高校實驗教學示范中心建設(shè)研究
——以安徽工業(yè)大學機械實驗教學示范中心為例

王 璐

(安徽工業(yè)大學 工程研究院，安徽 馬鞍山 243002)

2018年6月國家財政部與科技部聯(lián)合印發(fā)了《關(guān)于加強國家重點實驗室建設(shè)發(fā)展的若干意見》，明確提出了要凝聚和培養(yǎng)一流優(yōu)秀人才，引領(lǐng)未來科學技術(shù)發(fā)展方向，為建設(shè)世界科技強國提供有力支撐。充分發(fā)揮實驗教學示范中心作用，培養(yǎng)優(yōu)秀人才、為科技強國做出貢獻，是當前高校實驗中心的重要任務(wù)。準確把握住省級實驗教學示范中心建設(shè)特點要求，進一步明確實驗教學改革以及實驗室建設(shè)的工作重點，有力促進高校實驗教學改革以及實驗室建設(shè)的工作深入開展，對于提升實驗教學質(zhì)量甚至整個高等教育人才培養(yǎng)質(zhì)量都有著深遠的意義。

一、明確目標：夯實基礎(chǔ)促創(chuàng)新

安徽工業(yè)大學機械實驗中心是面向全校機械工程類相關(guān)專業(yè)的本科生以及研究生的實踐教學平臺，中心經(jīng)過多年的建設(shè)，實驗室軟硬件設(shè)施有了一定的基礎(chǔ)。中心由工程力學基礎(chǔ)實驗室、機械設(shè)計及自動化專業(yè)實驗室、過程裝備與控制專業(yè)實驗室、車輛工程專業(yè)實驗室、工業(yè)與藝術(shù)設(shè)計專業(yè)實驗室以及CAD計算機實驗室構(gòu)成。中心自成立以來，不斷更新教育理念和實驗教學觀念，優(yōu)化實驗教學內(nèi)容、改進實驗教學方法、完善實驗教學體系，并把最新科研成果引入實驗教學中。2010年中心獲批為安徽省示范實驗實訓中心，又于2015年獲批為安徽省省級機械工程虛擬仿真實驗教學中心。

為了保證建設(shè)質(zhì)量，中心最近幾年開展了基于多模塊、多層次、多元化的實驗教學示范中心實驗教學體系建設(shè)工作。緊密圍繞當前制造業(yè)人才培養(yǎng)的需求, 結(jié)合我校的教學和科研特點, 以培養(yǎng)適應(yīng)新型工業(yè)化要求的應(yīng)用型人才為目標，針對人才培養(yǎng)模式、教學內(nèi)容、課程體系與教學方法等進行系統(tǒng)的改革，從而建立與理論教學并行的，既相互獨立又相互聯(lián)系的實驗教學體系，以基本能力訓練為基礎(chǔ)、以綜合素質(zhì)培養(yǎng)為核心、以創(chuàng)新精神教育為主線，圍繞機、電、計算機三個主要方面的能力進行全面訓練和培養(yǎng)。

二、頂層設(shè)計：革新理念創(chuàng)特色

以往的實驗教學體系由于受到傳統(tǒng)教育觀念影響，存在“重理論、輕實驗，重課堂教學、輕實驗教學”的現(xiàn)象，實驗項目各自獨立，沒有系統(tǒng)整體的合理規(guī)劃，無法滿足素質(zhì)教育和創(chuàng)新實踐能力培養(yǎng)的需要。因此，構(gòu)建“多模塊”的實驗教學課程體系，“多層次”的實驗項目體系和“多元化”的實驗教學內(nèi)容資源是改革的核心。

(一)創(chuàng)新實驗教學體系

在實驗教學內(nèi)容體系中，實驗教學課程體系是總體框架，中心以分模塊、分層次的實驗獨立設(shè)置課程作為主線，加入了機械學科國內(nèi)外先進的軟硬件技術(shù)，并且注重實際應(yīng)用能力的培養(yǎng)，同時著重挖掘?qū)嶒炆疃龋蛊淇梢赃M一步滿足研究性、創(chuàng)新性學習的要求。

