基于DMTC理念的机械设计制造及自动化专业实验教学探索与实践

王伟+朱岗+张君+杨涛

摘 要 实验教学开放是培养高素质的应用型人才的有效途径之一。中心将DMTC理念引入应用型本科机械类专业实验教学环节中，从实验教学内容、模式等方面进行了一系列探索，建立了“一条主线，四维协作”实验教学体系，激发了学生的学习热情，调动了学生学习的积极性，改善了实验教学质量，提高了学生的基本技术创新能力、实践动手能力和应用能力。

关键词 实验教学 创新能力 模式 开放

中图分类号：G424 文献标识码：A

Exploration and Practice of Mechanical Engineering and Automation

Experimental Teaching Based on the Concept of DMTC

WANG Wei， ZHU Gang， ZHANG Jun， YANG Tao

（College of Mechanical Engineering， Chongqing University of Technology， Chongqing 400050）

Abstract Open experimental teaching is one of the effective ways to train high-quality application-oriented talents. The Centre will introduce the concept of application-oriented DMTC Mechanical Experimental Teaching session， conducted a series of experiments to explore from teaching content， pattern， etc.， to establish a "main line， four-dimensional cooperation" experimental teaching system， stimulate the enthusiasm of students， mobilize the enthusiasm of students， improve the quality of teaching experiments to improve the student's basic technical innovation ability， practical ability and proficiency.

Key words experimental teaching； innovative ability； mode； open

高等院校作为国家人才培养战略的重要基地，在创新型应用人才培养上担负着极为重要的责任。①实践教学模式及体系是工科类高等教育应用创新能力培养的重要组成，它在高素质应用型高级专门技术人才的培养中发挥着至关重要的作用。②随着机械制造技术水平的发展，机械制造业对劳动者的技术水平提出了更新更高的要求。而实践教学是高等院校培养学生基本技术创新能力、实践动手能力和应用能力的重要途径。

为了更好地培养机械设计制造及其自动化专业学生的基本技术创新能力、实践动手能力和应用能力等能力，强化学生对机械工程专业认识的整体性及全局观，重庆理工大学机械工程学院实践教学及技能培训中心在实践教学模式及体系的构建与实践过程中，引入DMTC（设计（Design）、制造（Manufacture）、检测（Testing）、控制（Control））教育理念，做了一些积极的探索与实践。

1 目前存在的问题

理论教学与实践教学是传统教学分类方法中的两种形式，长期固化的教学理念使得实践教学在高等教育体系中都处于一种尴尬的地位。③在如何通过实验教学提升学生的基本技术创新能力、实践动手能力和应用能力方面，很多高等院校都进行了积极的、广泛的探索与实践。近年来，也有一些高等院校在多层次的实验室开放模式方面进行了大胆的探索与实践，并取得了一定的成效。但每个院校、专业知识构成与产业结构需求都各不相同，探索与院校、专业、产业需求相适宜的实验室开放模式、实验教学模式是当前实验室教学改革实践的新方向之一。④⑤⑥目前，综合分析国内其他高等院校及我校实验室开放的情况，还存在如下问题：

（1）实验教学体系完整性、系统性欠佳。现有实验教学体系只是对原有实验项目的整合，或在某些环节进行改革，或增加部分科技活动与竞赛等内容；实验项目学时较短，只是被动的模仿、演示、验证，实验内容分散、孤立，实验教学体系完整性、关联性、系统性欠佳，无法达到高素质应用型高级专门人才培养的要求，更不利于学生创新能力和创新思维的形成。⑦⑧

（2）实验开放模式适应性不够。实验教学开放仅限于时间与空间，实验内容没有开放，这就无法摆脱对理论教学的依附性，从而使学生始终处于被动学习状态，难以实现学生在教学活动中的主体地位， 难以实现学生的个性发展与创造性的发挥，也难以实现培养学生工程实践能力的要求，使得“注重学生基本技术创新能力、实践动手能力和应用能力的培养， 实现学生在教学活动中的主体地位”的目标落空。⑨

