基于創(chuàng)新人才培養(yǎng)的實驗獨立設課研究

李 雪

基于創(chuàng)新人才培養(yǎng)的實驗獨立設課研究

李 雪

(青島理工大學環(huán)境與市政工程學院，山東 青島 266033)

結合建筑環(huán)境與能源應用工程專業(yè)的研究熱點，該文圍繞 《可燃材料熱能與污染分析》實驗獨立設課的研究，在培養(yǎng)適應經濟和社會創(chuàng)新人才的基礎上，從實驗設置、教材編寫、實驗教學手段等方面，論述了實驗獨立設課的教學實踐，總結了近年來的實驗教學改革經驗和成果，突出強調了學生進行自主探索的創(chuàng)新性實驗內容和過程，強化了學生的基礎知識和實驗技能，全面提高了他們的綜合能力，為本專業(yè)的實驗教學獨立設課模式提供了可借鑒的依據。

可燃材料熱能與污染分析實驗；建筑環(huán)境與能源應用專業(yè)；實驗獨立設課；實驗教學改革

1 實驗獨立設課的改革思路

實驗教學是所有專業(yè)基礎課及專業(yè)課教學的重要組成部分，對學生的知識、能力、思維、素質和團隊精神的協(xié)調發(fā)展起著至關重要的作用。當今社會經濟的發(fā)展，需要學生具備 “知識、能力、思維、素質”的全面綜合能力，特別是獨立自主的創(chuàng)新能力，從而達到未來職業(yè)崗位的素質要求[1]。所以，積極研究和探索有效的實驗教學模式，適應新形勢下的創(chuàng)新人才培養(yǎng)需要，具有十分重要的意義。

1.1 實驗獨立設課的目的

目前由于建筑環(huán)境與能源應用工程專業(yè) (以下簡稱建環(huán)專業(yè))的基礎課與專業(yè)課的實驗都是依附于理論課，即理論課結束后在規(guī)定的時間內(一般2～4小時)完成相應的實驗課，這就造成學生敷衍了事、無心仔細研究實驗內容的現(xiàn)象，學生只會機械地照搬實驗指導書或跟著老師講解的步驟去做，完全沒有自主性，只看實驗結果而不重視實驗過程，處于一種消極的填鴨式實驗教學狀態(tài)[2-4]。

建筑環(huán)境與能源應用專業(yè) “可燃材料熱能與污染分析”實驗改為實驗獨立設課后，有以下3點變化:1)在內容上不再依附于某門理論課，而是將理論課知識延伸和拓展；2)在時間上可根據學生情況靈活排課，避免與其他課目和活動產生沖突；3)在管理上獨立設置學分，提高實驗課地位和受重視程度，使學生肯花時間和精力研究實驗內容。這種實驗模式提高了學生自主學習的興趣，充分發(fā)揮學生的想象力、創(chuàng)新力和研究能力，使他們不再滿足于掌握課堂上所學的理論知識，會做簡單的演示性、驗證性實驗；而是能夠完成涉及專業(yè)理論課多章節(jié)內容或多學科理論知識和技能要求的研究性實驗。這樣既提高了學生的動手能力，又調動了學生充分挖掘知識潛能，同時還鍛煉了職業(yè)素質和提高了綜合能力，為培養(yǎng)專業(yè)全面型和綜合型創(chuàng)新人才，打下了良好的技術基礎，適應當今科學技術和未來社會發(fā)展的需要，也有益于學生畢業(yè)就業(yè)的實現(xiàn)。

1.2 實驗獨立設課的實施

可燃材料熱能與污染分析實驗是建環(huán)專業(yè)的重點實驗部分。改革建環(huán)專業(yè)的實驗課程體系，主要是打破以往實驗課依附理論課的舊模式，獨立設置實驗講義、實驗課成績、獨立考核和計分，并面向全校學生，將專業(yè)基礎課和專業(yè)課進行優(yōu)化組合，淡化課程界限，增加實驗的柔性和開放性，突出實驗的設計性、綜合性和創(chuàng)新性內容，鍛煉學生的自主實踐能力，自主發(fā)現(xiàn)和解決問題能力，并培養(yǎng)他們的團隊協(xié)作精神。通過對學生科學作風、實驗技能、發(fā)現(xiàn)問題、解決問題以及綜合分析能力的培養(yǎng)，促進學生知識、技能、素質協(xié)調發(fā)展，理論、實踐和創(chuàng)新能力全面提高[5-6]。

