基于項目驅動的機械基礎實驗教學改革與實踐

呂中亮　安培文　張海存　劉敏

摘要：機械基礎實驗教學是實踐教學的重要形式，在人才培養中占有重要的地位。針對目前國內工科院校機械基礎實驗教學中存在的眾多問題，本文通過對石油裝備、冶金裝備等行業共性、典型的機械或機構進行挖掘提煉，以項目為驅動轉變實驗教學方法，構建和完善機械創新設計平臺，使基礎實驗能夠向專業實驗延伸并加強后續與專業實驗結合，最終達到培養學生的機械基礎實驗（實踐）能力和創新能力，滿足學生的個性化培養需要。

關鍵詞：機械基礎實驗教學；實驗教學改革；項目驅動

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2018）06-0279-02

一、引言

機械基礎實驗教學是機械工程教育的重要內容，具有基礎性以及廣泛性的重要地位，在機械工程高級應用型人才的培養中具有舉足輕重的作用。近年來，國內機械工程教育工作者對機械基礎實驗教學越來越重視，進行了相關研究和改革，并取得了一些研究成果和教學成果。但總體來講，目前國內工科院校的機械基礎實驗教學大多存在以下問題：實驗大多為基于課堂理論知識的驗證性實驗，并且內容比較陳舊、單一，綜合性和設計性實驗相對較少，實驗缺乏創新性；實驗設備數量較少，不利于培養學生的實踐動手能力，開放性實驗的實施難度較大；大多采用教師講實驗、學生做實驗的模式，實驗教學手段、實驗考核方法簡單，不能適應現代應用型人才培養的要求；重共性，輕個性，注重大眾教育，忽視個性化培養。

針對上述國內工科院校存在的一些問題，我校對機械基礎實驗教學進行了改革和探索。立足我校人才培養目標和新的人才培養方案，本文通過對石油裝備、冶金裝備等行業共性、典型的機械或機構進行挖掘提煉，構建基于項目驅動的機械基礎實驗教學方法；自主研發設計綜合性和創新性實驗項目，轉變實驗教學方法；構建和完善機械創新設計平臺，進一步完善“機械制圖教學平臺、機械設計教學平臺、機械制造工藝教學平臺”的功能，滿足學生參加“全國大學生機械設計創新大賽”的需求；通過對機械設計教學平臺的進一步完善，使基礎實驗能夠向專業實驗延伸，加強后續與專業實驗結合，最終培養學生的機械基礎實驗（實踐）能力和創新能力，滿足學生個性化培養的需要。

二、項目驅動，案例教學

設計綜合性實驗的關鍵是實驗教學的方法與過程，相同的實驗設備和實驗內容，采取不同的實驗教學方法和過程，基本型實驗項目可升格為設計綜合性實驗項目。因此，利用現有實驗資源和條件，一方面變“實驗指導書”為“實驗任務書”，通過項目任務驅動方式完成實驗教學。做實驗時，教師做必要的指導之后主要由學生自己動手來做，充分調動學生的主觀能動性。把某些實驗指導書中的傳統內容，比如那些只為教會學生做實驗的內容去掉，只需向學生提出實驗任務及一些具體要求，把主要的實驗工作留給學生，這樣可把一些基本型實驗轉變為設計綜合性實驗。

另一方面，改革實驗教學方法和過程，將一些基本型實驗項目升格為設計綜合性創新實驗項目。在機械基礎實驗教學中，力求反映行業特色，聯系工程實際，在每項實驗內容中爭取引入與課程實驗相關的典型工程行業實例，并形成案例庫。如機構運動簡圖測繪及分析、減速器裝拆實驗、機械動平衡實驗、軸系結構設計、漸開線齒輪范成原理等，基本上每個實驗都能找到具體的工程實例。在掌握基本操作的方法和技巧后，將學生分組，每組學生動態選用案例庫中的機械產品或實際工程項目，作為實驗任務內容，相互協調合作完成。