（3）实验软硬件条件有待提高。实验教学经费不足直接影响着教学水平的提高， 特别是高校的不断扩招使原本紧张的经费更加捉襟见肘。机械设计制造及其自动化本科专业实验教学中所涉及的各类机床、数控系统、液压系统、测试仪器等实验教学仪器的不足，直接影响着学生基本技术创新能力、实践动手能力和应用能力的培养。⑩

2 实验教学内容与模式的探索

“培养适应经济社会发展需要的、具有较强创新精神和实践能力的高素质应用型高级专门人才” 是我校本科人才培养的目标，开放式实验教学是实现这一目标的有效途径。借鉴国内外其它院校在机械类专业实验室的建设经验，以及结合我校专业及行业需求的实际情况，我们对实验教学进行了积极探索。endprint

2.1 实验体系的构建

机械设计制造及其自动化专业含机械设计、机械制造、机电一体化三个方向，针对不同的专业方向、不同的年级，对机械设计制造及其自动化专业实验教学体系进行改进，建立了适合于学生实际情况的“一条主线，四维协作”实验教学体系，方便学生根据自己的专业方向、年纪、知识结构水平、兴趣等选择实验。图1为机械设计制造及其自动化专业实验教学体系。

图1 实验教学体系框架

从图1中可知，实验教学体系包含3个平台，即基本技能实验平台、专业技能实验平台及设计研究型实验平台。基本技能实验平台主要培养学生机械工程基本实践能力，专业技能实验平台注重于培养学生在机械专业方面的实践与知识综合运用能力。这两个平台在正常的教学计划内执行，总学时为32学时，必选实验20学时，任选实验12学时以上。设计研究型实验平台在正常教学计划外执行，选修16学时，主要包括专业综合实验、学生科技活动、机械设计大赛、校实验创新基金项目等。

2.1.1 基本技能实验平台

基本技能实验平台主要培养学生在机械工程方面所具备的基本实践动手能力；此平台涵盖机械设计软件应用、工艺工装、刀具结构及其应用、检测技术和机电液传动控制五个系列。每个系列又由若干实验项目组成，内容涉及软件基本技能、机床结构分析与工艺基础、常用刀具结构分析、传统检测手段、检测工具、电机控制、液压回路设计与组装等，教学模式采用传统与现代教学方法相结合的方式。

2.1.2 专业技能实验平台

根据DMTC教育理念开设一系列实验，其目的是通过一些综合型、设计型实验，来培养学生实践动手能力和解决工程实际问题的应用能力。此平台涵盖先进设计分析、先进制造技术、先进检测技术、先进控制技术四个系列，每个系列又由若干实验项目组成，内容涉及典型机构动力学分析、数控机床编程加工、特种加工技术、三维逆向技术、液压控制、伺服控制等。实验项目采取小组分工形式，小组中的学生需根据自己专业方向、学习兴趣等从中选修一些实验项目。让学生熟悉整个机械工程的实际流程，强化学生对机械工程专业认识的整体性及全局观。

2.1.3 设计研究型实验平台

计研究型实验平台是通过专业综合应用系列、科技活动、专业技能竞赛等开放性、设计研究型的项目，培养学生基本的创新能力和解决工程实际问题的应用能力，其中专业综合应用系列为三个专业方向必修实验，分别为机构创新设计实验、组合夹具组装实验、机电综合实验；科技活动主要有大学生实验创新性项目、学生科研项目等；专业技能竞赛主要有机械创新设计大赛、数控技能竞赛等。

2.2 实验平台的实践

教学改革面临的首要问题是：整个实验教学体系实施的课时已经超出人才培养的计划课时。要解决这个问题，首先必须转变实验教学的理念，实验教学的目的是为了培养学生基本技能，是学生理论联系实际的纽带，不是完成教学计划任务。我们把基本技能实验平台的全部实验和专业技能实验平台大部分实验安排在人才培养计划课时中执行，专业技能实验平台少部分实验和设计研究试验平台则利用课外执行。开发一些紧密联系工程实际的实验项目，或鼓励学生自带实验项目走进实验室，诱导学生自主学习。

