基于機械專業(yè)驗證性實驗的設(shè)計與實踐分析

周登科

摘 要：驗證性實驗作為綜合性、設(shè)計性實驗的基礎(chǔ)實驗，對于培養(yǎng)學生的動手能力和創(chuàng)新意識的作用是不可低估的。驗證性實驗課程的開設(shè)，對于深化專業(yè)課程的教學改革，落實主體教學任務(wù)，培養(yǎng)學生綜合能力具有促進作用。基于此，本文以機械專業(yè)驗證性實驗特性為切入點，對驗證性實驗的設(shè)計與實踐進行研究，以期為深化課程改革提供參考。

關(guān)鍵詞：機械專業(yè) 驗證性實驗 設(shè)計

機械專業(yè)包括機械設(shè)計制造及其自動化、工業(yè)設(shè)計、自動化控制工程等，機械專業(yè)學科之間具有交互性、理實性的特點。開設(shè)機械專業(yè)實驗課程，針對既有的理論知識予以實踐驗證，構(gòu)建出理實一體的教學場景，與高素質(zhì)人才培養(yǎng)戰(zhàn)略相契合。機械專業(yè)驗證性實驗融合了問題探究、實踐創(chuàng)新、課程共享的教學優(yōu)勢，針對認知或提出的假說進行實驗驗證，達到學術(shù)科研與專業(yè)教育共融的目的，對機械專業(yè)的教育教學具有促進作用。

一、機械專業(yè)驗證性實驗特性概述

驗證性實驗是對研究對象具備認知或針對研究對象提出假說，并針對此類認知、假說進行一系列的實驗予以驗證的過程。此實驗過程將科學性、嚴謹性貫穿于實驗環(huán)節(jié)中，并通過實驗過程傳達信息。從教學實驗角度而言，驗證性實驗是實驗教學、實驗活動開展的基礎(chǔ)所在。在科學性、完整性的實驗教學體系下，可將實驗所得到的前沿性結(jié)論與理論融入專業(yè)課程教學中。也可將具體實驗中產(chǎn)生的問題作為實驗方案、設(shè)計方法的一種審視基準，深度剖析出驗證性實驗的特性。此外，實驗操作環(huán)節(jié)可將假說作為創(chuàng)新理論，優(yōu)化各項實驗環(huán)節(jié)，強化實驗平臺的教育、科研效用，激發(fā)學生的深度學習思維。一個成功的實驗不僅包含對已有知識的靈活運用，也包含著科學的創(chuàng)新性構(gòu)思。從機械專業(yè)角度分析，以實驗為基礎(chǔ)的專業(yè)課程教學，是理論基礎(chǔ)與實踐動手能力的集成平臺。學生在實踐操作環(huán)節(jié)，能夠夯實知識基礎(chǔ)，提高實踐操作能力。機械專業(yè)驗證性實驗將成為學生今后進行科學研究的基石。

二、目前機械專業(yè)驗證性實驗面臨的困境

在機械專業(yè)教育科研中開展驗證性實驗，可檢驗機械設(shè)計、實操環(huán)節(jié)是否存在隱性問題，同時也可檢驗學生對關(guān)鍵性知識點的掌握情況，提高課程教學的嚴謹性。

（一）驗證性實驗之目標導向

從現(xiàn)階段來看，實驗更偏向于“驗”，針對各項已經(jīng)研習的成果采用理實并行的實驗模式，整個實驗過程缺乏目標導向。學生在實驗操作環(huán)節(jié)，只是按照框架式的實驗工序進行機械化操作，按照教學大綱完成一系列規(guī)定任務(wù)，師生之間缺乏深入的探討和交流。學生在此過程中缺乏獨立思考，不利于實現(xiàn)驗證性實驗的教育目標。

（二）實驗教學表面化與形式化

由于機械專業(yè)驗證性實驗存在實驗指導環(huán)節(jié)刻板、理論與實踐脫節(jié)等問題，降低了學生的學習興趣，使實驗教學過于表面化與形式化。實驗環(huán)節(jié)是課程教學實踐性的體現(xiàn)，但是在機械專業(yè)驗證性實驗的課堂上，教師未注重培養(yǎng)學生發(fā)散性思維，沒有深度激發(fā)學生的學習興趣，弱化了學生的學習主體地位，降低了課程教學質(zhì)量，這樣就很難培養(yǎng)出具有創(chuàng)新能力的學生。