本實驗獨立設課是將燃燒學、污染學和鍋爐設備原理3門專業(yè)課的相互關聯(lián)內容整合為開放性、綜合性、設計性實驗教學。加強實驗的課程中的研究性，倡導以學生為主體，教師為主導，建立“引導—探索—實驗—分析—研究—掌握”的教學模式，實現(xiàn)人才培養(yǎng)模式的創(chuàng)新。我們給學生提出要求，對各種可燃材料的硫、氫、氧、碳、水分等成分進行分析，測出各燃料熱值，由學生按照實驗要求，自主查詢資料，選擇日常生活中的傳統(tǒng)煤質原料，以及目前熱點研究的可再生生物質能源，如木本和草木物質、廢木料、甘蔗渣、農業(yè)或工業(yè)殘留物、廢紙、生活固廢物、鋸屑生物固體、食品加工產生廢物、動物糞便等各種燃料為研究對象，確定實驗設計方案、完成實驗操作，分析燃料各種主要污染和各燃料熱值的影響，寫出實驗分析報告，對這些可燃材料燃燒性、熱能及污染進行分析研究。學生通過從生活中發(fā)現(xiàn)資源，學會了觀察現(xiàn)象、發(fā)現(xiàn)問題和解決問題，這種綜合性實驗，學生不但能較好地吸收、消化和理解課程的理論內容，而且在實驗過程中提高了動手能力，特別是培養(yǎng)了研究、創(chuàng)新的意識。同時，也為啟動青島理工學院特色名校建設工程的建環(huán)專業(yè)教學改革，實現(xiàn)拔尖創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式，促進學分制改革，提供了實踐樣板。

2 實驗教材的內容和特點

實驗教材是相應專業(yè)基礎課及專業(yè)課的理論延伸和拓展，既是與教學直接相關的重要媒介，又是學生吸取知識的信息源。因此，教材質量的優(yōu)劣及涵蓋內容，將直接影響教學質量和學生能力的培養(yǎng)，精選和優(yōu)化實驗教材的內容和結構是培養(yǎng)學生實驗能力的基本保證。可燃材料熱能與污染分析實驗獨立設課教材與以往的實驗指導書相比，具有以下顯著的特點和實用性。

2.1 整合內容，突出系統(tǒng)全面

實驗課改革前是工業(yè)分析、發(fā)熱量和快速熱水器熱工性能實驗這3個相互獨立的專業(yè)基礎課及專業(yè)課實驗，每個實驗課指導書根據各自的實驗內容編寫，涉及面窄，分量不足，并缺少關聯(lián)性，學生難以理解和掌握跟專業(yè)之間的關系，以及將來如何應用，實驗的目的性較差。實驗改革為獨立設課后，實驗教材內容得到了充實，突出了前瞻性、系統(tǒng)性、新穎性和實用性，使其更適合于建環(huán)專業(yè)的培養(yǎng)目標和方向，滿足了畢業(yè)生職業(yè)素質和技能需求。改編后的實驗教材內容除了包括煤的生成、性質、元素、工業(yè)分析及組成，煤的熱能和污染分析，以及煤在燃燒工程中的應用等擴展性知識外，還增加了有發(fā)展前景的生物質原料特性介紹，生物質燃料分析和優(yōu)化及價值再利用等內容。從非化石資源獲取燃料，有利于解決世界面臨的高燃料價格和氣候變化兩大難題，降低化石燃料儲量的能源安全風險，緩解氣候不穩(wěn)定、環(huán)境污染以及農業(yè)和農村地區(qū)的貧困加劇，這方面已引起學術界的廣泛關注，成為目前建環(huán)專業(yè)的研究熱點[7]。本實驗獨立設課正是基于體現(xiàn)新的科研進展和研究熱點，開闊學生視野，培養(yǎng)學生的綜合實驗能力，提高實驗教學水平。根據本專業(yè)的特點，實驗既突出了專業(yè)基礎性實驗以燃料元素分析為研究對象，又強化了專業(yè)性實驗燃料的發(fā)熱量及污染技術應用，具有較全面豐富的實驗教學內容，使學生對燃料及燃燒特點和過程有了系統(tǒng)的了解和掌握，避免了傳統(tǒng)實驗容易偏重結果，而忽視過程及相關性研究的弊病。

