材料成型及控制工程专业实验课程改革研究

刘发　赵洪运　于静泊　杨海峰

摘  要：当今日益激烈的国际竞争要求工程技术人才具有更强的实践能力和创新能力，实验课程是高校工程专业学生实践能力、解决问题的能力和创新思维能力培养的重要手段。将理论和实践相结合，对材料成型及控制工程专业实验课程教学进行改革和创新，可以有效提升学生的创新精神和实践能力。文章针对材料成型及控制工程专业实验课程教学中的不足，对实验课程教学改革进行了探索和研究，以期为国家和社会培养出具有实践能力及创新能力的高级工程技术人才。

关键词：材料成型及控制工程;实验课程;教学改革

中图分类号：G642       文献标志码：A         文章编号：2096-000X（2020）23-0136-04

Abstract： Nowadays， the increasingly fierce international competition requires engineering talents to have stronger practical ability and innovation ability. Experimental courses are an important means to cultivate engineering students' practical ability， problem-solving ability and innovative thinking ability. Combining theory with practice， reforming and innovating the experimental course teaching of material forming and control engineering specialty can effectively improve students' innovative spirit and practical ability. This paper explores and studies the teaching reform of experimental course aiming at the shortage of experimental course teaching in material forming and control engineering， so as to cultivate senior engineering and technical talents with practical ability and innovative ability for the country and society.

Keywords： material forming and control engineering; experimental courses; teaching reform

习近平总书记在2016年召开的全国高校思想政治工作会议上提出：我们对高等教育的需要比以往任何时候都更加迫切，对科学知识和卓越人才的渴求比以往任何时候都更加强烈。当前，新一轮的科技革命和产业革命正在全球范围内蓬勃兴起，世界政治、经济、社会、文化等领域都产生了新变化，经历了大发展和大调整，习近平总书记基于当前的世界发展格局做出“世界处于百年未有之大变局”的重大论断。国家之间在科技和人才层面的竞争日益激烈。高校是人才培养、理论创新和技术应用的重要阵地，为国家经济发展和现代化建设提供了有力的人才支撑。材料成型及控制工程专业作为高校重要的工科专业之一，涉及材料、机械和控制学科的液态成型和性能控制、分析等，培养机械热加工生产一线的高级工程技术人才，而实验课程对材料成型及控制工程专业学生实践和创新能力的培养无疑起着十分重要的作用。

一、材料成型及控制工程專业实验课程重要性分析

材料加工成型是现代生产工艺中的重要环节，在航空航天、机械、船舶、汽车等行业中发挥着重要作用，其水平高低对国家制造业和创新能力的强弱有着直接影响，在国家经济发展和国防建设中有着不可取代的地位。自20世纪末开始，各高校以教育部提出的教育方针为指导，在对原有锻压、铸造、焊接等不同行业领域的专业进行合并的基础上，建立了材料成型及控制工程专业。随着新时代科学技术水平的不断提高，材料成型领域出现了大量新技术，再加上多学科交叉的发展趋势使材料成型与控制工程专业涉及材料设计、制备和检测等领域，该专业的内涵和外延与过去相比也有了很大的不同，工程性也得到了加强。这就要求学生在校学习期间，不仅要掌握专业基础知识，还要具备创新思维和实践能力，以便在毕业后可以胜任科学研究、产品开发、工程设计和生产管理等方面的工作。

高校担负着国家基础研究和应用研究的重要任务，实验课程是将高校打造成科研中心和教育中心的必不可少的手段，其科研工作、人才培养工作的有效推进和科学技术成果的取得，都离不开实验课程。而实验课程在材料成型及控制工程专业的教学实践中尤为重要，是学生实践能力和创新思维培养的必要手段和重要内容。

