高校實驗教學示范中心建設研究
——以安徽工業(yè)大學機械實驗教學示范中心為例

王 璐

(安徽工業(yè)大學 工程研究院，安徽 馬鞍山 243002)

2018年6月國家財政部與科技部聯(lián)合印發(fā)了《關于加強國家重點實驗室建設發(fā)展的若干意見》，明確提出了要凝聚和培養(yǎng)一流優(yōu)秀人才，引領未來科學技術發(fā)展方向，為建設世界科技強國提供有力支撐。充分發(fā)揮實驗教學示范中心作用，培養(yǎng)優(yōu)秀人才、為科技強國做出貢獻，是當前高校實驗中心的重要任務。準確把握住省級實驗教學示范中心建設特點要求，進一步明確實驗教學改革以及實驗室建設的工作重點，有力促進高校實驗教學改革以及實驗室建設的工作深入開展，對于提升實驗教學質量甚至整個高等教育人才培養(yǎng)質量都有著深遠的意義。

一、明確目標：夯實基礎促創(chuàng)新

安徽工業(yè)大學機械實驗中心是面向全校機械工程類相關專業(yè)的本科生以及研究生的實踐教學平臺，中心經過多年的建設，實驗室軟硬件設施有了一定的基礎。中心由工程力學基礎實驗室、機械設計及自動化專業(yè)實驗室、過程裝備與控制專業(yè)實驗室、車輛工程專業(yè)實驗室、工業(yè)與藝術設計專業(yè)實驗室以及CAD計算機實驗室構成。中心自成立以來，不斷更新教育理念和實驗教學觀念，優(yōu)化實驗教學內容、改進實驗教學方法、完善實驗教學體系，并把最新科研成果引入實驗教學中。2010年中心獲批為安徽省示范實驗實訓中心，又于2015年獲批為安徽省省級機械工程虛擬仿真實驗教學中心。

為了保證建設質量，中心最近幾年開展了基于多模塊、多層次、多元化的實驗教學示范中心實驗教學體系建設工作。緊密圍繞當前制造業(yè)人才培養(yǎng)的需求, 結合我校的教學和科研特點, 以培養(yǎng)適應新型工業(yè)化要求的應用型人才為目標，針對人才培養(yǎng)模式、教學內容、課程體系與教學方法等進行系統(tǒng)的改革，從而建立與理論教學并行的，既相互獨立又相互聯(lián)系的實驗教學體系，以基本能力訓練為基礎、以綜合素質培養(yǎng)為核心、以創(chuàng)新精神教育為主線，圍繞機、電、計算機三個主要方面的能力進行全面訓練和培養(yǎng)。

二、頂層設計：革新理念創(chuàng)特色

以往的實驗教學體系由于受到傳統(tǒng)教育觀念影響，存在“重理論、輕實驗，重課堂教學、輕實驗教學”的現(xiàn)象，實驗項目各自獨立，沒有系統(tǒng)整體的合理規(guī)劃，無法滿足素質教育和創(chuàng)新實踐能力培養(yǎng)的需要。因此，構建“多模塊”的實驗教學課程體系，“多層次”的實驗項目體系和“多元化”的實驗教學內容資源是改革的核心。

(一)創(chuàng)新實驗教學體系

在實驗教學內容體系中，實驗教學課程體系是總體框架，中心以分模塊、分層次的實驗獨立設置課程作為主線，加入了機械學科國內外先進的軟硬件技術，并且注重實際應用能力的培養(yǎng)，同時著重挖掘實驗深度，使其可以進一步滿足研究性、創(chuàng)新性學習的要求。

另外按照專業(yè)基礎實驗、機械基礎、科技創(chuàng)新、專業(yè)技術實驗和學生課外實踐四大部分組織實驗教學，構建科學合理的教學體系。改革大體方向思路見圖1。

圖1 實驗教學體系建設整體思路

(1) “多模塊”實驗教學課程。在內容上，機械實驗教學示范中心將機械實驗分成三類：基本型、綜合設計型、研究創(chuàng)新型，為了使學生更好了解部件系統(tǒng)和機電產品的構造設施，該實驗利用了設計、制造到創(chuàng)新過程，同時加入了檢驗測試，保障了學生工程實踐能力、設計制造與創(chuàng)新能力和工程素質全方位的提高。從教學組織上，機械示范中心劃分為理論和實踐兩個部分。其中理論部分主要為單獨創(chuàng)建的實驗課程以及理論課程中所附帶的實驗課。實踐部分包含技能訓練、科學競賽等活動，能夠使學生熟練運用所學的知識和技能，同時進一步發(fā)展創(chuàng)新實踐能力。