三、機械專業(yè)驗證性實驗設(shè)計方案

（一）設(shè)計目標

機械專業(yè)的課程具有較強的實踐性。在教學實訓環(huán)節(jié)，針對課程抽象化、理論化的知識內(nèi)容，經(jīng)由實操工序予以驗證，學生在操作環(huán)節(jié)可將實踐知識內(nèi)化為知識儲備，拓展學生的學習思維。例如，數(shù)控機床操作、鉗工實訓、車床銑床實訓等，將理論課程與實訓課程進行交互穿插，可增強課程教學的連貫性，實現(xiàn)理實一體化的教學目標，深化技能人才的培養(yǎng)。開展機械專業(yè)驗證性實驗，有利于學生對理論知識與實踐內(nèi)容進行驗證處理，提高學生的專業(yè)素養(yǎng)。

（二）設(shè)計思路

機械專業(yè)驗證性實驗在設(shè)計過程中應(yīng)當融合創(chuàng)新理念，打破傳統(tǒng)實驗工作的局限，將先進的教育技術(shù)、教育觀念融于實驗操作環(huán)節(jié)。學生通過實驗課程能夠深刻理解專業(yè)知識的內(nèi)涵，提高學習興趣，從被動接受轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃荧@取，實現(xiàn)理論教學與實踐操作的充分銜接。

機械專業(yè)驗證性實驗的設(shè)計思路應(yīng)為：樹立主體教學目標，引導學生靈活運用儲備知識，加強以科學構(gòu)思為主導的實驗指導，著重突出驗證性實驗的授課重點，強化理論知識學習與實踐技能培養(yǎng)，突出機械專業(yè)的操作性與創(chuàng)新性。同時，可依據(jù)專業(yè)課程內(nèi)容進行實驗輔導，逐步規(guī)范學生的實際操作。應(yīng)注重教學內(nèi)容與創(chuàng)新性實驗之間的聯(lián)動性，爭取做到高度整合教育資源，解決傳統(tǒng)課堂教學中存在的理實脫節(jié)問題。

四、機械專業(yè)驗證性實驗的實踐與研究

金屬切削原理及刀具是機械專業(yè)的重要課程，主要講解金屬部件加工的力學效果、金屬刀具的結(jié)構(gòu)種類及具體應(yīng)用，并衍生出數(shù)據(jù)加工、有限元模擬、仿真技術(shù)、力學動能守恒、切削用量優(yōu)化等內(nèi)容，知識點相互交叉，需要學生了解課程內(nèi)容，增加理論知識儲備，在實踐環(huán)節(jié)，全面掌握基礎(chǔ)操作技能。金屬切削原理課程將教學與實踐相結(jié)合，實現(xiàn)專業(yè)教學與職業(yè)教育的并行，使學生增強崗位意識。

金屬切削原理驗證性實驗課程教學，應(yīng)融合創(chuàng)新教育理念，突破常規(guī)教學思維，結(jié)合實驗的驗證性、模擬性、實操性特點，細化教學內(nèi)容，貫徹落實主體教學目標，達到 “學中做、做中學”的教學效果。

（一）驗證性實驗教學環(huán)節(jié)

課程內(nèi)容設(shè)定模塊化調(diào)配理論內(nèi)容與實踐內(nèi)容，并選定項目組長（組長可以由專業(yè)教師、專業(yè)素養(yǎng)較高的同專業(yè)學長、課代表等擔任），實驗過程結(jié)合教師下達的操作任務(wù)，指揮、協(xié)調(diào)小組成員的實操環(huán)節(jié)，確保實驗教學有序開展。例如，在切削原理及應(yīng)用課程中的刀具類型及實操等環(huán)節(jié)，均需專業(yè)人員進行引導，明晰理論知識與實踐技能之間的內(nèi)在邏輯，提高教學質(zhì)量。驗證性實驗讓學生全程參與到實踐環(huán)節(jié)中，規(guī)避了教學內(nèi)容信息不對稱的問題，有利于學生在認識實驗、參與實驗的過程中明晰操作原理，提高學習效率。