（一）实验课程将理论和实践有机联系在一起

实验是检验真理的重要手段，是联结理论和实践的纽带，无论是大到蒸汽机、飞机的发明，还是小到电灯、手机的发明，都要通过无数次的实验来验证。对于工科大学生来说，大学四年是人生的重要阶段，不仅要掌握专业理论知识，更要有意识地锻炼自己的实际动手能力，以便在毕业工作后能解决实际的工程问题，满足用人单位的工作需求。要做到这一点，大学生就必须要在理论知识学习的基础上，注重对自身实践能力和创新思维的培养，因此，实验课程是必不可少的教学环节。

（二）推动高校的育人理念向“实践应用、创新发展”方向转变

随着高校教育改革的进一步推进，一些高校的育人理念逐渐向实践应用、创新发展的方向转变，对大学生实践动手能力的培养日渐重视。实验课程的有效實施既能锻炼学生的实践动手能力，激发学生的创新思维，又切实推动了育人理念向“实践应用、创新发展”的方向转变，使高校育人实效进一步提升。

（三）拓宽了高校各科教师的教学渠道

当前，一些高校仍然沿用传统的教学模式，一味按照教材进行枯燥的文字讲解，无法有效吸引大学生的注意力，降低了大学生的学习兴趣及课堂教学的效率。实验课程不仅拓宽了高校各科教师的教学渠道，而且可以大大提升教学质量。在开展实践课程时，教师可以配合文字讲解在黑板上绘制图形，还可以通过实物模型或多媒体课件等手段，充分吸引大学生的注意，加深其对理论知识的理解，有效提升课堂教学效果。

（四）激发学生的创新思维，培养学生解决问题的能力

无论什么类型（如演示类、设计类、综合类等）的实验，都是在理论知识的基础上进行的。在实验课程开展过程中，学生是实验教学的主体，教师只需向学生简要介绍本次实验的目的和要求即可，起辅助作用，学生则结合相关公式、原理进行实验操作，并就实验中遇到的问题向教师进行咨询。经过长期的训练，学生就会逐渐培养出解决问题的能力，并在此基础上激发出自身的创新思维。

（五）有利于学生更好地理解理论知识

对于当代工科院校的大学生来说，实验课程的设置是十分必要的。通过实验操作，学生不仅可以有效锻炼和提升自身的实践能力，还可以在验证相关原理正确性的基础上加深对本学科理论知识的理解，更重要的是学生能通过实验课程锻炼自己发现问题、分析问题和解决问题的能力以及动手实践能力。

（六）有利于大学生团结协作精神的养成

在高校的教学实践中，受实验条件和实验场地等因素的限制，一些实验的开展往往需要多人配合，因此，在实验过程中，仅仅依靠大学生个体的努力无法使实验顺利开展，大学生个体必须要和同组的其他成员有效沟通、团结协作，才能使实验顺利推进并取得成功。善于聆听他人的意见、能够和他人团结协作对大学生未来的发展十分重要，而实验课程可以有效培养大学生这方面的精神特质。

二、材料成型及控制工程专业实验教学中存在的问题分析

（一）实验课程教学内容更新慢，教学方法落后

在现代社会，科技发展日新月异，各个专业的新理论、新内容不断涌现。一些高校材料成型及控制工程专业的实验课程教学内容更新速度慢，过于陈旧，有些实验甚至在企业的实际生产中已经被淘汰，设备和工艺都已经大大落后于实际的生产需要。此外，材料成型及控制工程专业的实验课程仍然沿用传统的以教师为主的教学方式，教师在实验课堂上主要向学生讲解此次实验的内容、要求和目的，以及实验仪器的使用方法，而无法让每个学生都亲自进行实验操作。这种教学方法较为枯燥，降低了学生的学习兴趣和学习主动性，不能使学生将理论知识和实践应用有效结合，而且无法切实提升学生的实践能力和创新能力，起不到实验课程应有的教学效果。

