工程教育認(rèn)證驅(qū)動下的綜合性機(jī)械實驗課程建設(shè)探索*

王慶陽 高夢迪

（宿州學(xué)院 機(jī)械與電子工程學(xué)院，安徽 宿州 234000）

2006年，我國開始構(gòu)建工程教育認(rèn)證體系，高等院校不斷貫徹“學(xué)生為中心、產(chǎn)出導(dǎo)向、持續(xù)改進(jìn)”的認(rèn)證理念，高等工程教育質(zhì)量穩(wěn)步提升，全國各高校通過工程教育認(rèn)證的專業(yè)逐年遞增[1-2]。宿州學(xué)院機(jī)械類專業(yè)也依據(jù)此理念進(jìn)行發(fā)展。機(jī)械類專業(yè)工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)對所培養(yǎng)學(xué)生有明確要求，其中包括能夠應(yīng)用數(shù)學(xué)、自然科學(xué)、工程基礎(chǔ)和專業(yè)知識識別、表達(dá)、分析并解決復(fù)雜工程問題。這就要求日常教學(xué)過程中加強(qiáng)對學(xué)生在學(xué)科交叉復(fù)合和創(chuàng)新實踐問題解決方面的能力培養(yǎng)，與之對應(yīng)的綜合性機(jī)械實驗課程建設(shè)迫在眉睫。同時，該校正在進(jìn)行機(jī)械類專業(yè)碩士點(diǎn)建設(shè)，該碩士點(diǎn)建設(shè)需滿足的標(biāo)準(zhǔn)之一就是具備碩士研究生創(chuàng)新能力和實踐能力的培養(yǎng)條件，而綜合性實驗的設(shè)置可為該碩士點(diǎn)的申報打下堅實基礎(chǔ)。另外，該校機(jī)械專業(yè)本科畢業(yè)生有1/3以上的學(xué)生會選擇考研，建設(shè)綜合性機(jī)械實驗課程可加強(qiáng)學(xué)生科研能力的培養(yǎng)，學(xué)生在進(jìn)入科研實驗室后能夠盡快融入角色，主動開展科研探索活動。本文從當(dāng)前國內(nèi)綜合性實驗課程建設(shè)存在的問題入手，結(jié)合宿州學(xué)院機(jī)械專業(yè)面臨的工程教育認(rèn)證和碩士點(diǎn)建設(shè)需求，闡述了機(jī)械專業(yè)綜合性實驗課程建設(shè)所采取的舉措。

一、綜合性實驗課程建設(shè)存在的問題

近年來，部分高校在建設(shè)綜合性實驗課程培養(yǎng)學(xué)生實踐能力、創(chuàng)新能力方面積極進(jìn)行了探索，并取得了一定的成效[3-5]。但從社會、企業(yè)的反饋來看，部分高校畢業(yè)生的實踐能力、創(chuàng)新能力與社會的需求匹配不高。通過從事實驗室管理工作并擔(dān)任機(jī)械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)實驗課程指導(dǎo)教師，對學(xué)生實驗過程的個人狀態(tài)、實驗中遇到的問題及解決方式、實驗課后與學(xué)生及其他實驗指導(dǎo)老師的交流情況、對學(xué)生實驗報告的批閱等發(fā)現(xiàn)，高校通過實驗課程培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的實踐能力、創(chuàng)新能力有待提升，主要存在以下問題。

（一）綜合性實驗課程比例不高

在專業(yè)培養(yǎng)方案制訂時，部分實驗教學(xué)體系建設(shè)不夠健全，對綜合性實驗課程培養(yǎng)學(xué)生工程實踐能力、創(chuàng)新能力認(rèn)識不足，實驗課程比例不高。由于經(jīng)費(fèi)不足、硬件配套設(shè)施不到位，部分課程綜合性實驗課程難以開展。同時，部分實驗設(shè)備臺套數(shù)與學(xué)生人數(shù)不匹配，綜合性實驗教學(xué)條件不能滿足教學(xué)要求。

