強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果的方法研究與實(shí)踐

趙海寧 李?yuàn)檴?楊赫然 趙文輝 孫興偉

(沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，遼寧 沈陽(yáng) 110870)

實(shí)驗(yàn)教學(xué)是教學(xué)體系的重要環(huán)節(jié)，其基本任務(wù)是通過(guò)對(duì)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)方法和實(shí)驗(yàn)技能的訓(xùn)練，培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際、綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)進(jìn)行實(shí)踐和創(chuàng)新的能力。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，實(shí)驗(yàn)教師應(yīng)充分利用各種實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源，靈活運(yùn)用多種教學(xué)方法，創(chuàng)新開(kāi)展多樣的教學(xué)模式，使學(xué)生的理論教學(xué)效果得到加強(qiáng)，理論和實(shí)踐能力得到綜合訓(xùn)練，在此基礎(chǔ)之上，使學(xué)生的創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力得到激發(fā)和提高[1]。

1 實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源的充分利用

實(shí)驗(yàn)教學(xué)相較課堂理論教學(xué)具有一些明顯的優(yōu)勢(shì)，其中最為突出的就是教學(xué)資源的豐富性和直觀性。因此如何充分發(fā)揮實(shí)驗(yàn)教學(xué)的資源優(yōu)勢(shì)，是強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果的關(guān)鍵所在。

1.1 以視覺(jué)呈現(xiàn)為基礎(chǔ)的信息表達(dá)

實(shí)物圖影等視覺(jué)呈現(xiàn)不僅可以快速準(zhǔn)確的傳遞大量信息，還可以讓人的大腦有更為深刻的記憶，因此以視覺(jué)呈現(xiàn)為基礎(chǔ)的信息表達(dá)，可以更為高效且有效的提升實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果。

實(shí)驗(yàn)室教學(xué)中，可以充分地展示各種實(shí)物、模型、展板、掛圖、教具、虛擬仿真軟件、視頻影像等實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源，使學(xué)生更加直觀的感受視覺(jué)化信息，在此基礎(chǔ)上多器官協(xié)同參與信息接收，使實(shí)驗(yàn)教學(xué)更加真實(shí)生動(dòng)、形象具體，同時(shí)結(jié)合實(shí)際操作和分析延展，可以加速和強(qiáng)化學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的掌握。

1.2 以信息技術(shù)為支撐的虛實(shí)融合

信息技術(shù)應(yīng)用是現(xiàn)代化實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重要支撐，最具代表的是虛擬仿真技術(shù)在專業(yè)實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用。虛擬仿真與實(shí)驗(yàn)操作虛實(shí)融合，有效地解決了實(shí)驗(yàn)條件局限與實(shí)驗(yàn)效果實(shí)現(xiàn)之間的矛盾[2-3]。

對(duì)于一些加工類實(shí)驗(yàn)，設(shè)備數(shù)量和場(chǎng)地限制嚴(yán)重制約了實(shí)驗(yàn)課程的開(kāi)設(shè)項(xiàng)目數(shù)量和實(shí)訓(xùn)效果，同時(shí)由于設(shè)備的維護(hù)保養(yǎng)和工具材料的損耗費(fèi)用巨大，也給學(xué)校帶來(lái)很大的教學(xué)經(jīng)費(fèi)壓力，虛擬仿真技術(shù)的應(yīng)用很大程度上解決了上述問(wèn)題，同時(shí)絕對(duì)的安全性和遠(yuǎn)程應(yīng)用的便捷性使其優(yōu)勢(shì)更為明顯，疫情期間停課不停學(xué)，常規(guī)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)無(wú)法正常開(kāi)展，正是將虛擬仿真軟件應(yīng)用與網(wǎng)絡(luò)教學(xué)相結(jié)合，同時(shí)開(kāi)展PPT講解、視頻展示、會(huì)議交流、問(wèn)答互動(dòng)等多種教學(xué)活動(dòng)，最大限度地保證了實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)效果和教學(xué)質(zhì)量。

