基于现代信息技术的高校机械基础实验教学改革研究

［摘 要］文章针对聊城大学机械与汽车工程学院机械基础实验课程教学中存在的问题，以课程目标为导向，借助现代信息技术，结合虚拟仿真实验平台和网络技术手段，从实验教学目标、教学内容、教学方案、基于信息技术的教学模式及课程考核评价机制等方面开展一系列改革与探索，提出“理论教学→实验教学→理论教学”闭环教学模式，有助于增强实验教学和理论教学的联系，获得更好的实验教学效果。

［关键词］虚拟仿真技术；机械基础实验；教学改革；评价机制

［中图分类号］G642 ［文献标识码］A ［文章编号］2095-3437（2024）14-0052-04

高校机械基础实验是机械类相关专业教学中的一个关键环节，对于培养能够从事机械领域工程研发、质量检测，以及产品研究、开发、生产等工作的高级技术型人才具有重要的作用。机械基础实验是对高校机械类专业课的延伸性学习，是培养学生创新能力以及工程实践能力的重要课程，能够提高学生的科研能力，为学生以后从事机械相关领域的科学研发、工程实践奠定基础[1]。

基于现代信息技术的实验教学，有助于推动信息技术与高校实验教学的深度融合，提高学生学习的主动性、积极性、探索性，是当前高校实验教学改革的重要教学方法[2]。而当前的虚拟仿真实验教学能够克服场地、时间、设备等因素的制约，更安全、更立体地呈现教学过程和教学内容，受到越来越多的高校重视并被广泛深入研究[3-4]。

一、机械基础实验教学现状分析

（一）机械基础实验课程简介

机械类系列课程是聊城大学机械与汽车工程学院（以下简称学院）机械设计制造及其自动化、机械电子工程、车辆工程专业的学科基础课。机械基础实验是机械类系列课程的重要教学部分。机械基础实验包括机械设计、机械原理、工程材料与机械制造基础、互换性测量与技术、材料力学、液压与气压传动等6门课程的实验项目，2022版最新大纲规定机械基础实验有20个实验项目，总共48学时。该课程每年承担学院400余名学生总计1000余学时的实验教学任务。

机械基础实验室现有实验设备普遍存在台套数少、部分设备太老旧、设备不好操作、测量结果有误差等问题，而各个专业的班级人数则比较多，有30～40人。因此，在实验时需要对学生进行分组，组内几名学生共同使用一套设备进行实验，或者轮流进行实验，无法保证学生独立进行实验，导致学生不能充分地进行实验，难以取得理想的实验效果。

（二）机械基础实验课程传统教学模式

机械基础实验传统的教学过程为：（1）实验教师根据大纲安排制订本学期教学计划，具体教学计划需要结合学生课程时间、实验室及实验设备情况而定；（2）在实验之前1～2周时，下发实验指导书，要求学生进行实验预习，并填写实验报告预习部分；（3）按照教学计划进行课堂实验，在实验之前，实验教师需要检查学生的出勤情况，并检查学生的实验预习情况；（4）实验教师讲解实验目的、实验原理、实验设备、实验步骤等教学内容，并重点讲述实验注意事项，时间约为30分钟；（5）学生根据教师的讲解进行实验，组内学生共同或者轮流完成实验，并获得实验结果；（6）学生根据实验情况整理实验报告，将形成的最终实验报告上交教师并由其存档。具体教学过程如图1所示。

（三）机械基础实验传统考核评价方法

机械基础实验是独立设置课程，按照大纲要求，采用考查的方式进行成绩评价。传统的成绩评价方式包括两部分，即平时成绩和报告成绩。平时成绩主要考查学生的实验预习情况、出勤情况、课堂实验完成情况，满分100分，占总成绩的20%；报告成绩主要考查学生的实验报告整理情况，即实验结果是否正确、结论分析是否合理、实验报告是否完整、书写是否整洁等方面，满分100分，占总成绩的80%。

