對設計性實驗的認識與實踐體會

[摘要]根據設計性實驗的教學環節探索了設計性實驗的性質、目的、特點，實驗題目的設計與選擇，以及對培養學生創新意識和動手能力的作用，并給出了機械制造專業的一個實驗過程的例子。從而為高等院校專業課實驗教學改革和設計性實驗的開展，提供了有力的理論與實踐指導依據。

[關鍵詞]實驗教學，設計性實驗，創新意識，能力培養。

[中圖分類號]G642.423[文獻標識碼]A[文章編號]1005-4634(2007)06-0542-03

根據教育部《關于加強高等院校教育人才培養工作的意見》中明確指出：“要改革實驗內容，減少演示性、驗證性實驗，增加工藝性、設計性、綜合性實驗。”長期以來，專業課實驗受舊的教學體制的影響，實驗教學多為演示型，驗證型。實驗中，由實驗教師親自動手操作，學生只是觀看，將現成的實驗結果驗證一個理論是否正確，并將它整理成實驗報告，實驗結束。因實驗沒有涉及到考試成績，學生只是走馬觀花，取不到好的實驗結果。而且嚴重制約了學生的創新能力和動手能力的培養。因此，應該加強設計性實驗的探索。根據不同專業的特點，開展設計性實驗教學工作，以適應當前實驗教學改革的進展，為社會培養出一流的應用性人才而做出貢獻。

1設計性實驗的性質

設計性實驗是指學生根據實驗指導教師提供的實驗項目，自選感興趣的題目，用所學的理論知識，查閱有關資料，自行設計實驗方案，并親自動手制作一些零部件，選擇合適設備和儀器，構成一套實驗系統，經過調試，將實驗做完再經實驗后置處理(包括打印圖形或曲線以及數據處理)寫出實驗報告，獨立完成整個實驗過程的教學實驗。

設計性實驗是充分發揮學生的智慧、創新能力和動手能力，對操作技能訓練的實驗。

2設計性實驗的目的

對于專業課實驗教學，設計性實驗是一個非常重要的教學環節，它是培養學生學習新知識、創新能力和動手能力的手段。開展設計性實驗的主要目的就是要培養學生綜合應用理論知識解決實際問題的能力。本文談的能力是指一個學生完成一個項目實驗的本領和條件。那么設計性實驗就是給學生創造一個展示才能的機會。只有這樣實驗，才是培養能力的條件。知識是人們在實踐中所獲得的認識和經驗的總和。作為學生可以通過設計性實驗獲得很多知識。通過實驗方案的設計，啟迪了學生的創新意識；通過實驗項目中的設備和儀器的調試，零部件的加工培養了學生的操作技能；通過實驗中出現的問題，學生就要思考解決問題的辦法，從中培養了解決問題的能力。做完實驗全過程，學生綜合能力得到訓練，從而有效提高學生從事專業領域實際工作的基本能力和技術技能。

3設計性實驗的特點

1）實驗知識的廣泛性。設計性實驗項目是針對具體專業學生設立的。知識不僅包括了本專業學生的多門專業課程的知識，而且還包含了相關專業課程的理論知識。也可能是學生沒有學過的理論知識，但它可以通過查找有關資料得到。所以設計性實驗所涉及的知識面廣；

2）實驗能力的綜合性。設計性實驗教學，是在有一定理論知識的基礎上進行的。對于機械制造專業來說，學生是在大學中第六學期，已學完基礎課（包括數學、物理、化學、計算機基礎）和一些專業課（切削原理及刀具設計、CAD/CAM應用以及機械制造工藝學），學生已具備了一定理論知識和實驗技能的基礎，才能進行設計性實驗。實驗題目綜合了這些知識的應用。學生要綜合利用所學知識去做實驗過程，在實驗中還要展示他的操作技能才能完成；

3）實驗操作的獨立性。設計性實驗只給學生一個實驗題目，學生獨立去查閱資料，理解知識，用所學到理論和查閱的知識，設計實驗方案，并進行實驗。實驗整個過程都是由學生獨立完成，充分發揮他們的能力，體現了學生的獨立性；

