符合應(yīng)用型人才培養(yǎng)需求的實驗教學(xué)模式的探索與實踐

徐 峰, 孫 勇, 張宏喜, 吉 碩

(河北建筑工程學(xué)院 能源與環(huán)境工程學(xué)院, 河北 張家口 075000)

高等學(xué)校實驗室承擔(dān)著培養(yǎng)高級人才,提高學(xué)生實踐能力、創(chuàng)新能力,實施素質(zhì)教育的重要任務(wù),是學(xué)校教學(xué)、科研工作的重要組成部分,是知識創(chuàng)新、技術(shù)開發(fā)的重要基地[1-2]。我校建筑環(huán)境實驗中心于2015年獲批建設(shè)河北省實驗教學(xué)示范中心,現(xiàn)有建筑面積2 390 m2,實驗設(shè)備445臺件,設(shè)備總資產(chǎn)737萬余元。下設(shè)熱工、自動控制、燃?xì)夤こ?、供熱、通風(fēng)空調(diào)、制冷技術(shù)、換熱器、汽輪機等8個實驗室。中心承擔(dān)著建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程、能源與動力工程、材料科學(xué)與工程、建筑電氣與智能化等4個專業(yè)的多項實驗教學(xué)任務(wù),還為教師和研究生的課題實驗研究提供支持。

1 實驗教學(xué)模式創(chuàng)新與實踐

2015年以來,我校積極進(jìn)行實驗教學(xué)改革和探索,改革實驗?zāi)Ｊ?、?yōu)化實驗內(nèi)容、更新實驗教材、探索考核方式,逐漸形成了以學(xué)生為本,以培養(yǎng)學(xué)生實踐能力和創(chuàng)新能力為核心,以實驗項目建設(shè)為重點,特色鮮明,符合應(yīng)用型人才培養(yǎng)需求的“形式多樣化、教材系統(tǒng)化、教學(xué)信息化、考核過程化”的實驗教學(xué)模式。

2 實驗形式多樣化

實驗教學(xué)是高等教育的重要組成部分,是鞏固理論知識的有效途徑,是培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神和實踐能力的高素質(zhì)應(yīng)用型人才的重要環(huán)節(jié)。但目前的實驗教學(xué)不論從形式上還是內(nèi)容上都依附于理論教學(xué),實驗課基本都附屬于相應(yīng)的理論課程,實驗重心只是加深學(xué)生對理論知識的理解,并不注重對學(xué)生基本技能、工程實踐能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

針對實驗教學(xué)中普遍存在的問題,課題組首先提出了實驗內(nèi)容層次化、實驗形式多樣化的改革要求。圍繞專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo),優(yōu)化實驗課程內(nèi)容,豐富實驗開展形式。將現(xiàn)有的實驗重新劃分為教學(xué)實驗、基礎(chǔ)實驗、綜合實驗、設(shè)計性實驗、研究性實驗5大類。各類實驗前后銜接,呈階段式、層次式,各階段教學(xué)目的層次分明、循序漸進(jìn)。

(1) 教學(xué)實驗指那些體現(xiàn)理論課程基本概念、原理、法則,操作比較簡單的演示性、驗證性實驗。改革之后不再占用實驗課學(xué)時,改由課堂授課時利用多媒體進(jìn)行實驗演示,以加深學(xué)生對知識點的理解和掌握,體現(xiàn)實驗的時效性,如“流體力學(xué)”中的雷諾演示實驗、圓柱繞流阻力演示實驗等。與此同時,2016年學(xué)校修訂人才培養(yǎng)方案,大幅減少了課內(nèi)學(xué)時,本科各專業(yè)培養(yǎng)總學(xué)分由190降到165左右,學(xué)時由3 000降到2 500左右,給學(xué)生留出了充足的探索研究時間。

