面向工程教育認(rèn)證的機(jī)械工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)探索
——基于中愛機(jī)械工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)室的對(duì)比

張 飄，莊文瑋，劉漢代，萬文鋒

(東華理工大學(xué)，江西南昌，330013)

工程教育專業(yè)認(rèn)證是將所有學(xué)生的學(xué)習(xí)成果和就業(yè)情況作為評(píng)定各工科高校專業(yè)建設(shè)成就和專業(yè)人才培養(yǎng)業(yè)績(jī)的依據(jù)。學(xué)生應(yīng)在專業(yè)知識(shí)、實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力等方面綜合發(fā)展，從而解決復(fù)雜的工程問題。[1-3]全面綜合發(fā)展是工程教育質(zhì)量的保障，是實(shí)現(xiàn)工程教育國(guó)際化及工程師資格國(guó)際互認(rèn)的重要基礎(chǔ)。機(jī)械工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)是培養(yǎng)工程教育認(rèn)證所需人才的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，學(xué)生通過實(shí)踐來提高創(chuàng)新能力、綜合能力以及分析、解決問題的能力。機(jī)械工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)對(duì)學(xué)生動(dòng)手能力和人才培養(yǎng)質(zhì)量的提升都有積極的作用，對(duì)畢業(yè)生未來的發(fā)展起著至關(guān)重要的作用。

在工程教育專業(yè)認(rèn)證的前提下，本文對(duì)東華理工大學(xué)(ECUT)和愛爾蘭阿斯隆理工學(xué)院(AIT)兩校機(jī)械工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)室的體系進(jìn)行對(duì)比，提出對(duì)東華理工大學(xué)機(jī)械工程專業(yè)的實(shí)驗(yàn)室改革方案。由于中國(guó)和歐洲在教育層面存在一定的差異性，中愛機(jī)械工程專業(yè)本科實(shí)驗(yàn)室相關(guān)研究比較少，AIT作為ECUT合作辦學(xué)伙伴，對(duì)ECUT實(shí)驗(yàn)室改革建設(shè)具有重要的參考和借鑒意義。實(shí)驗(yàn)室為培養(yǎng)學(xué)生綜合能力和創(chuàng)新能力創(chuàng)造條件，傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室教學(xué)內(nèi)容不能滿足工程教育認(rèn)證的要求，需要做出實(shí)質(zhì)性改革。[4]本文通過兩校機(jī)械工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)室的對(duì)比分析，借鑒國(guó)外實(shí)驗(yàn)室體系制度，對(duì)國(guó)內(nèi)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行改革探索。

一、工程教育認(rèn)證對(duì)機(jī)械工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)的要求

實(shí)踐教學(xué)以學(xué)生為導(dǎo)向，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室體系、改變實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式等均可促進(jìn)教育教學(xué)改革持續(xù)深化，為學(xué)生全面發(fā)展創(chuàng)造多樣化的平臺(tái)，最終實(shí)現(xiàn)工程教育認(rèn)證的目標(biāo)。高校工程教育的重要環(huán)節(jié)是實(shí)驗(yàn)，它是提高學(xué)生生產(chǎn)實(shí)踐能力和人才培養(yǎng)質(zhì)量的重要途徑。實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)主要分為基礎(chǔ)課程實(shí)驗(yàn)、課程設(shè)計(jì)、工程訓(xùn)練、生產(chǎn)實(shí)習(xí)、畢業(yè)設(shè)計(jì)和科技創(chuàng)新活動(dòng)六個(gè)方面。實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手、設(shè)計(jì)、創(chuàng)新等綜合能力，實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)為促進(jìn)工程教育國(guó)際化和工程師國(guó)際互認(rèn)打下基礎(chǔ)。高校轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)機(jī)械工程專業(yè)人才培養(yǎng)模式，提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量，可以使畢業(yè)生掌握專業(yè)知識(shí)和綜合創(chuàng)新能力，更好就業(yè)。