（二）課程內(nèi)容的系統(tǒng)性、層次性有待加強(qiáng)

部分演示型、驗證性實驗課程對單一知識點(diǎn)的重復(fù)性驗證占比較高，缺乏綜合性實驗將課程重要知識點(diǎn)系統(tǒng)串聯(lián)用以解決實際問題的課程設(shè)置，部分學(xué)生在完成前兩次實驗后，學(xué)習(xí)的主動性、積極性會降低。以機(jī)械專業(yè)PLC課程實驗為例，由于實驗臺集成化較高，多數(shù)實驗過程僅通過LED小燈模擬驗證實驗現(xiàn)象，無實物依托，會影響學(xué)生主觀能動性的發(fā)揮，不利于學(xué)生探究問題、解決問題的工程實踐能力的培養(yǎng)。

（三）考核體系不夠完善

目前，部分實驗指導(dǎo)教師僅根據(jù)學(xué)生考勤和實驗報告完成質(zhì)量評定學(xué)生的實驗成績，考核依據(jù)單一、片面，難以真實反映學(xué)生的實驗?zāi)芰6]；無論是驗證型實驗還是綜合設(shè)計性實驗考核，均只注重實驗結(jié)果，忽略實驗過程中學(xué)生分析實驗課題、設(shè)計實驗方案、實驗操作規(guī)范、實驗小組團(tuán)隊協(xié)作的過程，導(dǎo)致學(xué)生做實驗只以記錄實驗數(shù)據(jù)、取得實驗結(jié)果為目的，不利于學(xué)生工程實踐能力、創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

（四）教師的實踐能力、創(chuàng)新能力有待加強(qiáng)

部分實驗指導(dǎo)教師的工程實踐能力不強(qiáng)，主持、參與的工程類課題較少，擁有豐富工程背景且有學(xué)術(shù)水平的教師不足，高校實驗教學(xué)水平需要提高[7]。部分實驗指導(dǎo)教師沿用灌輸式教學(xué)方法，在教師講解實驗原理、操作演示后，學(xué)生只會機(jī)械地按照實驗講義和教師的演示進(jìn)行操作、記錄實驗數(shù)據(jù)。這種實驗教學(xué)模式不利于加強(qiáng)師生之間的交流和培養(yǎng)學(xué)生的實驗探究意識。部分學(xué)校對教師的實驗教學(xué)質(zhì)量缺乏考核標(biāo)準(zhǔn)和激勵機(jī)制，教師的實驗教學(xué)積極性需要進(jìn)一步調(diào)動。

二、綜合性機(jī)械實驗課程建設(shè)對策

培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的實踐能力、創(chuàng)新能力是一個系統(tǒng)性、循序漸進(jìn)的過程。針對當(dāng)前高等工程教育綜合性實驗課程建設(shè)存在的問題，結(jié)合學(xué)校機(jī)械專業(yè)綜合性實驗課程建設(shè)過程，其不足主要體現(xiàn)在以下幾個方面。

（一）建設(shè)“雙軌融合”的機(jī)械專業(yè)實驗教學(xué)平臺

以實踐能力、創(chuàng)新能力培養(yǎng)為核心，實現(xiàn)理論教學(xué)與實驗教學(xué)有機(jī)結(jié)合，科研項目向綜合性實驗項目有效轉(zhuǎn)化，校企共建促進(jìn)綜合性實驗接軌工程實際，按照基礎(chǔ)性、設(shè)計性、綜合性和創(chuàng)新性實驗教學(xué)規(guī)律，搭建機(jī)械課程實驗+開放性實驗“雙軌融合”的實驗教學(xué)平臺，使實驗課程層次分明，教學(xué)內(nèi)容系統(tǒng)全面，如圖1所示。

