新型生长军官培养模式下机械基础实验室建设

李伟刚， 杜冬菊， 杨继锋， 张 俊

(海军潜艇学院,山东 青岛 266199)

0 引 言

实验室作为军队院校从事开展实践教学、科学研究、技术开发的重要基地，是学科专业建设与发展的重要支柱，也是衡量院校办学条件的重要标志。实验教学作为教学体系中的重要组成部分，在对军校学员工程实践能力、动手能力和创新能力的培养方面有着理论教学无法替代的重要作用[1-2]。2017年2月，军委召开院校改革会议确定海军潜艇学院由任职教育院校转变为高等教育院校，明确了学院在取消本科招生10年之后，恢复本科学历教育任务。军委机关确定学院承担的生长军官培养任务，将按照“本科教育加首次任职培训融合培养”的新型人才培养模式组织实施。学院针对新的人才培养模式下搞好本科教育进行了一系列的准备工作，筹划建设相关实验室就是其中一项重要和紧迫的工作。机械基础实验室承担着“工程图学基础”“机械工程基础”“液压与气压传动”等课程的实验任务。项目组围绕机械基础系列课程的教学体系、教学内容、教学方法、教学模式等进行了系统深入研究，提出了以能力培养为核心，以功能设置实验室，构建理论与实践互通、课内与课外互补、必修基础性实验与选修个性化实验互融、实验技能与工程能力互长的机械基础多元化实践教学体系，全方位培养锻炼学员的工程素质、工程技能和创新能力[3]。思考和研究实验室的功能定位、实验层次划分、实验项目设置、实验内容和方式、实验目标是至关重要的问题。

1 建设先进性的定位

机械基础实验教学面向学院生长军官潜艇航海指挥、雷达指挥、导弹指挥、防救潜水指挥等多个专业方向，其根本作用是为各专业课程的教学和学习奠定基础，既要适应不同专业通识教育基础上的宽口径培养模式，建立知识新、重心低、面向宽的实验教学体系[4]，同时又要突出潜艇学院潜艇指挥和防救指挥专业特色。根据中央军委训练管理部对生长军官本科教学实验室建设标准的具体要求，充分学习借鉴其他高校的经验和做法,在实验条件、实验内容、实验项目设置、实验方法和手段、实验教学模式等方面有所突破、有所创新，立足高起点、高标准，突出先进性来论证和筹划实验室的整体建设工作，使建成的实验室能支撑和满足未来较长一段时间内课程实验教学的需要，保持建设质量和水平不落后，适应未来课程建设和发展对实验条件提出的新要求。

2 建设思路和目标

2.1 建设思路

在新型生长军官培养模式下，实验室建设体现先进性、实用性，实验内容符合教学大纲的要求，既体现基础性，又具有启发性、创新性，形成基础性(认知验证)—综合性(综合分析)—研究(创新设计)由浅到深的实验层次，构建系统性、渐进性的实验体系[5-6]。

(1) 虚实结合，软件仿真。虚拟现实技术和仿真技术在实验室中的应用已成为一种发展趋势[7]。在实物建设的同时，将仿真技术引入到机械实验，可将实验效益最大化，最大限度地突破实验教学时间和空间的限制，可提供的实验项目多，不受设备困扰，学员根据理论教学进程自主安排实验。把虚拟实验、仿真实验和实物实验结合起来，激发学员的实验兴趣，提高实验结果的准确性和先进性，保证实验技术手段的实用性和新颖性，同时让学员可以了解先进的科学技术及其应用，拓宽知识面，培养他们的实验技能和科研能力，起到了一举多得的教学效果。

实验室引进机械零部件演示动画、虚拟模型，购置了液压仿真平台，配备正版组态仿真控制软件，可提供50多套液压回路立体动态的模拟演示与控制、液压元件三维动画演示。液压常用回路搭接实验能通过软件同步控制回路动作，真实模拟回路在阀件不同开度、系统压力变化时的运行情况。

(2) 注重实用性和利用率。建设实验室是为了使用，如何将建好的实验室和实验设备最大限度地发挥作用值得研究。根据“中国人民解放军院校教学大纲”要求[8]，考虑到学院招生规模和实验室使用频率，不盲目追求“高、大、上”。实验项目设置以完成教学大纲规定的实验任务和能力培养要求为依据，配置实验设备、器材种类、数量以保障实验分组教学的顺利进行为限，提高实验设备使用率，避免设备闲置和浪费。