在这几年的实践中，学生申报了高速加工中心切削性能测试、数控机床调试实验、凸轮轮廓形检测实验的开发与设计等大学生创新性实验计划项目；学生参加机械创新设计大赛，累计获得国家二等奖2项，重庆赛区一等奖3项，二等奖5项，三等奖1项。部分学生参与的项目成果已经应用到其它实验教学中，如学生参与教师科研项目研制的凸轮廓线检测仪，已投入到基本技能实验平台的实验教学中；部分系列实验已经发展为职业技能培训项目。如数控车床、加工中心编程实验等发展为数控机床操作培训项目，若通过国家职业技能等级考试就可颁发相应的职业等级证书。

3 探索与实践的几点体会

（1）专业实验教学的改革，必须以机械设计制造及其自动化专业的发展为出发点，兼顾日新月异的科技发展趋势及社会需求。（2）专业实验所涉及的各种技术发展突飞猛进，各种实验仪器设备更新换代也较迅速，仪器设备的投入也比较大，要多途径、多方式解决这个问题，如建立校企联合实验室、校外实验中心、虚拟实验室等。（3）实验室开放这一教学模式逐步得到了学生的认可，学生从中获得了更多的知识与技能，提高了学生的专业素质。同时也提高了实验室的设备利用率，服务了教学。

机械设计制造及其自动技术日新月异，应用型技术人才的需求也随之变化，我们将继续努力，使我们的实验教学体系更加适应社会发展的需求。

重庆理工大学重大教学成果重点培育项目：“一条主线 四维协作”，建立适应机械专业创新人才培养的实践教学和质量保障体系项目资助（[2013]57号） （下转第79页）（上接第75页）

注释

① 卢东宁.高等学校应用型人才培养模式研究[J].西南农业大学学报（社会科学版），2011.7：139-141.

② 杨少卿.改革实验教学模式，培养学生创新能力[J].黑龙江教育（高教研究与评估版），2005.Z2：50-51.

③ 程敏熙，赵芝孟，颜巧莹.简论高等学校理论教学与实验教学的关系[J].实验技术与管理，2001.2：186-189.

④ 张瑞珠，郝用兴.实验教学改革实践与综合实验中心建设的思考[J].华北水利水电学院学报（社科版），1998.2：70-72.

⑤ 徐格宁，陆凤仪，孙大刚，等.创建地方高校国家级机械实验教学示范中心的探索实践[J].实验技术与管理，2010.2：1-3.

⑥ 李仁兴，施江澜.机械实验教学创新及其改革实践[J].职业技术教育，2004.25：55-56.

⑦ 吴景华，尹念东.新建地方高校机械实验教学体系改革的研究[J].黄石理工学院学报（人文社会科学版），2007.4：113-115.

⑧ 李锻能，何汉武，张湘伟.机械工程专业实验教学体系改革的探讨[J].实验技术与管理，2008.3：132-135.

⑨ 曹爱红，余其俊，刘粤惠.多层次实验教学模式的探索[J].理工高教研究，2009.5：109-111.

⑩ 王新华，郭宏兵，陈彩凤，等.虚拟机械实验设备的设计与开发[J].机床与液压，2005.10：189-190.endprint

2.1 实验体系的构建

机械设计制造及其自动化专业含机械设计、机械制造、机电一体化三个方向，针对不同的专业方向、不同的年级，对机械设计制造及其自动化专业实验教学体系进行改进，建立了适合于学生实际情况的“一条主线，四维协作”实验教学体系，方便学生根据自己的专业方向、年纪、知识结构水平、兴趣等选择实验。图1为机械设计制造及其自动化专业实验教学体系。

图1 实验教学体系框架

从图1中可知，实验教学体系包含3个平台，即基本技能实验平台、专业技能实验平台及设计研究型实验平台。基本技能实验平台主要培养学生机械工程基本实践能力，专业技能实验平台注重于培养学生在机械专业方面的实践与知识综合运用能力。这两个平台在正常的教学计划内执行，总学时为32学时，必选实验20学时，任选实验12学时以上。设计研究型实验平台在正常教学计划外执行，选修16学时，主要包括专业综合实验、学生科技活动、机械设计大赛、校实验创新基金项目等。