圖1 機(jī)械專業(yè)“雙軌融合”實驗教學(xué)平臺圖

機(jī)械課程實驗教學(xué)主要根據(jù)培養(yǎng)方案制定的實驗課程教學(xué)，教學(xué)計劃按照從易到難，從基礎(chǔ)到前沿，從單一到綜合的循序漸進(jìn)培養(yǎng)工程實踐能力路線，包括機(jī)械專業(yè)認(rèn)知實驗、機(jī)械專業(yè)大類基礎(chǔ)實驗、機(jī)械專業(yè)應(yīng)用實驗、綜合拓展實驗（工程實踐）、實戰(zhàn)性實驗（畢業(yè)設(shè)計），共五個層次。機(jī)械課程實驗教學(xué)注重與理論教學(xué)相結(jié)合，設(shè)置綜合性實驗，對課程知識框架進(jìn)行系統(tǒng)梳理與融合，保證實驗教學(xué)的完整性、連續(xù)性，以學(xué)生為中心，逐步引導(dǎo)學(xué)生獨(dú)立完成實驗，培養(yǎng)學(xué)生的工程化思維能力、工程實踐能力。

開放性實驗教學(xué)從激發(fā)學(xué)生興趣入手，以培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力、科研能力、貼近企業(yè)的工程應(yīng)用能力為目標(biāo)，以綜合創(chuàng)新性實驗、綜合研究性實驗為核心，學(xué)生根據(jù)個人興趣自由選擇組成團(tuán)隊，自主完成實驗方案設(shè)計、自主完成實驗過程，教師根據(jù)項目單獨(dú)指導(dǎo)。實驗項目主要來自教師的科研成果轉(zhuǎn)化、學(xué)校創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)學(xué)院實戰(zhàn)項目、學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽項目。

相較于傳統(tǒng)的實驗教學(xué)平臺，機(jī)械課程實驗+開放性實驗“雙軌融合”的實驗教學(xué)平臺實現(xiàn)了教師科研活動、教學(xué)活動、人才培養(yǎng)的有機(jī)結(jié)合，激發(fā)了學(xué)生的實驗興趣，培養(yǎng)了學(xué)生自主學(xué)習(xí)、探究問題的能力，提高了科教資源的效益。依托“3D打印創(chuàng)新實驗室”“機(jī)械創(chuàng)新實驗室”“電子設(shè)計創(chuàng)新實驗室”，不斷開展綜合性實驗項目建設(shè)，學(xué)生的實踐能力、創(chuàng)新能力得到提升。

（二）建設(shè)多學(xué)科交叉綜合性實驗項目

科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展需要不同學(xué)科交叉融合，學(xué)科交叉融合已成為創(chuàng)新發(fā)展的源泉，新工科體現(xiàn)了不同學(xué)科交叉、融合、創(chuàng)新。機(jī)械專業(yè)作為傳統(tǒng)的工科學(xué)科，在保持學(xué)科發(fā)展基礎(chǔ)上，應(yīng)積極探索、促進(jìn)與電子、材料等工科學(xué)科以及數(shù)學(xué)、物理、化工等理科學(xué)科的交叉融合，建設(shè)多學(xué)科交叉的綜合性實驗項目，如圖2所示。

圖2 多學(xué)科交叉綜合性實驗項目建設(shè)圖

任課教師要緊跟科技前沿動態(tài)，參加各類學(xué)術(shù)交流，積極分析、探索與所授課程實驗教學(xué)相融合的實驗項目。同時，主動將科研項目向?qū)嶒灲虒W(xué)轉(zhuǎn)化，促進(jìn)創(chuàng)新型實驗、研究型實驗建設(shè)，實現(xiàn)以研促教、以教助研。以“3D打印創(chuàng)新實驗室”教師團(tuán)隊設(shè)計的“FDM、SLA、SLM三種增材制造工藝能耗測試”綜合研究性實驗為例，該開放性教學(xué)實驗來自課題組教師的科研項目轉(zhuǎn)化，實驗教學(xué)方案如表1所示。通過該綜合性實驗，使學(xué)生掌握了與3D打印相關(guān)的材料學(xué)、機(jī)械設(shè)計、電工學(xué)、綠色制造等多學(xué)科專業(yè)知識，拓寬了學(xué)生的視野，培養(yǎng)了學(xué)生的實踐探究能力、創(chuàng)新精神和團(tuán)隊協(xié)作精神。

