專業(yè)實驗教學創(chuàng)新與學科建設相結合

羅雁云, 林龍鋒

(同濟大學 鐵道與城市軌道交通研究院,上海 200092)

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專業(yè)實驗教學創(chuàng)新與學科建設相結合

羅雁云, 林龍鋒

(同濟大學 鐵道與城市軌道交通研究院,上海 200092)

為了更好地適應面向工程應用和技術創(chuàng)新人才為方向的卓越工程師人才培養(yǎng)，適應我國工科院校的專業(yè)技術人才培養(yǎng)的新要求和新思路，對本科專業(yè)實驗教學創(chuàng)新與學科建設相結合進行探索。將學科平臺和教學平臺有機結合，不僅使設備的使用率得到較大提高，同時也使專業(yè)實驗教學與實際有更大緊密關聯(lián)，并在實驗教學內涵方面以及在提高學生的實踐和創(chuàng)新能力有較大的改善。期望在本科專業(yè)實驗教學進行改革提供一定的思路。

實驗教學創(chuàng)新； 學科建設； 學科平臺； 教學平臺

0 引 言

實驗教學是高校教學環(huán)節(jié)中一個非常重要的部分，尤其是在一些工程特征突出的工科類高等院校中，實驗教學在專業(yè)中的地位更為突出。近年來根據我國經濟發(fā)展對技術人才的需求趨勢，提出了面向工程應用和技術創(chuàng)新人才為方向的卓越工程師人才培養(yǎng)，為我國工科院校的專業(yè)技術人才培養(yǎng)提出了新的要求和思路。為了更好地適應這一人才培養(yǎng)的思路，在工科院校專業(yè)教學中，必須進一步加強和提高專業(yè)實驗教學的內涵，注重學生在實驗教學中掌握與專業(yè)密切相關的工程實踐，鍛煉學生的動手操作能力和對實際問題的思考與分析。

1 專業(yè)實驗教學的特點與困惑

專業(yè)實驗教學是在基礎和專業(yè)基礎教學的基礎上針對專業(yè)課程的具體學習要求設計的實驗教學內容，對于學生專業(yè)方向能力的提高具有重要的促進作用，也是和學生將來從事專業(yè)工作非常緊密地聯(lián)系環(huán)節(jié)，這部分教學的目標是幫助學生克服專業(yè)課程抽象、邏輯性不強的特點，通過實踐的手段更好理解和掌握課程的核心和內涵，進一步強化學生對專業(yè)的認識和解決專業(yè)實際問題的能力，通過專業(yè)實驗教學使學生能夠更好的應用基礎知識和專業(yè)知識的基本技能，提高和分析與解決專業(yè)中的具體工程問題，為學生開展專業(yè)創(chuàng)新實踐活動打下必要的基礎。與基礎實驗及專業(yè)基礎實驗教學不同的是，本科專業(yè)實驗教學的特點是面向的專業(yè)型強，不同的專業(yè)，不同的專業(yè)課程，對實驗教學的要求一般也是不同的，專業(yè)實驗所需的實驗教學設備通常因不同的專業(yè)課要求也是各不相同的，它們之間的互通性較弱；專業(yè)實驗設備在功能上一般與實際設備較接近，一臺設備在一定的時間條件下只能滿足一種工況的實驗教學，不能同時進行多人多目標的教學，因此對滿足專業(yè)教學的人臺數要求來說，開設一門課程需要多臺設備；專業(yè)實驗教學設備通常功能單一，設備體型較大，價格相對比較昂貴，從實驗教學的投入分析，教學實驗場地要求大，設備的投入也較大，對于投入與產出來說效率較低；近年來隨著我國工業(yè)技術的快速發(fā)展，對專業(yè)教學的變化也較快，客觀上也造成了專業(yè)實驗教學設備的更新?lián)Q代加快。

隨著近年來我國教育教學改革的不斷深入發(fā)展，高等教學發(fā)展，尤其是工科專業(yè)教學發(fā)展的趨勢朝著工程型和創(chuàng)新性人才培養(yǎng)的模式前進。2010年《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要》的整體戰(zhàn)略中也明確指出，應著力提高大學生“用于探索的創(chuàng)新精神和善于解決問題的實踐能力”這是我國高等教育人才培養(yǎng)適應經濟發(fā)展的必然趨勢，也是我國社會發(fā)展的必然需求。我國社會經濟發(fā)展對高等教育，尤其是教學中的實踐環(huán)節(jié)提出了新的要求，擺脫傳統(tǒng)的專業(yè)實驗教學陳舊內容和模式，加強與工程實踐的緊密結合；而另一方面，在專業(yè)實驗教學中，在教學設備更新、場地的要求以及對教學效果的績效考核等給實驗教學的發(fā)展帶來的困難，如何解決專業(yè)實驗教學的發(fā)展需求和在現(xiàn)有的條件下改善專業(yè)實驗教學中的設備、環(huán)境和管理體制是擺在我們面前需要克服解決的矛盾，也是我們在適應卓越性人才培養(yǎng)過程面臨的困惑。

