机电工程实验教学保障体系建设与探索

刘元朋，蒋志强

(郑州航空工业管理学院 机电工程学院，郑州 450015)

·实验教学改革、探索与创新·

机电工程实验教学保障体系建设与探索

刘元朋，蒋志强

(郑州航空工业管理学院 机电工程学院，郑州 450015)

实验教学保障体系是工程教育改革的基石，必须构建适应工程教育改革发展需要的实验教学保障体系。文中以机械专业工程教育改革为背景，阐述了“一个中心、两条主线、三个平台、四个面向”的实验教学保障体系的内涵及意义，为高校实验室的改革发展提供借鉴与参考。

工程教育; 实验教学；保障体系；机械专业

美国工程院院长查尔斯·韦斯特有句名言：“拥有最好工程人才的国家占据着经济竞争和产业优势的核心地位”。很多国家都将工程技术人才培养提升到国家战略的高度，把培养未来工程师作为重要战略目标[1]。我国《国家中长期教育改革和发展规划纲要(2010-2020年)》明确提出：“健全教学质量保障体系：注重知行统一，坚持教育教学与生产劳动、社会实践相结合，开发实践课程和活动课程，增强学生科学实验、生产实习和技能实训的成效”。为贯彻落实纲要的精神，教育部启动了“卓越工程师教育培养计划”，其中实验教学保障体系是工程教育改革的重要环节之一[2-8]。

面对工程教育新的发展形势，大多数地方高校实验教学保障体系还不能满足工程教育发展的迫切需要，主要表现为“三个不适应”：对企业技术升级过快不适应；对创新教育需求提高不适应和对工程能力教育高要求不适应。主要原因是高校实验室硬件更新速度跟不上企业技术发展的脚步；实验教学从附属于理论教学向引导理论教学方向转变过程较慢；实验资源从分散低效向整体高效化方向转变过程较慢等方面，这与工程教育改革的实际需求有很大差距。为此，地方高校必须深化实验教学保障体系改革，以有限的经费、有限的场地、有限的师资来满足技术更新速度、创新能力、工程实践等专业改革对实验教学提出的新需求。本文以工程教育改革的发展需求为背景，重点探讨郑州航空工业管理学院机电工程学院实验教学保障体系的重构，以期为“卓越工程师教育培养计划”等专业改革项目提供建议和参考。

1 发展现状及挑战

1.1 基本情况

我院机电工程实验中心是河南省实验教学示范中心(以下简称中心)，是河南省高等学校机械设计制造及其自动化专业“省级特色专业建设点”“省级专业综合改革试点”和“校级卓越工程师培养计划”项目的重要组成部分。我院机械基础实验室始建于1981年，电气实验室建立于1984年，在各个不同的历史发展时期，我们始终致力于机电实验教学改革的探索与实践。1996年根据机械类专业改革发展的需要，将原来分散的基础课实验室集中管理，成立了机电工程实验中心。中心由机械基础实验室、机械制图实验室、力学实验室、机电控制实验室、机械制造实验室、先进制造实验室等部分组成，实行校院两级管理体制和中心主任负责制。经过多年建设，目前中心拥有3 000 m2左右，仪器设备2 000多台件，价值1 500多万元，能够开设的实验项目有200多个；实验队伍有40余名，其中高级职称教师24名，具有博士学历教师15名。中心主要承担着机械设计制造及其自动化、材料成型及控制工程、工业工程、飞行器动力工程专业等近机类专业课程实验教学任务，同时为物流管理、物流工程、质量与可靠性工程等我校管理类专业提供“机械工程概论”“先进制造”等管工结合特色教学任务，每年完成的学生实验达18万实验人时数。

1.2 面临的挑战

2010年《国务院关于加快培育和发展战略性新兴产业的决定(国发〔2010〕32号)》把代表中国制造业金字塔顶端的高端装备制造产业列为战略新兴产业，重点发展以干支线飞机和通用飞机为主的航空装备，做大做强航空产业，这是“十二五”期间我国工业转型升级和战略性新兴产业发展的迫切需求。产业升级是我国经济社会领域的一场深刻变革，其中人才是推动产业升级的真正支撑[9-10]。在技术创新日新月异、航空武器装备不断跨代升级的今天，中国航空工业(以下简称中航工业)提出了“以人力资源升级助推发展方式转型”的战略[11]，对高素质工程技术人才需求非常迫切。作为一所与中航工业有多年历史渊源的高校，如何建立人才培养与输送平台，培养更多适应航空工业发展需求的人才，是我院可持续办学的必然要求。

