新。其次，建立“課內(nèi)課外結(jié)合”的實踐教學(xué)模式，將課內(nèi)實驗創(chuàng)意在課外延伸。例如在機構(gòu)運動方案創(chuàng)新設(shè)計，軸系結(jié)構(gòu)設(shè)計等試驗中將方案設(shè)計放在課下完成，增加課后實驗問題分析并提出機構(gòu)或結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新性方案和總結(jié)，以加深學(xué)生對所學(xué)專業(yè)技術(shù)知識的理解，培養(yǎng)其獨立工作和分析問題的能力，為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)和畢業(yè)后從事機械工程的相關(guān)工作與研究打下良好的基礎(chǔ)。同時應(yīng)注意現(xiàn)代工程需要學(xué)科交叉和集成。這就要求工程師按照項目邏輯而不是學(xué)科邏輯開展工作，需要工程師團隊運用不同學(xué)科的知識協(xié)同解決問題；要求工程師既具有所在工程領(lǐng)域的理論知識和實踐能力，又具有溝通交流和團隊協(xié)作的能力。因此，實驗課程內(nèi)容嘗試采用“實驗小組結(jié)合”的探究性實驗?zāi)Ｊ?，實驗評分增加組內(nèi)評分環(huán)節(jié)，以考查學(xué)生在組內(nèi)實驗中的領(lǐng)導(dǎo)力、參與度和組織協(xié)調(diào)能力等綜合素質(zhì)。

（三）制作“慕課”微課程視頻，借助網(wǎng)絡(luò)、微信等現(xiàn)代交流方式，拓寬學(xué)習(xí)空間

2012年起，慕課（MOOC）的先進理念開始席卷全球，其現(xiàn)已成為最流行的在線開放課程。[14] [15]在課程改革中制作“慕課”微課程視頻，并利用學(xué)校的網(wǎng)絡(luò)資源、計算機多媒體等實現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)空間和教學(xué)時間的全面開放。通過線上學(xué)習(xí)，線下操作實踐的方式來完成教學(xué)進程。線上學(xué)習(xí)主要包含課程視頻制作、教學(xué)資料及習(xí)題內(nèi)容整理上傳以及課前課后的互動討論，通過現(xiàn)有的教育在線系統(tǒng)及微信群通訊交流方式即能實現(xiàn)相關(guān)的功能?！澳秸n”背景下機械基礎(chǔ)實驗課程改革的實施，需要學(xué)生誠信、自主素質(zhì)的提高。必須使學(xué)生重視每一次登錄、點擊、作業(yè)、答疑，同時可以采用同伴互評、教師課前提問的方法來主動約束規(guī)范學(xué)生的“慕課”學(xué)習(xí)過程，提高學(xué)習(xí)效果。線下操作，是指學(xué)生在教師的引導(dǎo)下獨立完成實驗項目內(nèi)容。實驗教師主要作為實驗教學(xué)中問題的解答者和推進者而存在，作為一個聆聽者、引導(dǎo)者、幫助者，他們給予學(xué)生充足的發(fā)展空間，從而充分調(diào)動學(xué)生動手實踐的主觀能動性，由學(xué)生自己去學(xué)習(xí)，去探索。

（四）建立科學(xué)的、合理的實驗教學(xué)課程考核評價體系

目前，在機械基礎(chǔ)實驗課程教學(xué)中，主要是通過實驗報告的水平來對學(xué)生的實驗技能進行綜合評價。很顯然，實驗報告并不能全面反映學(xué)生實驗課程的真實完成情況，并且存在抄襲現(xiàn)象。這不僅不能真實、準(zhǔn)確的反映學(xué)生的實驗操作技能、投入程度及實驗收獲，而且會抑制學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性及主動性。因此必須改變現(xiàn)有機械基礎(chǔ)實驗的教學(xué)成績評定模式，研究出一套科學(xué)合理的機械基礎(chǔ)實驗的考核評價方法。圖1為機械基礎(chǔ)實驗課程考核評價體系框圖。