二、ECUT和AIT機(jī)械工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)狀分析

近年來，我國(guó)工科院校對(duì)工程實(shí)踐教育進(jìn)行了大量改革探索，取得了一系列改革成果。然而，實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量不高、學(xué)生創(chuàng)新能力不足等問題還未得到根本解決。在工程教育認(rèn)證前提下，本文將ECUT和AIT機(jī)械工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行對(duì)比分析。

(一)ECUT機(jī)械工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)室設(shè)備單一、陳舊

實(shí)驗(yàn)設(shè)備是實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的關(guān)鍵。根據(jù)機(jī)械工程專業(yè)認(rèn)證設(shè)置的課程，學(xué)生需要理論結(jié)合實(shí)驗(yàn)才能更好地掌握知識(shí)。據(jù)調(diào)研可知，AIT實(shí)驗(yàn)室設(shè)備較ECUT更為齊全。比如，機(jī)械原理實(shí)驗(yàn)室，AIT有一整套相關(guān)課程的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，一條完整的系統(tǒng)路線[5]；ECUT機(jī)械原理實(shí)驗(yàn)設(shè)備比較單一，相關(guān)實(shí)驗(yàn)設(shè)備只能用于齒輪加工原理的學(xué)習(xí)，而驗(yàn)證其他理論時(shí)缺少實(shí)驗(yàn)設(shè)備。同時(shí)，ECUT實(shí)驗(yàn)室設(shè)備比較舊，基礎(chǔ)的儀器儀表設(shè)備不齊全；AIT具有儀器課程，學(xué)生能學(xué)習(xí)儀器儀表相關(guān)基礎(chǔ)科學(xué)實(shí)驗(yàn)。

本課題前期在工程教育認(rèn)證背景下，對(duì)比兩校理論課程，借鑒AIT機(jī)械工程專業(yè)，新增了流體力學(xué)、3D打印、先進(jìn)材料及成型、傳熱學(xué)、自動(dòng)化有限元分析方法和工業(yè)機(jī)器人等課程，學(xué)校新增課程讓學(xué)生多方面學(xué)習(xí)專業(yè)知識(shí)。兩校新增相關(guān)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)對(duì)比見表1。

表1 新增課程兩校設(shè)有的實(shí)驗(yàn)室對(duì)比

由表1可知，ECUT機(jī)械工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)室缺少仿真實(shí)驗(yàn)室、機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室、能源系統(tǒng)等實(shí)驗(yàn)室設(shè)備(有限元分析、PLC、柔性化制造系統(tǒng)、氣壓傳動(dòng)、工業(yè)機(jī)器人、加工中心、能源系統(tǒng)等)。

(二)實(shí)驗(yàn)室過于分散、片塊化

AIT的實(shí)驗(yàn)相對(duì)更具綜合性和實(shí)踐性，在課程實(shí)驗(yàn)全部完成后，學(xué)生可根據(jù)自己的興趣在多樣化的實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行其他實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)解決問題的能力。ECUT實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)是基礎(chǔ)性和驗(yàn)證性較強(qiáng)，相關(guān)實(shí)驗(yàn)室設(shè)置也是用于驗(yàn)證教學(xué)內(nèi)容和理論知識(shí)。由于實(shí)驗(yàn)室過于分散、片塊化，難以將復(fù)雜工程問題和實(shí)踐教學(xué)結(jié)合起來，導(dǎo)致出現(xiàn)綜合性和創(chuàng)新性不足的問題。表2為ECUT和AIT機(jī)械工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)容設(shè)置對(duì)比。

表2 ECUT、AIT機(jī)械工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)容設(shè)置對(duì)比