2.1.1 基本技能实验平台

基本技能实验平台主要培养学生在机械工程方面所具备的基本实践动手能力；此平台涵盖机械设计软件应用、工艺工装、刀具结构及其应用、检测技术和机电液传动控制五个系列。每个系列又由若干实验项目组成，内容涉及软件基本技能、机床结构分析与工艺基础、常用刀具结构分析、传统检测手段、检测工具、电机控制、液压回路设计与组装等，教学模式采用传统与现代教学方法相结合的方式。

2.1.2 专业技能实验平台

根据DMTC教育理念开设一系列实验，其目的是通过一些综合型、设计型实验，来培养学生实践动手能力和解决工程实际问题的应用能力。此平台涵盖先进设计分析、先进制造技术、先进检测技术、先进控制技术四个系列，每个系列又由若干实验项目组成，内容涉及典型机构动力学分析、数控机床编程加工、特种加工技术、三维逆向技术、液压控制、伺服控制等。实验项目采取小组分工形式，小组中的学生需根据自己专业方向、学习兴趣等从中选修一些实验项目。让学生熟悉整个机械工程的实际流程，强化学生对机械工程专业认识的整体性及全局观。

2.1.3 设计研究型实验平台

计研究型实验平台是通过专业综合应用系列、科技活动、专业技能竞赛等开放性、设计研究型的项目，培养学生基本的创新能力和解决工程实际问题的应用能力，其中专业综合应用系列为三个专业方向必修实验，分别为机构创新设计实验、组合夹具组装实验、机电综合实验；科技活动主要有大学生实验创新性项目、学生科研项目等；专业技能竞赛主要有机械创新设计大赛、数控技能竞赛等。

2.2 实验平台的实践

教学改革面临的首要问题是：整个实验教学体系实施的课时已经超出人才培养的计划课时。要解决这个问题，首先必须转变实验教学的理念，实验教学的目的是为了培养学生基本技能，是学生理论联系实际的纽带，不是完成教学计划任务。我们把基本技能实验平台的全部实验和专业技能实验平台大部分实验安排在人才培养计划课时中执行，专业技能实验平台少部分实验和设计研究试验平台则利用课外执行。开发一些紧密联系工程实际的实验项目，或鼓励学生自带实验项目走进实验室，诱导学生自主学习。

在这几年的实践中，学生申报了高速加工中心切削性能测试、数控机床调试实验、凸轮轮廓形检测实验的开发与设计等大学生创新性实验计划项目；学生参加机械创新设计大赛，累计获得国家二等奖2项，重庆赛区一等奖3项，二等奖5项，三等奖1项。部分学生参与的项目成果已经应用到其它实验教学中，如学生参与教师科研项目研制的凸轮廓线检测仪，已投入到基本技能实验平台的实验教学中；部分系列实验已经发展为职业技能培训项目。如数控车床、加工中心编程实验等发展为数控机床操作培训项目，若通过国家职业技能等级考试就可颁发相应的职业等级证书。

3 探索与实践的几点体会

（1）专业实验教学的改革，必须以机械设计制造及其自动化专业的发展为出发点，兼顾日新月异的科技发展趋势及社会需求。（2）专业实验所涉及的各种技术发展突飞猛进，各种实验仪器设备更新换代也较迅速，仪器设备的投入也比较大，要多途径、多方式解决这个问题，如建立校企联合实验室、校外实验中心、虚拟实验室等。（3）实验室开放这一教学模式逐步得到了学生的认可，学生从中获得了更多的知识与技能，提高了学生的专业素质。同时也提高了实验室的设备利用率，服务了教学。

机械设计制造及其自动技术日新月异，应用型技术人才的需求也随之变化，我们将继续努力，使我们的实验教学体系更加适应社会发展的需求。

重庆理工大学重大教学成果重点培育项目：“一条主线 四维协作”，建立适应机械专业创新人才培养的实践教学和质量保障体系项目资助（[2013]57号） （下转第79页）（上接第75页）

注释

① 卢东宁.高等学校应用型人才培养模式研究[J].西南农业大学学报（社会科学版），2011.7：139-141.

