新生研討課中機械實驗教學(xué)方法探究

彭鶴++王德國++羅曉蘭++宋強++賈曉麗

針對新生研討課中機械實驗教學(xué)的特點，對實驗教學(xué)的內(nèi)容和方法進行探討。通過設(shè)置適應(yīng)新生的機械實驗教學(xué)內(nèi)容，激發(fā)新生對機械專業(yè)的學(xué)習(xí)興趣和創(chuàng)新意識，并從實驗教學(xué)的主線、主動性、探索性、開放性等幾方面提出適用新生實驗的教學(xué)方法，經(jīng)初步實施，取得了良好的效果。

機械實驗教學(xué)方法新生研討課興趣創(chuàng)新隨著我國高等教育的發(fā)展，本科教學(xué)質(zhì)量面臨日益嚴峻的挑戰(zhàn)，如何培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神和實踐能力成為高校教學(xué)改革的重點和難題。因此，探索以培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神和實踐能力為目的的實驗教學(xué)方法，具有十分重要的意義。

目前，國內(nèi)高校針對本專業(yè)的實驗實踐教學(xué)活動多數(shù)是在進入專業(yè)學(xué)習(xí)開始的，很多學(xué)校認為大一是打好理論基礎(chǔ)的時期，缺少專業(yè)知識，并不適合開設(shè)實驗課，學(xué)生到了大二、大三才是開始專業(yè)實驗教學(xué)的最佳時期。其實，大一新生的實驗教學(xué)作為高校實驗教學(xué)的起點和基礎(chǔ)，更是重中之重，不容忽視。在這個時期，良好的實驗教學(xué)活動，可以充分激發(fā)大一學(xué)生的創(chuàng)新思維和對專業(yè)的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)和提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)、自主思考和分析問題的能力。筆者以所在的機械專業(yè)為例，針對大一新生研討課中的實驗教學(xué)活動展開探究，提出一些改革思路和措施，并實踐于教學(xué)之中，期望促進高校新生實驗教學(xué)改革，提高高校實驗教學(xué)水平。

一、新生研討課中實驗教學(xué)的特點

實驗教學(xué)的對象是充滿好奇和期待心理的大一新生。剛剛進入大學(xué)校園的大一新生，對專業(yè)相關(guān)的一切充滿了無限的好奇和期待，他們渴望接觸新鮮事物，這種好奇和期待正是促發(fā)其學(xué)習(xí)、思考和探究的心靈源泉。在實驗教學(xué)過程中應(yīng)充分挖掘和引導(dǎo)大一新生對新事物的的好奇心和對專業(yè)學(xué)習(xí)的期待，轉(zhuǎn)化為他們今后自主學(xué)習(xí)、自主探索和自主研究的原動力。

實驗教學(xué)的背景具有一定的專業(yè)性。新生研討課是面向大一新生設(shè)置的專題研討課，通過講授與課堂討論相結(jié)合的方式，旨在幫助學(xué)生實現(xiàn)由高中到大學(xué)的“適應(yīng)性”和“學(xué)術(shù)性”轉(zhuǎn)變，因此，新生研討課的內(nèi)容無可避免會涉及到專業(yè)領(lǐng)域。實驗教學(xué)作為和新生研討課的一部分，應(yīng)滿足于專業(yè)和課程的培養(yǎng)目標，增進新生對機械專業(yè)的了解和感性認識，激發(fā)其學(xué)習(xí)興趣和動力。同時，實驗項目的實施依托于機械專業(yè)的教學(xué)實驗室，因此，具有明顯的專業(yè)特色。