由表2可知，ECUT該專業(yè)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備與AIT存在較大差異。ECUT大部分實(shí)驗(yàn)室是針對(duì)專業(yè)課程設(shè)置的，較為傳統(tǒng)且碎片化。AIT有能源實(shí)驗(yàn)室、聚合物物理性能實(shí)驗(yàn)室等，這些都是ECUT所缺乏的實(shí)驗(yàn)室。AIT工程學(xué)科實(shí)驗(yàn)設(shè)置的側(cè)重點(diǎn)是工程物理基礎(chǔ)、電氣原理、電磁、熱學(xué)基礎(chǔ)、光學(xué)基礎(chǔ)等；AIT實(shí)驗(yàn)設(shè)備比較新穎且自動(dòng)化程度高，實(shí)驗(yàn)室設(shè)置更為系統(tǒng)，更接近實(shí)際工程應(yīng)用，且實(shí)驗(yàn)內(nèi)容比ECUT更具綜合性、連貫性、完整性及工程性。

(三)實(shí)驗(yàn)教學(xué)活動(dòng)發(fā)展滯后

隨著科學(xué)技術(shù)的日益發(fā)展，傳統(tǒng)教學(xué)內(nèi)容不能滿足工程教育認(rèn)證對(duì)相關(guān)人才的培養(yǎng)要求。以ECUT畢業(yè)設(shè)計(jì)課題為例，大多數(shù)課題是基于專業(yè)知識(shí)的綜合設(shè)計(jì)與訓(xùn)練，課題難以與企業(yè)項(xiàng)目和科研項(xiàng)目掛鉤，培養(yǎng)學(xué)生綜合實(shí)踐能力及創(chuàng)新能力的不利因素之一是知識(shí)點(diǎn)單一且缺乏層次性。由表2可知，AIT機(jī)械工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)課題大部分是基于企業(yè)項(xiàng)目和科研項(xiàng)目，同時(shí)為學(xué)生提供實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地、電腦等相關(guān)工具。ECUT缺少“競(jìng)賽+項(xiàng)目”的相關(guān)實(shí)驗(yàn)室，相對(duì)來說，AIT機(jī)械工程專業(yè)的學(xué)生獲得專業(yè)知識(shí)和技能比ECUT學(xué)生更優(yōu)。這在一定程度上反映出AIT機(jī)械工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)室的整體性對(duì)ECUT實(shí)驗(yàn)室改革建設(shè)具有重要參考和借鑒意義。

三、ECUT機(jī)械工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)思路

實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的核心是培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力和創(chuàng)新能力，從而實(shí)現(xiàn)工程教育認(rèn)證的人才培養(yǎng)目標(biāo)。實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐教學(xué)的結(jié)合可以讓學(xué)生更好地掌握本專業(yè)所要求的工程技能，使學(xué)生在處理問題時(shí)有自己獨(dú)特的見解。學(xué)校可以將演示性、驗(yàn)證理論性項(xiàng)目的傳統(tǒng)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行改變，把國(guó)際CDIO工程教育理念引進(jìn)來，從基礎(chǔ)課程實(shí)驗(yàn)室、綜合型實(shí)驗(yàn)室、專業(yè)學(xué)科“競(jìng)賽+項(xiàng)目”實(shí)驗(yàn)室方式三方面建設(shè)機(jī)械工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)室體系，搭建更多實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。為提升實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量及落實(shí)培養(yǎng)綜合創(chuàng)新型人才的要求，學(xué)校要建設(shè)多層次、高質(zhì)量且具有學(xué)科交叉融合特征的實(shí)驗(yàn)室體系。

四、ECUT機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)室改革方案

(一)增設(shè)基礎(chǔ)課程實(shí)驗(yàn)室

為保證人才培養(yǎng)的質(zhì)量，ECUT需要增設(shè)基礎(chǔ)課程實(shí)驗(yàn)室。目前，本專業(yè)已經(jīng)建立了流體實(shí)驗(yàn)室、傳熱實(shí)驗(yàn)室、3D打印實(shí)驗(yàn)室，關(guān)于自動(dòng)編程控制、先進(jìn)材料、先進(jìn)有限元分析以及工業(yè)機(jī)器人等的實(shí)驗(yàn)室還有待建設(shè)。本課題研究應(yīng)新增自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)室、能源系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室、先進(jìn)成型技術(shù)實(shí)驗(yàn)室、機(jī)器人與智能實(shí)驗(yàn)室，具體改革見表3。