（二）实验课程教学设备配置不足

当前，各个领域的科技创新速度都大为提升，无论是科研层面，还是生产层面的技术及设备的更新换代都极为快速。高校作为人才培养基地，其实验课程应该与社会生产实践有效对接，以培养出具有工程实践能力和技术创新能力的优秀人才。然而，不少高校或是因为资金投入不足而导致材料成型及控制工程专业的实验课程所需的教学设备得不到及时更换，或是虽然购置了实验设备，但因为缺乏完善的管理及维护制度而得不到充分利用，导致实验课程教学内容无法囊括材料成型及控制工程专业的所有知识，实验教学无法和理论知识有效结合，学生的创新思维也得不到充分激发。

（三）以成果为导向的实验教学评价机制尚未形成

以往高校对实验教学进行评价时一般只以实验报告为考核标准，而不对实验过程进行考核，材料成型及控制工程专业实验课程的评价同样如此。材料成型及控制工程专业的教师只依据实验结果和实验报告对大学生进行考核、评价，而对大学生的实验操作和具体细节则不够重视，大学生只通过实验报告就能取得较高的分数，长此以往就会使大学生缺乏严谨的实验操作观念，在实验过程中不能按照科学规范的流程和方法进行操作，最终导致大学生学习兴趣的丧失，而且无法有效提高大学生的实践能力。

以成果为导向的实验教学评价机制更关注学生从实验教学中获得的知识和能力，增加了以完成某项真实任务或达成某个成果为标准的评价环节，这里所说的成果包括论文、专利、大学生科技竞赛奖项等。在学生完成各项成果的过程中，教师要利用自身在知识和经验等方面的优势，充分发挥指导者的作用，培养学生的反思精神及创新能力。

此外，评价主体单一也是传统实验课程教学评价中的重要问题之一。开展实验课程的目的之一就是提升学生的实践应用能力，因此，相关企业理应是高校实验课程评价的重要主体。然而在教学实践中，不少高校没有高度重视企业在实验教学评价中的主体地位，使实验教学评估结果不够全面和客观，阻碍了大学生科技创新能力的培养和提升。

（四）高校实验课程对学生创新能力的培养不足

当前的高校大学生多为“00后”，他们随着国家经济和互联网技术的快速发展而成长，具有鲜明的个性，他们的视野更宽广，爱好更多元，更容易被具有挑战性和创新元素的事物吸引，对枯燥的学习内容和呆板的教学方式更为抵触。传统材料成型及控制工程专业的实验课程教学内容多为演示性实验和验证性实验，学生按照教师总解出的实验要求和实验步骤进行操作，实验过程和结果都是预先设计好的，而不需要学生查阅与实验相关的资料，以及对实验进行个性化的思考和设计，缺少学生自由发挥的空间。这种呆板的实验教学方式难以充分调动当代大学生的学习积极性和主动性，也无法有效培养大学生的创新意识和实践能力。

（五）高校教学实践中缺少多学科交叉融合的实验教学内容

材料成型及控制工程专业是机械工程和材料科学与工程的交叉学科，涉及焊接成型及控制、铸造成型及控制、压力加工及控制和模具设计制造等方面的知識。然而，当前很多高校的材料成型及控制工程专业的实验课程内容较为单一，实验教学活动缺少学科交叉融合的内容。在科技竞争日益激烈的当今时代，材料成型及控制工程专业的毕业生应该具备解决复杂工程问题的能力，而实验课程是培养大学生解决问题能力的重要手段。对于材料成型及控制工程专业的大学生来说，不仅要深入了解机械结构和设计等方面的知识，还要了解智能制造、大数据、控制及测试技术等领域的知识。因此，进行多学科融合的机械工程实验创新是解决材料成型及控制工程专业实验课程内容单一这一问题的有效方法。

三、材料成型及控制工程专业实验课程改革策略

（一）落实以学生为主体的育人观

材料成型及控制工程专业对学生独立自主地进行产品设计、工艺选择等实践操作的要求更高，因此，教师必须在实验课程教学实践中将以学生为主体的育人观真正落实，以便使学生能够在实验课程中有效锻炼自己的动手实操能力，激发自身的创新意识。在实验教学活动过程中，教师主要负责在查阅资料方面给学生以指导，在学生遇到困难时引导学生敢于创新、勇于尝试，能够从失败中总结经验教训，找到通向成功的正确路径。总之，教师在实验教学实践中所起到的是指导和辅助作用。同时，材料成型及控制工程专业的实验课程教学，还应该以学生自由选择、自行组队的灵活教学手段，使学生在实验课堂上能够自主进行实验设计。上述这种团队合作、自主研究式的实验教学方式，可以有效提升学生的创新意识、团队意识和实践能力。