三、開放管理，加權考核

實驗考核是對學生實驗動手、實驗方案設計、實驗數據的分析以及處理、實驗報告撰寫等綜合能力的考查。根據實驗的不同開課形式，將實驗課分為獨立開設實驗課程、課帶實驗以及開放式個性化實驗，不同的開課模式采取相應的實驗考核方法。

獨立開設實驗課程由教師集中布置實驗任務，學生通過網絡自主預約實驗項目以及實驗時間，并在預約的時間內到實驗室完成相應實驗。實驗教師進行登記，對實驗進行指導，評閱實驗報告。根據學生的考勤、完成的實驗項目數以及實驗報告等，綜合評定學生考試資格，對滿足考試條件的學生網簽同意其參加考試，考試委員集中時段使每個學生采用網絡抽簽的方法選定一個實驗項目進行考試。實驗課程的總成績=實驗考勤*10%+實驗報告*30%+考試成績*60%。

課帶實驗根據授課計劃安排時間，以班級為單位統一完成實驗，按照學生考勤、課堂紀律和實驗報告評定實驗成績，并將其作為相應理論課程總成績的一部分。

開放式個性化實驗主要面向對實驗感興趣或參加各類科技創新競賽活動的學生，通過課外時間的預約到實驗室完成實驗。若學生參加各類科技競賽并獲得獎勵，根據獲獎級別及等級，由中心認定可免修2-3個學分的課程或提高相應課程的考試成績。

四、結合科技創新大賽，搭建機械創新設計綜合實驗平臺

機械創新設計平臺主要是滿足機械專業學生的個性化培養需要。在對石油裝備、冶金裝備行業共性、典型設備調研的基礎上，選擇一些共性、典型機構作為實驗對象，搭建機械和機構測試實驗（試驗）臺，自主研發若干設計綜合性和創新性實驗項目，同時為機械創新設計平臺搭建提供支持。

通過開發機構運動創新實驗臺測試模塊系統以及搭建綜合實驗平臺，學生可以在搭接的創新實驗平臺上進行測試、調控，并且能夠對所搭接的機構進行評定，對機構運動的可行性、構件布局的合理性等設計構思并進行直觀驗證，通過修改、調整來完善設計，以便確定最終設計方案，形成“搭接、測控、驗證、調節”的一套完整的實驗平臺。

開放式的機械創新設計綜合平臺融合傳感檢測、數據采集、信號分析與處理和機構自調節等模塊，并按照后續專業相關課程的實驗要求，對實驗教學項目以及內容進行跨課程的整合，把專業相關知識貫徹到機械基礎實驗教學內容中。這不僅有效地實現資源的最大化利用，還搭建了基礎實驗向專業實驗過渡的橋梁。開放式機械創新設計平臺模塊如圖1所示。

機械創新設計的關鍵是機構運動方案的創新，通過對現有“機械運動方案創新設計實驗室”軟硬件條件進行完善，以滿足學生機械創新設計的需要。另外，中心每兩年舉辦一次機械設計創新大賽，提高學生的機械創新設計能力，并滿足學生參加兩年一屆的全國大學生機械設計創新大賽的愿望。

五、結論

機械基礎實驗教學是學生工程基礎實踐能力培養的基石，通過以項目任務為驅動，采用案例庫的教學模式，以“項目”、“案例”為中心，可以鍛煉學生解決工程問題、獨立思考的能力，加強對學生實踐能力以及團隊合作精神的培養。搭建開放式機械創新設計綜合實驗平臺，不僅可以極大提高我院青年教師的工程和技術開發能力，讓更多的教師參與到實踐教學的研究與改革中。同時，讓更多的學生走進實驗室并自覺完成相關實驗項目，增強學生的實際動手能力、工程實踐能力和創新能力，為更好地做好具有工程實際能力“應用型本科人才”的培養起到積極的作用。

參考文獻：

[1]鄒旻，祝海林，等.機械基礎實驗教學中心的建設與思考.實驗技術與管理，2010，27（7）：110-112.

[2]張玉周，常勇.改革機械基礎實驗教學培養應用型本科人才.成都大學學報（教育科學版），2009，23（2）90-92.