表3 增設(shè)基礎(chǔ)課程實(shí)驗(yàn)室具體方案

(二)建設(shè)綜合性實(shí)驗(yàn)室

依據(jù)國(guó)家工程認(rèn)證對(duì)機(jī)械工程專業(yè)的學(xué)科要求，學(xué)校應(yīng)增設(shè)缺少的課程實(shí)驗(yàn)室。在兩校所有實(shí)驗(yàn)室對(duì)比中發(fā)現(xiàn)，ECUT存在的問題是同性質(zhì)的實(shí)驗(yàn)室過于分散，還需要對(duì)分散的實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行整合，其主要目的是形成統(tǒng)一、整體有序的實(shí)驗(yàn)室。學(xué)校在建設(shè)實(shí)驗(yàn)室的同時(shí)應(yīng)強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)室的綜合創(chuàng)新性，在引進(jìn)先進(jìn)實(shí)驗(yàn)設(shè)備的基礎(chǔ)上，對(duì)資源片塊化的實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行整合。具體實(shí)驗(yàn)室設(shè)置改革方案見表4。

表4 綜合性實(shí)驗(yàn)室設(shè)置改革方案

綜合性實(shí)驗(yàn)室的優(yōu)點(diǎn)是實(shí)驗(yàn)室設(shè)備能夠兼容使用，在后期的管理中也更加方便，還可以加強(qiáng)本專業(yè)學(xué)生的工程綜合實(shí)踐能力，解決本專業(yè)課程實(shí)驗(yàn)單一性的問題。綜合實(shí)驗(yàn)室資源分布不再是“條塊分割”的格局，在一定程度上解決了實(shí)驗(yàn)教學(xué)效率低下的問題，實(shí)現(xiàn)了各學(xué)科之間的相互融合、相互完善，實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)的完善能夠促進(jìn)建成全面開放的實(shí)驗(yàn)室。

綜合性實(shí)驗(yàn)室能培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力和動(dòng)手能力。在綜合性實(shí)驗(yàn)室中，學(xué)生可以像AIT學(xué)子那樣，根據(jù)自己的興趣做不同的實(shí)驗(yàn)。在學(xué)生的實(shí)驗(yàn)過程中，教師應(yīng)只給方向性指導(dǎo)，拋磚引玉，其余大部分實(shí)驗(yàn)需要學(xué)生獨(dú)立思考完成。激發(fā)學(xué)生的想象力和創(chuàng)造力也很重要，調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性和主動(dòng)性依賴于機(jī)械工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)的設(shè)置。[6]

