工程教育認證驅動下的綜合性機械實驗課程建設探索*

王慶陽 高夢迪

（宿州學院 機械與電子工程學院，安徽 宿州 234000）

2006年，我國開始構建工程教育認證體系，高等院校不斷貫徹“學生為中心、產(chǎn)出導向、持續(xù)改進”的認證理念，高等工程教育質(zhì)量穩(wěn)步提升，全國各高校通過工程教育認證的專業(yè)逐年遞增[1-2]。宿州學院機械類專業(yè)也依據(jù)此理念進行發(fā)展。機械類專業(yè)工程教育認證標準對所培養(yǎng)學生有明確要求，其中包括能夠應用數(shù)學、自然科學、工程基礎和專業(yè)知識識別、表達、分析并解決復雜工程問題。這就要求日常教學過程中加強對學生在學科交叉復合和創(chuàng)新實踐問題解決方面的能力培養(yǎng)，與之對應的綜合性機械實驗課程建設迫在眉睫。同時，該校正在進行機械類專業(yè)碩士點建設，該碩士點建設需滿足的標準之一就是具備碩士研究生創(chuàng)新能力和實踐能力的培養(yǎng)條件，而綜合性實驗的設置可為該碩士點的申報打下堅實基礎。另外，該校機械專業(yè)本科畢業(yè)生有1/3以上的學生會選擇考研，建設綜合性機械實驗課程可加強學生科研能力的培養(yǎng)，學生在進入科研實驗室后能夠盡快融入角色，主動開展科研探索活動。本文從當前國內(nèi)綜合性實驗課程建設存在的問題入手，結合宿州學院機械專業(yè)面臨的工程教育認證和碩士點建設需求，闡述了機械專業(yè)綜合性實驗課程建設所采取的舉措。

一、綜合性實驗課程建設存在的問題

近年來，部分高校在建設綜合性實驗課程培養(yǎng)學生實踐能力、創(chuàng)新能力方面積極進行了探索，并取得了一定的成效[3-5]。但從社會、企業(yè)的反饋來看，部分高校畢業(yè)生的實踐能力、創(chuàng)新能力與社會的需求匹配不高。通過從事實驗室管理工作并擔任機械設計制造及其自動化專業(yè)實驗課程指導教師，對學生實驗過程的個人狀態(tài)、實驗中遇到的問題及解決方式、實驗課后與學生及其他實驗指導老師的交流情況、對學生實驗報告的批閱等發(fā)現(xiàn)，高校通過實驗課程培養(yǎng)學生解決復雜工程問題的實踐能力、創(chuàng)新能力有待提升，主要存在以下問題。

（一）綜合性實驗課程比例不高

在專業(yè)培養(yǎng)方案制訂時，部分實驗教學體系建設不夠健全，對綜合性實驗課程培養(yǎng)學生工程實踐能力、創(chuàng)新能力認識不足，實驗課程比例不高。由于經(jīng)費不足、硬件配套設施不到位，部分課程綜合性實驗課程難以開展。同時，部分實驗設備臺套數(shù)與學生人數(shù)不匹配，綜合性實驗教學條件不能滿足教學要求。

（二）課程內(nèi)容的系統(tǒng)性、層次性有待加強

部分演示型、驗證性實驗課程對單一知識點的重復性驗證占比較高，缺乏綜合性實驗將課程重要知識點系統(tǒng)串聯(lián)用以解決實際問題的課程設置，部分學生在完成前兩次實驗后，學習的主動性、積極性會降低。以機械專業(yè)PLC課程實驗為例，由于實驗臺集成化較高，多數(shù)實驗過程僅通過LED小燈模擬驗證實驗現(xiàn)象，無實物依托，會影響學生主觀能動性的發(fā)揮，不利于學生探究問題、解決問題的工程實踐能力的培養(yǎng)。

（三）考核體系不夠完善

目前，部分實驗指導教師僅根據(jù)學生考勤和實驗報告完成質(zhì)量評定學生的實驗成績，考核依據(jù)單一、片面，難以真實反映學生的實驗能力[6]；無論是驗證型實驗還是綜合設計性實驗考核，均只注重實驗結果，忽略實驗過程中學生分析實驗課題、設計實驗方案、實驗操作規(guī)范、實驗小組團隊協(xié)作的過程，導致學生做實驗只以記錄實驗數(shù)據(jù)、取得實驗結果為目的，不利于學生工程實踐能力、創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

（四）教師的實踐能力、創(chuàng)新能力有待加強

部分實驗指導教師的工程實踐能力不強，主持、參與的工程類課題較少，擁有豐富工程背景且有學術水平的教師不足，高校實驗教學水平需要提高[7]。部分實驗指導教師沿用灌輸式教學方法，在教師講解實驗原理、操作演示后，學生只會機械地按照實驗講義和教師的演示進行操作、記錄實驗數(shù)據(jù)。這種實驗教學模式不利于加強師生之間的交流和培養(yǎng)學生的實驗探究意識。部分學校對教師的實驗教學質(zhì)量缺乏考核標準和激勵機制，教師的實驗教學積極性需要進一步調(diào)動。

