新型生長軍官培養模式下機械基礎實驗室建設

李偉剛， 杜冬菊， 楊繼鋒， 張 俊

(海軍潛艇學院,山東 青島 266199)

0 引 言

實驗室作為軍隊院校從事開展實踐教學、科學研究、技術開發的重要基地，是學科專業建設與發展的重要支柱，也是衡量院校辦學條件的重要標志。實驗教學作為教學體系中的重要組成部分，在對軍校學員工程實踐能力、動手能力和創新能力的培養方面有著理論教學無法替代的重要作用[1-2]。2017年2月，軍委召開院校改革會議確定海軍潛艇學院由任職教育院校轉變為高等教育院校，明確了學院在取消本科招生10年之后，恢復本科學歷教育任務。軍委機關確定學院承擔的生長軍官培養任務，將按照“本科教育加首次任職培訓融合培養”的新型人才培養模式組織實施。學院針對新的人才培養模式下搞好本科教育進行了一系列的準備工作，籌劃建設相關實驗室就是其中一項重要和緊迫的工作。機械基礎實驗室承擔著“工程圖學基礎”“機械工程基礎”“液壓與氣壓傳動”等課程的實驗任務。項目組圍繞機械基礎系列課程的教學體系、教學內容、教學方法、教學模式等進行了系統深入研究，提出了以能力培養為核心，以功能設置實驗室，構建理論與實踐互通、課內與課外互補、必修基礎性實驗與選修個性化實驗互融、實驗技能與工程能力互長的機械基礎多元化實踐教學體系，全方位培養鍛煉學員的工程素質、工程技能和創新能力[3]。思考和研究實驗室的功能定位、實驗層次劃分、實驗項目設置、實驗內容和方式、實驗目標是至關重要的問題。

1 建設先進性的定位

機械基礎實驗教學面向學院生長軍官潛艇航海指揮、雷達指揮、導彈指揮、防救潛水指揮等多個專業方向，其根本作用是為各專業課程的教學和學習奠定基礎，既要適應不同專業通識教育基礎上的寬口徑培養模式，建立知識新、重心低、面向寬的實驗教學體系[4]，同時又要突出潛艇學院潛艇指揮和防救指揮專業特色。根據中央軍委訓練管理部對生長軍官本科教學實驗室建設標準的具體要求，充分學習借鑒其他高校的經驗和做法,在實驗條件、實驗內容、實驗項目設置、實驗方法和手段、實驗教學模式等方面有所突破、有所創新，立足高起點、高標準，突出先進性來論證和籌劃實驗室的整體建設工作，使建成的實驗室能支撐和滿足未來較長一段時間內課程實驗教學的需要，保持建設質量和水平不落后，適應未來課程建設和發展對實驗條件提出的新要求。

2 建設思路和目標

2.1 建設思路

在新型生長軍官培養模式下，實驗室建設體現先進性、實用性，實驗內容符合教學大綱的要求，既體現基礎性，又具有啟發性、創新性，形成基礎性(認知驗證)—綜合性(綜合分析)—研究(創新設計)由淺到深的實驗層次，構建系統性、漸進性的實驗體系[5-6]。

(1) 虛實結合，軟件仿真。虛擬現實技術和仿真技術在實驗室中的應用已成為一種發展趨勢[7]。在實物建設的同時，將仿真技術引入到機械實驗，可將實驗效益最大化，最大限度地突破實驗教學時間和空間的限制，可提供的實驗項目多，不受設備困擾，學員根據理論教學進程自主安排實驗。把虛擬實驗、仿真實驗和實物實驗結合起來，激發學員的實驗興趣，提高實驗結果的準確性和先進性，保證實驗技術手段的實用性和新穎性，同時讓學員可以了解先進的科學技術及其應用，拓寬知識面，培養他們的實驗技能和科研能力，起到了一舉多得的教學效果。

實驗室引進機械零部件演示動畫、虛擬模型，購置了液壓仿真平臺，配備正版組態仿真控制軟件，可提供50多套液壓回路立體動態的模擬演示與控制、液壓元件三維動畫演示。液壓常用回路搭接實驗能通過軟件同步控制回路動作，真實模擬回路在閥件不同開度、系統壓力變化時的運行情況。

(2) 注重實用性和利用率。建設實驗室是為了使用，如何將建好的實驗室和實驗設備最大限度地發揮作用值得研究。根據“中國人民解放軍院校教學大綱”要求[8]，考慮到學院招生規模和實驗室使用頻率，不盲目追求“高、大、上”。實驗項目設置以完成教學大綱規定的實驗任務和能力培養要求為依據，配置實驗設備、器材種類、數量以保障實驗分組教學的順利進行為限，提高實驗設備使用率，避免設備閑置和浪費。