面对行业需求，中心还存在巨大差距：中航工业机械加工基本数控化，而中心还是以老旧的普通机床为主，仅有少量的教学型数控设备；中航工业基本上实现了设计加工一体化，而中心在数字化设计方面仅有少量软件，且还与中航工业一线应用软件不一致，更谈不上一体化操作；中航工业的制造检测越来越精密化，而中心仅能满足简单测量要求；中航工业先进制造技术应用越来越普及，而中心由于资金限制还无法满足先进制造技术对实验保障的要求。此外，“特色专业”“专业综合改革试点”和“卓越工程师培养计划”等工程教育改革项目对中心也提出了很大挑战，需要中心在实验保障体系整体化、学生自主实验等方面给予支持。

2 实验教学保障体系的建设理念和内涵

2.1 建设理念

面对行业发展需求和工程教育改革挑战，中心以先进的工程教育理念为指导，提出了“强化理论、融入工程、突出创新、重视绩效”的建设理念。强化理论主要是指加强实验室对理论课程的支持力度和深度，特别是核心理论课程的支撑。融入工程主要是指将行业的工程理念、工具、技术路线有选择地逐步融入实验室保障体系建设中，从而为专业培养计划改革提供引导和支撑。突出创新主要是指强化实验室对学生的创新意识引导、创新活动支持。重视绩效主要是指实验室建设要以有限的资源和空间来满足学生知识基础、能力基础、创新意识能力培养的要求，同时注意加强与校内外单位的合作来满足难易实现的实验需求。

2.2 建设方案

根据建设理念，中心在学院的支持下，实现了对实验教学保障体系的改革，提出了“一个中心、两条主线、三个平台、四个面向”的实验教学保障体系建设方案[12-14]，如图1所示。

图1 实验教学保障体系建设流程框架

2.2.1 “一个中心”的内涵

中心是实验教学保障体系的服务目标，所谓“一个中心”，也就是构建一个有机的实验保障体系以学生实践需求为中心，它包括两层含义：从机构建设角度来讲，就是建设一个满足专业发展的有机的实验教学保障体系；而从教学职能角度讲，就是以学生实践能力培养需求为中心。

围绕有机实验教学保障体系这个中心，可以从四个方面进行建设：注意实验室教学、科研的有机统一；注意中心实验室之间的有机协调；注意中心设备与外单位设备之间的有机协调；注意中心设备与行业需求的有机统一。从而构建一个整体化运作良好的实验保障体系来满足专业的可持续发展。

围绕提高学生实践技能这个中心，可以从三个方面进行建设：通过开设理论实验课，对学生知识基础进行培养；通过开设一体化的工程实验，对学生工程能力进行培养；通过开设自主实验、科研体验等项目，对学生创新能力进行培养。

2.2.2 “两条主线”的内涵

主线是实验教学保障体系的组织形式，是连接实践资源和社会需求的桥梁。“两条主线”包括专业能力主线和创新能力主线，其中专业能力主线是主线，创新能力主线是辅线。对机械专业来讲，专业能力逐渐从机械知识素养向机械工程能力要求过渡，这需要实验教学保障体系为其提供相应的改革环境。这个改革环境主要是将传统的依附于理论课程的离散实验单元向工程能力培养需要的链式单元结构转变，依据专业能力主线进行实验教学保障体系的一体化设计，从而更好地满足社会对学生工程能力的培养需要。随着产业升级和技术革新，创新在企业变得越来越重要，相应的创新能力培养在机械专业教育中的地位也越来越重要，它是基于专业能力主线基础上，对实验教学保障体系提出的更高要求，使学生的工程实践能力得到进一步升华。创新能力培养要求学生具备更广阔的专业视野和更多的实践机会，这是旧的保障体系所无法满足的，必须在原有专业实验保障体系上衍生新的相对独立的创新实验保障体系，来不断提高学生的创新能力。

