新生研討課中機械實驗教學方法探究

彭鶴++王德國++羅曉蘭++宋強++賈曉麗

針對新生研討課中機械實驗教學的特點，對實驗教學的內容和方法進行探討。通過設置適應新生的機械實驗教學內容，激發新生對機械專業的學習興趣和創新意識，并從實驗教學的主線、主動性、探索性、開放性等幾方面提出適用新生實驗的教學方法，經初步實施，取得了良好的效果。

機械實驗教學方法新生研討課興趣創新隨著我國高等教育的發展，本科教學質量面臨日益嚴峻的挑戰，如何培養學生創新精神和實踐能力成為高校教學改革的重點和難題。因此，探索以培養學生創新精神和實踐能力為目的的實驗教學方法，具有十分重要的意義。

目前，國內高校針對本專業的實驗實踐教學活動多數是在進入專業學習開始的，很多學校認為大一是打好理論基礎的時期，缺少專業知識，并不適合開設實驗課，學生到了大二、大三才是開始專業實驗教學的最佳時期。其實，大一新生的實驗教學作為高校實驗教學的起點和基礎，更是重中之重，不容忽視。在這個時期，良好的實驗教學活動，可以充分激發大一學生的創新思維和對專業的學習興趣，培養和提高學生自主學習、自主思考和分析問題的能力。筆者以所在的機械專業為例，針對大一新生研討課中的實驗教學活動展開探究，提出一些改革思路和措施，并實踐于教學之中，期望促進高校新生實驗教學改革，提高高校實驗教學水平。

一、新生研討課中實驗教學的特點

實驗教學的對象是充滿好奇和期待心理的大一新生。剛剛進入大學校園的大一新生，對專業相關的一切充滿了無限的好奇和期待，他們渴望接觸新鮮事物，這種好奇和期待正是促發其學習、思考和探究的心靈源泉。在實驗教學過程中應充分挖掘和引導大一新生對新事物的的好奇心和對專業學習的期待，轉化為他們今后自主學習、自主探索和自主研究的原動力。

實驗教學的背景具有一定的專業性。新生研討課是面向大一新生設置的專題研討課，通過講授與課堂討論相結合的方式，旨在幫助學生實現由高中到大學的“適應性”和“學術性”轉變，因此，新生研討課的內容無可避免會涉及到專業領域。實驗教學作為和新生研討課的一部分，應滿足于專業和課程的培養目標，增進新生對機械專業的了解和感性認識，激發其學習興趣和動力。同時，實驗項目的實施依托于機械專業的教學實驗室，因此，具有明顯的專業特色。

實驗教學的目的是培養新生對專業的學習興趣和創新意識。作為新生初步了解專業的實踐手段，實驗教學以激發新生對機械專業的學習、探索和研究的興趣，培養學生的創新意識為教學目的。由于新生缺少專業知識的系統學習，實驗教學的專業性應在寬度上著手，從宏觀角度增進新生對機械專業的感性認識，拓寬新生的專業知識面。這就要求新生實驗在教學內容要精心設計，避免枯燥乏味、晦澀難懂，教學要以科普為主，不易對某一知識點過于具體和深入。實驗過程中可以通過一些簡單明顯的實驗項目或者先進新奇的實驗設備，培養新生對專業學習的興趣和好感。

二、新生研討課機械實驗教學方法的探究

開展面向新生的實驗教學，需要充分考慮新生的接受能力和興趣度，以培養學生學習興趣和創新意識為目標，結合機械專業教學實驗室的特點，選擇合適的實驗教學內容。同時，轉變傳統的實驗教學觀念，打破“重理論、輕應用、重權威、輕質疑、重標準、輕逾越”的教學慣性，營造一種良好的創新氛圍。

