面向工程教育认证的机械工程专业实验室建设探索——基于中爱机械工程专业实验室的对比

张 飘，庄文玮，刘汉代，万文锋

(东华理工大学，江西南昌，330013)

工程教育专业认证是将所有学生的学习成果和就业情况作为评定各工科高校专业建设成就和专业人才培养业绩的依据。学生应在专业知识、实践能力、创新能力等方面综合发展，从而解决复杂的工程问题。[1-3]全面综合发展是工程教育质量的保障，是实现工程教育国际化及工程师资格国际互认的重要基础。机械工程专业实验是培养工程教育认证所需人才的关键环节，学生通过实践来提高创新能力、综合能力以及分析、解决问题的能力。机械工程专业实验对学生动手能力和人才培养质量的提升都有积极的作用，对毕业生未来的发展起着至关重要的作用。

在工程教育专业认证的前提下，本文对东华理工大学(ECUT)和爱尔兰阿斯隆理工学院(AIT)两校机械工程专业实验室的体系进行对比，提出对东华理工大学机械工程专业的实验室改革方案。由于中国和欧洲在教育层面存在一定的差异性，中爱机械工程专业本科实验室相关研究比较少，AIT作为ECUT合作办学伙伴，对ECUT实验室改革建设具有重要的参考和借鉴意义。实验室为培养学生综合能力和创新能力创造条件，传统实验室教学内容不能满足工程教育认证的要求，需要做出实质性改革。[4]本文通过两校机械工程专业实验室的对比分析，借鉴国外实验室体系制度，对国内实验室进行改革探索。

一、工程教育认证对机械工程专业实验的要求

实践教学以学生为导向，设计实验室体系、改变实验教学模式等均可促进教育教学改革持续深化，为学生全面发展创造多样化的平台，最终实现工程教育认证的目标。高校工程教育的重要环节是实验，它是提高学生生产实践能力和人才培养质量的重要途径。实验环节主要分为基础课程实验、课程设计、工程训练、生产实习、毕业设计和科技创新活动六个方面。实验环节培养学生的动手、设计、创新等综合能力，实验室的建设为促进工程教育国际化和工程师国际互认打下基础。高校转变传统机械工程专业人才培养模式，提高实验教学质量，可以使毕业生掌握专业知识和综合创新能力，更好就业。

二、ECUT和AIT机械工程专业实验室现状分析

近年来，我国工科院校对工程实践教育进行了大量改革探索，取得了一系列改革成果。然而，实验教学质量不高、学生创新能力不足等问题还未得到根本解决。在工程教育认证前提下，本文将ECUT和AIT机械工程专业实验室进行对比分析。

(一)ECUT机械工程专业实验室设备单一、陈旧

实验设备是实验室建设的关键。根据机械工程专业认证设置的课程，学生需要理论结合实验才能更好地掌握知识。据调研可知，AIT实验室设备较ECUT更为齐全。比如，机械原理实验室，AIT有一整套相关课程的实验设备，一条完整的系统路线[5]；ECUT机械原理实验设备比较单一，相关实验设备只能用于齿轮加工原理的学习，而验证其他理论时缺少实验设备。同时，ECUT实验室设备比较旧，基础的仪器仪表设备不齐全；AIT具有仪器课程，学生能学习仪器仪表相关基础科学实验。

本课题前期在工程教育认证背景下，对比两校理论课程，借鉴AIT机械工程专业，新增了流体力学、3D打印、先进材料及成型、传热学、自动化有限元分析方法和工业机器人等课程，学校新增课程让学生多方面学习专业知识。两校新增相关实验室建设对比见表1。

表1 新增课程两校设有的实验室对比

由表1可知，ECUT机械工程专业实验室缺少仿真实验室、机器人实验室、能源系统等实验室设备(有限元分析、PLC、柔性化制造系统、气压传动、工业机器人、加工中心、能源系统等)。

(二)实验室过于分散、片块化

AIT的实验相对更具综合性和实践性，在课程实验全部完成后，学生可根据自己的兴趣在多样化的实验室进行其他实验，培养解决问题的能力。ECUT实验的特点是基础性和验证性较强，相关实验室设置也是用于验证教学内容和理论知识。由于实验室过于分散、片块化，难以将复杂工程问题和实践教学结合起来，导致出现综合性和创新性不足的问题。表2为ECUT和AIT机械工程专业实验室内容设置对比。

表2 ECUT、AIT机械工程专业实验室内容设置对比

由表2可知，ECUT该专业的实验设备与AIT存在较大差异。ECUT大部分实验室是针对专业课程设置的，较为传统且碎片化。AIT有能源实验室、聚合物物理性能实验室等，这些都是ECUT所缺乏的实验室。AIT工程学科实验设置的侧重点是工程物理基础、电气原理、电磁、热学基础、光学基础等；AIT实验设备比较新颖且自动化程度高，实验室设置更为系统，更接近实际工程应用，且实验内容比ECUT更具综合性、连贯性、完整性及工程性。

(三)实验教学活动发展滞后

随着科学技术的日益发展，传统教学内容不能满足工程教育认证对相关人才的培养要求。以ECUT毕业设计课题为例，大多数课题是基于专业知识的综合设计与训练，课题难以与企业项目和科研项目挂钩，培养学生综合实践能力及创新能力的不利因素之一是知识点单一且缺乏层次性。由表2可知，AIT机械工程专业毕业设计课题大部分是基于企业项目和科研项目，同时为学生提供实验场地、电脑等相关工具。ECUT缺少“竞赛+项目”的相关实验室，相对来说，AIT机械工程专业的学生获得专业知识和技能比ECUT学生更优。这在一定程度上反映出AIT机械工程专业实验室的整体性对ECUT实验室改革建设具有重要参考和借鉴意义。

