基于“卓越計劃”的《機械設(shè)計基礎(chǔ)》實驗教學(xué)改革探索

徐春明 周艷 孫瑛 蔣國璋 熊禾根 李公法

摘要：機械設(shè)計基礎(chǔ)實驗是我國工科類院校機械類專業(yè)必開的基礎(chǔ)性實驗課程，旨在幫助學(xué)生深入了解常見機械結(jié)構(gòu)的組成原理與結(jié)構(gòu)形式等，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。隨著近年來各大院校的擴招，加之受傳統(tǒng)實驗教學(xué)的影響，機械設(shè)計基礎(chǔ)實驗并沒有達(dá)到預(yù)期的實驗教學(xué)效果。為加強我國機械類人才培養(yǎng)的力度，本文首先對機械設(shè)計基礎(chǔ)實驗教學(xué)現(xiàn)狀進行了充分的分析；其次，對實驗教學(xué)模式改革提出了綜合措施，完善實驗內(nèi)容體系，以此推動學(xué)生創(chuàng)新能力以及動手實踐能力的發(fā)展，從而進一步推動“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”的實施；最后，本文提出的實驗改革在我校國家機械實驗教學(xué)示范中心實行，通過實踐表明，以上舉措對于機械設(shè)計基礎(chǔ)實驗教學(xué)效果顯著。

關(guān)鍵詞：卓越計劃；機械設(shè)計基礎(chǔ)實驗；實驗教學(xué)改革；實驗教學(xué)體系

中圖分類號：G642.0 文獻標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2019）05-0269-04

一、引言

眾多學(xué)者認(rèn)為，當(dāng)下教育最普遍的問題就是大學(xué)生創(chuàng)新設(shè)計能力不足以及缺乏實踐的問題。與此同時，我國工科類學(xué)生與歐美等教育發(fā)達(dá)國家的學(xué)生相比，實踐動手能力以及創(chuàng)新設(shè)計能力有著明顯的差距[1]。因此，為適應(yīng)新形勢發(fā)展，滿足社會行業(yè)的需求和社會經(jīng)濟發(fā)展的需要，培養(yǎng)更多的技術(shù)型人才，我國在2010年提出“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”（簡稱“卓越計劃”）[2]。該計劃實施的目的是為了提升學(xué)生的綜合創(chuàng)新能力，培養(yǎng)一批具有獨立自主創(chuàng)新設(shè)計能力的高質(zhì)量高技術(shù)的工程技術(shù)人才。

機械設(shè)計基礎(chǔ)課程是我國工科類院校機械類專業(yè)的必修課程之一。該課程的主要目的是讓學(xué)生掌握對機械結(jié)構(gòu)原理的認(rèn)知，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維以及分析、解決實際工程問題的能力，為機械設(shè)計基礎(chǔ)實驗教學(xué)的順利開展提供重要保障。眾所周知，機械設(shè)計基礎(chǔ)實驗教學(xué)在機械設(shè)計基礎(chǔ)課中扮演著重要的角色，實驗教學(xué)是該課程的有效實踐手段。機械設(shè)計基礎(chǔ)實驗教學(xué)不僅能夠使學(xué)生深入了解機械零件的組成原理和結(jié)構(gòu)形式，而且還是培養(yǎng)學(xué)生實踐動手能力、創(chuàng)新設(shè)計能力的重要載體，因此，加強機械設(shè)計基礎(chǔ)課程的實踐環(huán)節(jié)尤其重要。文章結(jié)合我校實驗教學(xué)的現(xiàn)實情況，從目前我校工科類專業(yè)實驗教學(xué)所存在的問題出發(fā)，以機械設(shè)計基礎(chǔ)實驗為例，對機械設(shè)計基礎(chǔ)實驗教學(xué)提出了改革思路以及新舉措。