實驗教學(xué)的目的是培養(yǎng)新生對專業(yè)的學(xué)習(xí)興趣和創(chuàng)新意識。作為新生初步了解專業(yè)的實踐手段，實驗教學(xué)以激發(fā)新生對機械專業(yè)的學(xué)習(xí)、探索和研究的興趣，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識為教學(xué)目的。由于新生缺少專業(yè)知識的系統(tǒng)學(xué)習(xí)，實驗教學(xué)的專業(yè)性應(yīng)在寬度上著手，從宏觀角度增進新生對機械專業(yè)的感性認識，拓寬新生的專業(yè)知識面。這就要求新生實驗在教學(xué)內(nèi)容要精心設(shè)計，避免枯燥乏味、晦澀難懂，教學(xué)要以科普為主，不易對某一知識點過于具體和深入。實驗過程中可以通過一些簡單明顯的實驗項目或者先進新奇的實驗設(shè)備，培養(yǎng)新生對專業(yè)學(xué)習(xí)的興趣和好感。

二、新生研討課機械實驗教學(xué)方法的探究

開展面向新生的實驗教學(xué)，需要充分考慮新生的接受能力和興趣度，以培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和創(chuàng)新意識為目標，結(jié)合機械專業(yè)教學(xué)實驗室的特點，選擇合適的實驗教學(xué)內(nèi)容。同時，轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)的實驗教學(xué)觀念，打破“重理論、輕應(yīng)用、重權(quán)威、輕質(zhì)疑、重標準、輕逾越”的教學(xué)慣性，營造一種良好的創(chuàng)新氛圍。

1.設(shè)置工程型、綜合型實驗項目增加學(xué)生對專業(yè)內(nèi)容的學(xué)習(xí)興趣

人認識一種事物，就像幼兒看圖識字一樣，應(yīng)該先從事物的外形、用途開始。比如，教人學(xué)習(xí)計算機，可以先教授計算機的定義、操作系統(tǒng)的發(fā)展和硬件的配置等知識，再去接觸計算機，也可以先學(xué)習(xí)使用計算機聽歌、上網(wǎng)和聊天，后學(xué)習(xí)計算機專業(yè)知識。后者可以快速建立對計算機感性的認識，學(xué)習(xí)起來事倍功半，而前者的教學(xué)內(nèi)容可能會導(dǎo)致更多的人一開始就失去學(xué)習(xí)計算機的熱情和興趣。因此，新生實驗應(yīng)該盡量讓學(xué)生接觸簡單的生產(chǎn)系統(tǒng)，初步認識機械系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成及其各類機械產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)、功能、使用和實際用途。這樣有利于學(xué)生積累對專業(yè)與生產(chǎn)實際的感性認識，形成對機械系統(tǒng)的宏觀認知和專業(yè)基礎(chǔ)知識的初步概念，并有利于促進學(xué)生在大學(xué)學(xué)習(xí)過程中樹立比較明確的專業(yè)目標。

筆者所在專業(yè)實驗室引進了德國FESTO公司的MPS模塊化生產(chǎn)加工實訓(xùn)教學(xué)系統(tǒng)。該套系統(tǒng)是一套技術(shù)成熟、工程性和綜合性都較強的教學(xué)裝置，涉及機械、氣動、電子、傳感器、PLC、電機拖動等知識點，新生可以通過學(xué)習(xí)﹑觀察系統(tǒng)及其組成構(gòu)件的簡單功能及工作過程，充分理解這些知識的相互關(guān)聯(lián)，認識一些執(zhí)行機構(gòu)﹑傳感器和電機，了解它們的作用和用途，并對機電一體化﹑控制系統(tǒng)等概念及其組成形成初步的認識。

MPS是一個創(chuàng)新型的工業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)，具有模塊化和柔性化的特點，該生產(chǎn)系統(tǒng)由供料站、檢測站、分揀站、加工站、倉儲站以及移動機器人6個相對獨立的工作站組合而成，通過重新組合可以適應(yīng)于不同的生產(chǎn)要求。MPS的每一個工作站，相當于實際生產(chǎn)車間中獨立的一臺加工設(shè)備，根據(jù)實驗要求，新生在觀察生產(chǎn)線整體工作過程后，可以自由組成2～3人一組，根據(jù)興趣選擇其中的1個工作單元，認識了解該站一些元件的名稱、作用和使用方法，例如：

