工程教育认证驱动下的综合性机械实验课程建设探索*

王庆阳 高梦迪

（宿州学院 机械与电子工程学院，安徽 宿州 234000）

2006年，我国开始构建工程教育认证体系，高等院校不断贯彻“学生为中心、产出导向、持续改进”的认证理念，高等工程教育质量稳步提升，全国各高校通过工程教育认证的专业逐年递增[1-2]。宿州学院机械类专业也依据此理念进行发展。机械类专业工程教育认证标准对所培养学生有明确要求，其中包括能够应用数学、自然科学、工程基础和专业知识识别、表达、分析并解决复杂工程问题。这就要求日常教学过程中加强对学生在学科交叉复合和创新实践问题解决方面的能力培养，与之对应的综合性机械实验课程建设迫在眉睫。同时，该校正在进行机械类专业硕士点建设，该硕士点建设需满足的标准之一就是具备硕士研究生创新能力和实践能力的培养条件，而综合性实验的设置可为该硕士点的申报打下坚实基础。另外，该校机械专业本科毕业生有1/3以上的学生会选择考研，建设综合性机械实验课程可加强学生科研能力的培养，学生在进入科研实验室后能够尽快融入角色，主动开展科研探索活动。本文从当前国内综合性实验课程建设存在的问题入手，结合宿州学院机械专业面临的工程教育认证和硕士点建设需求，阐述了机械专业综合性实验课程建设所采取的举措。

一、综合性实验课程建设存在的问题

近年来，部分高校在建设综合性实验课程培养学生实践能力、创新能力方面积极进行了探索，并取得了一定的成效[3-5]。但从社会、企业的反馈来看，部分高校毕业生的实践能力、创新能力与社会的需求匹配不高。通过从事实验室管理工作并担任机械设计制造及其自动化专业实验课程指导教师，对学生实验过程的个人状态、实验中遇到的问题及解决方式、实验课后与学生及其他实验指导老师的交流情况、对学生实验报告的批阅等发现，高校通过实验课程培养学生解决复杂工程问题的实践能力、创新能力有待提升，主要存在以下问题。

（一）综合性实验课程比例不高

在专业培养方案制订时，部分实验教学体系建设不够健全，对综合性实验课程培养学生工程实践能力、创新能力认识不足，实验课程比例不高。由于经费不足、硬件配套设施不到位，部分课程综合性实验课程难以开展。同时，部分实验设备台套数与学生人数不匹配，综合性实验教学条件不能满足教学要求。

（二）课程内容的系统性、层次性有待加强

部分演示型、验证性实验课程对单一知识点的重复性验证占比较高，缺乏综合性实验将课程重要知识点系统串联用以解决实际问题的课程设置，部分学生在完成前两次实验后，学习的主动性、积极性会降低。以机械专业PLC课程实验为例，由于实验台集成化较高，多数实验过程仅通过LED小灯模拟验证实验现象，无实物依托，会影响学生主观能动性的发挥，不利于学生探究问题、解决问题的工程实践能力的培养。

（三）考核体系不够完善

目前，部分实验指导教师仅根据学生考勤和实验报告完成质量评定学生的实验成绩，考核依据单一、片面，难以真实反映学生的实验能力[6]；无论是验证型实验还是综合设计性实验考核，均只注重实验结果，忽略实验过程中学生分析实验课题、设计实验方案、实验操作规范、实验小组团队协作的过程，导致学生做实验只以记录实验数据、取得实验结果为目的，不利于学生工程实践能力、创新能力的培养。

（四）教师的实践能力、创新能力有待加强

部分实验指导教师的工程实践能力不强，主持、参与的工程类课题较少，拥有丰富工程背景且有学术水平的教师不足，高校实验教学水平需要提高[7]。部分实验指导教师沿用灌输式教学方法，在教师讲解实验原理、操作演示后，学生只会机械地按照实验讲义和教师的演示进行操作、记录实验数据。这种实验教学模式不利于加强师生之间的交流和培养学生的实验探究意识。部分学校对教师的实验教学质量缺乏考核标准和激励机制，教师的实验教学积极性需要进一步调动。