(三)建設(shè)“競(jìng)賽+項(xiàng)目”實(shí)驗(yàn)室

學(xué)校目前參與的學(xué)科競(jìng)賽包括全國(guó)大學(xué)生機(jī)械創(chuàng)新大賽、“慧魚”大賽、全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)大賽、無碳小車大賽、全國(guó)大學(xué)生挑戰(zhàn)杯、大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽、“互聯(lián)網(wǎng)+”大賽等。因此，學(xué)?？煽紤]建設(shè)綜合創(chuàng)新開放實(shí)驗(yàn)室，如“慧魚模型”實(shí)驗(yàn)室、機(jī)械創(chuàng)新制作實(shí)驗(yàn)室等，以“競(jìng)賽+項(xiàng)目”式的綜合實(shí)踐方式進(jìn)行改革的同時(shí)，也為學(xué)生參加競(jìng)賽提供保障。在步入大二學(xué)習(xí)階段時(shí)，學(xué)生可以團(tuán)隊(duì)的形式參與校級(jí)以上各類競(jìng)賽和項(xiàng)目，把豐富的課余時(shí)間充分利用起來，發(fā)揮個(gè)人自學(xué)、探索和實(shí)踐能力。學(xué)科競(jìng)賽是一種理論和實(shí)踐相結(jié)合的學(xué)習(xí)方式，學(xué)生能在參與中豐富自己的專業(yè)知識(shí)、提高分析解決問題的綜合能力。不管是最新科研成果還是機(jī)械競(jìng)賽中獲獎(jiǎng)的優(yōu)秀作品，都離不開各種理論和實(shí)踐。學(xué)術(shù)競(jìng)賽對(duì)學(xué)生的綜合能力要求較高，例如“無碳小車”大賽，學(xué)生需要利用計(jì)算機(jī)輔助和PLC控制技術(shù)，對(duì)小車進(jìn)行模擬仿真，最后進(jìn)行理論和實(shí)驗(yàn)的對(duì)比。因此，針對(duì)類似比賽可開發(fā)虛擬實(shí)驗(yàn)室項(xiàng)目[7]，還可以搭建各種實(shí)驗(yàn)平臺(tái)為競(jìng)賽提供場(chǎng)地，最大限度上滿足學(xué)生的要求，以保證學(xué)生能順利完成競(jìng)賽項(xiàng)目。ECUT可在建設(shè)“競(jìng)賽+項(xiàng)目”實(shí)驗(yàn)室的基礎(chǔ)上，把畢業(yè)設(shè)計(jì)與企業(yè)項(xiàng)目聯(lián)系起來，最終實(shí)現(xiàn)畢業(yè)設(shè)計(jì)產(chǎn)品的可視化。專業(yè)學(xué)科競(jìng)賽作為培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維、提高綜合能力和動(dòng)手能力的一種高效方式，能讓學(xué)生在競(jìng)賽中大膽創(chuàng)新。學(xué)校鼓勵(lì)學(xué)生積極參與相關(guān)競(jìng)賽，可以使學(xué)生在知識(shí)運(yùn)用和技能提升等方面得到質(zhì)的飛躍。

五、結(jié)語

本文研究了工程教育專業(yè)認(rèn)證的主要內(nèi)容，具體從培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和綜合能力、學(xué)生成果和為社會(huì)輸送符合本專業(yè)行業(yè)的綜合創(chuàng)新人才幾方面來評(píng)價(jià)該院校工程專業(yè)是否達(dá)到工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)。 滿足工程教育專業(yè)認(rèn)證要求的關(guān)鍵環(huán)節(jié)是通過建設(shè)實(shí)驗(yàn)室來培養(yǎng)創(chuàng)新型工程人才?；诠こ探逃J(rèn)證對(duì)機(jī)械工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)室的目標(biāo)要求，對(duì)比分析東華理工大學(xué)(ECUT)和愛爾蘭阿斯隆理工學(xué)院(AIT)機(jī)械工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)室的差異。此外，本文從基礎(chǔ)課程實(shí)驗(yàn)室、綜合性實(shí)驗(yàn)室和“競(jìng)賽+項(xiàng)目”實(shí)驗(yàn)室三方面進(jìn)行改革探索。ECUT在實(shí)驗(yàn)室設(shè)備方面可以借鑒AIT，著重打造系統(tǒng)性實(shí)驗(yàn)室，有利于全面培養(yǎng)學(xué)生。學(xué)?？梢詫⑵瑝K化、分散性實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行綜合，打造綜合性實(shí)驗(yàn)室，為學(xué)生提供多種選擇。在“競(jìng)賽+項(xiàng)目”實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)方面，學(xué)生可借助該平臺(tái)完成項(xiàng)目和競(jìng)賽來創(chuàng)造更多的競(jìng)賽成果。學(xué)校應(yīng)打造專業(yè)化實(shí)驗(yàn)室，只有這樣才能培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神的綜合型工程科技人才，更好地滿足工程教育專業(yè)認(rèn)證對(duì)機(jī)械工程專業(yè)的人才培養(yǎng)要求。