金 悦， 杨培林， 陈晓南

(西安交通大学 机械工程学院，陕西 西安 710049)

0 引 言

近年来，为了适应社会对人才的需要，各个学校都在进行教学改革，其中加强实践环节是改革的主要内容[1-3]，实验教学的改革理所应当的成为教改中的重要内容[4]。在这股实验教学改革的大潮中，我校投入了大量的人力、物力，从2004年起，对机械设计基础实验中心的实验教学体系、教学模式、实验内容，进行了全面的规划和修改，其中一项重要的内容，就是开设了64学时的综合创新型实验课。64学时的综合实验课，是在做中学的教学理念指导下开设，取得了良好的效果，为后续工作提供了宝贵的经验。通过近几年开发、指导机械基础的综合实验，对综合创新型实验有了一些体会，也发现一些问题，提出来和大家做探讨。

1 64学时综合实验的实验流程简介

综合实验是单独开设的实验课程，每周4学时，实验项目包括综合传动实验、基于慧鱼创意组合模型的机电一体化实验、基于ADAMS的机器仿真实验等10多个与机械设计相关的实验项目，每个实验项目64学时，不同的班级做不同的实验项目，学生可根据自己的兴趣选做实验。每个实验分为3个阶段，第1阶段是布置任务，自学实验相关理论，通过基础实验掌握实验所需技能，第1阶段结束后要做一个简单的考核，检验前期的学习效果。第2阶段是实验研究阶段，由学生自主选题进行研究。第3阶段是提交实验结果，并答辩。要求每组提交一份1万字以上的实验报告，实验周记，每人一份2千字以上的实验心得，实验数据(源程序等)，照片，视频文件，答辩的PPT。表1为实验教学计划进度表。

表1 实验教学计划进度表

2 实验教学的突出问题

实验教学的突出问题是学生没有自主动手的机会，综合实验应该以学生自己动手为基本要求。

为什么我们的学生缺乏动手能力？在指导实验的过程中发现，学生缺乏动手能力的原因有两个，第一个是验证型的实验教学内容造成的，但是还有一个更主要的原因，笔者认为这是根本原因，我们的实验教学评价标准是以得出实验结果为导向，而不是以让学生自己动手做实验的过程为导向，实验的成败与否完全依靠是否得出实验结果说话。从认知心理学的角度而言，完成复杂的综合实验、掌握复杂的概念需要大量的隐性学习[5-6]，但是目前还是以课堂上的理论教学的思维模式评判实验，只重视显性知识的掌握，忽视复杂概念以及实验技能的掌握需要大量隐性学习的事实，造成对实验难度的估计严重不足。

其实验证实验并不像初看起来那么容易，我们看到的容易，仅仅是操作步骤的容易，如果把实验的内容和原理都算上，要求学生在2 h内要完成实验内容，并对实验的各个环节有所了解，能够解决实验出现的问题，2 h远远不够。因为有了以实验结果为导向的评价标准，为了让学生有一个满意的成绩，老师只好把操作的环节提取出来，写成实验操作步骤，保证学生能够得到实验结果，如此导致学生做实验只是对实验设备进行简单的仪器操作，然后得出一组高度理想化的数据，最后，将这组数据和书上的结论抄上实验报告完事。

验证实验之所以不能起到锻炼学生能力的最大问题，不是因为实验内容简单，而是因为我们以实验结果为导向的评价方式以及追求所谓的学习效率导致了错误的学习方法，从这个意义上说，学生缺乏动手能力是评价标准不合理所占的比重更大，综合实验如果把培养学生的能力作为主要目标的话，要保证学生真正掌握实验中需要的知识内容，首先要确保实验是学生自己循序渐进学习后动手完成的，不是模仿老师的操作完成的，这是综合实验中需要遵循的重要原则。另外，实验的内容应该循序渐进，开始不宜过多过难，要让多数学生能够完成，这也是实验设计的重要原则之一。

3 学生自主选题

自主选题是综合实验的一个重要环节，我们的实验给学生提供题目，但是更多的主张他们自主选题，因为综合实验项目对学生而言有一定的难度，实验过程和实验结果都不可预期，整个实验过程就是一个不断学习探索的过程，而选题是让学生达到自主学习的重要一步。

最初我们综合实验开出的时候，给学生提供了几个题目，也可以让学生自己选题，自主选题是一种尝试，后来发现，自主选题的学生做的比给定题目的学生效果好，他们感觉收获也比较大，相反，做给定题目的学生倒是一直处在一种惶惑的状态中，于是我们就大力鼓励学生自主选题。指导实验的过程中发现，自主选题并不单单是因为学生对自己的选题有兴趣，还因为自主选题实际上是学生学习的一个重要过程。自主选题实际上是引导学生自己寻找构成问题的情景，而情境中的资料有助于发现问题，解决问题[7]。