(3) 盡可能與專業結合，貼近專業。盡管建設的實驗室配套服務于基礎課程，但開設的實驗不能只局限于此，也要為專業課程學習打基礎和服務，因此，應適當與專業課程結合、貼近專業。在液壓與氣壓傳動實驗室，除了配置通用的液壓氣壓元件結構展示柜、液壓傳動綜合實驗平臺外，還特別設計了實裝閥件展示平臺，展示當前海軍潛艇部隊主要艇型不同專業典型實裝閥件，供學員認識分析和理解潛艇專用實裝閥件的結構和工作原理，使學員切身感受到機械基本原理在潛艇裝備應用上的實例，增強他們對學好基礎課程重要性的認同感。

(4) 盡可能提供真實的學習情境。在實驗室中恰當地營造真實的學習情境，并以此作為載體開展教學活動。學習情境可以由教員通過精心構建來獲得，也可以由學員在實際環境或模擬的環境中去實現知識的建構。在實驗室里既可以進行實驗活動，又可對相關內容的理論知識進行講授，實驗室隨處可見的機構、機器和模型等，可以邊講邊看、邊看邊做，教學效果會更好。在每個實驗室里都設置了理論授課用的多媒體教學系統和課桌椅等。

(5) 注重創新意識和創新能力的培養。創新能力是現代社會對人才的基本要求。培養學員的創新意識和能力是機械基礎實驗的根本目標，貫穿于實驗教學的各個環節[9]。通過建設機械創新設計陳列柜，機構運動方案創新設計及仿真實驗臺、機械系統傳動創新組合設計分析實驗平臺、液壓創新回路搭接實驗平臺等來啟迪和開發學員的創新思維和意識。

2.2 建設目標

以“先進性、開放型、實用性、高標準”為建設目標。按照學院“寬口徑、厚基礎、強技能”人才培養的要求，完成實驗項目的設置、實驗設備器材的配置、實驗室環境條件的整體優化設計，建成集教與學為一體、理論與實踐教學為一體、課內與課外教學為一體的實驗基地。在實驗設備購置以及實驗內容設置時充分考慮實驗的基礎性、擴展性、探索性和創新性[10]。保留必要的認知驗證性實驗，增加綜合性和創新設計實驗，突出實驗知識技能的系統性、實踐性并兼顧與理論知識相結合。

(1) 培養學員的工程意識與動手能力。盡管在課程理論教學時可以安排一些實物、模型、動畫甚至錄像等，增加學員的感性認識，但這些是遠遠不夠的。在實驗環節，加強學員對機構、系統傳動和液壓傳動等工程實踐知識以及對儀器設備使用、拆裝等實際動手能力的培養，是對理論教學很好的補充和完善。

(2) 培養學員進行工程實驗的基本技能。通過實驗，學員應了解工程實驗的基本原理，了解各種不同實驗儀器的原理和使用方法，實驗系統構建的基本要求和流程等。所有這些基本技能的掌握不僅對培養學員用現代技術解決工程實際問題、提高學員的綜合素質和創新能力具有重要作用，也為后續專業課程的學習和專業人才培養目標的實現打下良好的基礎。

3 建設實踐

3.1 設置多層次實驗

傳統的機械基礎實驗教學是采用以課程為先導的方式，學習理論知識在前稍后進行相應的實驗，讓學員熟悉理論，利用相關設備對書本知識進行驗證，即學員需要認知或驗證，就讓其進入某些特定的實驗室進行實驗活動。實驗課的教學基本處于認知和驗證層次，缺乏具有探究性、設計性、綜合性的實驗。對生長軍官來講，實驗的目的不只是要他們對某一原理進行單純的驗證，而是要培養他們對知識的綜合應用能力以及創造性思維方法[11-13]。在實驗室建設中考慮將實驗項目按實驗類型和實驗方式分層設置，如圖1所示，每個層次的實驗要求不一樣。

圖1 機械基礎實驗層次框圖

認知實驗是讓學員對理論知識有更深刻的認識和理解。通過機械制圖展示柜、模型展示柜、機械原理、機械設計展示柜、液壓與氣壓傳動展示柜，采用靜態展示和動態演示的方式，對機件表達方法、機構類型、主要結構進行認知，增強從理論到工程實際的感性認識；驗證實驗主要包括機構運動簡圖測繪、減速器、液壓元件結構分析及拆裝實驗、齒輪參數測量實驗、齒輪范成加工實驗等。認知和驗證實驗屬于基礎層面的實驗。