(2)“多層次”實驗項目體系。機械實驗教學示范中心秉持著更好地為學生服務的原則，根據(jù)每個學生不同的專業(yè)、年級、基礎，將實驗項目進行細致的區(qū)分，保證教學的針對性。機械示范中心將創(chuàng)新型實驗主要分為基礎創(chuàng)新實驗和自主創(chuàng)新實驗?；A創(chuàng)新實驗：結合慧魚公司所生產的不同類型模型原件，讓學生了解各種不同類型機構、整機的模型搭建方法并自己動手操作，同時還讓學生去學習相關的軟件編程，掌握模型的運動控制，鼓勵學生去構想創(chuàng)造新的模型，去自主設計新的模型系統(tǒng)，發(fā)展學生的自主創(chuàng)新能力。自主創(chuàng)新實驗：機械示范中心會定期開辦相關的機械實驗專題講座以及“挑戰(zhàn)杯”、“機械設計大賽”等學科競賽，讓每個學生都有機會去參加教師科研課題的部分工作以及學科競賽，并在教師的指導下自行組隊，自選實驗題目，自主設計、調試，完成任務和競賽，同時也會根據(jù)學生的任務完成度以及競賽結果給予學分、獎勵以及相關證書。

(3)“多元化”的實驗教學資源。機械實驗教學示范中心為了保障實驗教學資源建設工作的多元化發(fā)展，在完成教學任務的同時通過公開出版或自編的方式實現(xiàn)實驗課程教材和實驗資料建設，以此來完善實驗課程的理論部分內容；另一方面加強CAI課件和系統(tǒng)的開發(fā)和應用，完善實驗教材中的軟件部分；同時加緊示范中心教學網站的建設，充分利用現(xiàn)代計算機網絡的先進技術優(yōu)勢來加快虛擬仿真實驗等教學資源的建設，以此來保障實驗教學資源多元化發(fā)展。

(二)打造實驗中心特色

機械實驗教學示范中心始終秉持著以提高質量為基礎，以三個層次、三種模塊、多種聯(lián)合為方向的核心理念來對現(xiàn)有的實驗教學體系進行一步步的升級和改良，同時創(chuàng)新理念充分融入實驗教學體系，機械實驗教學中心在創(chuàng)新設計實驗上不斷發(fā)展，逐漸打造出自身特色。

(1)自主研發(fā)教學設備，實現(xiàn)實驗內容與手段的同時發(fā)展。把參與學科及實驗室建設、開發(fā)新的實驗項目和相應的儀器設備作為高級職稱教師的基本崗位職責。機械實驗示范中心花費15萬元自行設計加工了SCARA機器人平臺，將控制理論、機電一體化技術、測控技術(24學時單獨授課)、機器人技術基礎這四門本科課程中的實驗教學內容進行了統(tǒng)籌整合和更新，并且創(chuàng)建了機電創(chuàng)新設計綜合實驗教學平臺。該平臺為全開放模式，所有程序代碼、結構部件都可讓學生自行設計，提高了中心設計性、綜合性實驗比例。如若正常采購該平臺，目前市場價格約為30萬元左右，對比節(jié)約了大筆費用。

(2)充分挖掘和利用信息技術資源，合理融入實驗中心資源建設。對機械工程信息技術進行處理整合，構造機械工程仿真實驗平臺。機械實驗教學示范中心將CAD、CAM、CNC軟件作為學習基礎，同時將機、電、液壓和測試等知識與信息技術進行融合，從而保障了從零件的三維造型到零件的數(shù)控編程再到零件的虛擬加工，最后到零件的網絡傳輸與數(shù)控加工的全方位一體化，以此來加強機械工程仿真與信息技術的有機融合。

三、建設內容：五大實驗教學平臺

機械工程實驗教學中心構建了5種不同的實驗教學平臺，詳情見圖2。

圖2 機械工程實驗教學中心五大平臺

1.以機械工程實訓教學模塊為代表的機械工程實踐與實訓平臺。機械工程實訓模塊的建設目的是提高學生對機械工程相關課程的的感性認識以及實踐中的實際操作能力，更重要的是將實踐與理論進一步有機結合，來鍛煉學生的基本機械制造技能、拓寬學生的工程實踐素養(yǎng)、提高學生的綜合素質、培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識，讓學生可以熟練掌握各項工種的基礎知識，達到可以自己判斷處理各種基礎工藝任務的要求。