1.3 以實(shí)踐創(chuàng)新為目標(biāo)的漸進(jìn)拓展

實(shí)驗(yàn)教學(xué)的目標(biāo)不僅局限于實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的掌握和強(qiáng)化，還要提高學(xué)生對(duì)知識(shí)的綜合運(yùn)用能力和工程實(shí)踐能力，激發(fā)思維創(chuàng)新和意識(shí)創(chuàng)新，因此在實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)上要循序漸進(jìn)，使學(xué)生的各項(xiàng)能力逐步提升，得到有效鍛煉。

在數(shù)控技術(shù)相關(guān)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)工作中，構(gòu)建了以機(jī)床認(rèn)知和刀具角度測(cè)量為主的基本知識(shí)強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)、以手動(dòng)編程和工藝設(shè)計(jì)為主的數(shù)控加工綜合實(shí)驗(yàn)以及以CAM編程和多軸聯(lián)動(dòng)加工為主的實(shí)踐創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)三層漸進(jìn)拓展式實(shí)驗(yàn)結(jié)構(gòu)體系。在加深對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的理解、掌握數(shù)控技術(shù)的綜合實(shí)踐能力之余，系統(tǒng)掌握復(fù)雜曲面零件智能制造方法，使學(xué)生的工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力得到提高和激發(fā)。

1.4 以生產(chǎn)實(shí)際為基礎(chǔ)的工程實(shí)訓(xùn)

實(shí)驗(yàn)教學(xué)一定要以生產(chǎn)實(shí)際為基礎(chǔ)，并與之深度結(jié)合，只有把理論知識(shí)與生產(chǎn)實(shí)際緊密聯(lián)系起來(lái)，將理論知識(shí)具象化，不僅可以提高學(xué)生的積極性，激發(fā)其求知欲望，還可以對(duì)生產(chǎn)加工各個(gè)環(huán)節(jié)的認(rèn)知更加明晰，操作能力也得到有效鍛煉。

數(shù)控加工類實(shí)驗(yàn)可以讓學(xué)生在課堂理論教學(xué)中所學(xué)的數(shù)控原理與理論與生產(chǎn)實(shí)際緊密結(jié)合，今后工作中面對(duì)各種類型的數(shù)控機(jī)床，能夠做到舉一反三，以生產(chǎn)實(shí)際為基礎(chǔ)的工程實(shí)訓(xùn)，最大限度的實(shí)現(xiàn)了理論與實(shí)踐相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)從學(xué)校到工廠的零障礙過(guò)渡和無(wú)縫銜接。

2 實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法的靈活運(yùn)用

實(shí)驗(yàn)教學(xué)要根據(jù)實(shí)驗(yàn)類型、教學(xué)目標(biāo)等合理地組織安排實(shí)驗(yàn)教學(xué)。以基礎(chǔ)知識(shí)、設(shè)備特點(diǎn)、操作技術(shù)為線索，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際，將實(shí)驗(yàn)過(guò)程與生產(chǎn)加工緊密聯(lián)系，以實(shí)驗(yàn)教師為主導(dǎo)、以學(xué)生為主體，靈活采用符合學(xué)生認(rèn)知和操作水平的教學(xué)方法，引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)探索、團(tuán)隊(duì)協(xié)作，通過(guò)實(shí)操訓(xùn)練，提升學(xué)生綜合應(yīng)用能力和創(chuàng)新實(shí)踐能力。針對(duì)不同的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，教學(xué)方法也要隨之調(diào)整，不斷改進(jìn)、完善。

2.1 任務(wù)引導(dǎo)法

在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，任務(wù)引導(dǎo)法適用于實(shí)驗(yàn)步驟相對(duì)簡(jiǎn)單、實(shí)驗(yàn)過(guò)程流程性強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。按步驟確定逐步講解，明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康模岢鋈蝿?wù)和要求，要求學(xué)生課前主動(dòng)預(yù)習(xí)相關(guān)的課程內(nèi)容，整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程學(xué)生作為完成實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的主體，實(shí)驗(yàn)教師進(jìn)行適當(dāng)?shù)闹v解和引導(dǎo)，鍛煉和培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力。

