農業(yè)水利工程專業(yè)設計性實驗初探①

陶洪飛，馬英杰，趙經(jīng)華，朱成立，2，洪 明，付秋萍，唐清亮

(1．新疆農業(yè)大學水利與土木工程學院，新疆烏魯木齊830052;2．河海大學水利水電學院，江蘇南京210098)

“卓越農林人才教育培養(yǎng)計劃”是貫徹落實2010－2020年《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要》的重大改革項目，是促進高等農業(yè)教育發(fā)展與農業(yè)及農村經(jīng)濟社會發(fā)展緊密結合的重大舉措［1］。依據(jù)“卓越農林人才教育培養(yǎng)計劃”，新疆農業(yè)大學結合“理論聯(lián)系實踐，教學結合生產”的辦學方針，以及立足新疆，面向全國，服務“三農”與水利行業(yè)，主動為區(qū)域經(jīng)濟社會發(fā)展服務的農業(yè)水利工程人才目標，制定了農業(yè)水利工程專業(yè)培養(yǎng)標準。其中，農業(yè)水利工程專業(yè)的實驗教學環(huán)節(jié)對培養(yǎng)復合應用型農林人才起著至關重要的作用，而目前新疆農業(yè)大學水利與土木工程學院農業(yè)水利工程專業(yè)的實驗多數(shù)是驗證性實驗和綜合性實驗，并未設置設計性實驗，而該實驗往往是實驗教學改革的重點內容［2－5］，故有必要探索適合新疆農業(yè)大學農業(yè)水利工程專業(yè)的設計性實驗。

1 設計性實驗的選題

設計性實驗是高層次實驗，與其它實驗不同，它是根據(jù)指定的實驗目標、實驗室條件及實驗要求，學生發(fā)揮主觀能動性，設計實驗方案(包括實驗內容、實驗步驟、實驗人員分工、實驗數(shù)據(jù)記錄表等)完成實驗［6］。通過設置設計性實驗可將傳統(tǒng)驗證性實驗轉化為研究性實驗，傳統(tǒng)動手實驗轉化為既動手又動腦的實驗，傳統(tǒng)按部就班的實驗方案轉變成學生主動精心設計的實驗方案。而設計性實驗的選題非常重要，一般題目要具有創(chuàng)新性、綜合性和代表性，選題時應考慮學生的興趣及可操作性，同時與卓越農林人才教育培養(yǎng)計劃的培養(yǎng)目標及新疆科技發(fā)展方向相結合，堅持多知識面的綜合應用，堅持學生興趣與教師引導結合。

目前新疆農業(yè)大學水利與土木工程學院已形成農業(yè)水利工程與水土保持教研室到水利與土木工程學院二級審核制度，對設計性實驗題目的代表性、創(chuàng)新性、可操作性等方面進行把關。教研室成員對設計性實驗題目和實驗方案展開討論分析，并根據(jù)農業(yè)水利工程實驗室和全自動微灌系統(tǒng)仿真實驗室的實驗條件以及實驗教學老師的安排進行論證。教研室通過后將設計性實驗方案上報至學院，學院組織專家(至少2名副高級)在學院范圍內進行論證，并現(xiàn)場評審，填寫相關建議和意見，只有學院同意，才能開展設計性實驗。

2 設計性實驗的思路

設計性實驗主要針對大三和大四的學生，他們可以根據(jù)興趣選擇自己喜歡的設計性題目，組成5～7人的團隊，開展實驗，讓傳統(tǒng)的“要我做實驗”轉變成“我要做實驗”，充分發(fā)揮學生的聰明才智和創(chuàng)造力。為讓學生擺脫對實驗指導書及指導教師的依賴，從傳統(tǒng)實驗的模式中走出來，形成提出問題、解決問題的意識，在開始設計性實驗之前，為學生提供一些參考思路，并提出一些基本要求。