表1 “FDM、SLA、SLM三種增材制造工藝能耗測試”實驗教學(xué)方案表

（三）多維度綜合性實驗考核體系建設(shè)

完善的考核體系是實驗教學(xué)質(zhì)量的有效保障。隨著綜合創(chuàng)新性、綜合研究性實驗項目建設(shè)不斷增加、完善，傳統(tǒng)的以實驗結(jié)果、實驗報告為考核標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)果導(dǎo)向考核體系難以適應(yīng)實驗課程的發(fā)展。

相較于傳統(tǒng)的驗證型、仿真型實驗，綜合性實驗較為復(fù)雜、實驗周期較長，為充分調(diào)動實驗過程中學(xué)生的積極性，發(fā)揮學(xué)生的實驗探究意識，實驗指導(dǎo)教師應(yīng)根據(jù)不同綜合性實驗的培養(yǎng)目標(biāo)，制定覆蓋實驗全過程的多維度考核體系。首先設(shè)置合理、全面的考核環(huán)節(jié)，綜合性實驗的考核一般包括實驗準(zhǔn)備（文獻(xiàn)查閱、設(shè)計實驗、實驗材料準(zhǔn)備）以及實驗進(jìn)程、技術(shù)核心、匯報答辯、實驗報告、實驗科學(xué)素養(yǎng)等。教師可結(jié)合具體實驗課題適當(dāng)增減考核環(huán)節(jié)，調(diào)整各考核環(huán)節(jié)的考核權(quán)重。其次，考核主體多元化，改變傳統(tǒng)的以實驗指導(dǎo)教師為主的單一考核主體，將學(xué)生納入考核主體以調(diào)動其積極性，在一些考核環(huán)節(jié)引入學(xué)生自評、學(xué)生互評，如實驗準(zhǔn)備、匯報答辯、實驗科學(xué)素養(yǎng)等。最后，根據(jù)不同的考核環(huán)節(jié)，結(jié)合具體實驗細(xì)化各考核環(huán)節(jié)的考核內(nèi)容，制定合理、公正的考核標(biāo)準(zhǔn)。采用定量考核和定性考核相結(jié)合的方式，使考核過程具有可操作性。

以“FDM、SLA、SLM三種增材制造工藝能耗測試”綜合性實驗為例，其考核按照表2中的方法進(jìn)行，該考核方法分為實驗準(zhǔn)備、實驗過程、實驗關(guān)鍵技術(shù)、實驗答辯四個考核環(huán)節(jié)，將實驗過程、實驗關(guān)鍵技術(shù)作為考核重點(diǎn)，同時在考核主體加入了學(xué)生自評和學(xué)生互評，充分調(diào)動學(xué)生在實驗過程的積極性。考核形式增加了現(xiàn)場操作、答辯匯報等內(nèi)容，考核形式多樣化。多維度的考核方法使綜合性實驗的考核過程更加嚴(yán)謹(jǐn)、科學(xué)，激勵學(xué)生主動學(xué)習(xí)，為提高綜合性實驗教學(xué)質(zhì)量提供了保障。

表2 “FDM、SLA、SLM三種增材制造工藝能耗測試”實驗成績考核方法表

（四）綜合性實驗教學(xué)團(tuán)隊建設(shè)