二、機械設(shè)計基礎(chǔ)實驗現(xiàn)狀分析

眾所周知，機械設(shè)計基礎(chǔ)實驗是包含了機械原理、機械制圖以及機械設(shè)計等三門機械類學(xué)生必須掌握的必修課程的系列實驗[3]，它對學(xué)生后續(xù)課程的學(xué)習(xí)，諸如機械制造基礎(chǔ)課、機械設(shè)計課程設(shè)計、其他專業(yè)課程實踐以及學(xué)生的畢業(yè)設(shè)計尤為重要。

1.實驗教學(xué)目標(biāo)不明確。機械設(shè)計基礎(chǔ)實驗教學(xué)實踐與機械專業(yè)學(xué)生課程教學(xué)實踐有著十分密切的關(guān)系，它對學(xué)生的畢業(yè)設(shè)計乃至以后從事社會工作發(fā)揮著重要的作用。近年來，隨著各高校不斷地擴招，各教學(xué)單位為了快速完成教學(xué)任務(wù)，機械設(shè)計基礎(chǔ)實驗教學(xué)的課時不斷被壓縮。加之受傳統(tǒng)教學(xué)的影響，教學(xué)目標(biāo)不明確等問題，授課教師只是要求學(xué)生粗略地掌握機械零部件的結(jié)構(gòu)以及相關(guān)原理，對學(xué)生后期如何運用以及拓展并不是十分的重視，這也是為什么機械設(shè)計基礎(chǔ)實驗教學(xué)多年來教學(xué)效果不理想的重要原因之一，也是導(dǎo)致學(xué)生解決實際工程問題能力以及創(chuàng)新思維能力不足的關(guān)鍵因素。

2.實驗教學(xué)內(nèi)容單一。國內(nèi)大多數(shù)工科院校的機械設(shè)計基礎(chǔ)實驗教學(xué)內(nèi)容都是依托于自身學(xué)院所開展的機械設(shè)計基礎(chǔ)的理論課程，學(xué)院并沒有建立良好的實驗教學(xué)體系。實驗教學(xué)體系不完善是導(dǎo)致實驗教學(xué)質(zhì)量不佳的主要原因。同時，教學(xué)單位也沒有制定系統(tǒng)的實驗教學(xué)內(nèi)容，開展的教學(xué)內(nèi)容與社會工程需求嚴(yán)重不符，學(xué)生根本無法有效地掌握機械設(shè)計基礎(chǔ)實驗的精髓，不能獨立設(shè)計實驗、清晰地認(rèn)識機械零部件以及完成實驗，更別說讓學(xué)生在實驗過程中創(chuàng)新。更為嚴(yán)重的是機械設(shè)計基礎(chǔ)實驗教學(xué)內(nèi)容并沒有獨立開來，沒有成文的實驗教材，只是簡單地被安排在機械設(shè)計基礎(chǔ)的理論課教學(xué)當(dāng)中，依附于課堂教學(xué)，實驗教學(xué)僅僅服務(wù)于機械設(shè)計基礎(chǔ)課程的單個理論知識點，側(cè)重于對某一個獨立的理論知識點的驗證，而忽略了實驗內(nèi)容之間本身的相關(guān)性，課后實驗課時甚少。因此，按照這樣的實驗教學(xué)內(nèi)容開展教學(xué)，學(xué)生對于機械設(shè)計基礎(chǔ)實驗的常見方法和手段無法形成一個系統(tǒng)性的認(rèn)識，實驗的一般理論與方法更是無法掌握。