（四）机械基础实验课程存在的问题

对标专业培养目标及毕业要求，传统的机械基础实验教学存在如下问题：（1）实验教师和理论教师不是同一位教师，相互之间缺乏沟通协调，容易导致实验教学不能很好地辅助理论教学，不利于培养学生的综合能力；（2）实验设备太少，而且实验教师要占用一部分实验课堂时间来讲解实验内容，学生不能充分进行实验，导致学生容易失去实验兴趣，限制了学生的开发、创新能力；（3）学生仅通过实验指导书进行课前预习，存在部分学生不预习、抄袭预习内容的现象，不利于培养学生良好的学习习惯；（4）课程考核评价形式简单，主要考核内容为实验报告，容易产生学生抄袭实验报告的现象，不利于培养学生主动思考、深入钻研的能力。

二、基于现代信息技术的教学改革研究

基于现代信息技术的实验教学平台建设和发展，推动了高校实验教学改革，实现了教学信息从信息源到学习者之间个性化、智能化、泛在化的传递，具有明确的教学目的、教学内容和教学对象，体现了教学形式的创新[5]。课程平台的建设和发展推动了现代信息技术和实验教学项目的深度融合，优化了教学内容，拓展了学生学习深度，延伸了实验教学时间和空间，提升了实验教学的质量和水平。

为了解决学院现阶段实验教学存在的问题，根据机械基础实验课程特点和教学内容，以学生为中心、教师为引导、课程能力培养为目标，结合国家虚拟仿真实验教学课程共享平台、高等学校机械工程学科虚拟仿真实验教学平台及雨课堂等信息技术平台，拟从实验教学内容、实验教学方案设计、虚拟实验平台、混合教学模式、考核评价等方面展开一系列的改革研究，以期探索形成基于信息技术的机械基础实验课程闭环教学新模式。

（一）教学目标与教学内容优化

聊城大学机械与汽车工程学院《本科专业人才培养方案（2022版）》中对机械基础实验课程的培养目标及毕业要求分为3类4项能力指标，以实验项目为载体，将各项指标细化到每一个实验任务和要求中，形成实验内容与能力目标支撑关系（如表1所示），驱动学生利用已经掌握的理论知识和实验方法，在实验中学会动手实践、自主学习、探索研究、创新设计，在实践中培养专业能力、科研能力、科学思维习惯和综合创新意识[6-7]。

（二）实验教学方案设计

在制订“理论教学→实验教学→理论教学”的闭环教学方案过程中，需要实验教师与理论教师相互沟通、协商。具体实施方法如下。

首先，理论教师在理论教学中讲解相关专业知识，引出专业问题，以激发学生的学习兴趣，研究探索解决问题的方法，引导学生在实验中解决问题，增强学生实验的主动性。

其次，实验教师根据理论教师的专业知识要求，设计具体的实验过程，并在实验过程中引导学生解决专业问题，得出结果，分析结论。结合学生实验过程、针对学生的实验结论，实验教师给出专业的总结性建议，培养学生通过实践解决问题并分析总结的能力。

最后，实验教师将专业建议反馈给理论教师，理论教师根据反馈意见在理论课堂上结合实验现象、针对实验结论给出重点的讲解，使学生能够将理论和实验相结合，达到专业培养目标的要求。

（三）基于现代信息技术教学模式的设计

在有限的实验时间和实验空间制约下，可以变革传统线下机械基础实验教学模式，引入“综合性、探索性、创新性”的实验教学方法，合理安排实验教学的各个环节，将实验教学与信息技术相融合，提高学生的综合素养。

实验课前大约一周时间实验教师在网络平台下发实验任务和实验要求，要求学生结合实验指导书了解实验目的、实验设备、实验原理，在虚拟仿真实验平台进行虚拟实验，获得实验结果并分析实验结论。通过完成以上实验任务，填写实验报告预习部分内容，并将实验中的问题进行总结。实验教师结合实验报告填写情况、虚拟仿真实验完成情况掌握学生的学习过程，为课程评价提供依据。