（1）了解該工作站的操作方法，思考該工作站在整個生產(chǎn)線中發(fā)揮了什么作用？

（2）認識工作站的硬件結(jié)構(gòu)組成（控制器、傳感器、執(zhí)行元件），它是通過哪些元件實現(xiàn)控制步驟的？了解它們的作用和使用方法。

（3）觀察工作站執(zhí)行元件的動力來源，了解系統(tǒng)中電機或氣源提供動力的過程。

通過上述實驗內(nèi)容，新生對機械系統(tǒng)及其工業(yè)生產(chǎn)能夠形成一個宏觀、整體的認識，同時又可以根據(jù)自己的興趣對其中的部分傳感器、執(zhí)行機構(gòu)等元件進行探索性的學(xué)習(xí)。

2.設(shè)置前沿型、開放型實驗項目激發(fā)學(xué)生對專業(yè)問題的創(chuàng)新意識

傳統(tǒng)的新生實驗項目比較陳舊和保守，內(nèi)容以參觀專業(yè)實驗室和機械設(shè)備為主，實驗設(shè)備往往也落后甚至脫節(jié)于當前的技術(shù)發(fā)展。實際上，一些前沿、開放的實驗內(nèi)容可以更好地吸引學(xué)生的好奇心和注意力，有利于創(chuàng)新思維和創(chuàng)新意識的培養(yǎng)。前沿問題并不是什么高深的問題，恰恰是生產(chǎn)、生活第一線中遇到的普遍性問題。設(shè)置前沿型實驗項目，可以使新生通過接觸專業(yè)領(lǐng)域內(nèi)的新技術(shù)、新材料、新理念和新方法，了解它們對當前生產(chǎn)生活的影響和發(fā)展趨勢。這樣不僅可以培養(yǎng)他們對專業(yè)的興趣和自豪感，同時還可以積累先進的知識和經(jīng)驗，讓他們習(xí)慣于在前沿的陣地尋找創(chuàng)新的靈感。endprint

微電子機械系統(tǒng)（MEMS）是近年來發(fā)展起來的一種新型多學(xué)科交叉的技術(shù)，主要包括微型機構(gòu)、微型傳感器、微型執(zhí)行器和相應(yīng)的處理電路等幾部分，尺寸通常在毫米或微米級。它是傳統(tǒng)機械向極端發(fā)展的一個重要方向，促使機械系統(tǒng)不斷的朝著微觀方向邁進，對未來機械產(chǎn)品的研究創(chuàng)新以及人類生活都將產(chǎn)生革命性的影響。

針對新生設(shè)置的MEMS傳感器探究實驗，由MEMS傳感器認知、MEMS傳感器模塊模擬演示和MEMS航姿系統(tǒng)模擬操作三部分組成，學(xué)生分成5人一組，在動手實驗的過程中通過小組的分工和合作，完成調(diào)查、討論、分析和思考四部分漸進的實驗內(nèi)容，從中引導(dǎo)學(xué)生形成研究興趣和創(chuàng)新思維。

3.建立以解決生產(chǎn)任務(wù)為主線的教學(xué)認知過程

實驗教學(xué)認知是新生間接認識客觀世界的一種特殊過程。由于新生對專業(yè)的理論知識并沒有進行過系統(tǒng)的學(xué)習(xí)，以解決生產(chǎn)任務(wù)為主線的認知過程，著重突出了各種機構(gòu)和元件的功能和用途，更容易使新知識新思想被學(xué)生所接受，同時又可以將獲得的各種知識和思考圍繞在一條主線上，形成應(yīng)用型創(chuàng)新的基本設(shè)計思路。

如在MPS工業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)認知實驗中，將整個生產(chǎn)線分成7個獨立的系統(tǒng)（6個子工作站+一個傳送帶系統(tǒng)），以傳送帶系統(tǒng)為例，通過教學(xué)演示過程使學(xué)生明確該系統(tǒng)的生產(chǎn)任務(wù)：（1）將工件從輸送起始位傳送至等待位；（2）自動啟動和停止；（3）動作延時。圍繞這三個生產(chǎn)任務(wù)，學(xué)生依次了解了傳送帶系統(tǒng)的執(zhí)行機構(gòu)及動力源、傳感器和控制器，對它們的結(jié)構(gòu)特點和功能用途形成一些感性的認識，對此類控制系統(tǒng)的設(shè)計過程也有了充分的認識。

