機(jī)械工程專業(yè)多課程融合實驗的探索與建設(shè)

王吉平

（南京理工大學(xué)紫金學(xué)院，江蘇 南京210046）

機(jī)械工程專業(yè)多課程融合實驗的探索與建設(shè)

王吉平

（南京理工大學(xué)紫金學(xué)院，江蘇 南京210046）

根據(jù)機(jī)械工程專業(yè)的課程和知識體系，在液壓傳動實驗平臺的基礎(chǔ)上通過融合多種課程的實驗內(nèi)容，設(shè)計出一個既相對獨(dú)立、又密切聯(lián)系的多課程融合實驗，旨在提升學(xué)生綜合解決問題的能力，探索紫金學(xué)院特有的工程化綜合性實驗教學(xué)模式。

機(jī)械工程；多課程融合；實驗

1 課題研究現(xiàn)狀

機(jī)械工程專業(yè)是一門研究和解決在開發(fā)、設(shè)計、制造、安裝、運(yùn)用和修理各種機(jī)械中的全部理論和實際問題的應(yīng)用學(xué)科。在傳統(tǒng)教學(xué)中，機(jī)械工程專業(yè)各課程的實驗教學(xué)內(nèi)容都是獨(dú)立進(jìn)行的，實驗內(nèi)容和模式基本上以驗證性實驗和基本技術(shù)的訓(xùn)練為主。在當(dāng)今社會，企業(yè)對人才的需求由原來的理論科研人才向?qū)嵱眯?、?yīng)用型人才轉(zhuǎn)變，由單一技能人才快速向綜合素質(zhì)人才轉(zhuǎn)變。因此傳統(tǒng)教學(xué)中這種以單獨(dú)課程為單位進(jìn)行的實驗無法滿足“工程化應(yīng)用型人才”的培養(yǎng)目標(biāo)。主要體現(xiàn)在如下方面：

（1）教學(xué)過程中“重理論輕實踐”，實驗教學(xué)學(xué)時較少，實驗內(nèi)容缺乏綜合性和設(shè)計性，實驗只是點綴，如控制工程基礎(chǔ)實驗只有6個學(xué)時，這就造成學(xué)生的應(yīng)用能力培養(yǎng)缺乏，對培養(yǎng)應(yīng)用型人才目標(biāo)十分不利。

（2）實驗內(nèi)容與工程應(yīng)用聯(lián)系不緊密。比如控制工程基礎(chǔ)實驗，實驗過程中學(xué)生只是機(jī)械地參照實驗指導(dǎo)書搭建控制電路，采集輸出，但是由于電路板相對抽象，學(xué)生根本不理解諸如PI控制、PD控制的精髓及實際工程體現(xiàn)。

（3）實驗內(nèi)容沒有新穎性、創(chuàng)新性，不能激發(fā)學(xué)生的求知欲，學(xué)生做實驗僅僅是被動地完成任務(wù)而已。實驗教學(xué)不利于提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和認(rèn)知動手能力，不能給學(xué)生一個充分發(fā)揮自己想象力、創(chuàng)造力和展現(xiàn)才能的空間。

2 課題研究的意義及目標(biāo)

2.1 課題研究的目的意義

本課題在當(dāng)前液壓與氣壓傳動實驗室液壓傳動實驗平臺的基礎(chǔ)上開展新的針對機(jī)械工程專業(yè)的綜合實驗。通過新型實驗平臺的設(shè)計與搭建，實現(xiàn)對執(zhí)行元件液壓缸的控制調(diào)節(jié)。通過實驗過程使學(xué)生將學(xué)過的相關(guān)課程內(nèi)容串聯(lián)起來，培養(yǎng)學(xué)生實際工程應(yīng)用、開發(fā)、設(shè)計的綜合能力。設(shè)計平臺和實現(xiàn)控制執(zhí)行元件的運(yùn)動方式不唯一，在激發(fā)學(xué)生的積極性和創(chuàng)造性的基礎(chǔ)上，提升學(xué)生綜合應(yīng)用本專業(yè)知識的能力，增強(qiáng)學(xué)生的核心競爭力。因此該實踐教學(xué)體系改革對于學(xué)生工程設(shè)計能力、新技術(shù)應(yīng)用開發(fā)能力、創(chuàng)新意識和創(chuàng)新精神的培養(yǎng)具有不可替代的作用。

2.2 項目總體目標(biāo)