3.實驗教學(xué)模式陳舊。機械設(shè)計基礎(chǔ)是一門傳統(tǒng)的課程。由于它開課時間較早，一直還是沿用傳統(tǒng)的教材以及教學(xué)模式，教育思想保守，教師依舊無法擺脫傳統(tǒng)的教學(xué)觀念[4]。在現(xiàn)有的實驗教學(xué)過程中，實驗教學(xué)的主體是老師，教學(xué)內(nèi)容的制定、教學(xué)模式、教學(xué)計劃、教學(xué)評價以及后期考核等眾多事項都掌握在教師手里。學(xué)生只能在教師的指導(dǎo)下完成實驗，完全處于被動狀態(tài)，以此教學(xué)根本激發(fā)不了學(xué)生主動參與實驗過程的積極性。學(xué)生無法將所學(xué)的機械設(shè)計基礎(chǔ)理論知識點與機械設(shè)計基礎(chǔ)實驗項目有效結(jié)合起來，在整個實驗教學(xué)中，教學(xué)方法不具備創(chuàng)新性。學(xué)生更是沒有機會開展自主探究式學(xué)習(xí)，這樣的教學(xué)模式，對培養(yǎng)學(xué)生的綜合創(chuàng)新設(shè)計能力并沒有實質(zhì)性的幫助。

4.實驗教學(xué)資源不足。受地域限制、區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展的影響，教育資源不平衡發(fā)展，眾多地方高校出現(xiàn)實驗設(shè)備老舊和實驗設(shè)備不足等問題[5]，高校沒有實力為學(xué)生提供有效的實踐平臺。在現(xiàn)有的實驗條件下，常常出現(xiàn)十多個人一起做實驗，很多學(xué)生并沒有親身參與實踐，只是單純地站在一旁觀摩，嚴(yán)重影響了實驗教學(xué)的效果。

三、機械設(shè)計基礎(chǔ)實驗教學(xué)改革

在大眾教育進一步走向普及教育的形勢下，高等工程教育培養(yǎng)模式的相似和工程性與創(chuàng)新性的缺位[6]，阻礙了工程技術(shù)類人才的培養(yǎng)，特別是對于招生規(guī)模大的綜合類理工科高校和行業(yè)高校，問題尤為突出。工科類專業(yè)人才的培養(yǎng)必然離不開實踐，高校只有讓學(xué)生將所學(xué)的理論知識充分拓展，與實驗實踐有機結(jié)合起來，通過理論教學(xué)—實踐—項目驅(qū)動的方式，才能更好地提高學(xué)生的創(chuàng)新能力和自主探究問題的能力，才能更好地適應(yīng)21世紀(jì)“卓越計劃”的發(fā)展需求。

面對當(dāng)前大學(xué)基礎(chǔ)實驗教學(xué)的現(xiàn)狀，為進一步加強各大院校機械設(shè)計基礎(chǔ)實驗教學(xué)的效果，適應(yīng)新形勢的發(fā)展，培養(yǎng)21世紀(jì)的高層次應(yīng)用性人才，機械設(shè)計基礎(chǔ)實驗教學(xué)的改革迫在眉睫。

1.建立多層次的實驗教學(xué)體系。傳統(tǒng)的實驗教學(xué)內(nèi)容相對獨立，并未將相關(guān)理論知識點結(jié)合起來，這樣的實驗項目設(shè)置對學(xué)生掌握實驗的一般性方法十分不利，對全面培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維能力更為困難。眾所周知，良好的實驗教學(xué)質(zhì)量需要合理的實驗教學(xué)體系來支撐，因此，本文在機械設(shè)計基礎(chǔ)實驗改革中首先將實驗內(nèi)容層次化。在現(xiàn)有的教學(xué)基礎(chǔ)上，建立“多層次、循序漸進”的實驗教學(xué)體系[7]，體現(xiàn)機械設(shè)計基礎(chǔ)實驗項目的相關(guān)性，在實驗項目設(shè)置上，變單一理論知識點實驗證明為基礎(chǔ)型實驗、綜合分析型實驗和創(chuàng)新設(shè)計型實驗三個階段，通過三階段教學(xué)實踐的連續(xù)培養(yǎng)，逐步實現(xiàn)機械設(shè)計基礎(chǔ)實驗由理論知識點到工程運用實踐的過渡[8]。第一階段是基礎(chǔ)型實驗，是整個機械設(shè)計基礎(chǔ)實驗教學(xué)體系的基礎(chǔ)，本階段主要是培養(yǎng)學(xué)生的基本技能，掌握實驗原理的一般性方法，對書本上的理論知識點進行簡單運用。第二階段是綜合分析型實驗，是整個實驗教學(xué)體系的核心部分，該部分主要是要求學(xué)生能對書本上所學(xué)的理論知識進行拓展，能夠獨立完成實驗，重點強化學(xué)生的動手操作能力以及解決實際工程問題的能力。第三階段是創(chuàng)新設(shè)計型實驗，要求同學(xué)能夠獨立設(shè)計實驗并完成實驗，主要是培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新設(shè)計能力，鼓勵學(xué)生勇于創(chuàng)新，自主探究。三個階段呈現(xiàn)出層層遞進的關(guān)系，同時每個階段都有不一樣的培養(yǎng)目標(biāo)，但目的都是為了強化學(xué)生的實踐能力。