二、綜合性機械實驗課程建設對策

培養(yǎng)學生解決復雜工程問題的實踐能力、創(chuàng)新能力是一個系統(tǒng)性、循序漸進的過程。針對當前高等工程教育綜合性實驗課程建設存在的問題，結合學校機械專業(yè)綜合性實驗課程建設過程，其不足主要體現(xiàn)在以下幾個方面。

（一）建設“雙軌融合”的機械專業(yè)實驗教學平臺

以實踐能力、創(chuàng)新能力培養(yǎng)為核心，實現(xiàn)理論教學與實驗教學有機結合，科研項目向綜合性實驗項目有效轉化，校企共建促進綜合性實驗接軌工程實際，按照基礎性、設計性、綜合性和創(chuàng)新性實驗教學規(guī)律，搭建機械課程實驗+開放性實驗“雙軌融合”的實驗教學平臺，使實驗課程層次分明，教學內(nèi)容系統(tǒng)全面，如圖1所示。

圖1 機械專業(yè)“雙軌融合”實驗教學平臺圖

機械課程實驗教學主要根據(jù)培養(yǎng)方案制定的實驗課程教學，教學計劃按照從易到難，從基礎到前沿，從單一到綜合的循序漸進培養(yǎng)工程實踐能力路線，包括機械專業(yè)認知實驗、機械專業(yè)大類基礎實驗、機械專業(yè)應用實驗、綜合拓展實驗（工程實踐）、實戰(zhàn)性實驗（畢業(yè)設計），共五個層次。機械課程實驗教學注重與理論教學相結合，設置綜合性實驗，對課程知識框架進行系統(tǒng)梳理與融合，保證實驗教學的完整性、連續(xù)性，以學生為中心，逐步引導學生獨立完成實驗，培養(yǎng)學生的工程化思維能力、工程實踐能力。

開放性實驗教學從激發(fā)學生興趣入手，以培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力、科研能力、貼近企業(yè)的工程應用能力為目標，以綜合創(chuàng)新性實驗、綜合研究性實驗為核心，學生根據(jù)個人興趣自由選擇組成團隊，自主完成實驗方案設計、自主完成實驗過程，教師根據(jù)項目單獨指導。實驗項目主要來自教師的科研成果轉化、學校創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)學院實戰(zhàn)項目、學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽項目。

相較于傳統(tǒng)的實驗教學平臺，機械課程實驗+開放性實驗“雙軌融合”的實驗教學平臺實現(xiàn)了教師科研活動、教學活動、人才培養(yǎng)的有機結合，激發(fā)了學生的實驗興趣，培養(yǎng)了學生自主學習、探究問題的能力，提高了科教資源的效益。依托“3D打印創(chuàng)新實驗室”“機械創(chuàng)新實驗室”“電子設計創(chuàng)新實驗室”，不斷開展綜合性實驗項目建設，學生的實踐能力、創(chuàng)新能力得到提升。

（二）建設多學科交叉綜合性實驗項目

科學技術創(chuàng)新發(fā)展需要不同學科交叉融合，學科交叉融合已成為創(chuàng)新發(fā)展的源泉，新工科體現(xiàn)了不同學科交叉、融合、創(chuàng)新。機械專業(yè)作為傳統(tǒng)的工科學科，在保持學科發(fā)展基礎上，應積極探索、促進與電子、材料等工科學科以及數(shù)學、物理、化工等理科學科的交叉融合，建設多學科交叉的綜合性實驗項目，如圖2所示。

圖2 多學科交叉綜合性實驗項目建設圖

任課教師要緊跟科技前沿動態(tài)，參加各類學術交流，積極分析、探索與所授課程實驗教學相融合的實驗項目。同時，主動將科研項目向實驗教學轉化，促進創(chuàng)新型實驗、研究型實驗建設，實現(xiàn)以研促教、以教助研。以“3D打印創(chuàng)新實驗室”教師團隊設計的“FDM、SLA、SLM三種增材制造工藝能耗測試”綜合研究性實驗為例，該開放性教學實驗來自課題組教師的科研項目轉化，實驗教學方案如表1所示。通過該綜合性實驗，使學生掌握了與3D打印相關的材料學、機械設計、電工學、綠色制造等多學科專業(yè)知識，拓寬了學生的視野，培養(yǎng)了學生的實踐探究能力、創(chuàng)新精神和團隊協(xié)作精神。

表1 “FDM、SLA、SLM三種增材制造工藝能耗測試”實驗教學方案表

（三）多維度綜合性實驗考核體系建設

完善的考核體系是實驗教學質(zhì)量的有效保障。隨著綜合創(chuàng)新性、綜合研究性實驗項目建設不斷增加、完善，傳統(tǒng)的以實驗結果、實驗報告為考核標準的結果導向考核體系難以適應實驗課程的發(fā)展。