2.2.3 “三个平台”的内涵

平台是指实验教学保障体系的单元属性，是实验保障体系的基础。“三个平台”包括科研实验室、教学实验室、自主实验室。教学实验室主要是主要用来满足专业理论教学需求，对于地方高校来说，基本都能保障，但是也存在着设备老化、整体性差的问题。科研实验室主要用来保障专业可持续发展问题，通过它高校可以不断引进学科前沿技术，进行不断引领专业知识和课程更新。自主实验室主要是用来克服传统实验室管理模式局限性，拓展实践教学内涵，创新实践教学模式，更好地培养学生的创新能力和实践能力，它强调学生动手制作、自主管理，是前两种平台功能的重要补充。

2.2.4 “四个面向”的内涵

面向是指实验教学保障体系的发展方向，是社会需求的体现。“四个面向”包括面向工程、面向行业、面向地方、面向未来。面向工程是指机械类专业的实验教学保障体系要逐渐从传统理论服务向工程教育服务转变。面向行业是指要依据专业所服务的行业技术发展现状及趋势，做好教学与科研设备同企业的工具、方法统一，使专业培养和行业需求尽量做到无缝衔接。面向地方是指要依据专业在做好行业服务的同时，加强服务地方经济建设的能力。面向未来是指实验教学保障体系一定要做好专业社会需求跟踪调查，及时理清专业发展所需的新技术、新设备，作为建设规划和产学研协作，以便更好地引领专业的发展方向。

3 实验教学保障体系的建设实践

郑州航空工业管理学院机电工程实验中心按照“一个中心、两条主线、三个平台、四个面向”的实验教学保障体系建设方案，对原有实验体系进行了改革，同时结合依托中心的河南省高校工程技术研究中心、郑州市重点实验室项目建设，对实验教学保障体系进行了重新构建，并取得了不错成绩。

3.1 实现了与行业技术的对接

中航工业在制造技术方面，基本上实现了数字化设计、数控化加工，为此我们按照行业需求对中心的软硬件系统进行了更新，更新了传统的Pro/E设计系统、MasterCAM仿真软件系统，构建了UG、Vericut、数控机床等专业加工主线实验教学保障体系。从而实现了数控技术实践教学与企业的同步，通过三维数字化设计、NC程序的几何仿真、数控机床仿真等实验项目，提高了中心的数字化集成制造技术教学的效果。

3.2 构建了专业主线明确的实验单元群

近几年依托中心创建了河南省高校重点实验室培育基地“航空材料与工程技术”，河南省高校工程技术研究中心 “航空制造及装备”，郑州市重点实验室 “航空产品数字化制造”等一批科研型实验室，投资1 200多万元购置了三维扫描仪、快速成型机、激光非接触变形测量系统、超声C扫描系统、场发射扫描电镜暨能谱系统、X射线衍射仪等一大批先进仪器设备，提升了科研实验室的保障能力。依托科研实验室和原有的教学实验室，我们按照建设方案，参照工程能力培养要求，我们建设了产品快速开发主线实验单元、数字化设计制造主线实验单元、机械基础能力实验单元等单元集群，从而初步构建了反映专业主线的实验教学保障体系。

3.3 构建了创新主线明确的实验教学保障体系

中心依托教学实验室，压缩验证性实验比例，增加综合性、设计性实验，培养学生综合、全面、系统分析问题的实际能力，为进一步创新活动打基础。依托科研型实验室构建机械加工类、设备维修类、数字化开发类开放性实验项目，鼓励学生全方位参与实验教学，通过教师指导学生动手，让学生全面了解机械学科创新流程。此外，作为学生创新的重要平台学生自主实验室，是为了给学生提供更多的独立的实践创新机会，让学生自己组织进行调查、立项、设计、制作、分析，并开展项目的实施、预算、安全、库存管理等活动，通过这一系列的活动培养学生的创新意识、创新能力以及工程实践能力、综合集成能力和管理能力。中心首先将报废的机床等仪器设备资源提供给学生，构建了机械装置拼装实验室。此外，还按照学生机械创新需求购置了钻床、车床、精密台锯、数控雕刻机等一批简易设备，专门供学生创新活动用。另外，还为学生参加“挑战杯”等各种大赛活动，构建了慧鱼创意组合模型实验室和未来伙伴机器人套装模型实验室。最后，为了引导学生进行创新，成立了北京亿维讯科技有限公司开发的TRIZ创新方法软件实验室，引导学生进行自主创新。

