面向工程人才培養(yǎng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革思路研究

曹 穎，周 超，陳 瓊

（1.中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）工程學(xué)院，湖北 武漢430074；2.中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）地理與信息工程學(xué)院，湖北 武漢430078）

在“經(jīng)濟(jì)全球化，高等教育國際化”大發(fā)展的今天，如何培養(yǎng)具有創(chuàng)新能力的高素質(zhì)本科應(yīng)用型人才，是我們面臨的首要問題。隨著全世界人口的不斷增長，資源和生態(tài)環(huán)境壓力的日益增大，工程與技術(shù)在解決人類需求和促進(jìn)社會發(fā)展方面將起著越來越重要的作用。工程教育是為國家經(jīng)濟(jì)建設(shè)與社會發(fā)展提供工程技術(shù)人才的主要渠道，以加強(qiáng)工程實(shí)踐的訓(xùn)練，大力培養(yǎng)和提高工程技術(shù)人才的操作動手能力、思維創(chuàng)新能力為目的的工程教育改革，是高校當(dāng)務(wù)之急[1]。

將實(shí)驗(yàn)教學(xué)與理論教學(xué)緊密結(jié)合，使實(shí)驗(yàn)過程成為學(xué)生自主學(xué)習(xí)、探索、研究的實(shí)踐過程，并從中獲取、積累和整合知識，構(gòu)建合理的知識結(jié)構(gòu)、能力結(jié)構(gòu)和思維結(jié)構(gòu)，是高校人才培養(yǎng)的重要環(huán)節(jié)。工科專業(yè)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，不僅能夠幫助學(xué)生學(xué)習(xí)和掌握必要的工程技術(shù)、測量方法、先進(jìn)設(shè)備和學(xué)科的基本研究方法，更重要的是培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)研究精神和創(chuàng)造思維習(xí)慣，以及收集、處理信息和分析問題、解決問題的能力[2]。這是理論教學(xué)所不能替代的。而專業(yè)實(shí)驗(yàn)室作為實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)的重要基地，其水平的高低也直接影響到人才培養(yǎng)的質(zhì)量[3]。

因此，專業(yè)課實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的總目標(biāo)是：著重以專業(yè)領(lǐng)域的研究和設(shè)計(jì)應(yīng)用為背景，整合專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，以訓(xùn)練學(xué)生科學(xué)思維方法和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ鲬B(tài)度、培養(yǎng)學(xué)生工程實(shí)踐能力和工程創(chuàng)新意識、提高實(shí)驗(yàn)操作能力和分析問題的能力為目的，構(gòu)建新的專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系。同時(shí)，著力推進(jìn)與此相適應(yīng)的實(shí)驗(yàn)室建設(shè)與管理模式改革，完善配套措施。

1 加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，建立工程人才培養(yǎng)模式

工程實(shí)踐能力的培養(yǎng)是工程技術(shù)人才必修的重要內(nèi)容，工科學(xué)生既要接受實(shí)踐性環(huán)節(jié)的嚴(yán)格訓(xùn)練與培養(yǎng)，又要創(chuàng)造條件，使其通過課外實(shí)踐來學(xué)習(xí)知識、鍛煉毅力、積累經(jīng)驗(yàn)，從而發(fā)揮其聰明才智和創(chuàng)新激情，成為一名適應(yīng)新世紀(jì)發(fā)展需要的工程技術(shù)人才[4]。

根據(jù)工科院校的實(shí)驗(yàn)、實(shí)踐、畢業(yè)設(shè)計(jì)和生產(chǎn)實(shí)習(xí)等各教學(xué)環(huán)節(jié)的相互連貫、互為滲透的實(shí)踐教學(xué)模式，設(shè)置科學(xué)合理、富于實(shí)效的工程人才培養(yǎng)模式，建立分層面、多模塊的實(shí)踐性教學(xué)體系，并通過過程管理和項(xiàng)目驗(yàn)收等程序來推進(jìn)實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)的改革實(shí)現(xiàn)和正常運(yùn)行。

2 建設(shè)自主開放性實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)境

開放實(shí)驗(yàn)時(shí)間是調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)主動性，使其真正成為實(shí)驗(yàn)教學(xué)主體的必要條件，也是切實(shí)完成教學(xué)目標(biāo)的重要保證。實(shí)驗(yàn)室需要有專業(yè)性，但不是自我封閉的獨(dú)立性。因此需要建立一種新的實(shí)驗(yàn)室管理機(jī)制和通用平臺，使實(shí)驗(yàn)室有效開放[5]。