另外按照專業(yè)基礎(chǔ)實驗、機械基礎(chǔ)、科技創(chuàng)新、專業(yè)技術(shù)實驗和學生課外實踐四大部分組織實驗教學，構(gòu)建科學合理的教學體系。改革大體方向思路見圖1。

圖1 實驗教學體系建設(shè)整體思路

(1) “多模塊”實驗教學課程。在內(nèi)容上，機械實驗教學示范中心將機械實驗分成三類：基本型、綜合設(shè)計型、研究創(chuàng)新型，為了使學生更好了解部件系統(tǒng)和機電產(chǎn)品的構(gòu)造設(shè)施，該實驗利用了設(shè)計、制造到創(chuàng)新過程，同時加入了檢驗測試，保障了學生工程實踐能力、設(shè)計制造與創(chuàng)新能力和工程素質(zhì)全方位的提高。從教學組織上，機械示范中心劃分為理論和實踐兩個部分。其中理論部分主要為單獨創(chuàng)建的實驗課程以及理論課程中所附帶的實驗課。實踐部分包含技能訓練、科學競賽等活動，能夠使學生熟練運用所學的知識和技能，同時進一步發(fā)展創(chuàng)新實踐能力。

(2)“多層次”實驗項目體系。機械實驗教學示范中心秉持著更好地為學生服務(wù)的原則，根據(jù)每個學生不同的專業(yè)、年級、基礎(chǔ)，將實驗項目進行細致的區(qū)分，保證教學的針對性。機械示范中心將創(chuàng)新型實驗主要分為基礎(chǔ)創(chuàng)新實驗和自主創(chuàng)新實驗。基礎(chǔ)創(chuàng)新實驗：結(jié)合慧魚公司所生產(chǎn)的不同類型模型原件，讓學生了解各種不同類型機構(gòu)、整機的模型搭建方法并自己動手操作，同時還讓學生去學習相關(guān)的軟件編程，掌握模型的運動控制，鼓勵學生去構(gòu)想創(chuàng)造新的模型，去自主設(shè)計新的模型系統(tǒng)，發(fā)展學生的自主創(chuàng)新能力。自主創(chuàng)新實驗：機械示范中心會定期開辦相關(guān)的機械實驗專題講座以及“挑戰(zhàn)杯”、“機械設(shè)計大賽”等學科競賽，讓每個學生都有機會去參加教師科研課題的部分工作以及學科競賽，并在教師的指導(dǎo)下自行組隊，自選實驗題目，自主設(shè)計、調(diào)試，完成任務(wù)和競賽，同時也會根據(jù)學生的任務(wù)完成度以及競賽結(jié)果給予學分、獎勵以及相關(guān)證書。

(3)“多元化”的實驗教學資源。機械實驗教學示范中心為了保障實驗教學資源建設(shè)工作的多元化發(fā)展，在完成教學任務(wù)的同時通過公開出版或自編的方式實現(xiàn)實驗課程教材和實驗資料建設(shè)，以此來完善實驗課程的理論部分內(nèi)容；另一方面加強CAI課件和系統(tǒng)的開發(fā)和應(yīng)用，完善實驗教材中的軟件部分；同時加緊示范中心教學網(wǎng)站的建設(shè)，充分利用現(xiàn)代計算機網(wǎng)絡(luò)的先進技術(shù)優(yōu)勢來加快虛擬仿真實驗等教學資源的建設(shè)，以此來保障實驗教學資源多元化發(fā)展。

(二)打造實驗中心特色

機械實驗教學示范中心始終秉持著以提高質(zhì)量為基礎(chǔ)，以三個層次、三種模塊、多種聯(lián)合為方向的核心理念來對現(xiàn)有的實驗教學體系進行一步步的升級和改良，同時創(chuàng)新理念充分融入實驗教學體系，機械實驗教學中心在創(chuàng)新設(shè)計實驗上不斷發(fā)展，逐漸打造出自身特色。