(2) 基礎(chǔ)實驗主要指學(xué)科基礎(chǔ)課、專業(yè)基礎(chǔ)課涉及的需要學(xué)生動手操作的相關(guān)實驗。通過基礎(chǔ)實驗旨在使學(xué)生了解、掌握常規(guī)儀器的使用方法與測試過程,通過動手操作,激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣,培養(yǎng)學(xué)生動手能力和實踐能力。近幾年,實驗中心及時引入新儀器、新設(shè)備、新技術(shù),同時增加基礎(chǔ)實驗臺套數(shù),保證每個學(xué)生在實驗過程中都有動手的機會,有效地避免了學(xué)生在實驗過程中“只看不做,只聽不想”的現(xiàn)象,提高了學(xué)生的實踐能力。

(3) 綜合實驗主要安排在專業(yè)課學(xué)習(xí)期間,旨在使學(xué)生綜合應(yīng)用所學(xué)知識實現(xiàn)對系統(tǒng)的了解,調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性,培養(yǎng)學(xué)生綜合應(yīng)用知識的能力。近幾年,綜合實驗所占比例大大增加,目前建環(huán)實驗中心共有綜合實驗項目26項,設(shè)有綜合實驗的實驗課程占實驗課程總數(shù)的比例提高到了90%。

(4) 設(shè)計性實驗指給定實驗研究的目的、要求和實驗條件,由學(xué)生自行設(shè)計實驗方案并加以實現(xiàn)的實驗;研究性實驗是指給定實驗?zāi)康?由學(xué)生通過查閱文獻(xiàn)資料,制定實驗路線和實驗方案，摸索實驗條件,并經(jīng)過實施能得到研究結(jié)果的實驗[3-4]。這兩類實驗圍繞各專業(yè)展開,旨在發(fā)揮學(xué)生的想象力、創(chuàng)造力,培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力,使他們初步掌握科學(xué)研究的思維方式，了解科學(xué)研究的一般步驟和解決問題的方法。為使學(xué)生有更多的獨立實驗機會,建環(huán)實驗中心對教師、在校研究生和參與教師科研課題的本科生開放了部分實驗室。2016年培養(yǎng)方案變更,各專業(yè)增加了課外研學(xué)實踐環(huán)節(jié),促進(jìn)了學(xué)生參與設(shè)計性實驗和研究性實驗的積極性。

3 實驗教材系統(tǒng)化

實驗教材是體現(xiàn)實驗內(nèi)容和教學(xué)方法的載體,是教學(xué)的基本工具,也是深化教育教學(xué)改革、全面推進(jìn)素質(zhì)教育、培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神和實踐能力人才的重要保證。長期以來,高校實驗教材建設(shè)并沒有得到應(yīng)有的重視,借鑒性和使用性強的實驗教材較少,不論數(shù)量還是質(zhì)量都落后于理論課教材,主要表現(xiàn)為實驗內(nèi)容質(zhì)量不高、理論性過強、實用性不強、體系不健全、通用教材不適用等[5-7]。

針對實驗教材發(fā)展現(xiàn)狀,我中心根據(jù)各專業(yè)人才培養(yǎng)方案要求,制定實驗大綱,并按照實驗大綱組織理論課教師和實驗室教師共同進(jìn)行實驗教材編寫,確定實驗的內(nèi)容、范圍、深度及廣度,明確實驗?zāi)繕?biāo),充實實驗內(nèi)容,優(yōu)化實驗方案。編寫的實驗指導(dǎo)書由兩部分構(gòu)成：一是基礎(chǔ)實驗指導(dǎo)書,詳盡介紹實驗原理、儀器使用、測試方法、實驗步驟等,對實驗中可能遇到的難點以思考題形式出現(xiàn),增強學(xué)生對基礎(chǔ)知識的理解和掌握。二是綜合性、設(shè)計性實驗指導(dǎo)書,僅對實驗理論、數(shù)據(jù)處理方法作全面介紹,實驗工具和實驗步驟均由學(xué)生自行設(shè)計,充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性,培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力。