通過實(shí)驗(yàn)室的開放制度建立實(shí)踐性教學(xué)體系，把學(xué)生能力培養(yǎng)劃分為課內(nèi)必修實(shí)驗(yàn)技能訓(xùn)練、課外興趣培養(yǎng)和創(chuàng)新能力鍛煉3 個(gè)層次，通過安排課內(nèi)實(shí)驗(yàn)教學(xué)、工程訓(xùn)練的各種實(shí)習(xí)、課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)等教學(xué)環(huán)節(jié)，掌握規(guī)定的專業(yè)知識，同時(shí)利用課外開放實(shí)驗(yàn)室，舉辦各種不同類型的競賽活動，吸引學(xué)生積極參加課余時(shí)間的社會實(shí)踐，使學(xué)生在邊學(xué)習(xí)邊實(shí)驗(yàn)邊科研的過程中發(fā)揮主觀能動性，完成從入門到高級的不同層次訓(xùn)練[6]。

3 優(yōu)化穩(wěn)定的實(shí)驗(yàn)教學(xué)課程內(nèi)容

相對穩(wěn)定的課程內(nèi)容是指同一門課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容達(dá)到統(tǒng)一和相對固定，并且隨著條件的改善可以逐步提高，以達(dá)到最好效果。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容相對穩(wěn)定有利于不斷總結(jié)提高，有利于實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書的確定，便于學(xué)生結(jié)合課堂學(xué)習(xí)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)前預(yù)習(xí)，有利于提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量。

以土力學(xué)專業(yè)教學(xué)為例，構(gòu)建相對穩(wěn)定的土力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，主要從土力學(xué)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的應(yīng)用廣泛性和工程實(shí)用性入手，對一些實(shí)驗(yàn)手段陳舊、內(nèi)容重疊的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行合并或刪除，保留或拓寬體現(xiàn)土力學(xué)理論精髓的和前沿性的必要實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，加大技能型、綜合性與探索性的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，將試驗(yàn)體系進(jìn)一步整合、優(yōu)化，優(yōu)化后的土力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容如表1所示。

表1 土力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容一覽表

4 建立“一個(gè)中心，四個(gè)支點(diǎn)”循環(huán)教學(xué)法

傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，僅僅是教師在課堂上講解理論，介紹各種實(shí)驗(yàn)原理和步驟，缺少形象性和直觀性。要求學(xué)生在有限的時(shí)間內(nèi)掌握大綱要求的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，對經(jīng)典理論的簡單驗(yàn)證，而且滯后于理論教學(xué)。實(shí)驗(yàn)教學(xué)沒有與社會生活和現(xiàn)代技術(shù)發(fā)展聯(lián)系起來，缺乏綜合性、設(shè)計(jì)性、研究性和開放性的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，學(xué)生對實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的思路考慮甚少。

基于以上問題和工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)需求，本文研究了針對土力學(xué)專業(yè)課程教學(xué)的“一個(gè)中心，四個(gè)支點(diǎn)”循環(huán)教學(xué)法，如圖1 所示。該方法一共分為五步，分別為講授、演示、應(yīng)用、反饋和融合。