此次教改希望通過融合控制工程基礎(chǔ)、可編程控制器原理及應(yīng)用、液壓與氣壓傳動等多種課程的實驗內(nèi)容，旨在提升學(xué)生綜合解決問題的能力，探索紫金學(xué)院特有的工程化綜合性實驗教學(xué)模式，提升本院學(xué)生在社會中的綜合競爭力。

3 課題研究實施情況

3.1 項目總體實施情況

通過課題組成員積極主動參與項目實施，該教改按照最初制定的實施計劃，圓滿完成了預(yù)定計劃內(nèi)容，教改效果得到了老師和學(xué)生的肯定。整個教改進(jìn)展分三個階段進(jìn)行：

第一階段：甄選對綜合實驗訓(xùn)練感興趣的學(xué)生組成課題實驗班，帶領(lǐng)學(xué)生參觀涉及到的各個專業(yè)獨(dú)立的實驗室，對涉及到的各課程現(xiàn)有實驗項目進(jìn)行熟悉了解，分析各課程實驗項目。

第二階段：與各課程教師討論，契合紫金學(xué)院應(yīng)用型人才培養(yǎng)的方針，討論完成綜合實驗教學(xué)改革的具體方案。帶領(lǐng)實驗班學(xué)生深入上?？葡纫簤汗煞萦邢薰镜裙緦嵉乜疾榻涣鲗W(xué)習(xí)，從而針對性的制定后續(xù)課程設(shè)計性實驗。學(xué)生分組完成了涉及課程的單獨(dú)實驗，為綜合實驗做好充分準(zhǔn)備工作。

第三階段：對現(xiàn)有實驗平臺進(jìn)行熟悉了解，并對綜合實驗做整體改造的設(shè)計。實驗班學(xué)生分組完成了綜合實驗的進(jìn)行，對實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行分析并撰寫了相關(guān)實驗報告。

3.2 項目研究過程中的重點體現(xiàn)

本課題通過新型實驗平臺的設(shè)計與搭建，實現(xiàn)了對執(zhí)行元件液壓缸的位置控制調(diào)節(jié)及反饋。選擇VB程序語言控制系統(tǒng)進(jìn)行界面編寫。運(yùn)用Matlab軟件和Simulink工具對實驗結(jié)果進(jìn)行仿真分析。

該課題研究重點體現(xiàn)如下：

（1）嚴(yán)格甄選小組成員：多課程融合的綜合實驗?zāi)茼樌_展，首要前提是學(xué)生已經(jīng)充分掌握了相關(guān)專業(yè)基礎(chǔ)課程，要求學(xué)生不僅具有良好的理論課程基礎(chǔ)，更應(yīng)具備理論與實踐相結(jié)合的融會貫通的能力。因此在選拔課題小組成員時，項目組綜合考慮學(xué)習(xí)成績優(yōu)異、動手實踐能力強(qiáng)的同學(xué)。最終在14級車輛專業(yè)和機(jī)械專業(yè)內(nèi)選出了三十位綜合素質(zhì)優(yōu)秀的成員，組成課題實驗班。

（2）放任但不放縱，充分發(fā)揮實驗?zāi)軇有裕阂蟾鲗嶒炐〗M在實驗總體要求下自已制作控制界面，實驗數(shù)據(jù)在選擇范圍內(nèi)自行選定，實驗結(jié)果可自行選擇手動繪制曲線或利用仿真軟件直接生成曲線、流程圖及方塊圖，各個小組依據(jù)自己的理解自行設(shè)計完成。

（3）理論與實踐相結(jié)合，真正做到“在學(xué)習(xí)中實驗，在實驗中學(xué)習(xí)”：學(xué)生在搭建實驗平臺的時候，由于從未接觸過液壓伺服控制，因此實驗班成員自學(xué)了液壓伺服控制這門專業(yè)課。學(xué)生既開拓了視野，又將已經(jīng)學(xué)習(xí)過的控制工程基礎(chǔ)這門相對枯燥的理論課通過液壓缸的伸出動作這樣的真實控制過程體現(xiàn)出來，從而真正理解什么是反饋，什么是閉環(huán)控制。

（4）多種工具軟件融合運(yùn)用，提升綜合應(yīng)用能力：實驗過程中可視化界面要求用VB軟件設(shè)計編譯，控制程序采用PLC，讓學(xué)生真正體會到了人機(jī)互動過程。在對實驗結(jié)果數(shù)據(jù)處理中，用到了Matlab軟件和Simulink工具。這兩個軟件工具是學(xué)生在上課學(xué)習(xí)過程中沒有用過的，通過這次綜合實驗，學(xué)生學(xué)會了運(yùn)用這兩種工程常用數(shù)據(jù)仿真軟件，對自身學(xué)習(xí)也得到了一種提高。