三、ECUT机械工程专业实验室建设思路

实验室建设的核心是培养学生的综合能力和创新能力，从而实现工程教育认证的人才培养目标。实验和实践教学的结合可以让学生更好地掌握本专业所要求的工程技能，使学生在处理问题时有自己独特的见解。学校可以将演示性、验证理论性项目的传统教学内容进行改变，把国际CDIO工程教育理念引进来，从基础课程实验室、综合型实验室、专业学科“竞赛+项目”实验室方式三方面建设机械工程专业实验室体系，搭建更多实验平台。为提升实验教学质量及落实培养综合创新型人才的要求，学校要建设多层次、高质量且具有学科交叉融合特征的实验室体系。

四、ECUT机械工程实验室改革方案

(一)增设基础课程实验室

为保证人才培养的质量，ECUT需要增设基础课程实验室。目前，本专业已经建立了流体实验室、传热实验室、3D打印实验室，关于自动编程控制、先进材料、先进有限元分析以及工业机器人等的实验室还有待建设。本课题研究应新增自动化实验室、能源系统实验室、先进成型技术实验室、机器人与智能实验室，具体改革见表3。

表3 增设基础课程实验室具体方案

(二)建设综合性实验室

依据国家工程认证对机械工程专业的学科要求，学校应增设缺少的课程实验室。在两校所有实验室对比中发现，ECUT存在的问题是同性质的实验室过于分散，还需要对分散的实验室进行整合，其主要目的是形成统一、整体有序的实验室。学校在建设实验室的同时应强调实验室的综合创新性，在引进先进实验设备的基础上，对资源片块化的实验室进行整合。具体实验室设置改革方案见表4。

表4 综合性实验室设置改革方案

综合性实验室的优点是实验室设备能够兼容使用，在后期的管理中也更加方便，还可以加强本专业学生的工程综合实践能力，解决本专业课程实验单一性的问题。综合实验室资源分布不再是“条块分割”的格局，在一定程度上解决了实验教学效率低下的问题，实现了各学科之间的相互融合、相互完善，实验教学平台的完善能够促进建成全面开放的实验室。

综合性实验室能培养学生的综合能力和动手能力。在综合性实验室中，学生可以像AIT学子那样，根据自己的兴趣做不同的实验。在学生的实验过程中，教师应只给方向性指导，抛砖引玉，其余大部分实验需要学生独立思考完成。激发学生的想象力和创造力也很重要，调动学生的积极性和主动性依赖于机械工程专业实验的设置。[6]

(三)建设“竞赛+项目”实验室

学校目前参与的学科竞赛包括全国大学生机械创新大赛、“慧鱼”大赛、全国大学生电子设计大赛、无碳小车大赛、全国大学生挑战杯、大学生创新创业大赛、“互联网+”大赛等。因此，学校可考虑建设综合创新开放实验室，如“慧鱼模型”实验室、机械创新制作实验室等，以“竞赛+项目”式的综合实践方式进行改革的同时，也为学生参加竞赛提供保障。在步入大二学习阶段时，学生可以团队的形式参与校级以上各类竞赛和项目，把丰富的课余时间充分利用起来，发挥个人自学、探索和实践能力。学科竞赛是一种理论和实践相结合的学习方式，学生能在参与中丰富自己的专业知识、提高分析解决问题的综合能力。不管是最新科研成果还是机械竞赛中获奖的优秀作品，都离不开各种理论和实践。学术竞赛对学生的综合能力要求较高，例如“无碳小车”大赛，学生需要利用计算机辅助和PLC控制技术，对小车进行模拟仿真，最后进行理论和实验的对比。因此，针对类似比赛可开发虚拟实验室项目[7]，还可以搭建各种实验平台为竞赛提供场地，最大限度上满足学生的要求，以保证学生能顺利完成竞赛项目。ECUT可在建设“竞赛+项目”实验室的基础上，把毕业设计与企业项目联系起来，最终实现毕业设计产品的可视化。专业学科竞赛作为培养学生创新思维、提高综合能力和动手能力的一种高效方式，能让学生在竞赛中大胆创新。学校鼓励学生积极参与相关竞赛，可以使学生在知识运用和技能提升等方面得到质的飞跃。

五、结语

本文研究了工程教育专业认证的主要内容，具体从培养学生的创新能力和综合能力、学生成果和为社会输送符合本专业行业的综合创新人才几方面来评价该院校工程专业是否达到工程教育认证标准。 满足工程教育专业认证要求的关键环节是通过建设实验室来培养创新型工程人才。基于工程教育认证对机械工程专业实验室的目标要求，对比分析东华理工大学(ECUT)和爱尔兰阿斯隆理工学院(AIT)机械工程专业实验室的差异。此外，本文从基础课程实验室、综合性实验室和“竞赛+项目”实验室三方面进行改革探索。ECUT在实验室设备方面可以借鉴AIT，着重打造系统性实验室，有利于全面培养学生。学校可以将片块化、分散性实验室进行综合，打造综合性实验室，为学生提供多种选择。在“竞赛+项目”实验室的建设方面，学生可借助该平台完成项目和竞赛来创造更多的竞赛成果。学校应打造专业化实验室，只有这样才能培养具有创新精神的综合型工程科技人才，更好地满足工程教育专业认证对机械工程专业的人才培养要求。