圖1 “一個(gè)中心，四個(gè)支點(diǎn)”循環(huán)教學(xué)法示意圖

第一步是理論講授，即向?qū)W生教授相關(guān)實(shí)驗(yàn)的理論知識、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)結(jié)果的應(yīng)用等，將課堂的理論教學(xué)知識加以融合和形象化，加深學(xué)生對知識點(diǎn)的理解和對理論知識的應(yīng)用。第二步是操作演示，即由實(shí)驗(yàn)教師向?qū)W生介紹設(shè)備情況，演示樣品制取和設(shè)備操作流程，并在演示過程中告知所需注意的細(xì)節(jié)和安全問題等，保證學(xué)生后續(xù)工作的順利進(jìn)行。第三步是學(xué)生的自主操作，即在理論理解和現(xiàn)場觀摩的基礎(chǔ)之上，學(xué)生通過團(tuán)隊(duì)協(xié)作的方式開始自主準(zhǔn)備樣品和操作設(shè)備，這個(gè)環(huán)節(jié)主要是考察學(xué)生對教學(xué)內(nèi)容的理解和接受程度、動手能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，以及對突發(fā)問題的解決能力等。第四步是學(xué)習(xí)反饋，通過撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告的方式，不僅提高了學(xué)生的數(shù)據(jù)處理能力，在對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析過程中，也加深了對理論知識的鞏固和思考。另外，實(shí)驗(yàn)報(bào)告的誤差分析部分，也引導(dǎo)學(xué)生重新回顧實(shí)驗(yàn)過程，加深對實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程的印象和理論教學(xué)內(nèi)容的理解，提高教學(xué)效果。通過以上四步的學(xué)習(xí)和自主練習(xí)，最終將理論知識教學(xué)、設(shè)備操作和數(shù)據(jù)處理等環(huán)節(jié)融會貫通，使得學(xué)生最大程度領(lǐng)會知識和應(yīng)用。

“一個(gè)中心，四個(gè)支點(diǎn)”的循環(huán)教學(xué)法打破了以課堂講授為主的局面，將理論教學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)結(jié)合起來，構(gòu)成了一個(gè)完整的教學(xué)體系，提高了學(xué)生的創(chuàng)新意識和動手能力，將其掌握的理論知識真正轉(zhuǎn)化為能在生產(chǎn)與工程實(shí)踐當(dāng)中應(yīng)用的實(shí)際操作能力，從而為基層用人單位培養(yǎng)更多更好的技術(shù)型人才。

5 建立多元化考核方式

對于工科學(xué)生來說，實(shí)驗(yàn)課程的總體教學(xué)目標(biāo)是將對學(xué)生能力的培養(yǎng)融入知識的認(rèn)知過程，為學(xué)生提供更多的實(shí)踐機(jī)會，引導(dǎo)學(xué)生獨(dú)立思考，在發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的過程中積累知識，掌握解決實(shí)際工程問題的方法，并進(jìn)一步升華獨(dú)立工作能力和創(chuàng)新能力。傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)課程考核都是基于實(shí)驗(yàn)報(bào)告直接給分，僅僅看中學(xué)生的實(shí)驗(yàn)結(jié)果和數(shù)據(jù)處理程度，評定指標(biāo)過于單一。為了激發(fā)學(xué)生對實(shí)驗(yàn)教學(xué)的興趣和創(chuàng)新能力，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)課程考核指標(biāo)的多元化，需要結(jié)合實(shí)驗(yàn)過程中小組成員對實(shí)驗(yàn)的貢獻(xiàn)度，從學(xué)生的理論學(xué)習(xí)能力、創(chuàng)新能力、實(shí)際操作能力、獨(dú)立解決問題的能力和理論分析能力等方面確定評價(jià)指標(biāo)，綜合評定學(xué)習(xí)效果。具體來講，為了體現(xiàn)科學(xué)性與合理性，實(shí)驗(yàn)成績應(yīng)從課程預(yù)習(xí)、實(shí)驗(yàn)操作過程和實(shí)驗(yàn)總結(jié)三個(gè)方面綜合評定，其中操作過程能夠綜合反映學(xué)生對儀器設(shè)備的熟悉程度和動手操作能力，實(shí)驗(yàn)報(bào)告則反映出學(xué)生對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的理解和應(yīng)用能力，二者在學(xué)習(xí)效果評定中占比較大。

土力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)成績評價(jià)方案如表2 所示。

表2 實(shí)驗(yàn)教學(xué)成績評價(jià)方案（據(jù)文獻(xiàn)[7]修改）

6 結(jié)論

著重以專業(yè)領(lǐng)域的研究和設(shè)計(jì)應(yīng)用為背景，整合專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，以訓(xùn)練學(xué)生科學(xué)思維方法和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ鲬B(tài)度，培養(yǎng)學(xué)生工程實(shí)踐能力和工程創(chuàng)新意識，提高實(shí)驗(yàn)操作能力和分析問題的能力，是專業(yè)課實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的總體目標(biāo)。本文結(jié)合工科教學(xué)的特點(diǎn)和工程人才的培養(yǎng)需求，提出了專業(yè)課實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的思路和方法，培養(yǎng)學(xué)生成為適應(yīng)新世紀(jì)發(fā)展需要的工程技術(shù)人才。