4 效果

4.1 提升了实验教学保障体系成效

以往实验保障体系分割依附于理论教学和科学研究，且理论实验室又进一步依附于专业课程教学，造成理论知识更新速度影响实验保障体系更新速度。此外，科研实验室新的仪器设备又脱离专业教学，致使其对专业教学的影响很小。新的建设思路注重教学与科研实验资源的协调，并且以学生能力培养为中心，面向社会需求进行建设规划，有效地提高了实验设备资源的实用性。

4.2 提高了实验保障体系的活力

根据本建设方案，既提高了实验保障体系对社会需求的响应速度，同时提高的响应的针对性，从而避免了实验教学保障体系对社会需求的滞后性，为专业教学、科学研究、学生创新等活动提供了有力支撑。

4.3 提高了实验教学保障体系的水平

在实验教学依附于专业课程教学时，实验室的建设、管理均无统一的规划设计，造成教学、科研实验室重复无衔接的建设，自主实验室更是无从谈起，实验教学处于配角地位不受重视，科研教学资源得不到有效利用。而新的建设方案，有效地利用了科研实验资源、同时又补充了自主实验资源，并且对实验教学保障体系进行了统一顶层设计，弥补了传统实验教学的人力、物力短缺，为实验教学提供了更多的资源保障，进而提高了服务的水平和质量。

5 结束语

“一个中心、两条主线、三个平台、四个面向”的建设思路符合当前中国工程教育改革的精神，在实验室建设方面具有重要的指导作用。能为高校实验室的改革发展提供借鉴与参考。

[1]陈志刚,杨新海,吴健荣,等.地方高校工程类应用型创新人才培养模式研究[J].高等工程教育研究,2012(1)：75-80

[2]林健.“卓越工程师教育培养计划”通用标准研制[J].高等工程教育研究,2010(4):21-29.

[3]张安富,刘兴凤.实施“卓越工程师教育培养计划”的思考[J].高等工程教育研究,2010(4):56-59.

[4]林健.“卓越工程师教育培养计划”学校工作方案研究[J].高等工程教育研究,2010(5):30-43.

[5]林健.谈实施“卓越工程师培养计划”引发的若干变革[J].中国高等教育,2010(17):30-32.

[6]林健.“卓越工程师教育培养计划”专业培养方案研究[J].清华大学教育研究,2011,32(2):47-55.

[7]张文生,宋克茹.“回归工程”教育理念下实施“卓越工程师教育培养计划”的思考[J].西北工业大学学报:社会科学版,2011,31(1):77-79.

[8]林健.卓越工程师创新能力的培养[J].高等工程教育研究,2012(5)：1-17.

[9]肖坤.产业升级与创新创业型技术技能人才培养探索[J].中国成人教育,2013(7):45-47.

[10]李微微,曹允春.由嵌入性向根植性转变的航空产业集群研究[J].工业技术经济,2009，28(2)：60-63.

[11]林左鸣.以人力资源升级助推发展方式转型——基于中国航空工业集团公司的现实思考[J].中国人力资源开发,2012(5):5-9.

[12]石岩,陈雷,易杰,等.“一个中心,两个平台,三支队伍”实验室建设模式探索[J].实验室研究与探索,2008,27(6):4-6.

[13]刘训涛,曹贺,徐鹏,等.TRIZ理论实验与实践教学改革探索[J].实验室研究与探索,2013,32(3):150-152.

[14]张锐,关绍康,宋毛平,等.加强实验教学中心建设培养学生基础实践能力[J].实验室研究与探索,2009,28(3):208-211.

Exploration on Constructing Experiment Teaching Guarantee System of Mechanical and Electrical Engineering

LIU Yuanpeng, JIANG Zhiqiang

(College of Mechanical and Electrical Engineering, Zhengzhou Institute of Aeronautical Industry Management, Zhengzhou 450015, China)

Experimental teaching guarantee system is the cornerstone of engineering education reform, which is constructed to adapt to the development needs of engineering education reform. Taking mechanical specialty engineering education reform as background, this paper elaborated the connotation and meanings of the new pattern of laboratory construction “one center, two main lines, three platforms, four facings ” ，which might provide references for the reform and development of university laboratories.

engineering education; experiment teaching; guarantee system; mechanical specialty

2013-11-18；修改日期: 2014-03-10

河南省高等教学改革省级研究基金资助项目(2014SJGLX284)。

刘元朋(1976-)，男，博士，副教授，主要从事机械工程教育改革工作。

G482;F407.4;F407.6

A

10.3969/j.issn.1672-4550.2015.01.015