(3) 尽可能与专业结合，贴近专业。尽管建设的实验室配套服务于基础课程，但开设的实验不能只局限于此，也要为专业课程学习打基础和服务，因此，应适当与专业课程结合、贴近专业。在液压与气压传动实验室，除了配置通用的液压气压元件结构展示柜、液压传动综合实验平台外，还特别设计了实装阀件展示平台，展示当前海军潜艇部队主要艇型不同专业典型实装阀件，供学员认识分析和理解潜艇专用实装阀件的结构和工作原理，使学员切身感受到机械基本原理在潜艇装备应用上的实例，增强他们对学好基础课程重要性的认同感。

(4) 尽可能提供真实的学习情境。在实验室中恰当地营造真实的学习情境，并以此作为载体开展教学活动。学习情境可以由教员通过精心构建来获得，也可以由学员在实际环境或模拟的环境中去实现知识的建构。在实验室里既可以进行实验活动，又可对相关内容的理论知识进行讲授，实验室随处可见的机构、机器和模型等，可以边讲边看、边看边做，教学效果会更好。在每个实验室里都设置了理论授课用的多媒体教学系统和课桌椅等。

(5) 注重创新意识和创新能力的培养。创新能力是现代社会对人才的基本要求。培养学员的创新意识和能力是机械基础实验的根本目标，贯穿于实验教学的各个环节[9]。通过建设机械创新设计陈列柜，机构运动方案创新设计及仿真实验台、机械系统传动创新组合设计分析实验平台、液压创新回路搭接实验平台等来启迪和开发学员的创新思维和意识。

2.2 建设目标

以“先进性、开放型、实用性、高标准”为建设目标。按照学院“宽口径、厚基础、强技能”人才培养的要求，完成实验项目的设置、实验设备器材的配置、实验室环境条件的整体优化设计，建成集教与学为一体、理论与实践教学为一体、课内与课外教学为一体的实验基地。在实验设备购置以及实验内容设置时充分考虑实验的基础性、扩展性、探索性和创新性[10]。保留必要的认知验证性实验，增加综合性和创新设计实验，突出实验知识技能的系统性、实践性并兼顾与理论知识相结合。

(1) 培养学员的工程意识与动手能力。尽管在课程理论教学时可以安排一些实物、模型、动画甚至录像等，增加学员的感性认识，但这些是远远不够的。在实验环节，加强学员对机构、系统传动和液压传动等工程实践知识以及对仪器设备使用、拆装等实际动手能力的培养，是对理论教学很好的补充和完善。

(2) 培养学员进行工程实验的基本技能。通过实验，学员应了解工程实验的基本原理，了解各种不同实验仪器的原理和使用方法，实验系统构建的基本要求和流程等。所有这些基本技能的掌握不仅对培养学员用现代技术解决工程实际问题、提高学员的综合素质和创新能力具有重要作用，也为后续专业课程的学习和专业人才培养目标的实现打下良好的基础。

3 建设实践

3.1 设置多层次实验

传统的机械基础实验教学是采用以课程为先导的方式，学习理论知识在前稍后进行相应的实验，让学员熟悉理论，利用相关设备对书本知识进行验证，即学员需要认知或验证，就让其进入某些特定的实验室进行实验活动。实验课的教学基本处于认知和验证层次，缺乏具有探究性、设计性、综合性的实验。对生长军官来讲，实验的目的不只是要他们对某一原理进行单纯的验证，而是要培养他们对知识的综合应用能力以及创造性思维方法[11-13]。在实验室建设中考虑将实验项目按实验类型和实验方式分层设置，如图1所示，每个层次的实验要求不一样。

图1 机械基础实验层次框图

认知实验是让学员对理论知识有更深刻的认识和理解。通过机械制图展示柜、模型展示柜、机械原理、机械设计展示柜、液压与气压传动展示柜，采用静态展示和动态演示的方式，对机件表达方法、机构类型、主要结构进行认知，增强从理论到工程实际的感性认识；验证实验主要包括机构运动简图测绘、减速器、液压元件结构分析及拆装实验、齿轮参数测量实验、齿轮范成加工实验等。认知和验证实验属于基础层面的实验。