(1)自主研發(fā)教學設(shè)備，實現(xiàn)實驗內(nèi)容與手段的同時發(fā)展。把參與學科及實驗室建設(shè)、開發(fā)新的實驗項目和相應(yīng)的儀器設(shè)備作為高級職稱教師的基本崗位職責。機械實驗示范中心花費15萬元自行設(shè)計加工了SCARA機器人平臺，將控制理論、機電一體化技術(shù)、測控技術(shù)(24學時單獨授課)、機器人技術(shù)基礎(chǔ)這四門本科課程中的實驗教學內(nèi)容進行了統(tǒng)籌整合和更新，并且創(chuàng)建了機電創(chuàng)新設(shè)計綜合實驗教學平臺。該平臺為全開放模式，所有程序代碼、結(jié)構(gòu)部件都可讓學生自行設(shè)計，提高了中心設(shè)計性、綜合性實驗比例。如若正常采購該平臺，目前市場價格約為30萬元左右，對比節(jié)約了大筆費用。

(2)充分挖掘和利用信息技術(shù)資源，合理融入實驗中心資源建設(shè)。對機械工程信息技術(shù)進行處理整合，構(gòu)造機械工程仿真實驗平臺。機械實驗教學示范中心將CAD、CAM、CNC軟件作為學習基礎(chǔ)，同時將機、電、液壓和測試等知識與信息技術(shù)進行融合，從而保障了從零件的三維造型到零件的數(shù)控編程再到零件的虛擬加工，最后到零件的網(wǎng)絡(luò)傳輸與數(shù)控加工的全方位一體化，以此來加強機械工程仿真與信息技術(shù)的有機融合。

三、建設(shè)內(nèi)容：五大實驗教學平臺

機械工程實驗教學中心構(gòu)建了5種不同的實驗教學平臺，詳情見圖2。

圖2 機械工程實驗教學中心五大平臺

1.以機械工程實訓教學模塊為代表的機械工程實踐與實訓平臺。機械工程實訓模塊的建設(shè)目的是提高學生對機械工程相關(guān)課程的的感性認識以及實踐中的實際操作能力，更重要的是將實踐與理論進一步有機結(jié)合，來鍛煉學生的基本機械制造技能、拓寬學生的工程實踐素養(yǎng)、提高學生的綜合素質(zhì)、培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識，讓學生可以熟練掌握各項工種的基礎(chǔ)知識，達到可以自己判斷處理各種基礎(chǔ)工藝任務(wù)的要求。

2. 以機械設(shè)計基礎(chǔ)實驗技術(shù)為代表的機械基礎(chǔ)實驗教學平臺。機械基礎(chǔ)實驗教學平臺主要以實驗性教學為主，開展了一系列相關(guān)課程，包括機械制造原理、機械基礎(chǔ)概論、機械設(shè)計原理、計算機繪圖等，而在實驗操作方面，則按照三個不同階段對實驗層次來進行細分，分別為：以實物展示、測繪、觀摩為主要內(nèi)容的基礎(chǔ)型實驗，以實物拆裝、建模、方案設(shè)計為主要內(nèi)容的綜合設(shè)計型實驗，以影音資料和電子計算機相結(jié)合的新模式教學為主要內(nèi)容的研究創(chuàng)新型實驗。