2 加強學科平臺的實驗教學功能建設

近年來，隨著我國經濟的不斷發(fā)展，工程和科學技術對學術研究的學術研究平臺的需求不斷加大，我國正持續(xù)地對研究型的學術平臺進行了建設和改造的投入，以滿足我國科學技術趕超先進水平的需求，在這些投入中高校，尤其是985、211高校更為突出，這些投入和改造為我國的科學及工業(yè)技術發(fā)展提供了堅實的平臺支持，發(fā)揮了關鍵的作用。同濟大學鐵道與城市軌道交通研究在近年來，面向我國高速、重載鐵路，城市軌道交通的快速發(fā)展，在國家和學校的大力支持下，依托學校學科建設平臺、學科和環(huán)境的優(yōu)勢，建設了包括軌道實驗線路、試驗列車和相關控制系統(tǒng)為主體的軌道交通綜合試驗系統(tǒng)，在軌道交通運營安全、關鍵部件研發(fā)和系統(tǒng)可靠性試驗等方面發(fā)揮了積極的作用。另一方面，長期以來，我院在軌道交通車輛專業(yè)教學中，專業(yè)實驗教學一直是困擾著學院教學質量提高的主要因素，我院現(xiàn)有的專業(yè)實驗教學設備老化嚴重，已遠遠不能適應當前軌道交通的技術發(fā)展需求，由于軌道交通專業(yè)實驗教學設備專業(yè)性強、設備的投入大、所需要的場地和環(huán)境要求高，近期的投入嚴重不足，開展對軌道交通本科專業(yè)實驗教學的設備補充和更新不足始終是我院提高專業(yè)本科實驗教學的瓶頸之一。結合學科平臺，對現(xiàn)有學科平臺進行改造，滿足該平臺的實驗教學功能，是我們在學科與教學相結合道路上的探索。

我院的軌道交通綜合試驗系統(tǒng)平臺主要由試驗車輛、軌道線路、牽引供電系統(tǒng)和信號運控系統(tǒng)等組成，形成了一個較為完善的軌道交通運行和試驗系統(tǒng)，可以對整個軌道交通系統(tǒng)進行試驗測試、部件的試驗測試、一些故障的再現(xiàn)功能和運行中系統(tǒng)及部件的參數提取，整個系統(tǒng)可以同時進行多種試驗和測試，軌道交通綜合試驗系統(tǒng)與運營線路不同，在列車上以及線路周邊都能為教學提供有效的空間和安全的環(huán)境，客觀上為開展軌道交通專業(yè)試驗教學提供了內容和環(huán)境上的可能性。但是該平臺的主要功能進行研究型試驗，本身不具備對一些系統(tǒng)和部件的參數進行重復性提取分析功能，在為一定數量學生提供進行一些實踐性的實驗項目時，必須對設備和周圍環(huán)境場地進行必要的改造。改造不能影響原有系統(tǒng)設備的功能，改造經費在一個可控制的范圍，必須能夠按照實驗教學課程的要求，提供足夠的人時數同時參與實驗課程。

實驗課場地改造，軌道交通綜合試驗系統(tǒng)平臺位于露天場所，擁有2節(jié)實驗列車，改造的主要內容包括，對線路沿線進行場地改造，搭建一定數量可移動的教室，學生可以在線路的旁邊的教室內進行列車通過時軌道結構有關參數的實驗項目，根據學生的分組情況確定該場地的規(guī)模和數量，相關的項目實驗主要是通過布置在線路各部位的傳感器和簡易教室進行；進行實驗列車的改造，按照實驗教學項目要求，在車內各部位空間布置、相關測試傳感器和儀器的安裝及配置進行改造，使列車車廂能夠作為實驗教室用途，包括實驗臺、相關儀器的擺放和存放，確保在列車運行條件下可以進行相關的實驗項目，并為學生上課操作和老師講解提供必要的條件，實驗項目可以包括列車車廂、牽引系統(tǒng)、信號運控系統(tǒng)、列車走行部分、制動系統(tǒng)、網絡系統(tǒng)等各部位，車廂內的座椅布置是按照實驗教室的格式安排，由于實驗教學用的儀器設備大多在車輛的下部、上部，車廂內的設備主要是儀器的操作設備，可以保證良好的實驗空間和環(huán)境。從改造的內容來看，主要是一些傳感器、采集分析設備和實驗用的桌椅等，涉及到的費用不高。