新疆地表水多為山溪性河流，泥沙含量高，若不處理則很容易將灌水器堵塞。目前，采用沉沙池加過濾器的方法去除微灌用水中的泥沙，從而防止灌水器的堵塞，以滿足微灌要求。其中，過濾器是微灌系統(tǒng)中的關鍵性設備之一，也是保證微灌系統(tǒng)正常運行、延長工程使用壽命、提高灌水質量的重要設備。篩網(wǎng)過濾器作為最后一級除沙設備，其水力性能與泥沙處理能力對微灌系統(tǒng)設計及運行管理具有重要的意義，故篩網(wǎng)過濾器清水實驗和渾水實驗的研究具有代表性和前沿性。下面以篩網(wǎng)過濾器清水和渾水試驗的研究為題目做如下介紹。

2．1 查閱資料制定實驗方案

學生根據(jù)實驗目標，查閱書籍及文獻資料，從中了解與研究對象有關的基礎知識，收集和分析與設計性實驗有關的實驗原理、內容、方法、步驟等;開放實驗室，學生可預約時間進入實驗室了解實驗裝置、實驗條件及實驗儀器等，明確與實驗有關的實際問題，為制定周全的實驗方案做準備工作。如篩網(wǎng)過濾器的清水和渾水試驗研究，要明確研究對象為篩網(wǎng)過濾器，實驗的研究目標是得到清水條件下該過濾器的水力性能，渾水條件下該過濾器的水力性能和泥沙處理能力。教師可指導學生通過圖書館的數(shù)據(jù)庫下載關于篩網(wǎng)過濾器近5年的文獻，閱讀獲得與本實驗有關的實驗原理、方法、步驟以及測試的內容。該設計性實驗涉及灌溉排水工程學和微灌工程技術這兩門課程關于微灌系統(tǒng)首部系統(tǒng)的介紹，特別是篩網(wǎng)過濾器;《水力學》中關于水靜力學、液體一元恒定總流及液流形態(tài)與水頭損失的基本原理的介紹;《土力學》中關于土的類型及分類的介紹;教師應引導學生閱讀這些書籍中有關本次實驗的部分章節(jié)內容，并要求學生做讀書筆記。開放農業(yè)水利工程實驗室及全自動微灌系統(tǒng)仿真實驗室，學生可預約時間進入實驗室了解與設計性實驗相關的實驗條件，從而為制定合理的實驗方案奠定基礎。

2．2 制定量測方案

根據(jù)實驗室現(xiàn)有的條件及設計性實驗的要求，設計最佳的量測方案，該方案包括測量哪些參數(shù)、如何測量、何時測量、誰來測量、誰來記錄等。如學生參觀完農業(yè)水利工程實驗室及全自動微灌系統(tǒng)仿真實驗室，根據(jù)目前實驗室擁有的儀器設備結合小組成員情況確定量測方案，并明確小組成員的分工。

2．3 點評方案

學生初次撰寫實驗方案和量測方案，難免會出現(xiàn)設計方案不合理、書寫不規(guī)范、考慮不周到等問題，此時教師要與學生互相溝通，點評和審核方案，要求學生按照提出的意見和建議認真地完善和修改方案。

2．4 量測數(shù)據(jù)

根據(jù)最終確定的方案，按照實驗步驟，依次量測實驗所需的數(shù)據(jù)，并仔細觀察實驗現(xiàn)象，詳細地記錄于表格中，若有疑問在實驗現(xiàn)場可向教師提出問題，以便及時解決。

2．5 撰寫論文

實驗完成后，須處理數(shù)據(jù)，繪制圖表，并分析和總結實驗成果。傳統(tǒng)實驗是以實驗報告的形式呈現(xiàn)，而設計性實驗可采用科技論文的形式表達，從而提高學生們的寫作水平。教師應給出標題、摘要、引言及結論的寫法要求，并給出圖表的格式、論文格式及參考文獻著錄格式，學生按照書寫科技論文規(guī)范的要求進行撰寫。同時學生在論文結尾處應對此次設計性實驗的整個過程作出評判，談談自己的體會和感受，并提出完善設計性實驗的建議和看法。撰寫完科技論文，要求學生通過PPT 的形式匯報最終成果，教師點評打分。

