摘要 本文从教学理念与改革思路、教学体系与教学内容、教学方法与教学手段、教学效果与成果等方面探讨了国家级实验教学示范中心——天津大学机械工程实践教学中心关于面向创新型人才培养的机械工程实践教学体系的建设。
关键词 创新型人才培养 机械工程 实践教学
中图分类号：G642 文献标识码：A
1 教学理念与改革思路
作为教育部和中国工程院共同实施的卓越工程师教育培养计划项目的首批十所高校之一，天津大学非常重视实践教学环节，重视国家级实验教学示范中心的建设。2004年，天津大学投资3300万元建成15000㎡的实践教学大楼，将原来分散的实习中心和各基础实验室以及专业实验室集中在一起，成立了机械工程实践教学中心。
天津大学机械工程实践教学中心围绕国家级实验教学中心的建设目标，明确了长期建设发展方向：
（1）围绕学校人才培养目标“培养理论基础厚、专业口径宽、实践能力强、综合素质高，具有社会责任感、国际视野和创新精神的高层次人才”进行中心的规划和建设。
（2）深化工程实践教育改革，树立以学生为主体，教师为主导，知识、能力和素质协调发展的教育理念；提升认知、动手、创新三个能力和整体综合素质的培养。
（3）构建工程实践教育体系，将实践教学活动贯穿于现代工程教育的各个环节，用科研成果带动系列课程和教学实践环节创新。
（4）整合优化资源配置，与机械工程学科发展紧密结合，统筹规划实验室建设，以学科科研成果提升本科生实验教学水平。
2 教学体系与教学内容
2.1 建立与理论教学有机结合，以能力培养为核心，分层次的实验教学体系
配合工程实践教育改革，中心建立层次化、模块化实践教学体系。将实践教学内容划分为基础型实践教学、综合设计型实践教学和研究创新型实验教学三个层次。形成了包括实习、实验、课程设计、毕业设计、课内外科技创新活动等主要教学环节，贯穿于本科教育人才培养全过程的综合工程实践教育的新体系。
（1）基础型实践教学：面向本科低年级学生，培养基本的工程实践能力。学生根据实验指导书的要求，在教师指导下，按照既定方法和仪器条件，完成全部实验过程，以深化课堂理论教学，培养学生基本实验能力。
（2）综合设计型实验教学：面向机械类和近机类学生，培养综合应用知识能力和一定的系统集成能力。学生经过一个阶段理论课和实验课的学习，综合运用所学知识和技能，完成一定的实验内容。可以在一门课程的一个小循环之后安排综合实验，或在几门课程之后安排较大规模的、较长时间的综合实验，在教师指导下，采用集设计与制作为一体的开放式教学模式进行，主要目标在于培养学生理论联系实际和综合设计与实验能力。
（3）研究创新型实验教学：面向机械类高年级学生。学生根据实验题目，运用所学知识，开展创造性思维，确定实验方案。独立操作完成实验，并进行综合分析。培养学生的独立思考（科学研究）能力、组织能力、实验能力和创新能力。
以我校黄田教授科研成果——Diamond 高速并联机械手为载体，以其技术创新过程为典型案例，将设计、制造和控制三大系列课程的主要内容贯穿于机电产品的研究、创新与开发流程中，是以培养学生综合应用知识能力和系统集成能力，进一步提高学生的工程设计能力、工程实践能力和科技创新能力。并联机械手实验室面积120平方米，可同时容纳一个班学生开展实验。实验贯穿了包括概念设计、运动学/刚性动力学分析、结构设计、三维造型与运动仿真，工艺设计、数控编程、零件加工、装配，机械手离线编程、控制系统搭建、程序网络传输、运动控制等内容系列课程的堂上案例教学和实验教学；使用同一载体，开设创新型综合实验，构建可重构的模组散件和控制系统。该实验是以科研成果为引导的研究创新性教学——Research lead teaching，并实现了实验教学的国际交流。这种基于“1+X”模式的教学改革与实践，获2009年第六届高等教育天津市级教学成果一等奖。
基础型实验 28个，占54.9%；综合设计型实验20个，占39.2 %；研究创新型实验3个，占5.9%。综合设计型实验和研究创新型实验占总实验的45.1%。更新实验占总实验的15.7%。
2.2 教学内容注重传统与现代的结合，与科研、工程和社会应用实践密切联系，融入科技创新和实验教学改革成果，实验项目不断更新
在实验内容建设方面，着重开展以下三方面的工作：
