基于現(xiàn)代信息技術(shù)的高校機械基礎(chǔ)實驗教學改革研究

［摘 要］文章針對聊城大學機械與汽車工程學院機械基礎(chǔ)實驗課程教學中存在的問題，以課程目標為導向，借助現(xiàn)代信息技術(shù)，結(jié)合虛擬仿真實驗平臺和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)手段，從實驗教學目標、教學內(nèi)容、教學方案、基于信息技術(shù)的教學模式及課程考核評價機制等方面開展一系列改革與探索，提出“理論教學→實驗教學→理論教學”閉環(huán)教學模式，有助于增強實驗教學和理論教學的聯(lián)系，獲得更好的實驗教學效果。

［關(guān)鍵詞］虛擬仿真技術(shù)；機械基礎(chǔ)實驗；教學改革；評價機制

［中圖分類號］G642 ［文獻標識碼］A ［文章編號］2095-3437（2024）14-0052-04

高校機械基礎(chǔ)實驗是機械類相關(guān)專業(yè)教學中的一個關(guān)鍵環(huán)節(jié)，對于培養(yǎng)能夠從事機械領(lǐng)域工程研發(fā)、質(zhì)量檢測，以及產(chǎn)品研究、開發(fā)、生產(chǎn)等工作的高級技術(shù)型人才具有重要的作用。機械基礎(chǔ)實驗是對高校機械類專業(yè)課的延伸性學習，是培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力以及工程實踐能力的重要課程，能夠提高學生的科研能力，為學生以后從事機械相關(guān)領(lǐng)域的科學研發(fā)、工程實踐奠定基礎(chǔ)[1]。

基于現(xiàn)代信息技術(shù)的實驗教學，有助于推動信息技術(shù)與高校實驗教學的深度融合，提高學生學習的主動性、積極性、探索性，是當前高校實驗教學改革的重要教學方法[2]。而當前的虛擬仿真實驗教學能夠克服場地、時間、設(shè)備等因素的制約，更安全、更立體地呈現(xiàn)教學過程和教學內(nèi)容，受到越來越多的高校重視并被廣泛深入研究[3-4]。

一、機械基礎(chǔ)實驗教學現(xiàn)狀分析

（一）機械基礎(chǔ)實驗課程簡介

機械類系列課程是聊城大學機械與汽車工程學院（以下簡稱學院）機械設(shè)計制造及其自動化、機械電子工程、車輛工程專業(yè)的學科基礎(chǔ)課。機械基礎(chǔ)實驗是機械類系列課程的重要教學部分。機械基礎(chǔ)實驗包括機械設(shè)計、機械原理、工程材料與機械制造基礎(chǔ)、互換性測量與技術(shù)、材料力學、液壓與氣壓傳動等6門課程的實驗項目，2022版最新大綱規(guī)定機械基礎(chǔ)實驗有20個實驗項目，總共48學時。該課程每年承擔學院400余名學生總計1000余學時的實驗教學任務(wù)。

機械基礎(chǔ)實驗室現(xiàn)有實驗設(shè)備普遍存在臺套數(shù)少、部分設(shè)備太老舊、設(shè)備不好操作、測量結(jié)果有誤差等問題，而各個專業(yè)的班級人數(shù)則比較多，有30～40人。因此，在實驗時需要對學生進行分組，組內(nèi)幾名學生共同使用一套設(shè)備進行實驗，或者輪流進行實驗，無法保證學生獨立進行實驗，導致學生不能充分地進行實驗，難以取得理想的實驗效果。

（二）機械基礎(chǔ)實驗課程傳統(tǒng)教學模式

機械基礎(chǔ)實驗傳統(tǒng)的教學過程為：（1）實驗教師根據(jù)大綱安排制訂本學期教學計劃，具體教學計劃需要結(jié)合學生課程時間、實驗室及實驗設(shè)備情況而定；（2）在實驗之前1～2周時，下發(fā)實驗指導書，要求學生進行實驗預(yù)習，并填寫實驗報告預(yù)習部分；（3）按照教學計劃進行課堂實驗，在實驗之前，實驗教師需要檢查學生的出勤情況，并檢查學生的實驗預(yù)習情況；（4）實驗教師講解實驗?zāi)康?、實驗原理、實驗設(shè)備、實驗步驟等教學內(nèi)容，并重點講述實驗注意事項，時間約為30分鐘；（5）學生根據(jù)教師的講解進行實驗，組內(nèi)學生共同或者輪流完成實驗，并獲得實驗結(jié)果；（6）學生根據(jù)實驗情況整理實驗報告，將形成的最終實驗報告上交教師并由其存檔。具體教學過程如圖1所示。

（三）機械基礎(chǔ)實驗傳統(tǒng)考核評價方法

機械基礎(chǔ)實驗是獨立設(shè)置課程，按照大綱要求，采用考查的方式進行成績評價。傳統(tǒng)的成績評價方式包括兩部分，即平時成績和報告成績。平時成績主要考查學生的實驗預(yù)習情況、出勤情況、課堂實驗完成情況，滿分100分，占總成績的20%；報告成績主要考查學生的實驗報告整理情況，即實驗結(jié)果是否正確、結(jié)論分析是否合理、實驗報告是否完整、書寫是否整潔等方面，滿分100分，占總成績的80%。