2. 以機械設計基礎實驗技術為代表的機械基礎實驗教學平臺。機械基礎實驗教學平臺主要以實驗性教學為主，開展了一系列相關課程，包括機械制造原理、機械基礎概論、機械設計原理、計算機繪圖等，而在實驗操作方面，則按照三個不同階段對實驗層次來進行細分，分別為：以實物展示、測繪、觀摩為主要內容的基礎型實驗，以實物拆裝、建模、方案設計為主要內容的綜合設計型實驗，以影音資料和電子計算機相結合的新模式教學為主要內容的研究創(chuàng)新型實驗。

3.以機械制造基礎實驗技術現(xiàn)代機械加工實驗技術、機械CAD/CAM及數(shù)控技術為代表的現(xiàn)代制造工程實驗教學平臺。該模塊主要有：(1)機械制造基礎實驗技術。將 “互換性與公差測量”、“機械制造技術基礎”兩門課進行融合形成“機械基礎制造實驗技術”這一新實驗課程, 該實驗主要是為了滿足學生熟悉零件加工的各項要求，完成對零件精度等各項質量標準、零件精度等各項檢測方法以及先進制造產業(yè)、制造技術、工藝知識和工藝過程的學習。(2)電子數(shù)控技術及機械CAD/CAM。機械類課程的關鍵學習點是電子數(shù)控技術以及機械CAD/CAM的應用，具體是利用電子計算機進行繪圖、利用CAD軟件進行機械設計、通過機械CAD/CAM展開應用，進行數(shù)控技術實訓、實習、畢業(yè)設計等一系列配套工作來進行教學。(3)現(xiàn)代機械加工實驗技術。該實驗模塊主要是以較為全面系統(tǒng)的形式形成了以新型制造模式的專業(yè)課程群為對象的開放式的教學體系，將解決實際生產方案作為基礎，將與現(xiàn)代制造業(yè)技術有關的課程和大型工程軟件Admas、Ideas、Ansys等緊密結合來構造一整套現(xiàn)代制造訓練過程和模擬流程。

4.以機電液系統(tǒng)分析及測控技術與機電一體化系統(tǒng)實驗技術為代表的機械電子技術實驗教學平臺。該模塊的構建主要為：(1)機電一體化系統(tǒng)實驗技術。主要是通過實際應用來針對學生利用所學基礎知識和技能對機電系統(tǒng)工程實際問題進行分析和解決的能力培養(yǎng)。(2)機電液系統(tǒng)分析與測控實驗技術。該實驗利用了控制和測試的大型工程應用軟件LabVIEW和MATLAB 為開發(fā)工具，不僅提升了教學水平，同時也研發(fā)了機電液系統(tǒng)分析網絡虛擬實驗模塊。

5.以課外實踐與科技創(chuàng)新模塊為代表的學生課外實踐與科技創(chuàng)新平臺。該模塊旨在為學生創(chuàng)建一個開放式的學習與實踐平臺，搭載計算機虛擬仿真實驗、網絡式教學架構以及機械工程相關實驗教學課件，進而為學生在機械工程實驗方面打下扎實的基礎、在課外實踐與技術實驗方面獲得良好的鍛煉、在科技創(chuàng)新素養(yǎng)方面得到良好的培養(yǎng)。并且對不同專業(yè)學生進行不同的類型實驗教學，來保障實驗的合理性，進而使學生得到有效的訓練，拓寬其視野，提高其利用所學知識解決實際問題的能力。

四、結語

安徽工業(yè)大學機械實驗教學示范中心以專業(yè)人才培養(yǎng)規(guī)格和學科建設為基礎，以分模塊、分層次的實驗課獨立設置課程為途徑，進一步系統(tǒng)規(guī)劃了實驗教學體系改革的深度，充分提高了實驗教學中心的總體水平，同時在學生創(chuàng)新能力以及科學實驗能力的培養(yǎng)方面都有著一定的提升。

機械工程實驗示范中心依托“挑戰(zhàn)杯”大學生課外學術科技作品競賽、國際遺傳工程機器設計大賽、全國三維數(shù)字化創(chuàng)新設計大賽和全國教育機器人大賽等科技競賽項目，搭建了應用型創(chuàng)新型實踐教學環(huán)境，并取得很好的效果。近年來畢業(yè)生一直得到用人單位的青睞，很多優(yōu)秀畢業(yè)生已經成長為大型的冶金企業(yè)的中高層領導和技術骨干。兩年一次的畢業(yè)生跟蹤調查中，人才培養(yǎng)質量得到了社會各界的充分肯定。