（1）规范基础实验教学内容。对于传统的基础实验，进行规范化管理，更新实验手段，修订实验教程，完善实验内容，提高教学效果。
（2）加强数控等新设备、新材料、新工艺等实践教学内容。利用世行贷款、天南大共建、“985”项目等建设经费，采购一批数控车床、数控铣床、电火花加工等设备，加强数控技术实践教学内容。
（3）采购快速原型、教学机器人、MPS模块化制造系统、激光焊机、三坐标测量机等设备和仪器，用于实践教学，筹建了金相实验室和熔模铸造实验室，丰富了教学内容。
3 教学方法与教学手段
（1）实验教学实施过程中，不断引入现代技术，采用多媒体等教学手段，融合计算机辅助设计及制造等多种方式辅助实验教学。例如：通过多媒体资料作为实习、实训的辅助教学手段，扩充学生对机械加工全面知识的认识，开阔视野。在线切割实习环节，利用CAD、CAM软件辅助教学，使学生对现代加工流程有直观的认识与了解。
在实验教学方案的设计中，中心注重启迪学生思维，注重培养创新意识。通过开放实验室建设和创新实验的开发、开辟校外实践教学基地，组织大学生工程训练综合能力竞赛、全国大学生机械产品数字化设计大赛、机械产品创新设计大赛等科技竞赛活动，有效地培养学生的创新意识和工程实践能力。
（2）建立适应学生能力培养、鼓励探索的多元实验考核方法和实验教学模式。中心采用命题实验、自选实验、开放实验等多种方法，逐步形成以学生为中心的自主式、合作式、研究式实验教学模式。所有试验全部为学生亲自动手完成，培养学生的创新、实践能力。不同实践教学模块采用不同的考试制度和考试方法。对于独立设课的综合性、研究型、开放式实验，重点考核学生的完成项目的思路、质量、工作态度、团队合作精神和研究创新能力，并为此制定了详细的评分标准，其中包括实验操作、实验报告和实验总结等内容。改革考试制度和考核方法让学生真正体会到：考试是手段，真正学到本事才是目的。 中心鼓励学生自主设计实验和多人共同设计大型实验。例如：机器人创意设计及三维实体构型创新实验旨在锻炼学生自主创新能力以及熟练使用三维实体绘图软件的能力；实验要求学生分组进行，在具备一定的知识背景后，融入创新理念和方法，鼓励学生从生活中观察、讨论、研究并确定每组各自的机器人方案，完成从概念设计、功能设计到产品构型设计的过程。在成果展示阶段，本组对各自机器人的名称、功能、用途和传动机构的特点等做详细介绍，同学们自由提问与当堂解答的方式调动了课堂气氛，最终成绩为各组互评和教师打分相结合。为学生在机械原理与机械设计等后续课程的学习中奠定基础。
4 教学效果与成果
中心以现有机械设计实验室为依托，以机械设计模型室为主要基地，建立贯穿于大学生认知实验、课程实验、课程设计，以及课外科技创新活动的综合性开放实验室硬件环境。中心建立了面向学生课外开放的实验室，建立创新设计实践教学平台，成立大学生创新活动俱乐部。“大学生创新活动俱乐部”的功能是学生与教师、学生与企业之间沟通的平台，是实验教学的一个辅助机构。俱乐部强调成功是一种财富，失败同样是一种财富，重在实践；强调各类创新活动，但并不以大赛获奖为目标；强调跨专业的团队合作和知识的融合。组织不同年级、不同专业的学生参与创新实践活动。建立了多个学生实践活动基地，例如：“天津金轮自行车集团有限公司”、 “天津福源世纪生物质能源技术”、 “天津东义镁制品股份有限公司”、 “天津赛象科技股份有限公司”。学生们在参加创新实验活动的过程中，通过深入“天津福源世纪生物质能源技术”活动基地，参加了节能减排大赛并获奖。
实验室开放活动已经在天津大学本科生中成为一种重要的学习形式。以机械类学生为例，每届学生约150人，参加开放式实验的学生约30人，参加大学生创新俱乐部的学生20余人，参加天津大学机器人大赛常规赛项目的学生约20余人，参加其他各类竞赛预赛及决赛的学生约30人，参与教师科研项目的学生约40人，总计参与各类实验室开放活动的学生占应授课人数超过60%。通过这些活动，学生获得省部级以上奖励或发表论文。
天津大学机械工程实践教学中心经过5年的建设，形成了鲜明特色。在机械工程一级学科的平台上，构建了面向创新人才培养的，服务于多层次工程实践教学活动和科技创新活动的机械工程实践教学体系，并具有强大的示范辐射功能。