综合性实验是让学员进一步掌握机械系统的工作原理、承载特性等内容的实验，主要包括典型机构运动规律测试实验、液压传动综合实验、机构系统的自主创新搭接实验等，目的是培养学员的动手能力、数据采集能力、分析与解决问题的综合能力。

创新设计实验旨在更高的层面上培养学员的创新意识和创新能力。实验室设置了机构运动方案创新设计及仿真实验平台和机械系统传动方案创新组合设计分析实验平台。提倡和鼓励学有余力的学员自己设计实验对象，综合运用所学知识进行实验设计或撰写设计报告。创新设计性实验需要的时间比较长，课内没有完成的实验创意向课外延伸，例如机构运动方案创新设计实验将方案设计放在课下完成，提出机构或结构创新性方案，在课上进行验证[14]。此外设置了部分虚拟仿真实验，以培养学员对现代工程软件的使用能力。实验中还融入了传感器应用、运动控制等工程知识，进一步拓展学员的知识面。

这种设置由浅入深、层次分明、逐渐递增，也将改变“以教员为中心，单纯传授，学员跟着练”的传统实验模式，确立起一种以学员为中心的自主、交互、互助的实验教学模式。始终牵引学员自主思维、自己发现问题、分析并通过“身临其境”自己动手、互动等来解决问题，并培养创新意识[15]。

3.2 组建不同层次实验平台

通过对各课程教学大纲的认真研读，结合地方985高校“机械基础国家级实验教学示范教学中心”和部队院校的调研，依据“军队院校基础实验室建设标准”，充分考虑到先进性、实用性和利用率等诸多因素，进行了实验室相应实验设备和器材的选购、形成适用于不同层次的软硬件实验平台，整个机械基础实验平台的组成如图2所示。

(1) 工程图学基础实验室。该实验室配备了手工绘图设备、多媒体教学系统、机械制图教学模型、机械制图展示柜，主要满足学员手工绘图实作、计算机绘图操作等工程图学基础课程的实践教学要求，同时也为学员自主学习和自主训练提供条件。

(2) 机械工程基础实验室。该实验室主要满足机械工程基础课程的实验需求，保障机构运动分析、机构运动简图绘制、齿轮参数测量、齿轮范成加工实验、减速器拆装、零部件测绘等大纲规定的必做实验项目。同时，为学员提供了机构创新搭接、轴系结构设计及3D打印平台，以培养学员的创新意识和创新能力。

图2 机械基础实验室组成框图

(3) 机械工程基础专业教室。该专业教室主要满足机械工程基础课程的教学需要，通过常用机构运动展示演示、通用零件的结构原理展示、常用机械工程材料和机械制造工艺及技术展示，为学员提供直观认知机械的平台、营造良好的学习氛围。

(4) 液压与气压传动实验室。该实验室内设液压与气压元件结构展示柜、液压传动综合实验台和潜艇专用液压元件。主要用于液压与气压传动课程的原理演示、回路搭接及运行、元件性能检测、仿真软件演示、机电液一体控制实验等，既可保障课程大纲要求的实验项目，也可拓展进行综合与创新实验。通过潜艇专用液压元件，实现基础与专业的结合。

3.3 实验项目设置

充分考虑到机械基础教学在整个生长军官本科课程体系中的作用和实验教学应达到的培养目标，按照分层次开展实验教学的模式，机械基础实验室能开设的实验项目如图3所示。

4 建设成效

经过项目组近半年的努力，4个实验室在学院本科基础教学实验室中率先完成建设，8月底首批顺利通过了海军和总部两级专家组的检查验收，建设水平获得了专家组的高度认可。至今，实验室已多次接待了军内和地方高校领导及同行们的参观，成为我院本科基础教学实验室的一个亮点。

图3 实验项目设置

5 结 语

军队院校实验室建设是一个复杂的系统工程，对新型军事人才培养具有牵引、支撑和推动作用。本文针对如何在新型生长军官培养模式下完成机械基础实验室建设进行了初步的思考和实践，随着教学活动的逐步展开，还需要在实验教学理念、教学方法与手段、考核方式、实验室运行管理制度等诸多方面做进一步的探索，不断对实验教学进行改革以适应新形势下对人才培养的总体要求，提升实验教学的质量和水平。