3.以機械制造基礎(chǔ)實驗技術(shù)現(xiàn)代機械加工實驗技術(shù)、機械CAD/CAM及數(shù)控技術(shù)為代表的現(xiàn)代制造工程實驗教學平臺。該模塊主要有：(1)機械制造基礎(chǔ)實驗技術(shù)。將 “互換性與公差測量”、“機械制造技術(shù)基礎(chǔ)”兩門課進行融合形成“機械基礎(chǔ)制造實驗技術(shù)”這一新實驗課程, 該實驗主要是為了滿足學生熟悉零件加工的各項要求，完成對零件精度等各項質(zhì)量標準、零件精度等各項檢測方法以及先進制造產(chǎn)業(yè)、制造技術(shù)、工藝知識和工藝過程的學習。(2)電子數(shù)控技術(shù)及機械CAD/CAM。機械類課程的關(guān)鍵學習點是電子數(shù)控技術(shù)以及機械CAD/CAM的應(yīng)用，具體是利用電子計算機進行繪圖、利用CAD軟件進行機械設(shè)計、通過機械CAD/CAM展開應(yīng)用，進行數(shù)控技術(shù)實訓、實習、畢業(yè)設(shè)計等一系列配套工作來進行教學。(3)現(xiàn)代機械加工實驗技術(shù)。該實驗?zāi)K主要是以較為全面系統(tǒng)的形式形成了以新型制造模式的專業(yè)課程群為對象的開放式的教學體系，將解決實際生產(chǎn)方案作為基礎(chǔ)，將與現(xiàn)代制造業(yè)技術(shù)有關(guān)的課程和大型工程軟件Admas、Ideas、Ansys等緊密結(jié)合來構(gòu)造一整套現(xiàn)代制造訓練過程和模擬流程。

4.以機電液系統(tǒng)分析及測控技術(shù)與機電一體化系統(tǒng)實驗技術(shù)為代表的機械電子技術(shù)實驗教學平臺。該模塊的構(gòu)建主要為：(1)機電一體化系統(tǒng)實驗技術(shù)。主要是通過實際應(yīng)用來針對學生利用所學基礎(chǔ)知識和技能對機電系統(tǒng)工程實際問題進行分析和解決的能力培養(yǎng)。(2)機電液系統(tǒng)分析與測控實驗技術(shù)。該實驗利用了控制和測試的大型工程應(yīng)用軟件LabVIEW和MATLAB 為開發(fā)工具，不僅提升了教學水平，同時也研發(fā)了機電液系統(tǒng)分析網(wǎng)絡(luò)虛擬實驗?zāi)K。

5.以課外實踐與科技創(chuàng)新模塊為代表的學生課外實踐與科技創(chuàng)新平臺。該模塊旨在為學生創(chuàng)建一個開放式的學習與實踐平臺，搭載計算機虛擬仿真實驗、網(wǎng)絡(luò)式教學架構(gòu)以及機械工程相關(guān)實驗教學課件，進而為學生在機械工程實驗方面打下扎實的基礎(chǔ)、在課外實踐與技術(shù)實驗方面獲得良好的鍛煉、在科技創(chuàng)新素養(yǎng)方面得到良好的培養(yǎng)。并且對不同專業(yè)學生進行不同的類型實驗教學，來保障實驗的合理性，進而使學生得到有效的訓練，拓寬其視野，提高其利用所學知識解決實際問題的能力。

四、結(jié)語

安徽工業(yè)大學機械實驗教學示范中心以專業(yè)人才培養(yǎng)規(guī)格和學科建設(shè)為基礎(chǔ)，以分模塊、分層次的實驗課獨立設(shè)置課程為途徑，進一步系統(tǒng)規(guī)劃了實驗教學體系改革的深度，充分提高了實驗教學中心的總體水平，同時在學生創(chuàng)新能力以及科學實驗?zāi)芰Φ呐囵B(yǎng)方面都有著一定的提升。

機械工程實驗示范中心依托“挑戰(zhàn)杯”大學生課外學術(shù)科技作品競賽、國際遺傳工程機器設(shè)計大賽、全國三維數(shù)字化創(chuàng)新設(shè)計大賽和全國教育機器人大賽等科技競賽項目，搭建了應(yīng)用型創(chuàng)新型實踐教學環(huán)境，并取得很好的效果。近年來畢業(yè)生一直得到用人單位的青睞，很多優(yōu)秀畢業(yè)生已經(jīng)成長為大型的冶金企業(yè)的中高層領(lǐng)導(dǎo)和技術(shù)骨干。兩年一次的畢業(yè)生跟蹤調(diào)查中，人才培養(yǎng)質(zhì)量得到了社會各界的充分肯定。