2.創(chuàng)新教學(xué)方法以豐富教學(xué)內(nèi)容。生動有趣的實驗講授方法是吸引學(xué)生樂于參加實踐的關(guān)鍵。改變機械設(shè)計基礎(chǔ)實驗教學(xué)中常規(guī)的以老師主講學(xué)生聽取的教學(xué)模式為以學(xué)生為主體，老師在實驗教學(xué)過程中給予指導(dǎo)。充分發(fā)揮學(xué)生的創(chuàng)新思維，發(fā)揮學(xué)生的主動性以及探究精神，這是提高機械設(shè)計基礎(chǔ)實驗教學(xué)效果，學(xué)生學(xué)以致用的關(guān)鍵。因此，實驗指導(dǎo)教師在實驗過程中的每一階段都要引導(dǎo)好學(xué)生。此外，機械設(shè)計基礎(chǔ)實驗涉及的實驗項目多，學(xué)生也多，針對該現(xiàn)象，改革中提出不同類型實驗用不同的方法實施。例如，教師根據(jù)不同層次的學(xué)生，構(gòu)建分層次指導(dǎo)，因材施教，舉一反三，充分發(fā)揮學(xué)生在實驗中的自主探究能力。學(xué)校要不斷鼓勵學(xué)生自主選修一些實驗項目，開發(fā)學(xué)生對機械設(shè)計實驗的敏感度，設(shè)置一些有創(chuàng)意性的實驗項目，讓學(xué)生選擇自己感興趣的實驗項目，積極引導(dǎo)學(xué)生參與更高層次的創(chuàng)新型設(shè)計實驗。

3.構(gòu)建開放式實驗室。除了機械設(shè)計基礎(chǔ)實驗正常教學(xué)，學(xué)院可以建立開放實驗室，給學(xué)生提供充足的實踐學(xué)時，提供工程實驗和工程設(shè)計平臺[9]，而不是僅僅局限于機械設(shè)計基礎(chǔ)實驗的課堂教學(xué)。建立良好的實驗室開放管理機制，實驗室要定期更新實驗內(nèi)容，設(shè)置不同的實驗項目，由專任教師輪班值守，保證學(xué)生在實驗室就有專任教師指導(dǎo)。除此之外，學(xué)校加大開放式實驗室宣傳力度以吸引更多的學(xué)生走進實驗室，由實驗室老師帶頭組建實驗創(chuàng)新團隊，培養(yǎng)學(xué)生的團隊合作精神。