2.2 引用國標，加強實用訓練

實驗課改革的目的之一是學生通過實驗過程能夠掌握將來的專業(yè)應用技能，本實驗教材摒棄了以往實驗指導書要求學生限于按指導步驟做實驗的填鴨式方法，改為要求學生明確實驗的原理與系統(tǒng)構成、專業(yè)領域內先進的實驗方法、實驗規(guī)范和現(xiàn)場工況條件下的測試標準、測試方法和操作安全規(guī)程等。為此，本教材增加了有關國家實驗規(guī)范和測試標準，如 《煤樣的制備方法》(GB474-1996)、《煤中全水分的測定方法》(GB211-1996)、《煤的工業(yè)分析》(GB/T212-2008)、 《煤的發(fā)熱量測定方法》(GB/T213-2008)和 《煤中全硫的測定方法》(GB/T214-2007)等。這樣，學生實驗操作時，可比照標準去發(fā)現(xiàn)問題和解決問題，而不是機械地按指導書一步一步做實驗，不知實驗的來龍去脈，知其然而不知其所以然。由于引入標準后，實驗目的、原理和方法更加明確，所以學生自主興趣濃厚，態(tài)度積極認真，理念清晰嚴謹，也拓展了他們的應用視野。

3 實驗獨立設課的設置

3.1 課程教學體系

可燃材料熱能與污染分析實驗獨立設課的整個實驗體系圍繞學生自行選材、自行設計、綜合開放和創(chuàng)新分析設置，按準備實驗、設計實驗、操作實驗、數據分析和報告論文5個模塊展開，課程總學時為32學時，計1學分。學生通過自行選擇生活中可燃材料，選擇相應儀器和設備，設計實驗方案，進行實驗操作，并做出分析，最后寫出實驗報告論文，完成5個模塊化的實驗教學過程，培養(yǎng)了學生自學能力、創(chuàng)新能力、綜合分析能力和團隊協(xié)作精神，達到了實驗教學改革的目的。具體實驗課程教學體系如表1所示。

表1 可燃材料熱能與污染分析實驗獨立設課課程體系

表1 (續(xù)表)

3.2 課程內容構建

3.2.1 獨立設課，單人操作

隨著高校的擴招，學生數量逐年增加，而供實驗課使用的儀器配備卻常常不足，導致在實際教學中很難保證每名學生都能夠完全按照實驗要求充分動手操作，往往以看代做，走馬觀花，這直接影響了實驗教學效果，也不利于培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維和能力[8-9]。

實驗獨立設課后，學生可根據自己的情況選擇不同的實驗時間，避免了集中做實驗而導致的儀器使用沖突，可實現(xiàn)學生單人獨立操作。這樣既方便教師掌握每個學生的真實情況，便于針對性地指導，又培養(yǎng)了學生獨立發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的能力。

3.2.2 網上預習，翻轉課堂

為滿足開放式的實驗教學模式，便于學生利用課余時間，本實驗教學采用實驗室實驗操作講解和網絡視頻教學同步進行的方式，即學生可在業(yè)余時間登錄校園網收看實驗大綱、教材和教師網絡視頻教學，先行掌握實驗內容及要求，起到直觀生動的預習效果。