二、综合性机械实验课程建设对策

培养学生解决复杂工程问题的实践能力、创新能力是一个系统性、循序渐进的过程。针对当前高等工程教育综合性实验课程建设存在的问题，结合学校机械专业综合性实验课程建设过程，其不足主要体现在以下几个方面。

（一）建设“双轨融合”的机械专业实验教学平台

以实践能力、创新能力培养为核心，实现理论教学与实验教学有机结合，科研项目向综合性实验项目有效转化，校企共建促进综合性实验接轨工程实际，按照基础性、设计性、综合性和创新性实验教学规律，搭建机械课程实验+开放性实验“双轨融合”的实验教学平台，使实验课程层次分明，教学内容系统全面，如图1所示。

图1 机械专业“双轨融合”实验教学平台图

机械课程实验教学主要根据培养方案制定的实验课程教学，教学计划按照从易到难，从基础到前沿，从单一到综合的循序渐进培养工程实践能力路线，包括机械专业认知实验、机械专业大类基础实验、机械专业应用实验、综合拓展实验（工程实践）、实战性实验（毕业设计），共五个层次。机械课程实验教学注重与理论教学相结合，设置综合性实验，对课程知识框架进行系统梳理与融合，保证实验教学的完整性、连续性，以学生为中心，逐步引导学生独立完成实验，培养学生的工程化思维能力、工程实践能力。

开放性实验教学从激发学生兴趣入手，以培养学生创新能力、科研能力、贴近企业的工程应用能力为目标，以综合创新性实验、综合研究性实验为核心，学生根据个人兴趣自由选择组成团队，自主完成实验方案设计、自主完成实验过程，教师根据项目单独指导。实验项目主要来自教师的科研成果转化、学校创新创业学院实战项目、学生创新创业大赛项目。

相较于传统的实验教学平台，机械课程实验+开放性实验“双轨融合”的实验教学平台实现了教师科研活动、教学活动、人才培养的有机结合，激发了学生的实验兴趣，培养了学生自主学习、探究问题的能力，提高了科教资源的效益。依托“3D打印创新实验室”“机械创新实验室”“电子设计创新实验室”，不断开展综合性实验项目建设，学生的实践能力、创新能力得到提升。

（二）建设多学科交叉综合性实验项目

科学技术创新发展需要不同学科交叉融合，学科交叉融合已成为创新发展的源泉，新工科体现了不同学科交叉、融合、创新。机械专业作为传统的工科学科，在保持学科发展基础上，应积极探索、促进与电子、材料等工科学科以及数学、物理、化工等理科学科的交叉融合，建设多学科交叉的综合性实验项目，如图2所示。

图2 多学科交叉综合性实验项目建设图

任课教师要紧跟科技前沿动态，参加各类学术交流，积极分析、探索与所授课程实验教学相融合的实验项目。同时，主动将科研项目向实验教学转化，促进创新型实验、研究型实验建设，实现以研促教、以教助研。以“3D打印创新实验室”教师团队设计的“FDM、SLA、SLM三种增材制造工艺能耗测试”综合研究性实验为例，该开放性教学实验来自课题组教师的科研项目转化，实验教学方案如表1所示。通过该综合性实验，使学生掌握了与3D打印相关的材料学、机械设计、电工学、绿色制造等多学科专业知识，拓宽了学生的视野，培养了学生的实践探究能力、创新精神和团队协作精神。

表1 “FDM、SLA、SLM三种增材制造工艺能耗测试”实验教学方案表

（三）多维度综合性实验考核体系建设

完善的考核体系是实验教学质量的有效保障。随着综合创新性、综合研究性实验项目建设不断增加、完善，传统的以实验结果、实验报告为考核标准的结果导向考核体系难以适应实验课程的发展。