综合实验项目一般形式是让学生用一种复杂的工具进行研究，那么这个复杂的工具究竟有什么功能，往往是语言没法表达清楚的，因为我们的语言只能类比和线性描述，当我们说大海的时候，我们会说大海是蓝色的水，那么学生需要知道蓝色、知道水，至于大海的其他性能则不能用一句话表述清楚，而海水其他性能之间的关系，更难以用一句话表述清楚，所以当我们的语言将复杂的概念用一条条割裂开来的简单概念形容的时候，学生是无法理解的，复杂的概念需要学生自己通过实践、感知才能整合出完整的概念。国外的教学中强调在实践中以“经验”和“直觉”理解课程内容[8]，自主选题是达到这一目的的很好的方式。

以“经验”和“直觉”理解课程内容的合理性在我们的仿真实验中有清晰的表现，在我们给学生的阅读资料中，既有用术语写成的关于仿真的教材，也有关于仿真的案例，但是仿真究竟是怎么回事，学生通过阅读教材很难把那些术语理解明白，但是你直观地告诉学生，把一个曲柄滑块机构用ADAMS做一个运动分析，然后找个感兴趣的机构用ADAMS研究一下，他们就会在一个个摸索的过程中逐渐体会什么是仿真，体会书本上的术语。有一组学生，仿真的开始要研究指甲刀，后来是雨伞，慢慢的，过了几个星期，才想到研究机械手，最终，他们研究一个硬币压制机构，他们在选题的过程中，通过实践，逐步对术语了解了，而最初只有术语的描述，他们很难理解术语的含义，无法探究术语的意思，反而不知所措。所以选题实际上是给了学生学习的一个线索。

4 团队合作，强强联合

综合实验都是以小组为单位开展的，所以团队合作特别重要，团队合作里最重要的并不是强调学生如何协调分工，而是要求学生强强联合。笔者最初也是觉得团员之间的分工协作最重要，但实践中发现，影响一个小组成功与否的，并不是分工协作的问题，而是能力匹配的问题。有的班级，学委出于好心，让学习不好的学生和学习好的学生在一组，如果这一组好学生比较多，那么搭一个成绩不好的学生那还好办，曾经有一次，一个组里一个学习中上等的学生，搭了一个学习中下等的和两个学习不好的学生，造成这个学习中上等的学生极大的负担，整个实验都是在指望那个学习中上的学生在做，这个组的任务完成的极其艰难，完成质量也很不理想。学习成绩不理想的学生在遇到比自己强的学生搭伴时极易产生依赖性，在实验中强调强强联合，要求学习成绩不是很好的学生自己组队，这样有利于他们的学习。

通过实践发现，强强联合的原则有助于学生的提高，成绩好的学生自然不必说，成绩不是很好的学生，由于没有了依赖思想，往往能让自己的能力发挥出来，在课程中找到自己的信心。在教学中发现，所谓的成绩好的学生和成绩不好的学生的最大的差异，就是成绩好的学生在遇到难题的时候，能够坚忍不拔的不断尝试，最终找出解决办法，而成绩不好的学生，当遇到难题的时候，就放弃了，如果让这些成绩不好的学生没了依赖思想，会让他们的能力有极大的提高。曾经有几次，成绩不好的学生遇到难题时来问，我们是否可以换别的题目，回答他们说：只要你有充分的理由就可以，他们想想又回去继续做下去，最终克服了难点，能力、信心得到很大的提高[9]。

在指导综合实验中最具成就感的是两个情形，一个是成绩好的学生做出了出色的成果，另一个就是成绩不算好的学生通过实验感觉自己的学习能力、解决问题能力有了极大地提升，这种能力上的提升，对学生个人来说意义极大，也是我们作为教育工作者追求的终极目标。所以，这里将强强联合作为综合实验中重要的环节提出，它使每个学生都在实验中有所收获。

5 实验成绩考核

实验成绩，不仅是评定学习成绩的工具，它更是实验方向的导向，因此，实验成绩的评定，在实验中是非常重要的。综合实验是一个激发学生学习、探索、研究的过程，它的成绩评定，不仅是评定学生的学习成果，还需要在激发学生上起到作用。我们的实验成绩评价，引入了过程评价和实验结果相结合的方法[10]。

实验成绩分为3部分，平时成绩、报告成绩、答辩成绩。报告成绩根据所做研究的研究深度、工作量来定，占总成绩的60%；答辩成绩占总成绩的10%，主要是考核是否把所做的工作汇报清楚；平时成绩占总成绩的30%，这30%又由15%的考勤，5%的测试成绩和10%的平时表现组成，平时表现依据实验心得和学生和老师的交流来评定。实验鼓励学生多和老师交流，表达自己的见解。

为了避免学生在心得中言不由衷，实验心得评分不计入实验成绩，并给学生提出了如下标准：①真实可信；②能充分说明实验中面临的问题；③说明实验中最主要的收获；④有独特的角度和创见；⑤充分说明实验中所遇到的问题和解决经过；⑥能充分反映实验的过程；⑦能充分说明自己在实验中起到的作用；⑧通过实验对某个问题有了以前不曾有过的深刻的体会和见解。在以上几个方面中选择自己觉得最有特色的观点写出来。心得贵在以自己的视角表达自己的认识，越独特越是好的心得。