4 實驗教學(xué)信息化

實驗教學(xué)信息化指在實驗教學(xué)時應(yīng)用各種信息技術(shù)手段,使教學(xué)環(huán)節(jié)數(shù)字化、可視化,從而提高實驗教學(xué)質(zhì)量和效率。近兩年,在實驗教學(xué)中引入了豐富多彩的多媒體教學(xué)手段,如通過屏幕演示,使抽象的概念具體化,枯燥的知識趣味化,激發(fā)學(xué)生的實驗興趣,提高學(xué)生的主動性和自學(xué)能力。錄制了所有實驗課程的教學(xué)視頻,并對現(xiàn)有的儀器儀表制作了視頻教學(xué)課件,旨在使學(xué)生了解、掌握實驗儀器的使用方法,直觀地理解實驗項目,提高了實驗課效率,調(diào)動了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。

積極將仿真技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等引入實驗教學(xué),建設(shè)虛擬仿真實驗室。學(xué)生通過虛擬操作了解真實的工藝操作,有融入其中的感覺,達(dá)到真實實驗操作的效果[8]。2017年實驗中心引入北京四方的仿真平臺及熱電聯(lián)產(chǎn)仿真模型,建成了集教學(xué)、實驗、培訓(xùn)和科研為一體的熱電聯(lián)產(chǎn)虛擬仿真實驗室,并為能源與動力工程專業(yè)學(xué)生開設(shè)了電站仿真實訓(xùn)操作課程。通過仿真實訓(xùn),極大地提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,使學(xué)生對生產(chǎn)流程有了完整的認(rèn)識和了解,訓(xùn)練了實際操作技能,培養(yǎng)了工程觀念。

5 實驗考核過程化

實驗考核是對學(xué)生實驗?zāi)芰Φ娜鏅z查,也是對教師實驗教學(xué)效果的檢查。但以往的考核方式單一、主觀,往往僅根據(jù)學(xué)生提交的實驗報告來確定實驗成績,實驗報告相互抄襲現(xiàn)象嚴(yán)重,實驗成績不能反映學(xué)生的真實水平,極大地挫傷了學(xué)生開展實驗的積極性和主動性[9]。鑒于這種情況,提出實驗考核過程化,將以前注重結(jié)果、注重知識的考核變?yōu)樽⒅剡^程、注重能力的過程化考核。實驗成績不僅包括實驗報告成績,還要考慮預(yù)習(xí)情況、設(shè)計能力、動手能力、實驗態(tài)度、實驗結(jié)果等,學(xué)生參加實驗教學(xué)的全過程均屬于實驗課考核范圍,使學(xué)生一改以前被動、應(yīng)付的學(xué)習(xí)態(tài)度,而變?yōu)榉e極、主動地參加實驗。

另外,針對不對類型的實驗,采用不同的實驗報告形式。實驗報告不僅能反映學(xué)生掌握實驗的能力,還能反映學(xué)生分析解決問題的能力、計算能力和文字表達(dá)能力?；A(chǔ)實驗的實驗報告除了保留原有實驗報告內(nèi)容外,要求增加對實驗結(jié)果的討論與思考;綜合性、設(shè)計性實驗的實驗報告,要求學(xué)生以科技論文的形式提交,培養(yǎng)學(xué)生概括、總結(jié)科學(xué)實驗的能力。

6 結(jié)語

在實驗教學(xué)模式改革中,注重對學(xué)生分析問題和解決問題能力的培養(yǎng),注重提高學(xué)生的理論水平和實踐能力。在今后的實驗教學(xué)中,還將不斷探索和完善,實時更新設(shè)備,增加開設(shè)更多的設(shè)計性實驗和科研性實驗,使實驗室在促進(jìn)學(xué)生掌握所學(xué)理論知識、訓(xùn)練實踐能力、培養(yǎng)創(chuàng)新精神等方面發(fā)揮更大作用。