基于機械專業驗證性實驗的設計與實踐分析

周登科

摘 要：驗證性實驗作為綜合性、設計性實驗的基礎實驗，對于培養學生的動手能力和創新意識的作用是不可低估的。驗證性實驗課程的開設，對于深化專業課程的教學改革，落實主體教學任務，培養學生綜合能力具有促進作用。基于此，本文以機械專業驗證性實驗特性為切入點，對驗證性實驗的設計與實踐進行研究，以期為深化課程改革提供參考。

關鍵詞：機械專業 驗證性實驗 設計

機械專業包括機械設計制造及其自動化、工業設計、自動化控制工程等，機械專業學科之間具有交互性、理實性的特點。開設機械專業實驗課程，針對既有的理論知識予以實踐驗證，構建出理實一體的教學場景，與高素質人才培養戰略相契合。機械專業驗證性實驗融合了問題探究、實踐創新、課程共享的教學優勢，針對認知或提出的假說進行實驗驗證，達到學術科研與專業教育共融的目的，對機械專業的教育教學具有促進作用。

一、機械專業驗證性實驗特性概述

驗證性實驗是對研究對象具備認知或針對研究對象提出假說，并針對此類認知、假說進行一系列的實驗予以驗證的過程。此實驗過程將科學性、嚴謹性貫穿于實驗環節中，并通過實驗過程傳達信息。從教學實驗角度而言，驗證性實驗是實驗教學、實驗活動開展的基礎所在。在科學性、完整性的實驗教學體系下，可將實驗所得到的前沿性結論與理論融入專業課程教學中。也可將具體實驗中產生的問題作為實驗方案、設計方法的一種審視基準，深度剖析出驗證性實驗的特性。此外，實驗操作環節可將假說作為創新理論，優化各項實驗環節，強化實驗平臺的教育、科研效用，激發學生的深度學習思維。一個成功的實驗不僅包含對已有知識的靈活運用，也包含著科學的創新性構思。從機械專業角度分析，以實驗為基礎的專業課程教學，是理論基礎與實踐動手能力的集成平臺。學生在實踐操作環節，能夠夯實知識基礎，提高實踐操作能力。機械專業驗證性實驗將成為學生今后進行科學研究的基石。

二、目前機械專業驗證性實驗面臨的困境

在機械專業教育科研中開展驗證性實驗，可檢驗機械設計、實操環節是否存在隱性問題，同時也可檢驗學生對關鍵性知識點的掌握情況，提高課程教學的嚴謹性。

（一）驗證性實驗之目標導向

從現階段來看，實驗更偏向于“驗”，針對各項已經研習的成果采用理實并行的實驗模式，整個實驗過程缺乏目標導向。學生在實驗操作環節，只是按照框架式的實驗工序進行機械化操作，按照教學大綱完成一系列規定任務，師生之間缺乏深入的探討和交流。學生在此過程中缺乏獨立思考，不利于實現驗證性實驗的教育目標。

（二）實驗教學表面化與形式化

由于機械專業驗證性實驗存在實驗指導環節刻板、理論與實踐脫節等問題，降低了學生的學習興趣，使實驗教學過于表面化與形式化。實驗環節是課程教學實踐性的體現，但是在機械專業驗證性實驗的課堂上，教師未注重培養學生發散性思維，沒有深度激發學生的學習興趣，弱化了學生的學習主體地位，降低了課程教學質量，這樣就很難培養出具有創新能力的學生。

三、機械專業驗證性實驗設計方案

（一）設計目標

機械專業的課程具有較強的實踐性。在教學實訓環節，針對課程抽象化、理論化的知識內容，經由實操工序予以驗證，學生在操作環節可將實踐知識內化為知識儲備，拓展學生的學習思維。例如，數控機床操作、鉗工實訓、車床銑床實訓等，將理論課程與實訓課程進行交互穿插，可增強課程教學的連貫性，實現理實一體化的教學目標，深化技能人才的培養。開展機械專業驗證性實驗，有利于學生對理論知識與實踐內容進行驗證處理，提高學生的專業素養。

（二）設計思路

機械專業驗證性實驗在設計過程中應當融合創新理念，打破傳統實驗工作的局限，將先進的教育技術、教育觀念融于實驗操作環節。學生通過實驗課程能夠深刻理解專業知識的內涵，提高學習興趣，從被動接受轉變為主動獲取，實現理論教學與實踐操作的充分銜接。

機械專業驗證性實驗的設計思路應為：樹立主體教學目標，引導學生靈活運用儲備知識，加強以科學構思為主導的實驗指導，著重突出驗證性實驗的授課重點，強化理論知識學習與實踐技能培養，突出機械專業的操作性與創新性。同時，可依據專業課程內容進行實驗輔導，逐步規范學生的實際操作。應注重教學內容與創新性實驗之間的聯動性，爭取做到高度整合教育資源，解決傳統課堂教學中存在的理實脫節問題。