新型考核評價方法首先必須考慮對規(guī)定完成的實驗項目內(nèi)容進行客觀、全面的評價。通常來說，實驗項目的完成情況主要取決于三個方面，即實驗準(zhǔn)備，實驗過程和實驗結(jié)果分析與數(shù)據(jù)處理。因此，評價方法除應(yīng)對實驗報告進行量化評價外，還要對實驗操作、分析、表達、實驗習(xí)慣、科學(xué)態(tài)度等方面進行定性評價，同時還應(yīng)采用自我評價、相互評價的方法來對實驗方案的貢獻情況，組員的團隊合作意識與能力來進行考量。另外，考慮到實驗過程中學(xué)生自主思考能力的培養(yǎng)和鍛煉，在評價體系中增加了實驗思考與附加項。最后在學(xué)期末實驗課程結(jié)束后增加考試環(huán)節(jié)以強化學(xué)習(xí)效果。所考實驗內(nèi)容可分為基礎(chǔ)性和提高性兩類基礎(chǔ)性題目，以課程中常規(guī)實驗題目為主，有既定的實驗步驟與方法，學(xué)生容易上手，難度低，但起評分也較低；提高性實驗題目內(nèi)容為教師根據(jù)工程實際設(shè)計擬定，其有一定深度及難度，但起評分也較高?？荚嚽皩W(xué)生可根據(jù)自身情況自由分檔，分檔完成后題目由抽簽決定。實驗考試通過筆試、實際操作及實驗數(shù)據(jù)處理分析三方面相結(jié)合的方式進行評定。實驗考試成績等于學(xué)生實驗考試分?jǐn)?shù)乘以實驗題目起評分。而學(xué)生課程成績綜合所有實驗項目評定成績與實驗考試成績來確定。這樣一方面可督促學(xué)生認(rèn)真獨立完成每次實驗，對每次實驗內(nèi)容有更為清晰、準(zhǔn)確的了解，并有效杜絕實驗報告組內(nèi)抄襲的不良現(xiàn)象；另一方面也可使教師對學(xué)生的綜合素質(zhì)有更為準(zhǔn)確的判斷，給出客觀的評價，并激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)潛能，使其在實驗教學(xué)實施過程中更主動、更熱情、更獨立，同時，更自覺地思考。

三、結(jié)語

工程教育專業(yè)認(rèn)證是大勢所趨，并且認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)中已經(jīng)明確了學(xué)生在工程教育的主體地位。機械基礎(chǔ)實驗課程是機械類各專業(yè)的一門重要專業(yè)基礎(chǔ)課程，應(yīng)面向機械類各專業(yè)工程教育認(rèn)證的目標(biāo)，以培養(yǎng)行業(yè)內(nèi)認(rèn)可的具有創(chuàng)新和綜合設(shè)計能力及應(yīng)用現(xiàn)代技術(shù)解決工程實驗問題的復(fù)合型人才為導(dǎo)向，應(yīng)更新教育理念，充實教學(xué)內(nèi)容，豐富教育方法與手段，建立多元化的課程考核評價體系，以學(xué)生專業(yè)能力和綜合素質(zhì)的全面提升為目標(biāo)來持續(xù)改進各教學(xué)環(huán)節(jié)。

通過機械基礎(chǔ)實驗課程的改革實踐也證明，相關(guān)措施緊密結(jié)合國家工程教育認(rèn)證要求，充分調(diào)動了學(xué)生主動學(xué)習(xí)和動手實踐的積極性，提高了學(xué)生解決工程實踐問題的能力，使其在工程產(chǎn)品設(shè)計中具有更加開闊的視野，這對二類本科院校高級工程應(yīng)用型人才培養(yǎng)具有較好的借鑒作用。

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[責(zé)任編輯：陳 明]