机械类专业实验实践教学体系建设研究与实践

摘  要：该文从建设创新型国家对创新型人才的迫切需要出发，分析研究型大学实验实践教学体系建设的新要求和实验实践教学体系与“双一流”建设之间尚存在的差距，从创新实验实践教学体系与教学内涵、构建智能制造时代的先进实验实践体系、创新实验实践教学方法与管理方法等方面进行阐述，探索研究型大学机械类专业先进实验实践体系建设的思路和措施。

关键词：创新型人才培养；实验实践体系建设；教学方法与管理方法改革；智能制造；机械类专业

中图分类号：G640      文献标志码：A          文章编号：2096-000X（2023）02-0012-05

Abstract： Starting from the urgent need for innovative talents to build an innovative country，this paper analyzes the new requirements for construction of experimental practice teaching system in research university， and the gap between the teaching system and the "Double World-Class" construction， describes innovation of experimental practice teaching system and teaching connotation， construction of advanced system in the intelligent manufacturing era， creation of experimental practice teaching methods and management methods， etc.， and explores ideas and measures for the construction of advanced experimental practice systems for mechanical majors in research universities.

Keywords： innovative talents training; construction of experimental practice teaching system; reform of teaching method and management method; intelligent manufacturing; Mechanical Major

现代社会已进入到一个知识创新、科技创新日新月异的新时代，世界各国的相互竞争成为推动社会向前发展的基本动力，科技创新是增强综合国力的关键，高水平人才是建设创新型国家最基本的要素和各国相互竞争的焦点。在我国，大力培养德才兼备、国际一流的创新型人才，不断提升国家的创新活力，建设具有中国特色的创新型社会主义强国，已成为全国人民的广泛共识。

科技创新型人才需要具备强烈的社会责任感、深厚的理论知识基础、坚实的实验实践能力和敏锐的科技智慧与科技创新精神。所以，大学教育不仅需要向学生提供先进的科学理论知识的学习条件，同样需要提供先进的实验实践教学条件。本文以机械类专业为例，探索研究型大学本科教育创新型人才培养的先进实验实践体系建设。

一、建设先进实验实践教学体系的重要性

研究型高校如何深化实验实践体系改革，创新实验实践体系建设的思路，建设具有世界一流水平的先进实验实践教学体系，满足我国建设创新型国家对高水平创新型人才培养的新要求，已成为当前必须解决的一项重要任务。

（一）机械类专业实验实践教学体系建设的新要求

实验与实践活动是科技创新之源，建设高水平的先进实验实践教学体系，必须突破体制机制的约束， 创新实验实践教学体系建设的思路。高水平实验实践教学体系建设不仅是本科生工程实践能力和创新能力培养的基本条件， 同样是教师从事教学与科研活动及硕士、博士研究生培养的基本条件。故研究型大学必须具有与之相适应的先进实验实践教学体系，才能发挥研究型大学科技创新活力，促使产生高水平科研成果，以高水平的科研活动带动高水平的本科实验实践教学[1]。

机械类专业涉及各类机械设备、仪器仪表、工程装备、运载工具、航天航空、航海船舰、社会服务和生活设施等现代社会的几乎每一个领域，机械类专业人才不仅需要宽厚的基础理论知识，更需要综合性和实践性非常强的工程技术应用能力。可以说，无论科学技术如何进步，社会如何发展，机械工程技术永远是社会不断发展的基本技术支撑，没有现代化的机械工程技术，就不可能有现代化的社会物质文明。尤其是当机械工程技术与现代微电子技术、电脑软硬件技术、控制技术、传感技术和信息处理技术等多种人工智能技术相结合形成现代智能制造技术后，智能制造高水平创新型人才的培养对于我国建设创新型国家显得更加迫切，更加任重而道远。

（二）实验实践教学体系与“双一流”建设的差距

我国研究型高等学校实验实践教学体系建设在211工程、985工程、国家与省部级重点学科、重点实验室、工程研究中心和2011协同创新中心等一系列高等教育国家战略的推动下取得了长足的进步并步入了良好的发展态势，为探索实验实践教学体系的体制机制创新，建设教学与科研相结合的创新型人才培养先进实验实践教学体系，取得了宝贵的经验。

面对建设创新型国家对高水平创新型人才培养的新形势，实验实践教学体系的建设还不能完全适应国家高等教育战略“双一流”建设的要求，表现在不能满足建设创新型国家对高水平人才培养的迫切需要，不能满足制造强国对智能制造高水平创新人才的迫切需要，不能满足在现代高新技术快速发展形势下企业技术转型升级与持续发展对人才的迫切需要。造成高等学校实验实践体系建设与国家实施高等教育“双一流”建设的要求存在差距的原因主要有：我国高等教育受重理论知识传授、轻实验实践教学的传统教育思想束缚很深，对高水平实验实践体系建设重视程度不够；高水平实验实践体系建设资金投入不足，高校的实验实践体系硬件更新速度跟不上科学技术高速发展的步伐。

二、创新实验实践教学体系与教学内涵建设的思路

欲实现智能制造国家战略，最基本的支撑力量是培养大批量掌握智能制造理论和技术的人才，人才培养是实现智能制造国家战略的关键所在。机械类专业怎样培养既具备智能制造理论又掌握智能制造技能的人才？如何建设机械类专业的先进实验实践教学体系？这是必须解决的重要问题。

（一）构建智能制造新时代的机械类专业实验实践

新体系

传统的机械工程技术能够高效高质地完成人力直接可以完成的工作和不能直接完成的工作。而当现代电磁技术、微电子技术、电脑技术、精密技术、控制技术、传感技术、系统技术和信息处理技术等多种人工智能技术与机械工程技术相融合，形成现代智能制造技术之后，使机械工程的技术结构、机构功能、产品结构、生产过程和管理体系等发生了巨大的变化。