3 設計性實驗的考核體系

為鼓勵學生積極參與到實驗方案制定到最終撰寫科技論文的過程中去，考查學生的實驗技能和綜合能力，制定了“三期”考核環(huán)節(jié)，即實驗初期、實驗中期和實驗后期的考核。在總評成績中，實驗初期占30%，實驗中期占30%，實驗后期占40%。實驗初期考核主要是針對學生完成實驗方案和量測方案過程的考核?？疾閷W生閱讀文獻和書籍的情況，以及制定方案的合理和充分性情況，可通過提問的方式進行考核，針對設計性實驗的研究對象、實驗目標、實驗原理、實驗裝置、實驗步驟、實驗方法、實驗內容等提出系列問題，對學生回答時是否概念明確、思路清晰、表達流暢、應答切題等情況打出分數(shù)。實驗中期考核主要是針對學生實驗操作的考核，可采用小組和個人相結合的方法進行考核?？己诵〗M是否按照量測方案進行，操作儀器的方式是否準確，遇到問題能否一起協(xié)商解決，測量數(shù)據(jù)是否可靠;僅對小組打分，不利于小組成員參加實驗操作的積極性，因此需對小組成員中表現(xiàn)積極、動手能力強、積極思考及善于發(fā)問的學生適當加分，對表現(xiàn)不積極、不認真參與實驗的學生要適當扣分，從而體現(xiàn)公正和公平性。實驗后期考核主要是針對學生撰寫論文及答辯情況的考核。查看學生撰寫的科技論文是否層次清晰、文字準確、文筆流暢、語句通順，實驗結果及討論是否正確，是否符合規(guī)定的論文格式要求。要求學生做好PPT 匯報所得成果，教師針對匯報的成果提出具體問題，根據(jù)學生回答情況打分。

4 能力培養(yǎng)

通過設置設計性實驗，農業(yè)水利工程專業(yè)的學生具有了獲取知識的能力、應用知識的能力及創(chuàng)新能力，符合農業(yè)水利工程培養(yǎng)的規(guī)格和標準。獲取知識的能力包括自學能力、表達能力及計算機及信息技術應用能力;應用知識的能力包括綜合運用知識能力和綜合實驗能力;創(chuàng)新能力包括創(chuàng)造性思維能力、創(chuàng)新實驗能力以及科技開發(fā)能力和科學研究能力。

5 結語

設計性實驗是培養(yǎng)復合應用型農林人才的重要環(huán)節(jié)，通過該環(huán)節(jié)的實施，不僅能鞏固學生已學的專業(yè)基礎和專業(yè)知識，而且培養(yǎng)了他們的綜合能力、基本科學素養(yǎng)和嚴謹作風，這為畢業(yè)設計或畢業(yè)后從事研究性工作打下了堅實的基礎。新疆農業(yè)大學農業(yè)水利工程專業(yè)的設計性實驗僅是初步的探討和摸索，隨著實施的進一步深入，會遇到不同的新問題和新挑戰(zhàn)，必須實事求是，不斷完善和調整農業(yè)水利工程專業(yè)設計性實驗的實施方案。

［1］張全國，何松林，宋安東，等．實施綜合改革工程培養(yǎng)應用型卓越農林人才［J］．高等農業(yè)教育，2013(7):3－6．

［2］李海燕，趙汗青，高興海，等．實驗教學創(chuàng)新的研究與探索［J］．實驗室研究與探索，2009，28(8):115－117．

［3］丁紅勝，董軍軍，吳平．綜合性設計性實驗的教學思路探討［J］．大學物理，2007，26(5):44－47．

［4］盧均治，劉美．卓越工程師教育培養(yǎng)計劃下的實踐教學改革探索［J］．中國電力教育，2012(11):95－96．

［5］馮建剛，朱成立，王為木．農業(yè)水利工程國家特色專業(yè)建設探索［J］．高等理科教育，2014(1):72－77．

［6］田運生，劉維華，王景春．綜合性設計性實驗項目建設的探索與實踐［J］．實驗技術與管理，2012，29(2):126－129．