地方高校国家级机械实验教学示范中心的建设与实践

2014-05-03徐格宁陆凤仪王建梅

实验技术与管理 2014年5期

徐格宁，陆凤仪，王建梅

（太原科技大学机械工程学院，山西太原 030024）

太原科技大学是新中国第一所面向重大技术装备和重型机械行业进行人才培养与科学研究的大学。学校的办学定位是“以建设具有鲜明特色和行业重要影响力的教学研究型大学为基本目标，以巩固和发展服务于重大装备制造业特色优势学科为核心，以高素质工程型和应用型人才培养为主体，植根重工，立足山西，面向全国，为区域社会经济发展和行业科技进步服务。”自2008年获批国家级实验教学示范中心建设单位后，中心以工程意识、创新精神和综合能力的培养为核心，以应用型高级专门人才培养为宗旨，整合实验硬件资源，构建开放式、网络化的机械实验教学平台，努力建设成为学生受益面广、校内外有明显示范辐射作用的机械实验教学中心，通过4年的建设取得显著的成效。2013年1月，机械实验教学中心顺利通过教育部专家组验收，并于2013年6月获批“国家级实验教学示范中心”（下称中心）。

1 不断完善实验教学体系

本文得到3个教改项目支持。中心根据学校的办学定位和目标，为加强学生的工程意识、实践能力和创新精神的培养，适应重型机械行业对人才的需求，建立了“四平台—三层次—模块化—开放式”的教学体系（图1）［1］。在中心的建设中不断完善实验教学体系，注重面向工程实际，体现工程教育回归工程，营造真实的工程实验环境。找准切入点，使4个平台3个层次部分实验仪器（设备）的配置具有工程背景，实现实验内容与工程的融合，从而使实验教学新体系体现了以工程能力培养为导向，实现了“本科实验教学四年不断线，实验内容四年一贯制”；以及“理论教学—工程训练—实验教学—工程实践”循序渐进的有机结合。

图1 教学体系

2 不断加强具有工程背景实验室建设

通过资源整合，突出特色，采用中央地方共建、学校重点投入的有机结合方式，加强具有工程背景的实验室的建设。

（1）行业特色的模型实验室。在中心的建设中，借助中心很多教师与相关行业密切合作的优势，建成了具有行业特色的模型实验室。所有模型均与生产厂家的产品相对应，还有最新研发出的产品的模型，学生感受到进入模型实验室如同参观行业产品展示会。

（2）含工程设备的基础实验室。传统的基础实验多以验证性实验为主，这能促进学生理解基本原理、掌握基本技能，但一些设备和仪器与工程实际脱节，如：机构运动简图测绘实验，过去提供给学生的是一些从机器中分离出来的机构模型和一台典型的机器，学生很容易完成测绘任务。为此在中心建设中购进实际机器（如CA6140透明车床、液体包装机、颗粒包装机等），增加了实际机构的测绘。动平衡实验室购进优耐特豪华智能型平衡机，实现了基础实验与工程实际结合。

（3）可用于工程的特色实验室。通过省重点学科品牌专业、国家特色专业、国际工程教育专业认证［2］，建设以及产学研互动、充分发挥特色专业优势、结合学科发展前沿和工程实践需求，重点加强特色实验室建设，适时将科研成果实验设备开发为具有自主知识产权的实验设备，如以国家青年自然科学基金项目“低速重载油膜磁流固多场耦合润滑机理与界面力学行为”为依托而研制的“大型油膜轴承综合试验台”，适用于机械类各专业；为“大型宽厚板矫直成套技术装备开发与应用”（获国家科技进步二等奖）而研制的“钢板矫直光、机、电、液一体化试验台”，适用于冶金机械专业方向；为工程中试研发的“自动化仓储机械和控制综合实验平台”，适用于起重输送机械专业方向，以及“封闭式散料储运物流装备试验系统”，适用于物流机械专业等。实验设备体现了专业特色与自主设计的融合和与工程背景的融合，有利于培养学生的工程意识，训练工程能力，实现了工程教育回归工程，促进科研成果转化为教学资源的目标［3］。