實驗教師是實驗教學(xué)方案制定、實驗教學(xué)實施的主導(dǎo)者，是培養(yǎng)學(xué)生工程實踐能力、創(chuàng)新能力的一線指導(dǎo)者，建設(shè)一支綜合素質(zhì)較高的實驗教學(xué)團(tuán)隊，對促進(jìn)實驗教學(xué)內(nèi)容建設(shè)與更新、提高實驗教學(xué)水平、提升實驗教學(xué)質(zhì)量很重要。

一是提升實驗教學(xué)團(tuán)隊工程實踐能力，以提升實驗教學(xué)質(zhì)量。首先，在招聘時適當(dāng)增加工程實踐能力考核比重，比如是否有企業(yè)工作經(jīng)歷、是否主持或參與橫向課題等。其次，拓寬渠道，采取短期聘用與長期聘用相結(jié)合的方式，加強(qiáng)企業(yè)高水平工程技術(shù)人才引進(jìn)，以優(yōu)化提升實驗教師隊伍。最后，制定制度和激勵措施，鼓勵教師到企業(yè)掛職鍛煉。近三年，宿州學(xué)院聘請企業(yè)高水平工程師12人次，鼓勵教師到企業(yè)掛職鍛煉，擔(dān)任專業(yè)核心課程的教師擁有1年以上企業(yè)工作經(jīng)歷的比例達(dá)95%以上。

二是加強(qiáng)實驗教師培訓(xùn)，提升實驗教學(xué)團(tuán)隊綜合素質(zhì)。由于高校實驗崗位吸引力不足，直接影響了實驗教學(xué)團(tuán)隊的建設(shè)；同時，實驗教師對科研的重視不夠，不利于開放性實驗的開展。為此，宿州學(xué)院近幾年注重加強(qiáng)實驗教師培訓(xùn)，定期組織優(yōu)秀實驗案例教學(xué)研討會，邀請校內(nèi)、校外資深高級實驗教師分享先進(jìn)的實驗教學(xué)理念、優(yōu)秀實驗案例設(shè)計方法，促進(jìn)了學(xué)院的實驗教學(xué)改革，提升了實驗教師的實驗教學(xué)水平。

三是制定鼓勵政策，為實驗教師發(fā)展提供平臺支持。在實驗教師個人發(fā)展上，學(xué)校給予政策、資源的支持，設(shè)立專門的實驗教學(xué)項目，鼓勵實驗教師申報；組織實驗案例設(shè)計競賽，激發(fā)實驗教師豐富實驗教學(xué)內(nèi)容、提升實驗教學(xué)的熱情。鼓勵實驗教師建設(shè)學(xué)生興趣較濃的開放性實驗，在教學(xué)工作量核算和年終考核時給予獎勵。

三、結(jié)語

綜合性機(jī)械實驗課程建設(shè)是高等學(xué)校機(jī)械類專業(yè)進(jìn)行工程教育認(rèn)證和碩士點(diǎn)建設(shè)過程的重要內(nèi)容。本文通過分析國內(nèi)綜合性機(jī)械實驗課程建設(shè)過程中存在的不足，結(jié)合宿州學(xué)院機(jī)械專業(yè)綜合性實驗課程建設(shè)過程，從“雙軌融合”的機(jī)械專業(yè)實驗教學(xué)平臺建設(shè)、多學(xué)科交叉綜合性實驗項目建設(shè)、綜合性實驗教學(xué)團(tuán)隊建設(shè)、多維度綜合性實驗考核體系建設(shè)四個方面進(jìn)行改革，實踐結(jié)果表明，通過加強(qiáng)綜合性實驗課程建設(shè)，不斷豐富實驗教學(xué)內(nèi)容，注重實驗過程考核，調(diào)動了學(xué)生實驗過程的積極性，發(fā)揮了學(xué)生實驗過程的主觀能動性，提高了學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的實踐能力和創(chuàng)新能力。科學(xué)技術(shù)日新月異，機(jī)械實驗教學(xué)應(yīng)不斷改革、完善，以適應(yīng)社會對人才培養(yǎng)的需求。