綜合性實驗是讓學員進一步掌握機械系統的工作原理、承載特性等內容的實驗，主要包括典型機構運動規律測試實驗、液壓傳動綜合實驗、機構系統的自主創新搭接實驗等，目的是培養學員的動手能力、數據采集能力、分析與解決問題的綜合能力。

創新設計實驗旨在更高的層面上培養學員的創新意識和創新能力。實驗室設置了機構運動方案創新設計及仿真實驗平臺和機械系統傳動方案創新組合設計分析實驗平臺。提倡和鼓勵學有余力的學員自己設計實驗對象，綜合運用所學知識進行實驗設計或撰寫設計報告。創新設計性實驗需要的時間比較長，課內沒有完成的實驗創意向課外延伸，例如機構運動方案創新設計實驗將方案設計放在課下完成，提出機構或結構創新性方案，在課上進行驗證[14]。此外設置了部分虛擬仿真實驗，以培養學員對現代工程軟件的使用能力。實驗中還融入了傳感器應用、運動控制等工程知識，進一步拓展學員的知識面。

這種設置由淺入深、層次分明、逐漸遞增，也將改變“以教員為中心，單純傳授，學員跟著練”的傳統實驗模式，確立起一種以學員為中心的自主、交互、互助的實驗教學模式。始終牽引學員自主思維、自己發現問題、分析并通過“身臨其境”自己動手、互動等來解決問題，并培養創新意識[15]。

3.2 組建不同層次實驗平臺

通過對各課程教學大綱的認真研讀，結合地方985高校“機械基礎國家級實驗教學示范教學中心”和部隊院校的調研，依據“軍隊院校基礎實驗室建設標準”，充分考慮到先進性、實用性和利用率等諸多因素，進行了實驗室相應實驗設備和器材的選購、形成適用于不同層次的軟硬件實驗平臺，整個機械基礎實驗平臺的組成如圖2所示。

(1) 工程圖學基礎實驗室。該實驗室配備了手工繪圖設備、多媒體教學系統、機械制圖教學模型、機械制圖展示柜，主要滿足學員手工繪圖實作、計算機繪圖操作等工程圖學基礎課程的實踐教學要求，同時也為學員自主學習和自主訓練提供條件。

(2) 機械工程基礎實驗室。該實驗室主要滿足機械工程基礎課程的實驗需求，保障機構運動分析、機構運動簡圖繪制、齒輪參數測量、齒輪范成加工實驗、減速器拆裝、零部件測繪等大綱規定的必做實驗項目。同時，為學員提供了機構創新搭接、軸系結構設計及3D打印平臺，以培養學員的創新意識和創新能力。

圖2 機械基礎實驗室組成框圖

(3) 機械工程基礎專業教室。該專業教室主要滿足機械工程基礎課程的教學需要，通過常用機構運動展示演示、通用零件的結構原理展示、常用機械工程材料和機械制造工藝及技術展示，為學員提供直觀認知機械的平臺、營造良好的學習氛圍。

(4) 液壓與氣壓傳動實驗室。該實驗室內設液壓與氣壓元件結構展示柜、液壓傳動綜合實驗臺和潛艇專用液壓元件。主要用于液壓與氣壓傳動課程的原理演示、回路搭接及運行、元件性能檢測、仿真軟件演示、機電液一體控制實驗等，既可保障課程大綱要求的實驗項目，也可拓展進行綜合與創新實驗。通過潛艇專用液壓元件，實現基礎與專業的結合。

3.3 實驗項目設置

充分考慮到機械基礎教學在整個生長軍官本科課程體系中的作用和實驗教學應達到的培養目標，按照分層次開展實驗教學的模式，機械基礎實驗室能開設的實驗項目如圖3所示。

4 建設成效

經過項目組近半年的努力，4個實驗室在學院本科基礎教學實驗室中率先完成建設，8月底首批順利通過了海軍和總部兩級專家組的檢查驗收，建設水平獲得了專家組的高度認可。至今，實驗室已多次接待了軍內和地方高校領導及同行們的參觀，成為我院本科基礎教學實驗室的一個亮點。

圖3 實驗項目設置

5 結 語

軍隊院校實驗室建設是一個復雜的系統工程，對新型軍事人才培養具有牽引、支撐和推動作用。本文針對如何在新型生長軍官培養模式下完成機械基礎實驗室建設進行了初步的思考和實踐，隨著教學活動的逐步展開，還需要在實驗教學理念、教學方法與手段、考核方式、實驗室運行管理制度等諸多方面做進一步的探索，不斷對實驗教學進行改革以適應新形勢下對人才培養的總體要求，提升實驗教學的質量和水平。