实验课开始前5分钟，教师通过雨课堂要求学生随堂完成实验预习测试，检查学生的预习情况，避免部分学生不预习直接进行实验。这项测试结果直接作为课程评价的依据之一。因为前期已经完成了虚拟实验，所以在课堂中实验教师仅对实验注意事项进行强调，要求学生根据预习独立开展实验。实验教师在课堂中密切观察每名学生的实验进展情况，并及时排除设备故障和答疑解惑，同时将学生的课堂表现进行记录，作为课程评价的依据。实验课结束前5分钟，教师同样通过雨课堂要求学生完成随堂测试，检查学生实验完成情况、实验结果是否正确、结论分析是否合理，并给出实验课堂的总结性建议。这项测试结果也将直接作为课程评价的依据之一。最后，实验教师针对实验课堂各个环节作出总结，引导学生解决理论教学中的专业问题。

实验课后，要求学生整理实验报告。实验报告中要将实验过程、实验结果、实验结论、实验中碰到的问题以及解决方法等几个部分完整表述。实验报告的整理，能够锻炼学生总结分析的能力，提高学生自主继续研究学习的兴趣。实验报告也作为课程评价的依据之一。

（四）课程考核评价机制的改革

实验教学考核评价机制应综合考查学生的创新意识、动手操作能力、独立完成度、实验结果的正确性、实验报告的整理情况等多项内容，从多方面评价学生的学习能力和教师的教学效果，对学生在实验相关的各个阶段的表现均进行考核。考核过程分为预习阶段考核、随堂考核、课后考核。结合课程指标要求，采用科学的量化方式对学生的实验情况进行综合评价。课程评价方式如表2所示，总成绩由三部分组成：预习阶段考核（占比20%）、随堂考核（占比30%）、课后考核（占比50%）。制定科学的评价机制，注重过程考核，加大实践力度，以激发学生的学习兴趣，提高其实践能力及团队合作精神等综合素质[8]。

三、结语

本文基于现代信息技术的实验教学改革研究，将虚拟仿真技术、网络技术平台与实验课堂进行有机融合，提出了“理论教学→实验教学→理论教学”闭环教学模式，利用多元化的教学方法和教学手段，能够很好地解决学院当前实验教学中普遍存在的问题，显著提升教学效果，也使学生在掌握实验技术、提高实验技能、解决实验问题的同时，提升了科研素养，树立了良好的人生观、价值观。教学改革的进行也符合学院建设高水平应用型大学的总体思路，并为服务地方经济社会发展起到了积极的促进作用。我国各高校有必要充分重视机械基础实验教学的改革和研究，以培养具备掌握系统专业知识和工程实践技能的高素质人才，使其将来能从事机械工程领域的设计开发、生产制造、科学研究、生产组织与管理等方面的工作。该课程的改革和研究也可为当前高等教育发展形势下实验课程的改革提供一定的借鉴。

［ 参 考 文 献 ］

[1] 刘婕，刘微容，刘朝荣，等.电子技术实验线上线下混合教学模式改革[J].实验科学与技术，2023，21（3）：123-128.

[2] 尉小荣，徐建，李洋洋.高校国家级示范性虚拟仿真实验教学课程建设与应用现状分析[J].实验科学与技术，2022，20（3）：26-30.

[3] 牛礼民，贾丰源，张国涛，等.新形势下车辆系统建模与仿真课程的教学改革研究[J].大学教育，2023（18）：45-47.

[4] 马汇淼.网络技术在高校本科实验教学中的应用[J].高教论坛，2020（27）：21-22.

[5] 李洪硌，杨淮钦，李晓美，等.一体化教学模式探索与实践：以新能源汽车构造课程为例[J].大学教育，2023（16）：67-70.

[6] 刘雁，王天佐，李杏彩.高校实验教学改革对学生创新能力培养的作用[J].大学，2021（30）：158-160.

[7] 郭安福，包春江，王敏.基于MOOC的机械设计教学实例[J].机械设计，2020（37）：249-253.

[8] 左敏，滕新营，赵德刚.基于OBE理念的工科专业教学效果评价方法研究：以“金属工艺学”课程为例[J].科教导刊，2023（30）：68-70.

［责任编辑：雷 艳］