4） 實驗方案的多樣化。設計性實驗是由學生自己設計方案，自行選擇儀器和設備，設計實驗方法和步驟。每個人有不同的思路所以設計方案不同，一個題目可以多種方案，體現了實驗方案的多樣化。

4設計性實驗的項目設立

根據機械制造專業的特點，設計性實驗是單獨設立的教學課程。其中的實驗項目必須與其他專業課程中的實驗項目不沖突。也就是說，專業各門課程中的實驗項目，不能再重復去做。經過指導教師的精心研究和準備，給學生設立了4個實驗項目。機床精度測試方面的實驗項目如下：①機床幾何精度檢驗；②車床主軸回轉精度測量；③ 銑床定位精度測量；④平面磨床加工與磨削表面質量測量。

從以上四個設計性實驗項目，可以看出有以下幾個特點：①難易適中。大多數同學可在規定的時間內完成。實驗項目設立合適與否關系到能否達到預期的實驗目的，能否保證設計性實驗的質量。選好項目是順利完成設計性實驗的條件。項目小而簡單也就失去設計性實驗的意義，難以達到培養學生創新能力和動手能力和解決實際問題的目的；題目過大，實驗過于難且復雜，使學生無從下手也就沒有勇氣和信心在規定時間內完成，達不到設計性實驗的目的。實驗項目的設立應該是根據教學大綱規定的要求，結合理論課上的內容，兼顧專業的特點和實際工作現狀，合理設立，這樣才能達到預想的目的。筆者認為，作為機械制造專業，以上機床精度測試的四個設計性實驗項目選擇合理，難易適中，如果學生認真去做可以在規定時間內完成；②可行性。確定實驗題目要充分考慮它的可行性，不僅考慮實驗條件的可行性，還要盡量利用實驗室已有的儀器設備(通用設備)來完成此實驗；③創新和探索性。實驗題目的選取要有創新和探索性，使學生有一定的思考和創新的空間，通過自己所學的理論知識和查閱有關資料，創造出新的實驗方法和手段；④綜合性。實驗題目的選取要使學生能夠將所學的理論知識綜合運用到實驗的全過程，提高學生分析和解決問題的綜合能力。

5學生選擇設計性實驗項目的原則

為了使學生充分發揮自己的才能，運用所學到的知識去設計自己感興趣的實驗項目，達到學生自我發展的目標，選擇好相應的實驗項目，取得好的實驗結果，應將所設立的實驗題目在第一節課上公開，并標明每個實驗項目的指導教師的名字，將各個指導教師作以自我介紹，畢業學校、研究方向等信息傳達給學生，經學生慎重考慮成熟，自行選擇實驗項目和指導教師。筆者認為，這是發揮學生自己才能的最好機會，體現了他們的個性鍛煉和培養了創新能力和操作技能。因為是自己選擇的實驗項目，就會盡心盡力去完成，也增加了學生的責任感以及完成實驗過程的成就感，因而激發學生的學習熱情，對他們以后成長大有益處。

6設計性實驗的成績評定

設計性實驗是一門教學課程，學生成績百分制，但和日常教學課程有一定區別。理論課程可以通過考試成績確定，而設計性實驗課是通過在實驗室實踐，包括很多環節，其中包括在規定的實驗室，在指定時間內必須在實驗室進行實驗；包括實驗設計方案、操作技能、處理問題的能力；同時也包括數據處理和實驗報告等幾部分。為了能給學生合理的成績，實驗指導教師就要認真做好實驗記錄，視學生完成實驗情況和實驗報告部分思考題答解而給出成績。筆者在評定學生實驗成績時是這樣做的：①課堂表現40分，包括紀律，加工零部件的操作技能，調整儀器的動手能力，實驗過程的完成情況；②實驗報告30分，包括設計方案，創新，數據的處理結果；③6道思考題解答30分（答在實驗報告中）。