四、機械專業驗證性實驗的實踐與研究

金屬切削原理及刀具是機械專業的重要課程，主要講解金屬部件加工的力學效果、金屬刀具的結構種類及具體應用，并衍生出數據加工、有限元模擬、仿真技術、力學動能守恒、切削用量優化等內容，知識點相互交叉，需要學生了解課程內容，增加理論知識儲備，在實踐環節，全面掌握基礎操作技能。金屬切削原理課程將教學與實踐相結合，實現專業教學與職業教育的并行，使學生增強崗位意識。

金屬切削原理驗證性實驗課程教學，應融合創新教育理念，突破常規教學思維，結合實驗的驗證性、模擬性、實操性特點，細化教學內容，貫徹落實主體教學目標，達到 “學中做、做中學”的教學效果。

（一）驗證性實驗教學環節

課程內容設定模塊化調配理論內容與實踐內容，并選定項目組長（組長可以由專業教師、專業素養較高的同專業學長、課代表等擔任），實驗過程結合教師下達的操作任務，指揮、協調小組成員的實操環節，確保實驗教學有序開展。例如，在切削原理及應用課程中的刀具類型及實操等環節，均需專業人員進行引導，明晰理論知識與實踐技能之間的內在邏輯，提高教學質量。驗證性實驗讓學生全程參與到實踐環節中，規避了教學內容信息不對稱的問題，有利于學生在認識實驗、參與實驗的過程中明晰操作原理，提高學習效率。

（二）驗證性實驗操作環節

在實驗期間，專業教師通過解析驗證性實驗中的理論、實踐創新環節，明確教學定位，強化知識之間的關聯性。例如，實驗課高速切削，實驗目標為完成切削工序；實驗內容為認知刀具與待加工材料之間關系、力學變化屬性。在明確實驗目標后，學生要想完成一系列的操作，則需要清楚了解加工材料的參數，選取合適的刀具，并設定自動運行程序。

學生在開展實驗前，應充分了解不同刀具的參數配比，并結合實驗工序，合理選定刀具及加工方式，這樣有助于進行精細化實驗處理，提高學生的操作質量。如果實驗環節出現異常情況，學生應根據所學的知識進行分析與改進，對操作工序進行相應調整。例如，切削軸承部件時，如果進給量較大，軸承部件的公差值將較大，當超出實驗基準時，此類部件將面臨報廢。為降低成本損耗，應分析切削過程中的各變量，測定不同操控工序下公差產生范圍以及誤差概率等，調整實驗方法，利用修改后的參數重新定義實驗環節，保證實驗工序的持續性。在實驗總結環節，教師可引導學生深入分析不同實驗工序的知識點，結合理論知識學習，提出創新性意見，充分培養學生的核心素養，并為后續實驗教學的開展積累寶貴經驗。

進行實驗工序的設置與調整，旨在提高學生的專業素養，厘清理論知識與實踐操作之間的關聯性，強化學生的認知能力。通過對實驗環節的熟知與實踐，培養學生協調分工、團隊協作的能力，增強教學資源的利用效果，同時可使教師了解學生的學習狀態，強化教學效果。

（三）驗證性教學評價環節

機械專業驗證性實驗的開展，將專業教學與學術研究相結合。教師應承擔起教學引導的重任，并對各項實驗結果予以分析，查證實驗環節是否存在問題，確保各項結果的精準性。評價工作的開展針對實驗環節起到監督作用。模塊化、階段化的教育評測，可起到實驗精細化測評的作用，全方位呈現出驗證性實驗開展中存在的問題。驗證性實驗環節中的教學評價，全過程作用于課程教學場景中，輔助與引導教師對課堂實驗進行定位處理，起到協同監管的作用。全方位、立體化的監管可打破以往實驗環節中的“沉悶”局面，激發學生的辯證思維，提高了學生的鉆研興趣。

從實踐效果來看，驗證性實驗可消除以往專業實訓教學的弊端，打造多平臺的教學場景，提高學生的實踐技能和課程教學質量。

五、小結

綜上所述，機械專業驗證性實驗教學工作的開展，是對繁雜的理論知識通過實操環節進行立體化的解析，幫助學生加深對理論知識的理解，提高學生的實驗興趣，培養學生的創新素養，與機械專業的教育理念相契合。在后續發展過程中，教師應注重挖掘機械專業與實驗、實踐方面的內在邏輯，發揮出驗證性實驗教學的內在價值，培養高質量的技能人才，服務于企業及社會。

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（作者單位：江蘇汽車技師學院）