教師將自己精心制作的多媒體課件放在校園在線課堂網站上，使學生的預習不再只停留在生硬的教材上，大大提高了學生預習的主動性和積極性，達到了較好的預習效果。學生在此基礎上，對實驗內容更容易消化吸收，動手操作也更規(guī)范迅速，這就有更多時間在實驗課上發(fā)現(xiàn)問題。教師組織學生對實驗結果進行分析和討論，從而不斷提高學生的溝通能力、思辨能力和創(chuàng)新能力，為翻轉建環(huán)專業(yè)實驗課堂，建立更加適合社會和經濟發(fā)展需要的職業(yè)崗位素質和技能培養(yǎng)模式進行了積極嘗試。

3.2.3 儀器培訓，設計實驗

以往實驗課受學生人數、上課時間和資源所限，忽略了對實驗儀器設備的詳細講解[10]。實驗獨立設課后，教師能有時間和精力對儀器原理、操作要點及日常維護等向學生進行專門介紹和培訓，并指導學生設計實驗方案和使用相應的儀器，如測硫儀、C-H測試儀、工業(yè)分析儀、水流式熱量計和量熱儀等，既保證了學生實驗的原創(chuàng)性，又減少了學生操作不當造成的儀器損壞。

3.2.4 課題小組，研討分析

實驗獨立設課，學生可根據各自興趣愛好，如有的學生研究煤、有的研究木本和草本物質、有的研究甘蔗渣、有的研究動物糞便等等，就此分成不同的研討小組，每個小組成員將自己的實驗數據和實驗過程遇到的問題進行相互討論，運用所學的理論知識，分析這些可燃材料所含的元素成分和其熱值，以及對熱能和環(huán)境污染的影響等。這種方式既提高了團隊合作精神，又增強了溝通能力，學生受到了很好的鍛煉。

3.2.5 全面考核，側重過程

實驗獨立設課的考試內容分為理論部分(20%)和實驗部分 (80%)。理論部分著重考查學生對實驗原理、實驗結果分析等的掌握程度，做到知其然且知其所以然。實驗部分包括實驗操作和寫出實驗報告及分析論文。論文報告要根據分析的燃料元素和工業(yè)分析結果說明燃料熱能的影響因素，對環(huán)境污染的影響因素，論文分析還要包含其對社會經濟的影響。

3.2.6 激勵機制，長效發(fā)展

實驗獨立設課可保證充分利用學生的空閑時間和實驗設備的開出利用率，學生可做到獨立完成實驗，教師能充分掌握學生做實驗的進度和正確程度[11-12]，鼓勵學生思考、探究，根據學生的操作過程、實驗素養(yǎng)、課堂表現(xiàn)和實驗報告及論文等評定實驗成績。因此，學生在實驗過程中會更加嚴謹認真，為自己交上滿意的答卷，獲得理想的成績，也使教學改革能達到預期的效果。

另外，通過獨立實驗，學校鼓勵學生參加各種創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)和節(jié)能減排活動，對今后保研、專業(yè)夏令營、聯(lián)合培養(yǎng)等深造機會的申請都有加分作用，受到學生的歡迎，這對學生起到了有效的激勵作用，能夠促進這一實驗教學改革的長效可持續(xù)進行。

4 實驗獨立設課的效果

可燃材料熱能與污染分析實驗獨立設課的實施，提高了實驗教學質量，培養(yǎng)了學生綜合職業(yè)技能和素質，促進了專業(yè)實驗室的建設和發(fā)展，呈現(xiàn)效果顯著，主要表現(xiàn)在以下方面:

4.1 整合了專業(yè)知識，構建了實驗體系

通過對建環(huán)專業(yè)部分專業(yè)基礎課和專業(yè)課的實驗教學內容和課時的整合，編寫了新的獨立實驗教學大綱和實驗教材，構建了綜合設計型、研究創(chuàng)新型和團隊協(xié)作精神的實驗模式，形成了以實驗技術為主線的實驗新體系。

