國家級機械工程實驗教學中心的建設與成效

張 鋒， 宋寶玉， 崔麗娟， 王濱生， 溫喜寶

(哈爾濱工業大學 機械工程實驗教學中心，黑龍江 哈爾濱 150001)

0 引 言

培養學生的創新精神和工程實踐能力是高等工程教育的首要任務[1-2]。高校實驗室是實施素質教育、培養學生創新精神[3]、實踐動手能力[4]及綜合素質的主要場所[5-6]。通過實驗教學提高學生的科學素養,培養學生的創新意識、創新精神[7-8]、創新思維和創新能力,在高校創新人才[9-10]培養中有十分重要的地位[11]。實驗教學的方法和手段是全面實施素質教育、培養學生創新能力的重要途徑[12-13]。

《教育部、財政部關于實施高等學校本加強學生實踐能力和創新精神培養，促進優科教學質量與教學改革工程的意見》[14]提出了推進高等學校實驗教學內容、方法、技術、隊伍、管理及實驗教學模式的改革與創新，質資源整合和共享，提升辦學水平和教育質量。按照這個精神教育部通過評審建立一批國家級實驗教學示范中心。

面向國家與社會需求，培養“研究型、個性化、精英式”具有國際競爭力的高素質畢業生是哈爾濱工業大學的本科生人才培養目標。實踐教學質量對這一培養目標的實現具有至關重要的作用[15]。

2006年12月實驗教學中心獲批國家級實驗教學示范中心。多年來中心圍繞實驗教學與學生的培養目標，在教學理念，教學體系、教學方法等方面進行了深入研究與實踐。在學生的實踐和創新能力的培養及科研成果轉化實驗教學方面取得一些成功的經驗。

1 集中優勢 整合資源

中心秉承“規格嚴格，功夫到家”的哈工大校訓，把對學生創新精神與實踐能力的培養貫穿于整個教學過程，建立了“學生為本，知識傳授，能力培養，素質提高，協調發展”的教學理念。在此基礎上，確立了“依托科研優勢，教學科研互動一體化，培養學生創新意識和動手能力”的建設理念。

中心獲批時由校工程訓練中心、機械基礎實驗中心和院專業教學實驗中心三家單位組成。中心以培養人才的實踐和創新能力為根本目標，不斷加強建設，深化教學改革，注重實驗和實踐教學與理論教學的有機結合，建成了分階段、模塊化的實驗和實踐教學體系。中心于2009年創建了大學生機械創新實踐基地。現有實驗用房面積1.126 6萬m2；設備1 854臺套，價值約3 771萬元。

中心面向全校59個專業開設89門實驗課程，共275個實驗項目，年均接納9 600余名本科生的實踐教學任務，年人時數近58萬。

中心獲批6年來，承擔教學研究項目128項，獲教學成果獎33項；4門課程被評為國家精品課程，10門課程被評為省級精品課程；1人被評為國家級教學名師，6人被評為省級教學名師；承擔科研項目661項，自制實驗設備26種，大量科研成果被及時轉化為實驗教學項目；指導大學生科技創新活動5 000余人次，獲各類成果779項。中心相關成果被CCTV、人民日報等媒體廣泛報道，起到了很好的示范和輻射作用。

中心除了承擔大量的教學工作外，還承擔大量的教學改革任務(見圖1)。

圖1 中心承擔的教改任務

2 加強管理 完善體系

機械工程實驗教學中心，依托機電工程學院，實行校院兩級管理，以工程訓練平臺、機械基礎實驗教學平臺、專業教學實驗平臺、大學生科技創新活動基地為支撐建立。本著實現實驗教學與理論教學的有機結合，以學生的能力培養為核心，體現出注重能力、個性及創新意識培養的基本原則，在實驗教學體系建設上根據學生不同學習階段的實際情況，建立分階段、模塊化的實驗教學體系，突出分層次、個性化的培養模式。如圖2所示，中心的實驗教學體系，由工程訓練教學、機械基礎實驗教學和專業實驗教學三大實驗教學平臺和一個大學生科技創新活動基地組成。

圖2 機械工程實驗教學中心的實驗教學體系

分階段的實驗教學使學生從入學到畢業整個階段都能得到良好訓練。分層次實驗教學模式根據專業類型和學生的需求設置必修實驗(基本型實驗)、選修實驗(提高型實驗)和課外科技創新實踐活動(研究創新型實驗)。這樣既可以滿足不同層次學生的需求，同時又可以對各門課程的內容進行綜合應用，最大限度地提高學生的創新實踐能力。采用分層次實驗教學模式，體現了“厚基礎、重個性”的實驗教學理念。為便于組織實驗教學，每個教學平臺的實驗課程又采用模塊化教學方式，各模塊間在教學上既相互獨立，又相互聯系、相互補充，形成系統完整的知識體系。目前中心面向全校開出的實驗課程中綜合設計性、創新性實驗項目占實驗項目總數的66%以上。

中心經過幾年來的建設形成了一套完善的實驗教學體系，根據學生4年不同學習階段的實際情況，采用分階段、模塊化的實驗教學體系，突出分層次、個性化的培養模式,可以使學生循序漸進獲得知識。通過實驗，鞏固理論知識；依靠實驗，提高動手能力；結合實驗，強化創新意識；利用實驗，培養科研素質。

中心依靠先進的建設理念和實驗教學指導思想，對實驗教學進行了合理定位和改革，依據自身的科研優勢開發獨特的18學時的專業課實驗，實現了科學研究與實驗教學、實驗教學與理論教學的統籌協調，同時實現了：① 教學實驗與工程背景相結合，創新選題緊密結合工程實際，自制多種實驗設備，提高學生的工程訓練能力。② 創新基地納入中心管理體系。③ 完善的、多層次、多目標的實驗教學體系，全方位、立體化的人才培養模式，完備的實驗教學方法與手段。④ 全面貫徹學校基于項目學習的(Project-based Learning，PBL)教學改革，培養學生的創新能力。