另外，实验周记在实验中虽然不评分，但是实验周记是一个非常好的督促学生规划任务，督促自己的措施，最初担心任务太繁重，并没有规定写实验周记，但是实验开过两轮之后，有学生自发写的周记效果非常好，其他没有写周记的学生也都后悔没有写周记，大家建议把写周记纳入实验要求，于是我们就添加了这一条要求。

实践表明，这一套评价标准能较好的反映学生的学习情况，是比较合理的。

6 学习引导

综合实验是一门教学方式完全不同的课程，在学生已经经过的学习经历中，这种教学方式是全新的，所以对学生做学习方法上的引导必不可少，如果不对学生做引导，学生会觉得无从下手，而且韧性不足，难以满意的完成实验，所以综合实验的学习引导至关重要。它主要是以下几个方面：① 解决学习方式的问题。学生最容易发生的问题就是习惯于把所有的问题都想清楚了才开始行动，他们不知道探索学习是一个一边做一边学的过程，所以，我们实验之前对学生强调，不要花大量的时间去看操作手册，复杂的操作手册仅仅凭看是看不会的，先看功能，知道工具能做什么，然后自己给自己设定小的任务，在完成任务的过程中学习需要的命令，实践表明，这种任务分解的提示能让学生迅速进入学习状态，而不是抱着手册心中忐忑的发愁。② 教会学生学会提问。一个学生提问的方式就反映了他是否进行了思考，有的学生提的问题就反映了他是期待别人给他灌输，而不是自己摸索，遇到这种情况，我们就分解他的问题，让他从自己动手从提出的问题着手。③ 告诉学生自主学习的时间耗费，让学生有一个合理的预期，这样可以培养他们的韧性[11]。

7 综合创新型实验的需要避免的误区

综合创新实验的教学目标是培养学生研究分析以及创新的能力，这是终极目标，而所研究的题目、内容，只是实现这个目标的实践平台。但是在设计实验之初却可能因为难以克服的急功近利的思维方式，在开发综合实验的时候，把注意的焦点放在了实验内容是否复杂、难度是否大，实验题目是否前沿这样的问题上，忽视了实验的教学方式是否能够培养学生的研究分析能力这样一个更本质的问题上。急功近利的结果就是容易把学生掌握复杂操作内容作为教学的主要目标，讲究效率，忽视内隐学习的特点，又回到满堂灌的老路上。如果明确综合创新实验的主要目标是培养学生的研究分析能力，那么就会把重点放在让学生发现、提问上，在实验中强调学生的自主性。

其实，不论实验的内容是否难、是否前沿，都不妨碍我们培养学生的研究分析能力，因为探索研究实际上是我们人的一种本能，只是由于应试教育的片面导致我们的学生探索、分析能力被荒废，只要我们把培养学生的研究分析能力作为我们主要的教学目标，那么在现有的资源下我们同样能够取得好的教学效果，在综合创新型实验中，教学方法比教学内容起到更重要的作用，这一点，希望大家有足够的认识，在我们目前教育资源有限的环境下，这一点尤其重要[12]。

8 结 语

经过多年的实践，综合创新实验在培养学生的研究能力和创新能力上，取得了良好的效果，基于慧鱼创意组合模型的机电一体化实验，有4组学生参加了第四届全国大学生机械创新设计大奖赛慧鱼组的比赛，取得2个一等奖，2个二等奖的好成绩，其中一组还获得第四届全国大学生机械创新设计大奖全国二等奖。基于ADAMS的机器仿真实验的学生中，有一组学生将实验内所做的仿真研究，写成了专业论文，已在专业杂志发表。说明这种综合创新型实验的教学方式对培养学生的研究能力和工程能力有很大的作用。

我们这种综合实验的方式，在学时安排和教学内容上，和国外的教学方式非常类似[13-14]，最为可贵的，这种方式让成绩好的学生和成绩中等的学生都能有很大的收获，成绩好的学生得到了一个展示自己潜质的平台，做出超出自己预期的工作成果，成绩中等的学生，有相当数量的学生体会到自主学习的乐趣，能力有很大的提高，但是对成绩差的学生中的大多数，目前还没有有效的办法让他们有较大的收获，多数学生还是陷在完成任务的被动思维里，这是后续需要继续探讨的问题。另外，在保证学生掌握知识的基础上，如何让学生更有效率的学习，是今后需要继续深入探索的。

综合实验的开设方式和评价综合实验的教学标准，还处于比较模糊的状况，学校里做理论教学的老师是主流，他们对综合实验的评判和理解，往往带有课堂教学的烙印，他们很少接触学生做实验的情况，满堂灌的教学思想一时难以彻底改变，考虑内容改革比较多，教学方法上的改革考虑比较少，教学方法上的改变不易受到认同甚至遭受误解。当整个工程教育界对综合实验的教学方式达成共识之后，对实验的设计能够从认知心理学的角度有了比较科学的评估之后，综合实验教学方式的研究才能进入更深层的问题[15]。

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