實驗開設的5個模塊，由淺入深、循序漸進，將學生所學的知識全面系統(tǒng)地加以整合，在此基礎上進行綜合性的實驗訓練，發(fā)揮了實驗教學體系對學生能力、素質全面培養(yǎng)的作用。

4.2 改進了教學手段，提高了創(chuàng)新能力

通過獨立設置實驗課，學生可根據自己的情況靈活安排上課和實驗時間，避免了經常發(fā)生的實驗課與理論課和課外活動時間沖突的矛盾。另外，學生還可以上網學習實驗的相關知識，并由教師在網上答疑解決疑難問題，進而根據實驗要求進行實驗準備，實驗設計，實施實驗操作。全部實驗過程都是以學生為主，教師隨時隨地的進行網上引導或現(xiàn)場輔導，這樣學生可沉下心來理解和掌握知識、仔細觀察實驗現(xiàn)象、不斷發(fā)現(xiàn)問題，并充分發(fā)揮創(chuàng)造力和想象力，通過自主設計實驗方案，并在團隊協(xié)作下完成整個實驗，提高了學生科研能力、創(chuàng)新能力和實踐能力。

4.3 樹立了標桿樣板，起到了輻射帶動

建環(huán)專業(yè)可燃材料熱能與污染分析實驗獨立設課的實施，結合本專業(yè)的研究前沿和熱點，注重創(chuàng)新能力，注重實際應用，注重人才培養(yǎng)，取得了很好的成效。這種實驗教學模式，不僅為本專業(yè)的教學改革探索出一條有效的道路，也為其他專業(yè)的相關課程改革樹立了標桿和樣板，提供了有益的共享，一些經驗和做法將輻射推廣到能動、給排水、環(huán)境科學以及環(huán)保等其他專業(yè)，使更多的學生專業(yè)素質和實踐技能得到提高，從而帶動整體專業(yè)課實驗教學改革的共同深入發(fā)展。

5 結束語

可燃材料熱能與污染分析實驗獨立設課把“以學生為中心，強化實踐意識，培養(yǎng)創(chuàng)新人才”作為實驗教學的理念，以培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維和實踐技能作為重點，在不斷改革教學內容和教學方法的基礎上，積極探索實驗教學新模式，構建了以學生掌握實踐技能為主線的實驗新體系。通過幾年來的初步嘗試，我們取得了一定的實驗教學成效，不斷地激發(fā)了學生學習的積極性和自覺性，展現(xiàn)了良好的創(chuàng)新能力和團隊協(xié)作精神。為更好的在教育過程中強化學生的自主、創(chuàng)新意識，讓學生充分感受到創(chuàng)新帶來的愉悅，培養(yǎng)國家和社會需要的 “具有社會責任感、理論基礎扎實、專業(yè)知識面廣、實踐能力和綜合素質高的應用型創(chuàng)新”人才，我們還需不斷的探索和改進。

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Research of Independent Experimental Course Based on Training Innovative Students

LI Xue
(School of Environmental and Municipal Engineering， Qingdao University of Technology， Qingdao 266033， China)

According to the research hot spot of building environment and energy application major，an independent series of experimental courses are proposed with the study on curriculum arrangement， textbook compilation， teaching method etc， which are related to thermal energy and pollution analyses of combustible materials，based on the the demands of training innovative people for our economy and society.Meanwhile，the experience and results of this experimental reform in recent years are summarized and the emphasis is on how to make students study and explore innovative test proceeding for themselves，enhance their basic professional knowledge and skill， improve their integrated abilities.So， this paper will offer the major itself a reference for the experimental teaching models on independent courses settings.

experiment on thermal energy and pollution analyses of combustible materials；major of building environment and energy application； independent experimental courses； experimental teaching reform

G642；G420

A

10.3969/j.issn.1672-4550.2017.05.032

2017-04-18；修改日期:2017-07-29

青島理工大學教研教改項目MX4-069。

李雪(1963-)女，高級實驗師，主要從事熱動與建環(huán)實驗教改方面的研究。