實驗教材建設方面，迄今已完成4個工程訓練實驗項目指導書、講義和工程訓練報告的編寫；連續3年推廣建設“18學時創新性實驗”及相關實驗指導書的編寫。近年來，在教學組的帶領下結合科學研究體會和成果，正式出版理論教材和實驗教材89部。自編實驗講義104種，其中包括國家級規劃教材7部。實驗教材的改革創新，不僅適應新的教學體系和教學內容，而且融入了多年來教學改革成果，為學生的創新能力培養和自主訓練的開展提供了有效的文獻資料。

3 改革教學方法與教學手段

我校歷來重視實驗技術研究，設立了實驗技術研究專項資金，主要用于支持開發新型實驗、實驗教學改革研究、實驗室開放等項目，同時還為學生科技創新實踐活動每年提供100余萬元的經費支持。從2009年9月至今共投入經費341萬元。為培養學生的科學思維，中心開設了46門創新研修課，供全校本科生選修；為培養學生的實踐能力和創新意識，中心開設了36個18學時創新性專項實驗項目，供機械設計制造及其自動化專業大四學生選修。

中心積極改進實驗教學方法，全面貫徹學校基于項目學習的教學改革，根據專業類型和學生的需求設置基本型實驗、提高型實驗和科技創新實踐活動，建立以學生為中心的實驗教學模式，形成以自主式、合作式、研究式為主的學習方式，培養學生的創新能力和綜合素質。從2011年開始，在機械設計制造及其自動化專業大一、大二學年教學中新開設3個創新與實踐課程項目：仿生機器人制作、大學生創新實驗與科技制作、大學生機械產品數字化設計大賽。這些項目均已列入教學計劃中(各有兩個學分)，2010級參加人數為392人，2011級為405人(含英才學院學生)。

實驗教學充分利用科研條件和科研成果，通過實物、仿真、模擬等多種方式輔助實驗教學，使實驗項目在兼顧最基本傳統技術的同時引入現代前沿技術，既培養學生的實踐能力和創新意識，又充分調動學生參加實驗的積極性。

實驗考核是檢查和評價教學效果的重要手段，中心十分重視實驗考核工作，平時成績和考試結果并重。近年來中心對實驗課程的考核方式進行了一系列的改革，廢除一張考卷定成績的做法，實施多環節、累加式、多元化的考核方式。機械基礎實驗和專業實驗采取實驗準備、實驗過程、實驗報告三個環節成績累加的方式進行考核；工程訓練系列課程則根據對不同專業的要求采用三種考核方式：實踐考核(包括考核件加工情況、訓練態度、動手能力、文明生產、安全操作等由指導教師和檢測人員給予記分)；實踐考核+期末理論考試；實踐考核+創新訓練考核(包括創新作品制作、創新訓練總結報告書寫、答辯表現等按比例累加確定創新訓練成績)。多元化的考核方式真正做到以人為本，充分尊重學生的個性，激發學生的實驗興趣，科學規范地衡量學生的實踐能力和創新能力。

4 科技創新與創業實踐基地成效顯著

大學生科技創新活動基地面向全校所有本科生獲得省部級及以上獎勵162項。中心注重學生科技創新能力的培養，積極完善科技創新實驗環境，努力提高學生的創新積極性。實驗教學中心的所有教學資源都向參加各種科技創新活動的學生開放，并新建了創新實驗學生自主機械裝配與加工實驗室，同時還為學生配備實驗指導教師。目前共參加校內外各類大賽共計五大類十三項，其中包括：

(1) 綜合類。①亞太大學生機器人大賽(CCTV機器人電視大賽)； ②全國大學生創新性實驗項目計劃及全國大學生創新論壇； ③哈工大“祖光杯”大學生課外學術科技作品競賽。

(2) 機械類。①全國大學生機械創新設計大賽； ②全國大學生工程訓練綜合能力競賽； ③機電學院“聯盟杯”仿生機器人大賽。

(3) 工程圖學類。①全國大學生先進圖形技能與創新大賽； ②全國“歐特克杯”機械設計創新大賽。

(4) 工業設計類。①(德國)紅點競賽； ②哈爾濱市知識產權杯工業品外觀設計大賽； ③三一(中國)工程機械工業設計大賽； ④黑龍江省設計呼吸展。

(5) 其他類。①全國大學生力學競賽； ②其他專業知識講座和名人名家論壇等。

5 科研成果轉化為實驗教學

中心依托的機械工程學科在全國名列前茅。在實驗教學中，以學科為依托，及時將科研成果引進實驗教學，開發出多項綜合設計型實驗、創新研究型實驗及46門創新研修課，講課教師開發并指導實驗教學項目有利地帶動了中心實驗教學水平的提升。中心自主開發研制了大量高水平實驗教學設備。例如，數字化制造技術綜合實驗等諸多實驗項目，都是通過轉化科研成果、自制實驗設備開發的。自制實驗設備不僅提高了實驗水平，更重要的是拓寬了學生的科研視野，提高了學生的學習興趣，激發了學生的創新意識。

6 結 語

中心建設的過程中，取得大量的研究成果，對學生綜合能力的培養，起到了顯著的效果。但是人才培養是一個永恒的話題，中心的建設是個長期的工作。建設過程中的困難層出不窮，面對難題，勇于創新，善于創新，發揮優勢，在實驗教學改革方面取得新的突破。

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