4.采用教師引導(dǎo)、學(xué)生主動的教學(xué)互動形式

新生實驗教學(xué)，以培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和創(chuàng)新思維為目的，而這種學(xué)習(xí)興趣和創(chuàng)新思維并不能靠高校教師“講授”出來，需要學(xué)生自發(fā)的形成。因此，在新生實驗教學(xué)中，應(yīng)該采用教師引導(dǎo)、學(xué)生主動的互動形式。學(xué)生不是按部就班地順著實驗教師的講解思路，根據(jù)實驗指導(dǎo)書的內(nèi)容一步步操作，而是可以自主的選擇要操作和學(xué)習(xí)的內(nèi)容，并可以針對感興趣的內(nèi)容提出任何想要獲知的信息和問題，引發(fā)同組學(xué)生的思考和討論。實驗教師的講解內(nèi)容是新生主動“問”出來的，在回答問題時可以使學(xué)生很容易獲得滿足感，進一步激發(fā)了學(xué)生的探索樂趣和積極思維。

5.形成探索性開放性的實驗教學(xué)方法

傳統(tǒng)的實驗教學(xué)重視標準化的實驗步驟和實驗結(jié)果，要求整個實驗教學(xué)過程需要有明確的實驗步驟，統(tǒng)一的實驗結(jié)果。新生實驗教學(xué)轉(zhuǎn)變已有的教學(xué)實踐方法，在實驗過程中淡化了實驗步驟的明確性和實驗結(jié)果的統(tǒng)一性，著重引導(dǎo)學(xué)生對感興趣的實驗內(nèi)容進行積極自主的探索和開放性的思考，形成有利于創(chuàng)新思維形成的實驗環(huán)境。

如在MEMS傳感器探究實驗中，采用小組調(diào)查和討論的實踐方法讓新生了解MEMS傳感器，學(xué)生可以查看實驗室內(nèi)陳列的各種MEMS傳感器的實物和模塊，選擇其中感興趣的部分通過網(wǎng)路進行了解，隨后經(jīng)過小組交流，思考并討論生活中可能接觸到哪些使用了MEMS傳感器的用品。學(xué)生經(jīng)過引導(dǎo)，可以列舉出洗衣機、電冰箱、體重秤、智能手機、游戲機等，甚至有的同學(xué)還舉出如果設(shè)計一款家居機器人可以使用哪些MEMS傳感器以具備相應(yīng)的服務(wù)功能。盡管沒有要求統(tǒng)一的實驗步驟和結(jié)果，學(xué)生通過上述的實驗過程，深刻地了解了MEMS傳感器的作用和用途，并對其產(chǎn)生了濃厚的學(xué)習(xí)興趣，達到了新生實驗設(shè)置的最終目的。

三、結(jié)束語

本文從新生研討課實驗教學(xué)的特點、實驗內(nèi)容和教學(xué)實施幾個方面進行探究，初步形成了適應(yīng)新生研討課的機械實驗教學(xué)方法，通過實踐探索后，學(xué)生普遍認為實驗內(nèi)容很有趣味性，學(xué)習(xí)興趣得到提高。

參考文獻：

[1]王偉，孟祥貴，安寅.“創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式”下的實驗教學(xué)改革探索[J].實驗科學(xué)與技術(shù)，2013，11（02）：144-146.

[2]包麗芹.論素質(zhì)教育與大一新生實驗教學(xué)[J].黑龍江教育，2006，（7、8）：141-142.

課題來源：

1.北京市人才培養(yǎng)共建項目—教育教學(xué)項目—教育教學(xué)改革—適應(yīng)我校研究型大學(xué)發(fā)展的新生研討課建設(shè)和卓越工程師課程教學(xué)體系建設(shè)研究—新生研討課“奇妙的創(chuàng)新思維”。

2.北京市高等學(xué)校市級校外人才培養(yǎng)基地建設(shè)項目。endprint