平臺的實驗教學功能，通過改造，在原有的軌道交通綜合試驗系統(tǒng)基礎上，為教學實驗提供了學生上課和完成實驗項目的空間和實驗再現(xiàn)的主干設備，其特點如下:

(1) 在較小的投入情況下，充分利用已有的專業(yè)設備，為學生提供了較大的開展試驗空間，能夠較好地滿足專業(yè)實驗教學的人時數條件，彌補學校在專業(yè)實驗教學方面的場地不足；

(2) 實驗環(huán)境與現(xiàn)場實際有較大的相似性，直觀性強；

(3) 專業(yè)實驗教學項目內容豐富，軌道交通綜合試驗系統(tǒng)中自身涵蓋該領域的專業(yè)方向和范圍廣，可以滿足專業(yè)中多方面專業(yè)課程的實驗教學項目；

(4) 依托該平臺開設的實驗教學項目與專業(yè)實際有緊密的關聯(lián)性，實踐性強，尤其是在綜合型方面有較大的特色，保證了專業(yè)實驗教學內容的先進性；

(5) 專業(yè)實驗與學科發(fā)展相結合，構建專業(yè)實驗“緊跟學科前沿”的創(chuàng)新教學體系；

(6) 實踐性強，具備進行探索性的實驗或解決問題的能力，促使學生在專業(yè)實驗學習中發(fā)揮創(chuàng)新潛質。

3 建設成效和體會

經過多年深入的系統(tǒng)研究和不斷地改革與實踐，較好地解決了我院長期依賴以來在軌道交通專業(yè)本科實驗教學中場地和設備的薄弱環(huán)節(jié)，為了更好地提升專業(yè)實驗教學的效果，針對軌道交通綜合試驗系統(tǒng)平臺的特點，我們把軌道交通車輛專業(yè)的部分專業(yè)實驗教學項目由原來的獨立項目綜合成為一個包括支承多個專業(yè)課程的寬口徑的專業(yè)綜合實驗教學課程，這樣可以針對軌道交通綜合試驗系統(tǒng)平臺的特點，在一定的教學時間內，充分發(fā)揮和利用實驗平臺系統(tǒng)的空間和設備，提高了平臺的使用率。通過建設，我們的體會主要有：

(1) 學科學究平臺和實驗教學平臺的結合，拓寬了原有學科平臺的功能和用途，以學術研究和人才培養(yǎng)互為補充，增加了原有學科平臺的使用效率，使平臺的投入與產出得到了提升，較好的解決了專業(yè)實驗教學設備投入費用高、占地面積大、儀器設備使用率較低的發(fā)展瓶頸；

(2) 以工程實踐為載體，面向卓越工程師培養(yǎng)為方向，依托學科平臺，開設的實驗教學項目有較好的實踐性和綜合型，緊密結合當前專業(yè)學科前沿和專業(yè)實際，尤其是對面向以卓越工程師培養(yǎng)為特色的人才培養(yǎng)為目標，能夠取得較好的教學效果；

(3) 能夠較好地擺脫傳統(tǒng)專業(yè)實驗教學中的一些教條化模式，提高學生的實際操作能力，面向實際，能夠提高學生對專業(yè)知識的掌握深度；

(4) 提升學生創(chuàng)新能力，在專業(yè)實驗教學中，涵蓋了一定的學術研究成份，以綜合能力培養(yǎng)為宗旨，培養(yǎng)了學生的專業(yè)興趣和科學研究能力，為學生進一步進行專業(yè)型的自主實驗項目和創(chuàng)新實驗項目創(chuàng)造了條件；

(5) 在加強教學實踐環(huán)節(jié)方面進行了探索，可以涵蓋更多的專業(yè)課程中的實踐環(huán)節(jié)，在內容方面也可以隨著學科的發(fā)展中不斷的完善和優(yōu)化；

(6) 學科平臺、教學平臺結合，內容的先進性和實踐功能得到體現(xiàn)。

(7) 通過專業(yè)綜合實驗平臺，將本科專業(yè)實驗中不同課程中的項目聯(lián)系起來，形成一個涵蓋多方向的專業(yè)實驗教學綜合課程，是學生可以了解專業(yè)中不同課程的共性和不同，可以加深對專業(yè)課程的掌握。