（二）随着产学发展而更新实验教学内容

随着新型材料的不断涌现和工艺技术的快速更新换代，实验教学在加强材料成型及控制工程专业大学生对新材料、新技术的认识，提高其综合素质和实践能力方面的意义日益突显。在这种背景下，该专业的实验教学内容必须紧跟时代发展，准确把握产业发展方向，充分利用高校在科研和技术方面的优势，及时了解国内外本专业的最新动态，并调整、更新实验课程教学内容，使之能够与国际先进水平保持一致。同时，与实际生产紧密结合也是开展材料成型及控制工程专业实验活动时应该遵循的重要原则。在实验课程开展过程中，教师应该围绕企业在生产实际中遇到的技术难题来设计实验项目，使大学生的实验课程内容与企业的生产实践、产业的现实需求等有效对接。

（三）构建完善的实验教学评价体系

构建完善的材料成型及控制工程专业实验课程教学评价体系，对实验教学质量的提升具有重要意义。第一，高校要创新教学评价指标，摒弃过去以实验报告为唯一标准的评价模式，将定量和定性相结合的评价模式引入实验课程评价中。第二，重视企业对材料成型及控制工程专业实验教学的评价，通过企业评价全面、准确地认知实验教学中的不足;还应该通过校企合作的方式实现实验教学和企业岗位的对接，将企业在生产实际中运用的最新技术引入高校教学实践。第三，增加评价体系中的实践及创新因素占比，比如将学生发表的论文、项目开发实践，以及在科技竞赛中获得的奖项纳入评价体系范畴，以激励学生进行独立思考和科技创新。

（四）打通材料成型及控制工程专业创新和创业之间的壁垒

高校应该统筹考虑材料成型及控制工程专业学生的创新创业实践培养，打造系统性、一体化的创新创业培养模式。在产品创新层面，首先，以学生为主体开展市场调研活动，在准确把握市场需要的基础上确定目标产品。其次，让学生进行自由创意，在满足目标产品基本性能的基础上进行创新。在三维建模软件中将创意转化为模型，再通过3D打印技术将模型实体化，并进行性能检测和优化。最后，进行目标产品成型工艺的创新，通过铸造、锻造、焊接三种材料成型的核心工艺，以及增材制造和计算机数值模拟技术实现产品成型。在创业层面，首先，要以市场调研为基础，构思创业方案，制定筹集资金的方案，形成创业计划，完成公司注册;其次，从经济、技术和市场层面对产品进行全面评价，并制造出产品样品，让学生进行财务管理和产品销售方面的实践;最后，对学生的创新创业实践活动进行总结并加以指导。

这种模式充分利用了现代科技手段，并将材料成型及控制工程专业学生的创新实践和创业实践有效对接，打通了二者之间的无形壁垒，落实了以学生为主体的育人观念，实现了创新创业的一体化培养，为学生在毕业后进行创新创业实践积累了丰富的经验，打下了坚实的基础。

四、结束语

高校的实验课程教学对大学生的技术创新能力和实践应用能力的培养十分重要，材料成型及控制工程专业尤其如此。通过落实以学生为主体育人观、革新教学内容和方法、完善实验教学评价体系，以及打通创新和创业之间的壁垒等改革措施，材料成型及控制工程专业的实验课程可以涵盖所有的专业知识，体现该专业多个领域的最新成果，保证每个大学生都能结合自己的兴趣，自由选择实验项目，亲自进行实验操作，参与产品设计、加工的全过程，通过完整的实验训练切实提升材料成型及控制工程专业学生的动手能力和创新能力。

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