1.設置工程型、綜合型實驗項目增加學生對專業內容的學習興趣

人認識一種事物，就像幼兒看圖識字一樣，應該先從事物的外形、用途開始。比如，教人學習計算機，可以先教授計算機的定義、操作系統的發展和硬件的配置等知識，再去接觸計算機，也可以先學習使用計算機聽歌、上網和聊天，后學習計算機專業知識。后者可以快速建立對計算機感性的認識，學習起來事倍功半，而前者的教學內容可能會導致更多的人一開始就失去學習計算機的熱情和興趣。因此，新生實驗應該盡量讓學生接觸簡單的生產系統，初步認識機械系統的結構組成及其各類機械產品的結構、功能、使用和實際用途。這樣有利于學生積累對專業與生產實際的感性認識，形成對機械系統的宏觀認知和專業基礎知識的初步概念，并有利于促進學生在大學學習過程中樹立比較明確的專業目標。

筆者所在專業實驗室引進了德國FESTO公司的MPS模塊化生產加工實訓教學系統。該套系統是一套技術成熟、工程性和綜合性都較強的教學裝置，涉及機械、氣動、電子、傳感器、PLC、電機拖動等知識點，新生可以通過學習﹑觀察系統及其組成構件的簡單功能及工作過程，充分理解這些知識的相互關聯，認識一些執行機構﹑傳感器和電機，了解它們的作用和用途，并對機電一體化﹑控制系統等概念及其組成形成初步的認識。

MPS是一個創新型的工業生產系統，具有模塊化和柔性化的特點，該生產系統由供料站、檢測站、分揀站、加工站、倉儲站以及移動機器人6個相對獨立的工作站組合而成，通過重新組合可以適應于不同的生產要求。MPS的每一個工作站，相當于實際生產車間中獨立的一臺加工設備，根據實驗要求，新生在觀察生產線整體工作過程后，可以自由組成2～3人一組，根據興趣選擇其中的1個工作單元，認識了解該站一些元件的名稱、作用和使用方法，例如：

（1）了解該工作站的操作方法，思考該工作站在整個生產線中發揮了什么作用？

（2）認識工作站的硬件結構組成（控制器、傳感器、執行元件），它是通過哪些元件實現控制步驟的？了解它們的作用和使用方法。

（3）觀察工作站執行元件的動力來源，了解系統中電機或氣源提供動力的過程。

通過上述實驗內容，新生對機械系統及其工業生產能夠形成一個宏觀、整體的認識，同時又可以根據自己的興趣對其中的部分傳感器、執行機構等元件進行探索性的學習。

2.設置前沿型、開放型實驗項目激發學生對專業問題的創新意識

傳統的新生實驗項目比較陳舊和保守，內容以參觀專業實驗室和機械設備為主，實驗設備往往也落后甚至脫節于當前的技術發展。實際上，一些前沿、開放的實驗內容可以更好地吸引學生的好奇心和注意力，有利于創新思維和創新意識的培養。前沿問題并不是什么高深的問題，恰恰是生產、生活第一線中遇到的普遍性問題。設置前沿型實驗項目，可以使新生通過接觸專業領域內的新技術、新材料、新理念和新方法，了解它們對當前生產生活的影響和發展趨勢。這樣不僅可以培養他們對專業的興趣和自豪感，同時還可以積累先進的知識和經驗，讓他們習慣于在前沿的陣地尋找創新的靈感。endprint

微電子機械系統（MEMS）是近年來發展起來的一種新型多學科交叉的技術，主要包括微型機構、微型傳感器、微型執行器和相應的處理電路等幾部分，尺寸通常在毫米或微米級。它是傳統機械向極端發展的一個重要方向，促使機械系統不斷的朝著微觀方向邁進，對未來機械產品的研究創新以及人類生活都將產生革命性的影響。

針對新生設置的MEMS傳感器探究實驗，由MEMS傳感器認知、MEMS傳感器模塊模擬演示和MEMS航姿系統模擬操作三部分組成，學生分成5人一組，在動手實驗的過程中通過小組的分工和合作，完成調查、討論、分析和思考四部分漸進的實驗內容，從中引導學生形成研究興趣和創新思維。