（四）機械基礎(chǔ)實驗課程存在的問題

對標專業(yè)培養(yǎng)目標及畢業(yè)要求，傳統(tǒng)的機械基礎(chǔ)實驗教學存在如下問題：（1）實驗教師和理論教師不是同一位教師，相互之間缺乏溝通協(xié)調(diào)，容易導致實驗教學不能很好地輔助理論教學，不利于培養(yǎng)學生的綜合能力；（2）實驗設(shè)備太少，而且實驗教師要占用一部分實驗課堂時間來講解實驗內(nèi)容，學生不能充分進行實驗，導致學生容易失去實驗興趣，限制了學生的開發(fā)、創(chuàng)新能力；（3）學生僅通過實驗指導書進行課前預(yù)習，存在部分學生不預(yù)習、抄襲預(yù)習內(nèi)容的現(xiàn)象，不利于培養(yǎng)學生良好的學習習慣；（4）課程考核評價形式簡單，主要考核內(nèi)容為實驗報告，容易產(chǎn)生學生抄襲實驗報告的現(xiàn)象，不利于培養(yǎng)學生主動思考、深入鉆研的能力。

二、基于現(xiàn)代信息技術(shù)的教學改革研究

基于現(xiàn)代信息技術(shù)的實驗教學平臺建設(shè)和發(fā)展，推動了高校實驗教學改革，實現(xiàn)了教學信息從信息源到學習者之間個性化、智能化、泛在化的傳遞，具有明確的教學目的、教學內(nèi)容和教學對象，體現(xiàn)了教學形式的創(chuàng)新[5]。課程平臺的建設(shè)和發(fā)展推動了現(xiàn)代信息技術(shù)和實驗教學項目的深度融合，優(yōu)化了教學內(nèi)容，拓展了學生學習深度，延伸了實驗教學時間和空間，提升了實驗教學的質(zhì)量和水平。

為了解決學院現(xiàn)階段實驗教學存在的問題，根據(jù)機械基礎(chǔ)實驗課程特點和教學內(nèi)容，以學生為中心、教師為引導、課程能力培養(yǎng)為目標，結(jié)合國家虛擬仿真實驗教學課程共享平臺、高等學校機械工程學科虛擬仿真實驗教學平臺及雨課堂等信息技術(shù)平臺，擬從實驗教學內(nèi)容、實驗教學方案設(shè)計、虛擬實驗平臺、混合教學模式、考核評價等方面展開一系列的改革研究，以期探索形成基于信息技術(shù)的機械基礎(chǔ)實驗課程閉環(huán)教學新模式。

（一）教學目標與教學內(nèi)容優(yōu)化

聊城大學機械與汽車工程學院《本科專業(yè)人才培養(yǎng)方案（2022版）》中對機械基礎(chǔ)實驗課程的培養(yǎng)目標及畢業(yè)要求分為3類4項能力指標，以實驗項目為載體，將各項指標細化到每一個實驗任務(wù)和要求中，形成實驗內(nèi)容與能力目標支撐關(guān)系（如表1所示），驅(qū)動學生利用已經(jīng)掌握的理論知識和實驗方法，在實驗中學會動手實踐、自主學習、探索研究、創(chuàng)新設(shè)計，在實踐中培養(yǎng)專業(yè)能力、科研能力、科學思維習慣和綜合創(chuàng)新意識[6-7]。

（二）實驗教學方案設(shè)計

在制訂“理論教學→實驗教學→理論教學”的閉環(huán)教學方案過程中，需要實驗教師與理論教師相互溝通、協(xié)商。具體實施方法如下。

首先，理論教師在理論教學中講解相關(guān)專業(yè)知識，引出專業(yè)問題，以激發(fā)學生的學習興趣，研究探索解決問題的方法，引導學生在實驗中解決問題，增強學生實驗的主動性。

其次，實驗教師根據(jù)理論教師的專業(yè)知識要求，設(shè)計具體的實驗過程，并在實驗過程中引導學生解決專業(yè)問題，得出結(jié)果，分析結(jié)論。結(jié)合學生實驗過程、針對學生的實驗結(jié)論，實驗教師給出專業(yè)的總結(jié)性建議，培養(yǎng)學生通過實踐解決問題并分析總結(jié)的能力。

最后，實驗教師將專業(yè)建議反饋給理論教師，理論教師根據(jù)反饋意見在理論課堂上結(jié)合實驗現(xiàn)象、針對實驗結(jié)論給出重點的講解，使學生能夠?qū)⒗碚摵蛯嶒炏嘟Y(jié)合，達到專業(yè)培養(yǎng)目標的要求。

（三）基于現(xiàn)代信息技術(shù)教學模式的設(shè)計

在有限的實驗時間和實驗空間制約下，可以變革傳統(tǒng)線下機械基礎(chǔ)實驗教學模式，引入“綜合性、探索性、創(chuàng)新性”的實驗教學方法，合理安排實驗教學的各個環(huán)節(jié)，將實驗教學與信息技術(shù)相融合，提高學生的綜合素養(yǎng)。