相較于傳統(tǒng)的驗證型、仿真型實驗，綜合性實驗較為復雜、實驗周期較長，為充分調(diào)動實驗過程中學生的積極性，發(fā)揮學生的實驗探究意識，實驗指導教師應根據(jù)不同綜合性實驗的培養(yǎng)目標，制定覆蓋實驗全過程的多維度考核體系。首先設置合理、全面的考核環(huán)節(jié)，綜合性實驗的考核一般包括實驗準備（文獻查閱、設計實驗、實驗材料準備）以及實驗進程、技術核心、匯報答辯、實驗報告、實驗科學素養(yǎng)等。教師可結合具體實驗課題適當增減考核環(huán)節(jié)，調(diào)整各考核環(huán)節(jié)的考核權重。其次，考核主體多元化，改變傳統(tǒng)的以實驗指導教師為主的單一考核主體，將學生納入考核主體以調(diào)動其積極性，在一些考核環(huán)節(jié)引入學生自評、學生互評，如實驗準備、匯報答辯、實驗科學素養(yǎng)等。最后，根據(jù)不同的考核環(huán)節(jié)，結合具體實驗細化各考核環(huán)節(jié)的考核內(nèi)容，制定合理、公正的考核標準。采用定量考核和定性考核相結合的方式，使考核過程具有可操作性。

以“FDM、SLA、SLM三種增材制造工藝能耗測試”綜合性實驗為例，其考核按照表2中的方法進行，該考核方法分為實驗準備、實驗過程、實驗關鍵技術、實驗答辯四個考核環(huán)節(jié)，將實驗過程、實驗關鍵技術作為考核重點，同時在考核主體加入了學生自評和學生互評，充分調(diào)動學生在實驗過程的積極性。考核形式增加了現(xiàn)場操作、答辯匯報等內(nèi)容，考核形式多樣化。多維度的考核方法使綜合性實驗的考核過程更加嚴謹、科學，激勵學生主動學習，為提高綜合性實驗教學質(zhì)量提供了保障。

表2 “FDM、SLA、SLM三種增材制造工藝能耗測試”實驗成績考核方法表

（四）綜合性實驗教學團隊建設

實驗教師是實驗教學方案制定、實驗教學實施的主導者，是培養(yǎng)學生工程實踐能力、創(chuàng)新能力的一線指導者，建設一支綜合素質(zhì)較高的實驗教學團隊，對促進實驗教學內(nèi)容建設與更新、提高實驗教學水平、提升實驗教學質(zhì)量很重要。

一是提升實驗教學團隊工程實踐能力，以提升實驗教學質(zhì)量。首先，在招聘時適當增加工程實踐能力考核比重，比如是否有企業(yè)工作經(jīng)歷、是否主持或參與橫向課題等。其次，拓寬渠道，采取短期聘用與長期聘用相結合的方式，加強企業(yè)高水平工程技術人才引進，以優(yōu)化提升實驗教師隊伍。最后，制定制度和激勵措施，鼓勵教師到企業(yè)掛職鍛煉。近三年，宿州學院聘請企業(yè)高水平工程師12人次，鼓勵教師到企業(yè)掛職鍛煉，擔任專業(yè)核心課程的教師擁有1年以上企業(yè)工作經(jīng)歷的比例達95%以上。

二是加強實驗教師培訓，提升實驗教學團隊綜合素質(zhì)。由于高校實驗崗位吸引力不足，直接影響了實驗教學團隊的建設；同時，實驗教師對科研的重視不夠，不利于開放性實驗的開展。為此，宿州學院近幾年注重加強實驗教師培訓，定期組織優(yōu)秀實驗案例教學研討會，邀請校內(nèi)、校外資深高級實驗教師分享先進的實驗教學理念、優(yōu)秀實驗案例設計方法，促進了學院的實驗教學改革，提升了實驗教師的實驗教學水平。

三是制定鼓勵政策，為實驗教師發(fā)展提供平臺支持。在實驗教師個人發(fā)展上，學校給予政策、資源的支持，設立專門的實驗教學項目，鼓勵實驗教師申報；組織實驗案例設計競賽，激發(fā)實驗教師豐富實驗教學內(nèi)容、提升實驗教學的熱情。鼓勵實驗教師建設學生興趣較濃的開放性實驗，在教學工作量核算和年終考核時給予獎勵。

三、結語

綜合性機械實驗課程建設是高等學校機械類專業(yè)進行工程教育認證和碩士點建設過程的重要內(nèi)容。本文通過分析國內(nèi)綜合性機械實驗課程建設過程中存在的不足，結合宿州學院機械專業(yè)綜合性實驗課程建設過程，從“雙軌融合”的機械專業(yè)實驗教學平臺建設、多學科交叉綜合性實驗項目建設、綜合性實驗教學團隊建設、多維度綜合性實驗考核體系建設四個方面進行改革，實踐結果表明，通過加強綜合性實驗課程建設，不斷豐富實驗教學內(nèi)容，注重實驗過程考核，調(diào)動了學生實驗過程的積極性，發(fā)揮了學生實驗過程的主觀能動性，提高了學生解決復雜工程問題的實踐能力和創(chuàng)新能力?？茖W技術日新月異，機械實驗教學應不斷改革、完善，以適應社會對人才培養(yǎng)的需求。