4.加大實驗室硬件建設(shè)。機械設(shè)計基礎(chǔ)實驗教學(xué)的順利開展固然離不開實驗室硬件平臺的搭建。受眾多因素的影響，許多高校存在資金不足、實驗設(shè)備老化、實驗條件落后等問題[10]，因此，學(xué)校在搭建實驗平臺時應(yīng)該更加充分有效利用有限的資金。學(xué)校應(yīng)該嚴(yán)格按照教學(xué)體系，整體優(yōu)化，整合相關(guān)資源，搭建能夠同時滿足三個不同階段實驗教學(xué)需要的硬件設(shè)施平臺。在采購實驗設(shè)備時，應(yīng)充分考慮設(shè)備的性價比，要注重設(shè)備的功能性，盡量避免選擇功能單一的實驗設(shè)備。

四、機械設(shè)計基礎(chǔ)實驗改革效果

結(jié)合學(xué)生個性發(fā)展、學(xué)校特色以及滿足國家“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”的需求。培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新設(shè)計能力、動手實踐能力和解決實際工程問題能力為目的，制定了機械設(shè)計基礎(chǔ)實驗改革方案。本文提出的改革措施在我校國家機械實驗教學(xué)示范中心實行，先后應(yīng)用于機械類專業(yè)的48個班級的本科實驗教學(xué)中，并輻射推廣到12個其他工科類近機械類專業(yè)和非機械類專業(yè)共120多個班級中，取得了一系列的教學(xué)成果。（1）通過以上機械設(shè)計基礎(chǔ)實驗教學(xué)的改革措施實施后，學(xué)生參與工程實踐的積極性、學(xué)生的動手能力和創(chuàng)新設(shè)計能力得到了明顯提高。學(xué)校一系列的反饋意見顯示，機械設(shè)計基礎(chǔ)實驗的實踐教學(xué)改革對培養(yǎng)學(xué)生綜合素質(zhì)能力起到了決定性的作用。（2）實驗教學(xué)的改革讓學(xué)生的創(chuàng)新實踐興趣有了很大的提升，獨立設(shè)計實驗、個人自主探究能力得到了明顯的加強。在開放式試驗室，學(xué)生的創(chuàng)新思維得到了充分的發(fā)揮，在老師的指導(dǎo)下完成了多項創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目，學(xué)生代表學(xué)校參加國家級創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練大賽，多次取得優(yōu)異的成績。（3）實驗的改革推動了學(xué)生綜合能力的提升，近幾年，學(xué)校的一次性就業(yè)率在原有的基礎(chǔ)上提升了5到8個百分點，連續(xù)多年位居同類高校的前列。用人單位的反饋，普遍表明我院學(xué)生的綜合素質(zhì)高，創(chuàng)新設(shè)計能力強。（4）通過實驗改革，學(xué)生在參加國家級、省級的機械設(shè)計大賽、挑戰(zhàn)杯、機械工程訓(xùn)練大賽以及CAD制圖大賽中獲獎40余項。

五、總結(jié)

21世紀(jì)是建設(shè)創(chuàng)新型國家，實施科教興國和人才強國的重要時期。機械設(shè)計基礎(chǔ)實驗教學(xué)對學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)極其重要，文中對機械設(shè)計基礎(chǔ)實驗教學(xué)進行了系統(tǒng)性的分析，同時根據(jù)實驗教學(xué)存在的弊端提出了相應(yīng)的改革措施，實踐研究結(jié)果表明，機械設(shè)計基礎(chǔ)實驗的改革取得了一系列的成效，學(xué)生不僅能夠獨立解決實際工程問題，而且學(xué)生的創(chuàng)新設(shè)計能力也得到了很大的提升。盡管如此，對于機械設(shè)計基礎(chǔ)實驗這樣一門專業(yè)的實踐課程，我們應(yīng)該繼續(xù)考慮如何整合資源，優(yōu)化現(xiàn)有實驗條件，以進一步提高學(xué)生的創(chuàng)新設(shè)計能力，需要我們不斷地去努力與思考。因此，各高校教師一定要樹立起自己的責(zé)任感與使命感，加大對人才培養(yǎng)的力度，注重教學(xué)質(zhì)量，為實驗教學(xué)改革的研究貢獻自己的一份力量。

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