② 杨少卿.改革实验教学模式，培养学生创新能力[J].黑龙江教育（高教研究与评估版），2005.Z2：50-51.

③ 程敏熙，赵芝孟，颜巧莹.简论高等学校理论教学与实验教学的关系[J].实验技术与管理，2001.2：186-189.

④ 张瑞珠，郝用兴.实验教学改革实践与综合实验中心建设的思考[J].华北水利水电学院学报（社科版），1998.2：70-72.

⑤ 徐格宁，陆凤仪，孙大刚，等.创建地方高校国家级机械实验教学示范中心的探索实践[J].实验技术与管理，2010.2：1-3.

⑥ 李仁兴，施江澜.机械实验教学创新及其改革实践[J].职业技术教育，2004.25：55-56.

⑦ 吴景华，尹念东.新建地方高校机械实验教学体系改革的研究[J].黄石理工学院学报（人文社会科学版），2007.4：113-115.

⑧ 李锻能，何汉武，张湘伟.机械工程专业实验教学体系改革的探讨[J].实验技术与管理，2008.3：132-135.

⑨ 曹爱红，余其俊，刘粤惠.多层次实验教学模式的探索[J].理工高教研究，2009.5：109-111.

⑩ 王新华，郭宏兵，陈彩凤，等.虚拟机械实验设备的设计与开发[J].机床与液压，2005.10：189-190.endprint

2.1 实验体系的构建

机械设计制造及其自动化专业含机械设计、机械制造、机电一体化三个方向，针对不同的专业方向、不同的年级，对机械设计制造及其自动化专业实验教学体系进行改进，建立了适合于学生实际情况的“一条主线，四维协作”实验教学体系，方便学生根据自己的专业方向、年纪、知识结构水平、兴趣等选择实验。图1为机械设计制造及其自动化专业实验教学体系。

图1 实验教学体系框架

从图1中可知，实验教学体系包含3个平台，即基本技能实验平台、专业技能实验平台及设计研究型实验平台。基本技能实验平台主要培养学生机械工程基本实践能力，专业技能实验平台注重于培养学生在机械专业方面的实践与知识综合运用能力。这两个平台在正常的教学计划内执行，总学时为32学时，必选实验20学时，任选实验12学时以上。设计研究型实验平台在正常教学计划外执行，选修16学时，主要包括专业综合实验、学生科技活动、机械设计大赛、校实验创新基金项目等。

2.1.1 基本技能实验平台

基本技能实验平台主要培养学生在机械工程方面所具备的基本实践动手能力；此平台涵盖机械设计软件应用、工艺工装、刀具结构及其应用、检测技术和机电液传动控制五个系列。每个系列又由若干实验项目组成，内容涉及软件基本技能、机床结构分析与工艺基础、常用刀具结构分析、传统检测手段、检测工具、电机控制、液压回路设计与组装等，教学模式采用传统与现代教学方法相结合的方式。

2.1.2 专业技能实验平台

根据DMTC教育理念开设一系列实验，其目的是通过一些综合型、设计型实验，来培养学生实践动手能力和解决工程实际问题的应用能力。此平台涵盖先进设计分析、先进制造技术、先进检测技术、先进控制技术四个系列，每个系列又由若干实验项目组成，内容涉及典型机构动力学分析、数控机床编程加工、特种加工技术、三维逆向技术、液压控制、伺服控制等。实验项目采取小组分工形式，小组中的学生需根据自己专业方向、学习兴趣等从中选修一些实验项目。让学生熟悉整个机械工程的实际流程，强化学生对机械工程专业认识的整体性及全局观。

