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202 Academic and Practise 学术与实践以工程实际应用为驱动，探索机械工程实验开设新模式吴兵，李屹（贵州大学机械工程学院，贵州贵阳550025）摘要：从新时代建设新工科的需求出发，以培养高层次工科创新人才为出发点，本文探索了面向机械工程类本科生开设专业基础实验和专业实验的新模式。根据机械工程类专业培养要求，结合专业基础实验及专业实验特点，以解决实际工程问题为驱动，通过机械零件设计、制造及检测的整个生产流程，将相对独立的多个实验项目融合在一起，整合为一门单独开设的综合性、设计性实验课程，实现理论和实践的融会贯通。关键词：新工科；教学模式；专业实验；独立实验课基金项目：贵州大学省级本科教学工程项目“机械设计课程教学模式改革”（SJJG201608）。作者简介：吴兵，男，贵州大学机械工程学院正高级实验师。李屹，女，贵州大学机械工程学院教授。工科高等教育的任务是在与工程实际密切联系的教学过程中，根据专业特点培养工程类人才。实验教学在高校机械类专业的教学环节中处于非常重要的地位，随着新工科的建设发展需求，“回归工程”已成为实践教育的重要目的之一。但是，机械类实验，特别是以专业实验与认知为主的专业基础实验，在开设方式上简单地归为一类进行教学，造成教学系统性差，不能达到培养学生专业工程实践能力的目的，更不能培养学生解决工程实际问题的能力。在本科教学中，需要开展的大部分实验都是培养计划中各门课程所要求的重要教学环节。工科类院校的实验教学主要包括基础实验、专业基础实验、专业实验、创新实验、综合设计实验。基础实验通常由吴兵，李屹：以工程实际应用为驱动，探索机械工程实验开设新模式203通识教育中的基础实验室完成，各学院下属的专业实验室主要面向本学院和其他学院相关专业学生开展专业基础和专业实验教学。根据各个专业的不同特点，面向机械类专业本科生所开设的实验，大部分都是理论课程的课带实验，各个专业实验项目课程之间相对独立，并随着理论课被分散到不同的学期中，造成不同实验之间的工程联系被打断分散，学生对机械工程的实验环节缺乏整体统一的工程概念，造成了理论与实践脱离。贵州大学机械工程学院实验中心按照学校的人才培养定位，根据机械工程类专业培养要求，结合机械类专业实验特点，以解决实际工程问题为驱动，通过典型机械零件设计、制造及检测的整个生产流程，将多个课程实验项目整合为一门单独开设的实验课程，把相对独立的多个实验项目融合在一起，整合为一门单独开设的综合性、设计性实验课程。一、实验组织形式长期以来实验课教学一直是理论课程教学内容的一部分，实验教学学时按理论课程的教学大纲确定，增大了部分课程学时的可调整性，甚至部分任课教师为了提高理论教学时数，不严格按照教学大纲开展实验教学，造成理论课程与实验课程相对立。单独设立实验课程，从源头上将实验教学与理论课程教学列为平行关系，各自按教学大纲执行，又在执行中相互补充，无疑是一种比较好的改进方法。比如，根据培养方案，一个学生四年的专业课程，专业实验学分为 6 分，实验学时数为 108学时，17 学期内选修完成实验课程，不仅明确了实验教学的工作量计算方式，也确保了实验教学的顺利开展。为此，单独开设一门综合性实验课程：机械工程综合实践。该门课程作为必修课程，共分 7 个学期开设，将所有实验分为17 学期可选内容，并规定先修课程条件，面向学生公布本学期开设的实验项目内容，学生根据不同专业的培养计划要求，结合理论课老师的实验内容要求，在学期开学初选课。每个学期结束由对应的实验教师评分，汇总后作为本学期实验课的总得分。在该门独立开设的实验课中，以零件库形式列出典型机械零件，如：齿轮、主轴、连杆、箱体等。按 45 人组建一个学习小组，以小组形式选择零件，在零件库中选择不同的零件，一旦选定，中途不得更换，但可根据情况增加零件。以测试技术为例，该门课程按培养计划要求，不同专业的实验学时为 8 学时或 4学时。因此，在选修测试技术课程的同时，204 Academic and Practise 学术与实践必须按要求选修与本课程教学要求规定相符合的实验项目，具体的实验项目可以按不同的专业在独立设置的实验课程中选取。因此，测试技术课程的教学学时等于理论课程学时数和实验课程学时数之和，但测试技术实验课程只是该学生所有实验课的一部分，并不单独设立学分，整个实验课程的学分只有在学生所有实验项目均考核合格后才能获得。但如果该生测试实验教学内容考核不合格，将没有资格参加该门课程考核，不能取得该门课程学分。二、按零件制造流程建设实验项目群1.零件分析：主要包含零件测绘、互换性与测量技术实验项目组。零件测绘包括零件库各零件的测绘实验方法、步骤、器材等实验。互换性与测量技术主要包含零件的多种测量项目。