相较于传统的验证型、仿真型实验，综合性实验较为复杂、实验周期较长，为充分调动实验过程中学生的积极性，发挥学生的实验探究意识，实验指导教师应根据不同综合性实验的培养目标，制定覆盖实验全过程的多维度考核体系。首先设置合理、全面的考核环节，综合性实验的考核一般包括实验准备（文献查阅、设计实验、实验材料准备）以及实验进程、技术核心、汇报答辩、实验报告、实验科学素养等。教师可结合具体实验课题适当增减考核环节，调整各考核环节的考核权重。其次，考核主体多元化，改变传统的以实验指导教师为主的单一考核主体，将学生纳入考核主体以调动其积极性，在一些考核环节引入学生自评、学生互评，如实验准备、汇报答辩、实验科学素养等。最后，根据不同的考核环节，结合具体实验细化各考核环节的考核内容，制定合理、公正的考核标准。采用定量考核和定性考核相结合的方式，使考核过程具有可操作性。

以“FDM、SLA、SLM三种增材制造工艺能耗测试”综合性实验为例，其考核按照表2中的方法进行，该考核方法分为实验准备、实验过程、实验关键技术、实验答辩四个考核环节，将实验过程、实验关键技术作为考核重点，同时在考核主体加入了学生自评和学生互评，充分调动学生在实验过程的积极性。考核形式增加了现场操作、答辩汇报等内容，考核形式多样化。多维度的考核方法使综合性实验的考核过程更加严谨、科学，激励学生主动学习，为提高综合性实验教学质量提供了保障。

表2 “FDM、SLA、SLM三种增材制造工艺能耗测试”实验成绩考核方法表

（四）综合性实验教学团队建设

实验教师是实验教学方案制定、实验教学实施的主导者，是培养学生工程实践能力、创新能力的一线指导者，建设一支综合素质较高的实验教学团队，对促进实验教学内容建设与更新、提高实验教学水平、提升实验教学质量很重要。

一是提升实验教学团队工程实践能力，以提升实验教学质量。首先，在招聘时适当增加工程实践能力考核比重，比如是否有企业工作经历、是否主持或参与横向课题等。其次，拓宽渠道，采取短期聘用与长期聘用相结合的方式，加强企业高水平工程技术人才引进，以优化提升实验教师队伍。最后，制定制度和激励措施，鼓励教师到企业挂职锻炼。近三年，宿州学院聘请企业高水平工程师12人次，鼓励教师到企业挂职锻炼，担任专业核心课程的教师拥有1年以上企业工作经历的比例达95%以上。

二是加强实验教师培训，提升实验教学团队综合素质。由于高校实验岗位吸引力不足，直接影响了实验教学团队的建设；同时，实验教师对科研的重视不够，不利于开放性实验的开展。为此，宿州学院近几年注重加强实验教师培训，定期组织优秀实验案例教学研讨会，邀请校内、校外资深高级实验教师分享先进的实验教学理念、优秀实验案例设计方法，促进了学院的实验教学改革，提升了实验教师的实验教学水平。

三是制定鼓励政策，为实验教师发展提供平台支持。在实验教师个人发展上，学校给予政策、资源的支持，设立专门的实验教学项目，鼓励实验教师申报；组织实验案例设计竞赛，激发实验教师丰富实验教学内容、提升实验教学的热情。鼓励实验教师建设学生兴趣较浓的开放性实验，在教学工作量核算和年终考核时给予奖励。

三、结语

综合性机械实验课程建设是高等学校机械类专业进行工程教育认证和硕士点建设过程的重要内容。本文通过分析国内综合性机械实验课程建设过程中存在的不足，结合宿州学院机械专业综合性实验课程建设过程，从“双轨融合”的机械专业实验教学平台建设、多学科交叉综合性实验项目建设、综合性实验教学团队建设、多维度综合性实验考核体系建设四个方面进行改革，实践结果表明，通过加强综合性实验课程建设，不断丰富实验教学内容，注重实验过程考核，调动了学生实验过程的积极性，发挥了学生实验过程的主观能动性，提高了学生解决复杂工程问题的实践能力和创新能力。科学技术日新月异，机械实验教学应不断改革、完善，以适应社会对人才培养的需求。