實驗成績的評定標準在實驗第一節課中告知學生，所以在實驗整個過程中，能夠激發學生的學習熱情，設計了很多實驗方案，實驗設計方案多樣化，且有很多創新點，數據處理各有不同，有的是用微機處理，有的是人工計算，有的用圖表示，說明問題，有的列出數學模型和方程式表示。實驗報告寫得認真清晰，思考題答解準確程度在95%。充分體現了學生對設計性實驗的興趣和認真程度，因此設計性實驗是以后實驗教學的一個必要的教學環節。

7設計性實驗的實踐體會

針對燕山大學的實際情況，首先對04屆本科生開展設計性實驗教學。現舉例04屆機械制造專業學生的設計性實驗過程。該實驗教學是在機械制造實驗室進行。《機床幾何精度檢驗項目》有14名學生選擇。

該實驗的進行需要學生具備如下知識：①機械原理；②測試技術；③機械制造工藝學；④金屬切削原理與刀具設計；⑤機床概論與機床設計等。實驗室人員準備設備和儀器。該實驗是在CA6140型車床上進行的，檢驗儀器有自準直儀(平行光管)，框式水平儀，合象儀，千分表及磁力表座，椎柄檢棒和直柄檢棒等。機床幾何檢驗項目給出10項。

該項實驗項目的步驟如圖1所示：

實驗步驟如下：

1）查閱資料，為設計方案做準備工作。由實驗指導教師主講實驗要求，宣布題目的評分標準。學生根據給定的設備和儀器，查閱有關資料：①大連工學院戴曙主編《金屬切削機床設計》中的有關普通機床幾何精度檢驗項目及允差，以及幾何精度對加工精度的影響；②金屬切削原理教材；③儀器說明書；④設備的說明書，以熟悉各種實驗儀器和設備的特點和使用方法；

2）制定實驗設計方案。學生根據實驗題目的要求，在查閱有關資料的基礎上，明確實驗原理，定出實驗內容、方法、步驟以及列出所用實驗儀器設備，制定出實驗設計方案，這是學生創造性的勞動，也是學生展示才能，充分發揮自己個性的階段，用所學到的綜合知識應用到一個實際的階段；

3）實驗指導教師的審查階段。指導教師根據學生提交的設計方案，進行審核，確定是否合理可行，指出所存在的問題，讓學生進一步的進行改進，直到合理可行為止，指導教師簽字認可，學生開始實施。指導教師要求有較高的自身素質，而且已經過一個項目的實驗全過程，所以對指導設計性實驗有一定理論和實踐依據和能力。審查階段的任務比較慎重，這是有關實驗是否能夠順利進行的關鍵，必須把好關，才能達到實驗預期的效果；

4）方案實施階段。以04機制1班丁雪峰所做的實驗進程為例檢驗。該學生根據審查后的實驗設計方案，開始實施。實施過程中，學生獨立進行操作，由檢驗項目1到檢驗項目10逐項檢驗。選擇儀器和設備：CA6140車床、自準直儀、合象儀、框式水平儀、檢驗棒2個、千分表和磁力表座。檢驗過橋裝在機床導軌上，過橋表面裝上自準直儀中的反過鏡，主軸箱卸掉，在端頭放置望遠系統，導軌分段，每200毫米檢驗一次，共檢驗六次，記錄每段示值，用圖表示導軌在水平面不直度誤差。將鋼絲在床頭和床尾用鼓輪架起，尾座后用重物將鋼絲墜下，讀數顯微鏡放置在溜板上，首尾鋼絲調好零點，按以上方法移動溜板，讀數顯微鏡手輪讀數記錄，將測得數值用曲線畫出。

以后檢驗項目依次檢驗。這個階段，展示學生動手能力，使能力得到很快提高；

5）撰寫實驗報告(包括思考題答解)學生做完設計性實驗之后，開始撰寫實驗報告。實驗報告包括：設計方案，實驗原理、方法，儀器和設備，實驗步驟，數據處理方法以及思考題答解。

設計性實驗是培養學生創新能力和動手能力的現場。該實驗過程充分發揮學生的個性體現，操作技能得到一定訓練，實驗效果很好。要充分認識到設計性實驗開展工作的必要性。通過設計性實驗，進一步調動學生學習的主動性，努力提高教學質量，為培養現代化人才做出貢獻。

參考文獻

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