4 項目取得的成果

課題組成員共同努力，編制了多課程融合實驗的實驗指導(dǎo)書《液壓伺服油缸位置控制綜合實驗指導(dǎo)書》；經(jīng)過項目小組多次的實驗和認(rèn)證，最終形成了30份滿足實驗要求的實驗報告，并通過實驗報告對實驗指導(dǎo)書再次進(jìn)行了修改和完善。

學(xué)生的綜合能力提高，應(yīng)用型素質(zhì)提升。在課題研究實施過程中，學(xué)生從設(shè)計搭建實驗平臺，控制系統(tǒng)的分析設(shè)計，PLC控制程序的編寫，可視化界面的設(shè)計與程序編寫等都由各個小組獨(dú)立完成。這樣學(xué)生可以將各專業(yè)課程綜合起來，融會貫通，形成系統(tǒng)的概念，完成實驗的同時也提升了自身的專業(yè)綜合素質(zhì)及理論向?qū)嶋H工程過渡的應(yīng)用型能力。

實踐教學(xué)體系的初步形成。該課題探討的多課程融合實驗涉及到我院機(jī)械工程、車輛工程、測控技術(shù)與儀器、工業(yè)工程專業(yè)，目前課題成果中的實驗指導(dǎo)書已經(jīng)編寫完成并指導(dǎo)學(xué)生開展綜合實驗。后續(xù)可在此實驗指導(dǎo)書的基礎(chǔ)上，融合其他涉及課程的實驗教學(xué)，編訂綜合實踐課程講義，納入新一輪應(yīng)用型人才培養(yǎng)計劃中。

5 項目后期鞏固措施

（1）加大綜合實驗室建設(shè)力度，保證硬件措施

利用學(xué)院現(xiàn)有液壓與氣壓傳動實驗室，交通仿真與信號控制綜合實驗室，傳感器綜合實驗室中的現(xiàn)有實驗設(shè)備資源，結(jié)合課題探討的綜合實驗，只要再少部分購置一些主要實驗設(shè)備如伺服油缸、PLC控制器、數(shù)據(jù)采集卡等，即可大范圍推廣多課程融合綜合實驗，讓更多的學(xué)生享受到應(yīng)用型、綜合型的鍛煉過程，從而實現(xiàn)投資最小化，利益最大化。

（2）加強(qiáng)團(tuán)隊建設(shè)，建立綜合教學(xué)體系

該綜合實驗涉及的專業(yè)較多，課程較多，從培養(yǎng)復(fù)合型人才出發(fā)，建立起學(xué)科合作，將多專業(yè)的實驗納入同一實驗課程管理。利用既有的相關(guān)專業(yè)進(jìn)行交叉講學(xué)，尤其對這些專業(yè)中結(jié)合社會需求所涉及的課程知識的交叉著重講解，強(qiáng)化學(xué)生對相關(guān)知識的交叉認(rèn)識。同時在教師隊伍中可以不定期組織不同專業(yè)之間，不同資質(zhì)教師之間的合作備課，共同探討學(xué)科交叉點的理論授課與實踐教學(xué)，提高教學(xué)水平，建立起綜合課程教學(xué)層，制定分層次講學(xué)的目標(biāo)。

（3）實踐教學(xué)模式多樣化

最大化利用實驗室，增加一些拓展性實驗。實驗室開放實行時間及內(nèi)容開放，除實驗室上課時間外，學(xué)生可以自己選擇時間進(jìn)入實驗室進(jìn)行實驗，從而增加學(xué)生的動手機(jī)會，培養(yǎng)學(xué)生自學(xué)能力以及創(chuàng)新能力，同時也有利于激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新的動機(jī)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識。

Exploration and Construction of Multi Curriculum Fusion Experiment for Mechanical Engineering

WANG Ji-ping
（Nanjing University of Science&Technology Zijin College，Nanjing 210046，China）

According to the mechanical engineering curriculum and knowledge system，through the integration of a variety of experimental content courses based on experimental platform of hydraulic transmission，design an independent and closely linked to the multi curriculum integration experiment，aims to enhance students’comprehensive ability to solve problems，to explore the characteristic of the Zijin college engineering comprehensive experiment teaching mode.

mechanical engineering；multi curriculum integration；experiment

G642

A

1672-545X（2017）09-0190-03

2017-06-09

南京理工大學(xué)紫金學(xué)院教育教學(xué)改革與研究項目（20140101011）

王吉平（1980-），女，河南平頂山人，碩士，講師，研究方向為機(jī)電液一體化。