以任務(wù)驅(qū)動(dòng)，用目標(biāo)引導(dǎo)，在實(shí)踐操作中完成實(shí)驗(yàn)教學(xué)，讓學(xué)生從認(rèn)知、動(dòng)手實(shí)踐到思考、思維拓展，在實(shí)驗(yàn)任務(wù)的驅(qū)動(dòng)和引導(dǎo)下，掌握必需的理論知識(shí)和操作技巧，經(jīng)過(guò)獨(dú)立思考和小組討論，提出問(wèn)題、分析問(wèn)題、解決問(wèn)題，扎扎實(shí)實(shí)的完成實(shí)驗(yàn)任務(wù)[4，5]。

2.2 團(tuán)隊(duì)協(xié)作法

在很多實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目中，“單兵作戰(zhàn)”的模式則不占優(yōu)勢(shì)。以實(shí)驗(yàn)小組為單位，根據(jù)實(shí)驗(yàn)任務(wù)要求，分工合作，共同制定實(shí)驗(yàn)方案，協(xié)作過(guò)程中取長(zhǎng)補(bǔ)短，小組討論、共同分析，往往能取得更好的實(shí)驗(yàn)效果。

“團(tuán)隊(duì)協(xié)作”模式可以充分發(fā)揮團(tuán)體的積極功能，提高個(gè)體的學(xué)習(xí)動(dòng)力和能力，激發(fā)學(xué)生個(gè)體的主動(dòng)性、創(chuàng)造性。通過(guò)小組學(xué)習(xí)，可以使學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作、自我評(píng)估與相互評(píng)估、組織協(xié)調(diào)、資源共享分配等方面的能力得到有效鍛煉和提高，使學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程產(chǎn)生濃厚的興趣，可以充分發(fā)揮每個(gè)人的潛能，既有效地強(qiáng)化了實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果、提高了實(shí)驗(yàn)教學(xué)水平，又為學(xué)生們工作后順利地融入團(tuán)隊(duì)工作打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

2.3 實(shí)操訓(xùn)練法

實(shí)操訓(xùn)練可以迅速地將理論和實(shí)操結(jié)合起來(lái)，真正動(dòng)手解決問(wèn)題，而不是只停留在理論階段和模擬階段，對(duì)提高學(xué)生的動(dòng)手能力、增加實(shí)際操作經(jīng)驗(yàn)、提高安全意識(shí)和規(guī)范操作意識(shí)等都有非常積極的促進(jìn)作用。

實(shí)操訓(xùn)練將課堂教學(xué)、仿真模擬、現(xiàn)場(chǎng)操作緊密地聯(lián)系起來(lái)，以培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)際操作能力和綜合創(chuàng)新能力為目的，從教學(xué)模式上具有直觀、具體、生動(dòng)的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)具有很強(qiáng)的吸引力，提升學(xué)生學(xué)習(xí)的成就感，有效地提升學(xué)生整個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的專注度，從而使實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果進(jìn)一步增強(qiáng)[6]。

3 實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的創(chuàng)新開(kāi)展

教與學(xué)是不可分割的統(tǒng)一體，教學(xué)的本質(zhì)是交流和互動(dòng)。高品質(zhì)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)必須有一個(gè)輕松自由的學(xué)習(xí)氛圍，這有利于學(xué)生主動(dòng)性、創(chuàng)造性地參與實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目；高品質(zhì)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)又必須是嚴(yán)謹(jǐn)?shù)摹⒄J(rèn)真的，因?yàn)樯婕暗綄?shí)驗(yàn)的安全性和可行性；高品質(zhì)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)還要具備較高的參與感和成就感，使學(xué)生主動(dòng)融入實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，而這一切，都需要優(yōu)秀的教學(xué)模式來(lái)支撐，而且要不斷的進(jìn)行創(chuàng)新和改進(jìn)，才能使學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和實(shí)驗(yàn)效果顯著提高[7]。

3.1 角色定位的轉(zhuǎn)變

實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，要讓學(xué)生從被動(dòng)接受者轉(zhuǎn)變?yōu)閷?shí)踐知識(shí)的主動(dòng)接受者，成為探索、學(xué)習(xí)、思考創(chuàng)新的主體。在這個(gè)過(guò)程中，教師的教學(xué)較為輕松，學(xué)生的學(xué)習(xí)也更加有樂(lè)趣，學(xué)習(xí)效果得到了很大的提高。實(shí)驗(yàn)教師要根據(jù)學(xué)生不同階段的不同需求，引導(dǎo)、幫助學(xué)生解決實(shí)驗(yàn)過(guò)程中可能遇到的各類問(wèn)題，在此過(guò)程中，學(xué)生的視野、思維得到進(jìn)一步拓展，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力也有所提高。

