機電綜合實驗建立與工程理論才能培養研究〔〕:

摘要：為加強機電工程專業學生理論教學中的綜合理論才能的培養，開設了?機電綜合實驗?獨立理論課程并進展相應的教學改革與研究，包括理論課程體系優化教學內容改革、基于才能導向教育和CDIO工程教育形式的教學形式改革、基于開放實驗室的管理制度建立和師資隊伍建立。通過一系列教學改革措施，實驗教學的質量得到改善，學生的工程綜合才能得到顯著進步。

關鍵詞：綜合實驗；理論教育；教學改革

本文引用格式：陳軍,等.機電綜合實驗建立與工程理論才能培養研究[J].教育現代化,2022,6(04):47-49.

一前言

目前在高校工程專業課實驗教學中，驗證型實驗教學形式占有主導地位，在培養學生的創造性思維和主動探究的精神等方面還存在缺乏；受實驗資源、教學內容和教學形式等因素的限制，大局部工程專業畢業生缺乏綜合工程理論才能【1】。增加系統綜合性和工程性理論教學是解決上述問題的思路之一，其具有如下優點。

〔一〕加強了專業知識學習的系統性

綜合型實驗強調不同學科的理論聯絡，或者同一學科內在知識聯絡，把根底專業知識有效交融起來，有利于學生創造性思維的培養和鍛煉。

〔二〕進步了理論才能培養的全面性

由于綜合性實驗設備組成的功能環節多，實驗方法不同，實驗誤差來源多、診斷和校正方法復雜，對學生發現問題、解決問題的才能提出了更高的要求，同時也鍛煉了學生思維的發散性、知識獲取主動性和技術交流的專業性,強化了學生的綜合理論才能。

〔三〕促進了理論理論聯絡的嚴密性

通過工程理論經歷的累積和工程才能的培養，一方面使學生更符合工業現場的技能要求；另外進一步與理論學習聯絡，拓寬了學生專業理論學習的深度和廣度。

基于以上原因，本校機電學院機械工程專業培養方案中開設有?機電綜合實驗?獨立實驗課程，在完成專業根底理論、專業技術知識和專業根本技能訓練的根底上，進一步進步學生的綜合理論才能。

本實驗課程在第七學期開出共32學時，包括機器人創新設計理論、機電液控制綜合實驗、智能制造系統綜合實驗、工業自動化綜合實驗四個選修模塊。

二課程建立所面對的問題

由于本課程的教學內容綜合性高，區別與傳統基于專業課程，在實驗內容、教學形式和組織管理等方面相差較大，本課程的建立伊始存在以下問題。

〔一〕實驗課程體系和教學內容組織落后

大局部實驗教學單元來源于分散專業課程實驗內容，缺乏實驗教學內容系統交融模塊；針對綜合性實驗的教學方法和考核方式缺乏細致深化的研究。

〔二〕人才培養形式與教學方法研究缺乏

傳統專業課實驗內容針對工程知識或理論操作技能教學缺乏；實驗設備投入滯后工業現場、實驗教學內容陳舊；實驗教學方法和手段沿襲課堂實驗教學形式，在綜合性實驗教學中如何優化人才培養形式和教學方法等系列問題值得深化研究。

〔三〕實驗室教學管理形式滯后教學要求

本課程實驗內容專業性和綜合性強，但缺乏包括專業教師在內的實驗教學團隊的建立，制約了實驗內容的開發和指導工作；另外課程實驗教學內容多，時間跨度大，這也對實驗室的開放管理理出了更高要求。

綜上所述，針對?機電綜合實驗?課程開出時存在的問題，有必要加強理論教學課程體系建立，并進展相應人才培養與教學方法的改革，同時完善實驗室教學管理體制改革，從而完善本課程工程才能培養的體系建立，以滿足新型工業化的條件下的高等教育人才培養需要。

三課程建立內容及教學改革成果

〔一〕理論課程體系優化研究

?機電綜合實驗?實驗內容涉及工業自動化設備及產品的性能參數的檢測分析、典型測控系統的設計構建、典型工業自動設備的自動控制仿真實驗；消費裝備自動化網絡控制技術實驗等。為強化學生綜合工程理論才能的培養，其課程體系和教學內容建立中始終強調以下特色：

1.實驗教學的系統性和綜合性。?機電綜合實驗?通過改革教學內容，加強與各分布課程的聯絡，可使學生的學習和理論由局部到系統，由點及面，點面結合，從而更加符合工程學習特點以進步學生工程才能的培養效率；課程根底理論知識和實驗技能來源于但不能局限于先修課程，對學生先期學習內容進展"查漏補缺";。學生可以根據實驗課的中所暴露的缺乏，有目的地進展局部知識內容的學習。以基于運動伺服平臺的實驗為例，學生通過傳感器、驅動器、接口電路和控制器的選型設計和改良，完成方案設計，電氣制圖、硬件連接，軟件編程和系統總體調試等工作。理論教學內容強調從系統總體的角度考慮詳細工程問題，有效鍛煉了學生綜合知識和技能的運用才能。