2.1.3 设计研究型实验平台

计研究型实验平台是通过专业综合应用系列、科技活动、专业技能竞赛等开放性、设计研究型的项目，培养学生基本的创新能力和解决工程实际问题的应用能力，其中专业综合应用系列为三个专业方向必修实验，分别为机构创新设计实验、组合夹具组装实验、机电综合实验；科技活动主要有大学生实验创新性项目、学生科研项目等；专业技能竞赛主要有机械创新设计大赛、数控技能竞赛等。

2.2 实验平台的实践

教学改革面临的首要问题是：整个实验教学体系实施的课时已经超出人才培养的计划课时。要解决这个问题，首先必须转变实验教学的理念，实验教学的目的是为了培养学生基本技能，是学生理论联系实际的纽带，不是完成教学计划任务。我们把基本技能实验平台的全部实验和专业技能实验平台大部分实验安排在人才培养计划课时中执行，专业技能实验平台少部分实验和设计研究试验平台则利用课外执行。开发一些紧密联系工程实际的实验项目，或鼓励学生自带实验项目走进实验室，诱导学生自主学习。

在这几年的实践中，学生申报了高速加工中心切削性能测试、数控机床调试实验、凸轮轮廓形检测实验的开发与设计等大学生创新性实验计划项目；学生参加机械创新设计大赛，累计获得国家二等奖2项，重庆赛区一等奖3项，二等奖5项，三等奖1项。部分学生参与的项目成果已经应用到其它实验教学中，如学生参与教师科研项目研制的凸轮廓线检测仪，已投入到基本技能实验平台的实验教学中；部分系列实验已经发展为职业技能培训项目。如数控车床、加工中心编程实验等发展为数控机床操作培训项目，若通过国家职业技能等级考试就可颁发相应的职业等级证书。

3 探索与实践的几点体会

（1）专业实验教学的改革，必须以机械设计制造及其自动化专业的发展为出发点，兼顾日新月异的科技发展趋势及社会需求。（2）专业实验所涉及的各种技术发展突飞猛进，各种实验仪器设备更新换代也较迅速，仪器设备的投入也比较大，要多途径、多方式解决这个问题，如建立校企联合实验室、校外实验中心、虚拟实验室等。（3）实验室开放这一教学模式逐步得到了学生的认可，学生从中获得了更多的知识与技能，提高了学生的专业素质。同时也提高了实验室的设备利用率，服务了教学。

机械设计制造及其自动技术日新月异，应用型技术人才的需求也随之变化，我们将继续努力，使我们的实验教学体系更加适应社会发展的需求。

重庆理工大学重大教学成果重点培育项目：“一条主线 四维协作”，建立适应机械专业创新人才培养的实践教学和质量保障体系项目资助（[2013]57号） （下转第79页）（上接第75页）

注释

① 卢东宁.高等学校应用型人才培养模式研究[J].西南农业大学学报（社会科学版），2011.7：139-141.

② 杨少卿.改革实验教学模式，培养学生创新能力[J].黑龙江教育（高教研究与评估版），2005.Z2：50-51.

③ 程敏熙，赵芝孟，颜巧莹.简论高等学校理论教学与实验教学的关系[J].实验技术与管理，2001.2：186-189.

④ 张瑞珠，郝用兴.实验教学改革实践与综合实验中心建设的思考[J].华北水利水电学院学报（社科版），1998.2：70-72.

⑤ 徐格宁，陆凤仪，孙大刚，等.创建地方高校国家级机械实验教学示范中心的探索实践[J].实验技术与管理，2010.2：1-3.

⑥ 李仁兴，施江澜.机械实验教学创新及其改革实践[J].职业技术教育，2004.25：55-56.

⑦ 吴景华，尹念东.新建地方高校机械实验教学体系改革的研究[J].黄石理工学院学报（人文社会科学版），2007.4：113-115.

⑧ 李锻能，何汉武，张湘伟.机械工程专业实验教学体系改革的探讨[J].实验技术与管理，2008.3：132-135.

⑨ 曹爱红，余其俊，刘粤惠.多层次实验教学模式的探索[J].理工高教研究，2009.5：109-111.

⑩ 王新华，郭宏兵，陈彩凤，等.虚拟机械实验设备的设计与开发[J].机床与液压，2005.10：189-190.endprint