師生之間角色轉(zhuǎn)變，既提高了學(xué)生參與度和責(zé)任心，又發(fā)揮了實(shí)驗(yàn)教師的引導(dǎo)和示范作用，拉近了老師和學(xué)生之間的距離，使師生之間能夠更好的溝通和交流，教與學(xué)的過(guò)程也變得輕松愉悅，實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果也可以得到最大程度的提升。

3.2 課堂氛圍的轉(zhuǎn)換

實(shí)驗(yàn)教學(xué)中要重視課堂的趣味性，使得實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容更生動(dòng)、形象，既可以增強(qiáng)學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解，又活躍了課堂氣氛，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生們的學(xué)習(xí)興趣。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中，引入學(xué)生們的關(guān)注點(diǎn)，或者有意識(shí)地“挖坑”，讓學(xué)生們主動(dòng)參與話題，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并解決。讓學(xué)生們意識(shí)到實(shí)際的生產(chǎn)應(yīng)用差不得一絲一毫，一個(gè)符號(hào)的錯(cuò)誤都可能導(dǎo)致非常嚴(yán)重的后果。

數(shù)控加工實(shí)驗(yàn)的手工編程階段，學(xué)生們會(huì)遇到各種各樣的問(wèn)題，每一個(gè)問(wèn)題都是對(duì)學(xué)生的一個(gè)考驗(yàn)，只有經(jīng)過(guò)仔細(xì)認(rèn)真的校對(duì)和查驗(yàn)，才能將自己設(shè)計(jì)的零件模擬加工出來(lái)，當(dāng)學(xué)生們克服重重困難，排除各種故障完成加工時(shí)，那種自信心和成就感會(huì)讓學(xué)生獲益終生。因此，輕松愉悅的課堂教學(xué)與嚴(yán)謹(jǐn)真實(shí)的情景教學(xué)之間的氛圍轉(zhuǎn)換，對(duì)于學(xué)生的創(chuàng)新思維拓展和實(shí)踐能力提升非常重要。

3.3 教學(xué)成果的轉(zhuǎn)化

實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)完成后，可以對(duì)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)教學(xué)成果進(jìn)行展示和評(píng)價(jià)，并選取一部分優(yōu)秀成果放入實(shí)驗(yàn)室展柜永久展示，能激發(fā)學(xué)生的競(jìng)爭(zhēng)意識(shí)，增強(qiáng)學(xué)生的自豪感，還可以為后續(xù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)提供參考，使學(xué)生的實(shí)驗(yàn)成果青出于藍(lán)，越來(lái)越優(yōu)秀。

實(shí)驗(yàn)教學(xué)成果轉(zhuǎn)化成為啟迪學(xué)生思維、激發(fā)學(xué)生興趣、激勵(lì)學(xué)生提升的重要標(biāo)的，使學(xué)生在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程的實(shí)踐能力和工程水平不斷提升，創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力不斷提高，可以更為迅速直接的參與到科研項(xiàng)目當(dāng)中，同時(shí)又將科研成果轉(zhuǎn)化到實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，成為提升學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力的有效途徑。

4 結(jié)語(yǔ)

近年來(lái)通過(guò)對(duì)數(shù)控技術(shù)相關(guān)專業(yè)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)踐，文中所述教學(xué)方法和教學(xué)模式非常成功，學(xué)生們對(duì)數(shù)控技術(shù)的學(xué)習(xí)和數(shù)控加工實(shí)訓(xùn)都有濃厚的興趣，參與的積極性非常高，實(shí)驗(yàn)教學(xué)任務(wù)完成后所取得的教學(xué)效果也較為顯著，隨著課程的不斷改革，實(shí)驗(yàn)教學(xué)也需要緊跟步伐，不斷地進(jìn)行改進(jìn)和完善，使整個(gè)課程的教學(xué)效果得到有效地強(qiáng)化。