4 結 語

普通高等學校專業(yè)實踐作為教學過程中的重要環(huán)節(jié)，對本科生尤其是工科類學生具有非常重要的意義，加強專業(yè)實驗教學在專業(yè)課程中的比重和實驗課的內涵是提倡學生的實踐和創(chuàng)新能力的關鍵環(huán)節(jié)之一，將學科平臺與實驗教學平臺有機結合不但可以改善平臺的效率、彌補實驗教學平臺的不足，更重要的是提升了實驗教學的內涵和品質，可以提高實驗教學的效果，可以在一定程度上使教學實踐緊跟前沿學科發(fā)展步伐，把規(guī)定的專業(yè)教學內容與學生自主實驗和創(chuàng)新實踐在一定的程度上結合起來。通過專業(yè)綜合實驗平臺，將本科專業(yè)實驗中不同課程中的項目聯(lián)系起來進行授課，與傳統(tǒng)的以各門課程為單元進行授課有較大的改變，使學生能夠從專業(yè)的高度來掌握專業(yè)知識，這也是我們對本科專業(yè)實驗教學的一個探索。

本次改革是我們基于我院的軌道交通綜合試驗平臺，結合學院專業(yè)實驗教學的具體情況在實驗教學方面的一個嘗試，取得了一定的效果。對于不同的實驗平臺、不同的專業(yè)，采取的方法和路線可能是不盡相同，但是從中我們還是可以得出，學科平臺和教學平臺的有機結合不但在投入與產出方面有較大的效益，更重要的是在實驗教學內涵方面以及在提高學生的實踐和創(chuàng)新能力能有較大的提高。我們希望通過本研究對提高教學質量有所幫助。

[1] 劉書躍, 劉向陽.專業(yè)實驗室建設與改革實踐[J].實驗室研究與探索,2010,29(2):145-148.

[2] 龔成中,何春林.卓越工程師制度下實驗教學改革探討[J].首都教育學報,2012(11):89-91.

[3] 楊秀英,李增榮,楊玉芳.專業(yè)實驗教學改革與實踐[J].教育教學論壇,2012(19):208-209.

[4] 萬麗麗,王雅君,喬仁曉.應用型本科院校自動化專業(yè)實驗教學體系研究[J].教育教學論壇, 2012(30):38-39.

[5] 郝南海,鄧春芳.工業(yè)工程綜合實驗的構建和成效[J].實驗室研究與探索,2014,33(3):198-201.

[6] 錢 潔,房健民,陳志宏.生物技術專業(yè)綜合性和設計性實驗教學改革與實踐[J].實驗室研究與探索,2014,33(1):207-224.

[7] 宋永臣,楊明軍,劉衛(wèi)國,等.本科生專業(yè)實驗教學研究探討[J].實驗室研究與探索,2014,33(2):161-165.

[8] 蔣增強,鄂明成,朱曉敏,等. 工業(yè)工程實驗體系研究[J].實驗室研究與探索,2013,32(10):141-145.

[9] 王俊文,溫亞龍,郝曉剛,等. 化工“卓越工程師”試點專業(yè)實驗教學改革[J].實驗室研究與探索,2013,32(11):153-163.

[10] 錢紅萍,李書進,史貴才. 土木工程專業(yè)實驗教學新體系的構建與實踐[J].實驗室研究與探索,2012,31(10):122-125.

[11] 柴立元,王云燕.環(huán)境工程專業(yè)實驗教學的創(chuàng)新與改革[J].實驗室研究與探索,2005, 24(5):60-65.

[12] 余厚全,吳凌云,陳永軍.電子信息類專業(yè)實驗教學的幾點思考[J].實驗室研究與探索,2009,28(6):102-104.

[13] 潘清林,黃繼武,徐國富,等.材料科學與工程實驗教學中心的改革與實踐[J].實驗室研究與探索,2009,28(1):11-38.

[14] 劉書躍.電子專業(yè)實驗教學模式的改革與創(chuàng)新探究[J].電子世界,2013(9):174-175.

[15] 鄧建華.交通工程專業(yè)實驗教學體系研究[J].實驗室研究與探索,2011,30(1):123-174.

Exploration of the Combination of Innovation of Undergraduate Experiment Teaching and Discipline Construction

LUOYan-yun,LINLong-feng

(Institute of Railway and Urban Railway Transit, Tongji University, Shanghai 200092, China)

The combination of the innovation of undergraduate experiment teaching and discipline construction is explored. The reform aims to train excellent engineers with capability applied in engineering and technology innovation, as well as to meet the new demands and new idea in of professional and technical personnel training in engineering colleges in our country. This combination between discipline and teaching platform can not only utilize the experiment equipment, but also create closer connection between experiment teaching and application in reality. The reform will make improvement in experiment teaching and also in students’ practical and innovative ability. This paper expectedly provides some idea in reformation and innovation in the experiment teaching applied in the undergraduate education of this discipline.

experiment teaching innovation; discipline construction; discipline platform; education platform

2014-11-17

羅雁云(1960-)，男，上海人，博士，教授，副院長，主要從事軌道結構動力學研究。

Tel.: 021-69584712; E-mail: yanyunluo@#edu.cn

G 642.0

A

1006-7167(2015)11-0179-03