實驗課前大約一周時間實驗教師在網(wǎng)絡(luò)平臺下發(fā)實驗任務(wù)和實驗要求，要求學生結(jié)合實驗指導書了解實驗?zāi)康?、實驗設(shè)備、實驗原理，在虛擬仿真實驗平臺進行虛擬實驗，獲得實驗結(jié)果并分析實驗結(jié)論。通過完成以上實驗任務(wù)，填寫實驗報告預(yù)習部分內(nèi)容，并將實驗中的問題進行總結(jié)。實驗教師結(jié)合實驗報告填寫情況、虛擬仿真實驗完成情況掌握學生的學習過程，為課程評價提供依據(jù)。

實驗課開始前5分鐘，教師通過雨課堂要求學生隨堂完成實驗預(yù)習測試，檢查學生的預(yù)習情況，避免部分學生不預(yù)習直接進行實驗。這項測試結(jié)果直接作為課程評價的依據(jù)之一。因為前期已經(jīng)完成了虛擬實驗，所以在課堂中實驗教師僅對實驗注意事項進行強調(diào)，要求學生根據(jù)預(yù)習獨立開展實驗。實驗教師在課堂中密切觀察每名學生的實驗進展情況，并及時排除設(shè)備故障和答疑解惑，同時將學生的課堂表現(xiàn)進行記錄，作為課程評價的依據(jù)。實驗課結(jié)束前5分鐘，教師同樣通過雨課堂要求學生完成隨堂測試，檢查學生實驗完成情況、實驗結(jié)果是否正確、結(jié)論分析是否合理，并給出實驗課堂的總結(jié)性建議。這項測試結(jié)果也將直接作為課程評價的依據(jù)之一。最后，實驗教師針對實驗課堂各個環(huán)節(jié)作出總結(jié)，引導學生解決理論教學中的專業(yè)問題。

實驗課后，要求學生整理實驗報告。實驗報告中要將實驗過程、實驗結(jié)果、實驗結(jié)論、實驗中碰到的問題以及解決方法等幾個部分完整表述。實驗報告的整理，能夠鍛煉學生總結(jié)分析的能力，提高學生自主繼續(xù)研究學習的興趣。實驗報告也作為課程評價的依據(jù)之一。

（四）課程考核評價機制的改革

實驗教學考核評價機制應(yīng)綜合考查學生的創(chuàng)新意識、動手操作能力、獨立完成度、實驗結(jié)果的正確性、實驗報告的整理情況等多項內(nèi)容，從多方面評價學生的學習能力和教師的教學效果，對學生在實驗相關(guān)的各個階段的表現(xiàn)均進行考核?？己诉^程分為預(yù)習階段考核、隨堂考核、課后考核。結(jié)合課程指標要求，采用科學的量化方式對學生的實驗情況進行綜合評價。課程評價方式如表2所示，總成績由三部分組成：預(yù)習階段考核（占比20%）、隨堂考核（占比30%）、課后考核（占比50%）。制定科學的評價機制，注重過程考核，加大實踐力度，以激發(fā)學生的學習興趣，提高其實踐能力及團隊合作精神等綜合素質(zhì)[8]。

三、結(jié)語

本文基于現(xiàn)代信息技術(shù)的實驗教學改革研究，將虛擬仿真技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)平臺與實驗課堂進行有機融合，提出了“理論教學→實驗教學→理論教學”閉環(huán)教學模式，利用多元化的教學方法和教學手段，能夠很好地解決學院當前實驗教學中普遍存在的問題，顯著提升教學效果，也使學生在掌握實驗技術(shù)、提高實驗技能、解決實驗問題的同時，提升了科研素養(yǎng)，樹立了良好的人生觀、價值觀。教學改革的進行也符合學院建設(shè)高水平應(yīng)用型大學的總體思路，并為服務(wù)地方經(jīng)濟社會發(fā)展起到了積極的促進作用。我國各高校有必要充分重視機械基礎(chǔ)實驗教學的改革和研究，以培養(yǎng)具備掌握系統(tǒng)專業(yè)知識和工程實踐技能的高素質(zhì)人才，使其將來能從事機械工程領(lǐng)域的設(shè)計開發(fā)、生產(chǎn)制造、科學研究、生產(chǎn)組織與管理等方面的工作。該課程的改革和研究也可為當前高等教育發(fā)展形勢下實驗課程的改革提供一定的借鑒。

［ 參 考 文 獻 ］

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[4] 馬匯淼.網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在高校本科實驗教學中的應(yīng)用[J].高教論壇，2020（27）：21-22.

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[6] 劉雁，王天佐，李杏彩.高校實驗教學改革對學生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的作用[J].大學，2021（30）：158-160.

[7] 郭安福，包春江，王敏.基于MOOC的機械設(shè)計教學實例[J].機械設(shè)計，2020（37）：249-253.

[8] 左敏，滕新營，趙德剛.基于OBE理念的工科專業(yè)教學效果評價方法研究：以“金屬工藝學”課程為例[J].科教導刊，2023（30）：68-70.

［責任編輯：雷 艷］