2.實驗教學的工程性。?機電綜合實驗?是以實際工業應用為導向，通過現有實驗室設備完成測控系統的構建，自動化裝置的控制系統設計等實驗任務。一方面硬件裝備選型接近現場，包括實驗中使用的傳感器、電機及驅動器、控制器和通訊設備；另一方面實驗研究要求接近或與現場一致，包括開發流程，報告格式，精度指標要求等【2】。通過工程標準化的實驗培養，使學生理論才能和創新才能得到接近現場環境和要求的檢驗，以期真正符合社會、企業的實際人才要求。

3.實驗教學的拓展性。通過教師參與實驗開發和指導工作來積累理論教學經歷，調查學生的理論掌握程度，形成優化課堂教學的重要反響，通過實驗教學"反哺";課堂教學，促進課堂教學內容和方法的改革。針對綜合實驗中反映出學生的工程理論才能，特別是系統性實驗才能偏弱的問題，在?測試技術?、?控制工程根底?等課程中加強系統性能測試分析局部、在?機電傳動控制?，?可編程控制技術?等課程中強化現場控制電氣設計等內容的教學。

經過理論教學內容不斷優化，最終形成了?機電綜合實驗?在整個理論培養體系中"承上啟下";的課程定位，"承上";指將分散的前期專業課程教學知識點有機整合，強調從系統總體和現場應用的角度考慮和解決工程問題，培養了學生的系統工程才能；"啟下";指其為后續的畢業設計環節奠定了堅實的工程根底知識和綜合理論才能根底，有效提升了畢業設計的質量和程度。

〔二〕人才培養形式與教學方法的改革

1.基于?工程認證教育?的實驗教育研究。以才能導向教育〔OBE〕為根底，根據?工程教育認證標準?畢業要求為指導，在實驗過程中強調培養學生的問題分析、方案設計才能、工程管理和研究復雜工程問題的才能，同時鼓勵團隊協作方式和多途徑技術交流【3】。課程評價的內容由知識點評價轉向過程評價和知識綜合運用才能評價，如本課程考核包括過程考核、實驗報告考核和最終的辯論考核，最終辯論考核中增加了對學生書面和口頭交流環節的評價比重，促進了學生實驗學習的主動性和專注度【4】，培養了其信息獲取才能和團隊合作精神。

2.基于CDIO工程教育形式教學改革。CDIO指構思〔Conceive〕，設計〔Design〕，施行〔Implement〕，運行〔Operate〕，它以現場工業開發過程為指導，分別針對各產品階段的技術任務，學習專業的技術開發方案，利用有機聯絡的專業理論解決現場工業問題【5】。?機電綜合實驗?通過實驗工程的開發，盡量接近或模擬現場工況，促進了學生工程根底知識的學習和根本技能的掌握、并同時培養了其自學才能和系統化的工程才能。

?機電綜合實驗?教學中堅持以工程工程和實際問題為研究對象，強調學生理論綜合工程才能的培養。經過課程訓練，使學生經歷一個工程工程的開發過程，有效進步其問題分析、方案設計和解決復雜工程問題才能，同時也鍛煉了其工程系統才能，包括工程管理，技術交流和團隊協作才能等。

〔三〕實驗室教學管理改革

1.開放實驗室的管理改革。?機電綜合實驗?課程內容具有綜合性和工程性特點，為了確保學生和教師根據學習和教學要求進展實驗的選擇，必須增加開放時間和開放內容，這就對實驗室管理方式提出了新的要求[1,6]。經過不斷嘗試和討論，形成了一系列的規章制度，到達了兩個"確保";，一方面確保充足的教學時間，在本實驗課程中學生有10周的時間可以自由進出實驗室，每天有裝備指導教師答疑指導學生的實驗操作；另一方面確保充足的教學條件，包括裝備充足實驗設備、元件和工具，同時在實驗技術人員的管理和監視下保證實驗室運行平安和標準。

2.理論師資隊伍建立。?機電綜合實驗?課程通過明確教職人員的工作職責范圍，保證實驗室人員和專業教師各司其責，完成實驗內容的開發和實驗指導工作；通過政策支持和吸引專業教師參與課程教學，加強實驗教學內容的廣度和深度；按照研究方向和實驗工程將實驗指導教師分組，構建知識構造合理的指導團隊。

通過這幾年的課程建立，開放實驗室管理制度趨于完善，實驗指導教師數量不斷增加，課程教學的師生比得到進一步優化，有效進步了?機電綜合實驗?課程教學程度。

四結論

?機電綜合實驗?課程經過假設干年建立，完善了課程體系和教學內容，形成了系統化、工程化的實驗工程建立；建立了基于才能導向教育和CDIO工程教育形式的教學形式，增強了學生的方案設計才能、工程管理才能、技術交流才能和綜合理論才能；同時完成了基于開放實驗室的管理制度建立和師資隊伍建立。同時本課程經過不斷的教學改革，使學生實驗參與主動積極性不斷進步，實驗成果和程度不斷進步，理論綜合才能得到了進一步增強，為新型工業化條件下的高等教育人才綜合/