机械工程实验体系创新浅析

张向阳

摘要：在大学本科教育偏向培养应用型人才的趋势下，工程应用意识日趋重要，机械工程实验要主动适应变化，创新体系，提升实验体系的科学性和创新性。机械工程实验需紧跟时代步伐，将科技发展的最新成果引入机械工程实验体系当中。

关键词：机械工程；实验体系；创新

机械工程实验要以培养学生的创新思维和工程应用能力为目标，注重对机械类学生动手能力、分析和解决问题能力的培养，使学生在掌握理论知识的同时，加深理论认知。

一、机械工程实验的隶属强化

机械工程实验体系涵盖材料力学、机械原理、工程材料与热处理、互换性与技术测量、机械设计、机械制造技术基础、测试技术、机械创新设计等重点课目的实验，项目繁多，体系庞杂。根据实验的设计目的，这些实验通常可以分为验证性、综合性和设计性三大类别。创新机械工程实验体系，首先需要对各类实验进行隶属定位，在此基础上清醒认识各类实验在培养学生能力方面的不同偏重，达到有的放矢、分类强化的目的。

1.以掌握基本工程技能为目标，强化验证性实验

验证性实验通常是指实验者针对已知的实验结果而进行的，以验证实验结果、巩固和加强相关理论知识、培养实验操作能力为目的的重复性实验。验证性实验建立在已知结论的基础之上，实验原理、实验结果是已知的，实验步骤的设计合乎实验结果产生的必然。验证性实验不应以简单重现已知结果为目标，而要注重培养学生的现象观察、数据分析处理、实验操作等技能。学生要从实验中观察到的现象、记录的数据出发，进行逻辑分析、判断、概括等一系列思维过程，得出合理的结论。它是一个去粗取精、去伪存真、由此及彼、由表及里，使感性认识上升到理性认识的过程，对培养学生敏锐的生产现场处理能力具有现实意义。实验操作技能是学生动手能力的一种体现。在此过程中，学生能掌握机械工程实验的基本要求和基本工程技巧，掌握主要实验仪器设备的性能和使用方法，领悟实验步骤设计的合理性，为工程实践的实验性论证打下坚实的基础。

2.抓好综合性实验，着眼工程实际，提高工程综合分析能力

综合性实验是指实验内容涉及本课程的综合知识或本课程相关知识的实验，是学生在具有一定知识和技能的基础上，运用某一门课程或多门课程的知识、技能和方法进行综合训练的一种复合型实验。其通过分析与综合、归纳与概括、判断与推理等分析方法，揭示工程问题的内在联系、本质特征和变化规律。

综合性实验应着眼于工程实际，在工程实际应用的大背景下科学设计实验项目。实验项目应包含若干组成部分和多个工程特征，注重性能测定、精度检测、重要工程数据的测量等检测能力的培养。学生在实验时，对实验涉及的内容需从宏观方面进行总体把握，从微观方面对各组成部分进行剖析，最后揭示出各项工程特征的内在联系，形成对实验项目工程的全面认识和深度理解。如此，学生的工程综合分析能力会得到显著提高。

3.以工程化理念规划设计性实验，培养工程素质

设计性实验是指给定实验目的、要求和实验条件，由教师给定实验目标，学生在掌握了一定实验技能和方法的基础上，运用所学知识自行设计实验步骤和方案，并加以实现的综合型实验。设计性实验能提高学生发现问题、分析问题和解决问题的能力，增强其自主学习、独立实践和团队协作能力，培养学生的科学思维和创新水平。在这些方面，设计性实验的目的与工程化理念非常契合。工程化即系统化、产品化的过程，通过工程构思、工程设计和制造，将知识形态的理论、概念、模型转变为物化状态的产品，促进经济效益和社会效益的转化。这种转化需要较强的解决问题的能力和科学创新思维。以工程化理念规划设计性实验，就是让学生在近乎实战的情形下，充分运用所学的工程理论知识，激发创新潜能，努力完成实验目标。工程素质是一名合格工程师的基本素质。工程素质的形成不仅需掌握扎实的专业理论知识，还需要有较强的实践能力。设计性实验工程化，能更多、更好地渗透工程技术的内容，培养学生的工程意识、基本工艺技能、现代设计与制造的综合实践能力，使其掌握工程实践的一般规律和基本方法，达到理论和实践紧密联系的效果。

二、把科技发展的最新成果引入机械工程实验体系

现代机械工程技术日新月异，新技术、新工艺、新材料层出不穷。机械工程实验需紧跟时代步伐，把科技发展的最新成果引入机械工程实验体系，在实验教学中体现这些新成果，提高学生的学习兴趣，激发其创新创造潜能。

1.紧跟先进制造技术，建立智能加工、特种加工实验室和工业机器人实验室

先进制造技术是制造技术的最新发展阶段，把它们纳入机械工程实验体系能融合各重点科目的最新研究成果，为理论教学提供素材。学生越早接触这些技术，越有利于他们日后成才。智能加工技术借助先进的检测、加工设备及仿真手段，实现了对加工过程的建模、仿真、预测，以及对加工系统的监测与控制，使加工系统能根据实时工况自动优选加工参数，调整自身状态，获得最优的加工性能与最佳的加工效果。特种加工相对传统切削加工而言，是直接或复合利用声能、光能、电能、热能、磁能、化学能等对工件进行加工的工艺方法。工业机器人作为高端智能制造的代表，在新一轮工业革命中将成为制造模式变革的核心和推进制造业产业升级的发动机。因此，建立智能加工、特种加工实验室和工业机器人实验室，将进一步完善机械工程实验体系，提升整个实验体系的完整性和科学性。

2.用VR技术打造新型实验环境，创新实验项目，创建虚拟实验室

虚拟现实（Virtual Reality，简称VR）是近年来出现的新技术，也称灵境技术或人工环境。虚拟现实技术是利用电脑模拟技术，产生一个三维空间的虚拟世界，提供使用者关于视觉、听觉、触觉等感官的模拟，让使用者如同身临其境一般，可以及时、没有限制地观察三维空间内的事物。这种全新的技术可以用来打造新型实验环境，以虚拟现实的形式呈现实验室环境的高度真实模拟，帮助学生完成实验步骤，实现核心课程的深度学习。需要指出的是，虚拟实验并不能完全取代真实实验，它只是一种学习手段。对于探究型科研实验，由于其涉及未知领域的客体再现，所以虚拟实验并不适合。

3.建立基于“互联网+”的实验教学平台

机械工程实验体系创新离不开实验室的信息化、网络化建设。高校可以通过自行研发、合作开发、资源共享等形式多渠道丰富实验教学网络资源，在互联网上开放虚拟实验室，建立基于网络的实验教学平台。这样，实验教学内容、过程和时间可以从课堂內拓展到课堂外，形成实验室内的实际动手操作实验和网上虚拟实验相结合、课堂内教师实验教学和课堂外学生自主学习相辅相成的开放式实验教学新体系。该平台不受时间和空间的局限，学生可以通过网络随时随地学习，充分发挥自主学习的能动性，使工程实验更好地服务于理论课学习。

三、结语

机械工程实验体系是不断完善、不断发展的创新体系。机械工程实验体系创新是一项长期性工作，只要紧跟科技进步时代脉搏和人才培养的时代需求，机械工程实验体系就一定会更加完善，并在培养应用型创新人才方面发挥应有的作用。

参考文献：

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