（4）可用于工程的虚拟仿真实验中心。虚拟仿真实验室建设，始终秉持创新与先进、前瞻与基础、绿色与可持续、多学科与专业特色、科研成果直接转化应用。中心投入230万元，购置了Ansys、Adams、Solid－Works、NI LabVIEW等虚拟仿真实验教学软件和自动变速器电涡流测功模拟实验系统等教学仪器设备。在虚拟仿真实验教学资源建设方面，主要采取了购买软件、科研转化、专题开发等途径，购置了EDEM、Pro/E、Flexsim等虚拟仿真实验教学软件，并将教师的科研成果和具有知识产权可视化设计等软件，转化成为实验教学资源。如太原重型机械集团有限公司1 200t桥式起重机的三维运动学仿真设备，为辽宁安全科学研究院的制动器提供了动态试验分析，为国家桥门式起重机质检中心提供的通用桥式起重机结构设计评审，为广西柳工机械股份有限公司、詹阳动力股份有限公司的液压挖掘机提供了作业性能分析，为山西省推土工程机械股份有限公司的推土机提供了工作装置推土铲运动分析等软件。2013年起重运输与矿山工程机械虚拟仿真实验教学中心被评为山西省起动运输与矿山工程机械虚拟仿真实验教学中心。

实验室的建设不仅为学生提供了良好实验环境，同时中心面向本科生、研究生和教师开放，也为学生提供个性发展、为教师提供科研的实验硬件平台。

3 不断改革实验教学内容

（1）实验教学内容与行业特色有机结合。在新建的、可用于工程的特色实验室，开发了具有工程背景实验项目，如基于重型机械行业的特点，将具有行业特色的工程性科研成果转化为创新实验项目7项，新增实验项目18项。在可用于工程的虚拟仿真实验教学中心，开设了虚拟仿真实验教学项目总共18项，如连续输送机械封闭式散料仓储及虚拟仿真实验、全断面掘进机刀盘的三维立体模型拆装仿真实验、车辆底盘构造及设计虚拟仿真实验等，其中综合性实验项目12项，衍生出的创新性实验项目6项，初步形成了起重运输、工程机械、矿山机械等重大技术装备构造和设计虚拟仿真实验教学的特色和优势，在国内具有重大技术装备行业特色学校的机械工程专业中处于领先水平。实验教学内容的改革，缩短了学生与工程背景、企业环境、岗位需求间的距离，在全国工程教育专业认证中得到了专家的认可。

（2）实验教学内容与科研有机结合。主要是突出了工程背景与实验教学内容相结合，如在“大型油膜轴承实验台”等开设的相关实验，使学生受到工程和科研能力的锻炼，学生参与申请发明专利4项。

4 不断改革实验教学方法与手段

教学方法注重“以学生兴趣为主”，“以教师指导为辅”，以学生为中心、以活动为中心，为学生营造自我体验、自主学习、自由创造的环境，让学生在做中学［4－6］。在专业课中采用基于项目的教学方法［7－9］，从而实现了理论学习、课程实践与工程项目的有机融合，提高了学生理论知识应用能力与工程实践能力［10］。

教学手段实现从单一到多元的融合，体现在：传统手段＋多媒体；传统设备＋现代技术；自行搭建＋测试分析；真实实验＋虚拟实验等相融合的教学过程中。

5 不断改革实践教学培养方式

实践教学实现了普遍性培养与个性化教育有机结合。中心的建设成果应使广大学生受益，注重普遍性培养。中心每年面向学校32个专业（方向）约1 600名学生开设实验，约4万人时数。同时为增强学生的实践能力，学校举办大赛活动，如2012年校“大学生工程训练基本技能大赛”，10余个专业（方向）250多名学生参赛，从而提高了学生的操作技能；2013年又举办了校级机械创新大赛等。

注重个性化教育［11］。个性化教育与课程设计、毕业设计相结合，如史清录教授指导王瑞国等学生完成的“反铲式液压挖掘机”模型设计与制作（见图2）等；个性化教育与大学生创新性实验项目相结合，如付有等学生在宋建军等教师指导下完成的“微型电动汽车”的设计、制造、装配、整机测试等101项；个性化教育与相关竞赛相结合，如机械创新设计大赛、机械产品数字化设计竞赛、工程训练综合能力竞赛等。

图2 反铲式液压挖掘机作品

6 不断加强实验师资队伍建设

6.1 优化实验教学队伍结构

（1）引进与培养并重，竞争与激励兼顾。积极引进博士3名，同时鼓励中青年教师和实验技术人员在职进修，有10名教师获得博士学位；17名中青年教师攻读博士学位；7名教师进入博士后流动站或企业工作站。与2008年获批国家实验教学示范中心建设单位时相比，现有实验教学队伍中高级职称比例提高了21%，博士比例提高了7%，学缘结构日趋合理，形成了一支教育理念先进、教风优良、治学严谨、勇于探索创新、骨干相对稳定、精通实验技术、热爱实验教学、教学科研能力强、学术水平高的实验教学师资队伍。