显然，机械类专业不能沿袭以往的实验、实践教学模式，实验教学不能仅为验证所学的理论知识，实践教学不能仅为重现已有机构和机器的功能。在智能制造时代，机械类专业的人才培养目标要求实验教学能够发现新知识和新理论，实践教学能够设计新机构、创新机构功能。

智能制造时代机械类专业所培养的人才，应该能够应用和能够发展智能制造技术，创造出结构更加先进、功能不断增加的机器与机械装备，去不断实现人类曾经的梦想，创造人类不曾梦想的奇迹，将智能制造的产品应用到现代工业工程、农业工程、航天航海、流通运输、商业营销、科学研究、教育教学、日常生活和社会服务的每一个领域，使人们曾经梦想和未曾梦想的事物，都能够成为现实世界的真实事物。例如，人类曾经梦想能够腾云驾雾，能够在跟斗云上动一下就跨越十万八千里，上月中折桂，入海底龙宫。我国的航天、航海技术已经实现遨游宇宙太空，下潜万米深海，远窥亿万光年天体，细察物质微观粒子，这些梦想的实现都源于我国智能制造技术所生产出来的机构与机械装备具备的奇异功能[2]。

智能制造时代机械类专业实验教学应该是发现新知识、掌握新理论的过程；实践教学应该是增强工程能力、进行机构设计创新与制造工艺创新的过程；应该创建全新的智能制造实验、实践教学模式，使学生通过实验、实践教学，培养能够设计制造机构更为巧妙、功能更为先进的机构和机械装备的能力，去不断实现人类曾经的梦想，创造人类不曾梦想的奇迹。

机械类专业人才的培养要在学习智能制造基本理论的基础上，通过实验、实践教学进行智能制造的方法训练与技能培养，根据机械类专业智能制造培养目标的定位，按照分层次、模块化的思路进行实验实践教学体系建设，注重实验、实践教学方法改革，探索智能制造实验、实践教学的新规律与新特性，突出工程实践能力和创新精神培养[3]。

按照智能制造培养目标对学生能力培养的要求和专业方向的差别，实验实践教学体系可分为专业基础实验实践模块、专业实验实践模块、创新创业实验实践模块；按照教学方式的要求，可将实验实践教学体系分为课内实验实践与课外实验实践；按照校企协同人才培养的要求可将实验实践教学体系分为校内实验实践与校外实验实践，下文按照图1所示进行实验实践体系建设的论述[4]。

（二）课内实验实践教学

理清实验实践体系建设与教学内涵建设的思路，优化实验实践教学内容，整合和减少验证性实验实践，增加综合性、设计性、创新性实验与实践，全面提升实验、实践教学发现知识和将知识转化为能力的训练力度，改变以系所设立实验室和实践教学基地的模式，从机械工程学科建设与前瞻性人才培养的高度，构建学院统一管理的专业基础实验与实践、专业课程实验与实践的分层次、模块化、相互衔接的实验与实践教学体系[5]，如图2所示。

机械类专业实验与实践体系可建设以工程图学与三维软件应用、机械原理、机械设计学、有限单元法与应用和程序语言设计及应用等为系列课程的机械原理和设计学实验与实践模块，以制造工程训练、材料成形工艺基础、机械加工工艺基础、机械制造工艺学、切削机床与刀具、数控加工与特种加工、工程材料与成型技术、机械精度设计与测量技术、传感器技术、制造工程应用软件和智能制造技术等为系列课程的机械制造实验与实践模块，以流体力学、液压与气动技术、机电传动与控制、机械工程测试技术、PLC控制技术、可编程序控制器技术、计算机接口与控制和机器人技术与应用等为系列课程的机械传动与控制实验与实践模块，专业实验与实践根据机械设计制造及其自动化、机电一体化、车辆工程、智能制造和微电子制造工程等不同专业方向设置专业课程实验与实践模块。

专业基础课程设计与毕业设计（论文）是大学教育中训练将知识转化为能力的十分重要的综合实践教学环节，专业基础课程设计与毕业设计（论文）实验实践平台的建设应结合专业基础课程与专业课程的实验实践教学模块建设进行综合考虑。专业基础课程设计教学一般应结合课程教学的核心知识点，着重考虑怎样引导学生将知识转化为能力，可以是学生自主命题，也可以是教师命题，并提供相应的实验实践条件；而毕业设计（论文）应结合指导教师的科研项目或工程研究课题，选取其中的研究内容或需解决的工程技术重点、难点进行命题，并创设相应的实验与实践条件。

虚拟仿真实验实践教学可以丰富虚拟演示和人机交互功能，现代机电产品设计制造均需使用三维建模、虚拟仿真等先进方法，利用虚拟现实可以生动展示和超越实验与实践硬件设施所获得的效果，尤其是科研课题涉及的航天器械、核能装备、深海装备和放射性冶金装备等实验实践平台的结构设计、机构运动与工作过程的实验实践教学内容，通过虚拟仿真可以实现理论问题直观化、高难问题可达化和复杂问题简单化，降低实验实践教学的难度，拓展实验实践的范围。故应高度重视虚拟仿真实验实践教学平台的建设。

（三）课外实验实践教学

课外科技创新实验实践对于学生个性化学习与能力培养具有重要意义。为大学生课外自主实验实践搭建训练平台，提供课外实验实践和个性化探究的条件。课外实验实践教学以学生自主学习和个性化探索研究为主，以学生个体或学习小组为基本方式，通过实验与实践获取知识、发现问题与解决问题，以提升实验与实践技能和创新创业能力，培养自主学习能力、自我探究能力、独立思考能力和团队协作精神。