3.建立以解決生產任務為主線的教學認知過程

實驗教學認知是新生間接認識客觀世界的一種特殊過程。由于新生對專業的理論知識并沒有進行過系統的學習，以解決生產任務為主線的認知過程，著重突出了各種機構和元件的功能和用途，更容易使新知識新思想被學生所接受，同時又可以將獲得的各種知識和思考圍繞在一條主線上，形成應用型創新的基本設計思路。

如在MPS工業生產系統認知實驗中，將整個生產線分成7個獨立的系統（6個子工作站+一個傳送帶系統），以傳送帶系統為例，通過教學演示過程使學生明確該系統的生產任務：（1）將工件從輸送起始位傳送至等待位；（2）自動啟動和停止；（3）動作延時。圍繞這三個生產任務，學生依次了解了傳送帶系統的執行機構及動力源、傳感器和控制器，對它們的結構特點和功能用途形成一些感性的認識，對此類控制系統的設計過程也有了充分的認識。

4.采用教師引導、學生主動的教學互動形式

新生實驗教學，以培養學生的學習興趣和創新思維為目的，而這種學習興趣和創新思維并不能靠高校教師“講授”出來，需要學生自發的形成。因此，在新生實驗教學中，應該采用教師引導、學生主動的互動形式。學生不是按部就班地順著實驗教師的講解思路，根據實驗指導書的內容一步步操作，而是可以自主的選擇要操作和學習的內容，并可以針對感興趣的內容提出任何想要獲知的信息和問題，引發同組學生的思考和討論。實驗教師的講解內容是新生主動“問”出來的，在回答問題時可以使學生很容易獲得滿足感，進一步激發了學生的探索樂趣和積極思維。

5.形成探索性開放性的實驗教學方法

傳統的實驗教學重視標準化的實驗步驟和實驗結果，要求整個實驗教學過程需要有明確的實驗步驟，統一的實驗結果。新生實驗教學轉變已有的教學實踐方法，在實驗過程中淡化了實驗步驟的明確性和實驗結果的統一性，著重引導學生對感興趣的實驗內容進行積極自主的探索和開放性的思考，形成有利于創新思維形成的實驗環境。

如在MEMS傳感器探究實驗中，采用小組調查和討論的實踐方法讓新生了解MEMS傳感器，學生可以查看實驗室內陳列的各種MEMS傳感器的實物和模塊，選擇其中感興趣的部分通過網路進行了解，隨后經過小組交流，思考并討論生活中可能接觸到哪些使用了MEMS傳感器的用品。學生經過引導，可以列舉出洗衣機、電冰箱、體重秤、智能手機、游戲機等，甚至有的同學還舉出如果設計一款家居機器人可以使用哪些MEMS傳感器以具備相應的服務功能。盡管沒有要求統一的實驗步驟和結果，學生通過上述的實驗過程，深刻地了解了MEMS傳感器的作用和用途，并對其產生了濃厚的學習興趣，達到了新生實驗設置的最終目的。

三、結束語

本文從新生研討課實驗教學的特點、實驗內容和教學實施幾個方面進行探究，初步形成了適應新生研討課的機械實驗教學方法，通過實踐探索后，學生普遍認為實驗內容很有趣味性，學習興趣得到提高。

參考文獻：

[1]王偉，孟祥貴，安寅.“創新人才培養模式”下的實驗教學改革探索[J].實驗科學與技術，2013，11（02）：144-146.

[2]包麗芹.論素質教育與大一新生實驗教學[J].黑龍江教育，2006，（7、8）：141-142.

課題來源：

1.北京市人才培養共建項目—教育教學項目—教育教學改革—適應我校研究型大學發展的新生研討課建設和卓越工程師課程教學體系建設研究—新生研討課“奇妙的創新思維”。

2.北京市高等學校市級校外人才培養基地建設項目。endprint