（2）建立理论课主讲教师承担实验教学工作制度。这样，促进了理论教学与实验教学的融合，例如史清录教授在完成教学科研工作的同时，利用大量的业余时间指导学生进行创新设计。

6.2 提高实验管理和教学水平

（1）国际合作提升水平。中心与美国旧金山州立大学、北卡罗来纳大学、奥本大学签署合作协议，派人深入他们的实验室，学习先进经验，提升管理水平。

（2）国际交流开阔视野。中心先后选派17名教师赴国外研修，累计参加国际学术会议120多人次，通过交流提高教学、科研水平。

（3）参加大赛提高技能。配合校工会定期举办的“实验教学基本功竞赛”，以激发教师和实验人员参与教学实践活动积极性［12］，进一步形成培养具有创新意识和实践能力的应用型人才的机制和氛围。

7 实验教学示范中心建设成效

（1）实验教学育人，培养成效显著。中心育人注重实践创新能力培养，开设综合性、设计性、创新性实验项目86项，新增实验项目18项，获创新大赛奖179项（其中国家级奖21项、省级奖158项），获省机械创新设计大赛优秀组织奖。支持大学生创新项目102项，学生获得成果250项、专利24项，发表论文47篇。中心的建设成果支撑了机械设计制造及其自动化专业通过全国工程教育专业认证、机械工程一级学科博士点和博士后科研流动站的成功申报。

（2）实验师资雄厚，教学成果丰硕。中心师资队伍由全国优秀教师、首席学科带头人、省级教学名师和学术带头人领衔的理论课教师与实验技术人员组成。承担教研项目29项、科研项目105项，新增国家精品课程1门、国家精品视频公开课1门、山西省精品资源共享课4门，获省优秀教学团队2个、省教学名师4人、省教学成果奖6项，出版实验教材4部、国家级规划教材4部。

（3）实验设备精良，设备数量充足。中心建筑面积18 144.46m2（新增7 174.46m2）；仪器设备固定资产总值6 620.4万元（新增2 907.6万元）；仪器设备数2 921台套（新增695套），自制仪器设备9台套。中心每年投入运行维护费22.3万元，耗材费41.93万元，设备完好率98%。

8 结束语

作为地方高校的国家级实验教学示范中心，在4年的建设过程中，始终将“重实践、强能力、励创新”作为本科实验教学体系建设的工作思路，将“工程教育回归工程”的教学理念融入实验教学中，不断完善培养本科层次重型机械人才的实验教学新体系，实现了教学资源的优化与共享，起到了较好的示范作用，但还需不断改革、研究和探索，以便更好地适应创新型国家对人才培养的需求。

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［1］徐格宁，陆凤仪.创建地方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，2010，27（2）：1－3.

［2］郑秀英，王海滨.以专业认证标准为指导深化高等工程教育改革［J］.高等工程教育研究，2011（5）：51－53.

［3］徐格宁.建地方高校实验教学大平台的探索与实践［J］.实验室研究与探索，2010，29（5）：1－3.

［4］李培根，许晓东，陈国松.我国本科工程教育实践教学问题与原因探析［J］.高等工程教育研究，2012（3）：1－5.

［5］叶飞帆.本科工程教育的能力与课程关系模型及其应用［J］.高等工程教育研究，2009（1）：120－123.

［6］朱高峰.中国工程教育的现状和展望［J］.高等工程教育研究，2011（6）：1－4.

［7］王立强，王晓萍，杜立辉.基于项目学习和实践的课程改革创新探索［J］.实验室研究与探索，2012，31（4）：114－115.

［8］林杰朴，雪涛.基于特色化发展的高校优势学科群建设研究：以辽宁省高校为例［J］.中国高教研究，2010（18）：53－57.

［9］戴波，纪文刚，刘建东，等.以工程能力培养为主线建构专业人才培养模式［J］.高等工程教育研究，2011（6）：136－140.

［10］陆凤仪，徐格宁.机械设计制造及自动化专业课程群建设的探索与实践［J］.高教论坛，2013（1）：18－20.