实验可以根据学生专业、年级情况选做相应的实验项目，比如低年级学生学习机械制图课程时，只需对应课程要求选做相应零件的尺寸和形状测量，而对于高年级学生学习机制工艺学时，可选做零件加工精度分析。本阶段的实验可为机械制图课后实践、互换性与测量技术课程实验。2.零件设计：主要包括机械设计、机械原理、CAD 等实验项目组。结合前期的零件图，搭建零件的模型，分析零件的工作原理。比如，利用机械创新实验室的创新实验机构，分析零件的工作原理，绘制该零件的机构简图，分析其受力情况。该部分内容可以在满足机械设计、机械原理原演示实验要求的前提下，作为开放实验项目内容，为学生参加机械创新设计大赛、工训大赛等创新竞赛提供赛前训练。3.零件加工：主要包括机制工艺学、机械加工、数控技术等和机械加工有关的实验项目组。根据前期获得的零件图及设计分析，按机械加工工艺的要求拟定本零件的加工工艺路线，确定加工设备及工装方法，制定全套零件加工工艺。该部分内容可以作为机械制造工艺学、机床夹具、机械加工设备等专业课程的实验内容，要求学生能根据已知零件的技术要求，拟定加工工艺方法，包括：毛坯制造、加工准备、加工方法、加工设备、刀具选择、加工辅助、工时计算、成本计算等。该阶段面向三年级学生专业课设定实践教学内容，学生前期一直接触并学习这些零件，各方面情况已经较为熟悉，可以有针对性地开展加工工艺制定的练习，避免了在学习中因突然接触一些空洞和抽象的设计目标而增加学习难度的情况。4.零件检测及系统应用：主要包括控制工程、检测技术、plc 等实验项目组。本吴兵，李屹：以工程实际应用为驱动，探索机械工程实验开设新模式205实验强化学生掌握机械零件的多种测量方法，更强调将单个机械零件应用到机械系统时的技术要求，结合测试技术、plc 控制等，对学生综合利用所学基础及专业知识分析实际问题提供较好的训练方式。该阶段实验不仅可以让学生复习各类常用手动测量工具的使用方法，还需要学生掌握测长仪、三坐标测量机床等精密测量仪器的使用方法，也为学生使用科学仪器、设备开展科研工作提供练习条件。以零件实际生产全流程为主线的实践教学过程，涵盖了典型机械零件生产加工中所涉及的机械制图、机械设计、机械原理、零件测量等机械基础实践教学内容，也包含了机械制造工艺、数控技术、夹具设计等专业实践教学。三、实施效果1.提升实验教学设备的利用率原有机械类专业的实验依附于相关理论课程，开设实验项目主要是为验证理论课程相关知识点，并在此基础上制定实验教学资料。一门理论课程的实验学时有限，实验项目数量仅占较小比例，比如：数控技术实验台可开实验项目为 16 项，但相关课程只有 4 个实验项目需求，其中 2 个还需要在其他实验台上开设，利用率仅为12.5%，造成实验设备的功能浪费，降低了使用效率。开设独立实验课后，可以将有类似功能的实验设备进行整合，在实验功能相同的基础上增加实验台套数，也提高了实验设备的使用效率。比如，数控编程仿真软件、数控操作培训机、数控机床、数控实验台都可以作为数控技术的实验设备，将这些设备整合后，可以将其同时作为数控技术课程的实验设备，面向同一班级同时开设，不仅增加了使用效率，也让学生的实验内容更符合实际生产流程。2.提升学生对机械工程的整体认识利用相对独立且相互联系的实验模式，将原来较为分散的知识模块串联起来，形成完整的机械零部件加工链，不仅覆盖机械工程大部分的知识点，也提升学生对机械工程整体性认识，培养学生将所学理论知识应用到实践的能力。四、结语将实验课程独立于理论课程之外，单独设置教学任务，有利于更清晰地量化实验教学工作。实验课程虽然在形式上独立于理论课，但实验内容仍然与理论课程紧密相关，是理论课程中重要知识点的重要支撑。以实际工程应用为驱动，将独立的专业实验项目系统化地联系到一起，使整206 Academic and Practise 学术与实践个学习环节更加完整，突出理论与实际相结合，提升教学效果，以符合新工科人才培养需求。同时，开设的独立实验课程中包含多个实验项目，可以根据不同专业、不同课程、不同学习阶段的要求，以更灵活的方式组合为不同教学目的的实验教学模式。独立设置的实验项目可以优化整合现有实验资源，把分散的实验设备整合到相同实验项目中统一调配使用，提高教学设备利用率。参考文献：1 吴兵,李屹.探索新型开放性实践教学方法提高自主学习能力 J.实验室科学,2016,19(1):153-155.2 李秀红,李文辉.新工科背景下机械类专业基础课程改革研究 J.教育理论与实践 2019,39(3),36-38.3 赵婕.新工科背景下机械原理实验教学改革 J.教育现代化,2019,6(79):98-99.4 刘洪艳.项目化教学模式在专业综合实验中的探索研究 J.实验科学与技术,2018,16(1):61-64.5 陆国栋.“新工科”建设的五个突破与初步探索 J.中国大学教学,2017(5):38-41.6 王亚良,潘柏松,董晨晨,等.新工科背景下的机械类创新设计性实验项目群设置与实施 J.实验室研究与探索,2019,38(6):162-167+175.