（二）驗證性實驗操作環(huán)節(jié)

在實驗期間，專業(yè)教師通過解析驗證性實驗中的理論、實踐創(chuàng)新環(huán)節(jié)，明確教學定位，強化知識之間的關(guān)聯(lián)性。例如，實驗課高速切削，實驗目標為完成切削工序；實驗內(nèi)容為認知刀具與待加工材料之間關(guān)系、力學變化屬性。在明確實驗目標后，學生要想完成一系列的操作，則需要清楚了解加工材料的參數(shù)，選取合適的刀具，并設(shè)定自動運行程序。

學生在開展實驗前，應(yīng)充分了解不同刀具的參數(shù)配比，并結(jié)合實驗工序，合理選定刀具及加工方式，這樣有助于進行精細化實驗處理，提高學生的操作質(zhì)量。如果實驗環(huán)節(jié)出現(xiàn)異常情況，學生應(yīng)根據(jù)所學的知識進行分析與改進，對操作工序進行相應(yīng)調(diào)整。例如，切削軸承部件時，如果進給量較大，軸承部件的公差值將較大，當超出實驗基準時，此類部件將面臨報廢。為降低成本損耗，應(yīng)分析切削過程中的各變量，測定不同操控工序下公差產(chǎn)生范圍以及誤差概率等，調(diào)整實驗方法，利用修改后的參數(shù)重新定義實驗環(huán)節(jié)，保證實驗工序的持續(xù)性。在實驗總結(jié)環(huán)節(jié)，教師可引導學生深入分析不同實驗工序的知識點，結(jié)合理論知識學習，提出創(chuàng)新性意見，充分培養(yǎng)學生的核心素養(yǎng)，并為后續(xù)實驗教學的開展積累寶貴經(jīng)驗。

進行實驗工序的設(shè)置與調(diào)整，旨在提高學生的專業(yè)素養(yǎng)，厘清理論知識與實踐操作之間的關(guān)聯(lián)性，強化學生的認知能力。通過對實驗環(huán)節(jié)的熟知與實踐，培養(yǎng)學生協(xié)調(diào)分工、團隊協(xié)作的能力，增強教學資源的利用效果，同時可使教師了解學生的學習狀態(tài)，強化教學效果。

（三）驗證性教學評價環(huán)節(jié)

機械專業(yè)驗證性實驗的開展，將專業(yè)教學與學術(shù)研究相結(jié)合。教師應(yīng)承擔起教學引導的重任，并對各項實驗結(jié)果予以分析，查證實驗環(huán)節(jié)是否存在問題，確保各項結(jié)果的精準性。評價工作的開展針對實驗環(huán)節(jié)起到監(jiān)督作用。模塊化、階段化的教育評測，可起到實驗精細化測評的作用，全方位呈現(xiàn)出驗證性實驗開展中存在的問題。驗證性實驗環(huán)節(jié)中的教學評價，全過程作用于課程教學場景中，輔助與引導教師對課堂實驗進行定位處理，起到協(xié)同監(jiān)管的作用。全方位、立體化的監(jiān)管可打破以往實驗環(huán)節(jié)中的“沉悶”局面，激發(fā)學生的辯證思維，提高了學生的鉆研興趣。

從實踐效果來看，驗證性實驗可消除以往專業(yè)實訓教學的弊端，打造多平臺的教學場景，提高學生的實踐技能和課程教學質(zhì)量。

五、小結(jié)

綜上所述，機械專業(yè)驗證性實驗教學工作的開展，是對繁雜的理論知識通過實操環(huán)節(jié)進行立體化的解析，幫助學生加深對理論知識的理解，提高學生的實驗興趣，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新素養(yǎng)，與機械專業(yè)的教育理念相契合。在后續(xù)發(fā)展過程中，教師應(yīng)注重挖掘機械專業(yè)與實驗、實踐方面的內(nèi)在邏輯，發(fā)揮出驗證性實驗教學的內(nèi)在價值，培養(yǎng)高質(zhì)量的技能人才，服務(wù)于企業(yè)及社會。

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（作者單位：江蘇汽車技師學院）