新工科視域下電類專業(yè)實驗教學(xué)體系改革的研究

王曉惠 李娟 謝文丹 劉潔

（商丘工學(xué)院，河南 商丘 476000）

引言

新工科建設(shè)是從新一輪全球科技變革和產(chǎn)業(yè)技術(shù)發(fā)展的需求分析，在卓越計劃基礎(chǔ)上，提出的一項持續(xù)深化工程教育改革的重大行動計劃。工科在我國高等教育中占有極其重要的位置，工科專業(yè)占全國高校專業(yè)總量的1/3。然而我國工程教育存在大而不強的問題，高等工程人才的培養(yǎng)質(zhì)量尚待提高。教育部在2017年提出了“新工科”概念，旨在培養(yǎng)和造就一批又一批專業(yè)融合、創(chuàng)新力強、未來能夠引領(lǐng)行業(yè)技術(shù)與經(jīng)濟社會發(fā)展的高質(zhì)量新型工程技術(shù)人才。對高校來說，設(shè)立新興工科專業(yè)，如人工智能、智能制造、機器人、云計算等，鼓勵產(chǎn)教深層次融合協(xié)同育人，對傳統(tǒng)工科專業(yè)升級改造為傳統(tǒng)工科專業(yè)發(fā)展開辟新途徑。依據(jù)人才培養(yǎng)目標(biāo)的定位，我國工程人才應(yīng)具備實踐能力和創(chuàng)新思維，其中實驗教學(xué)的改革尤為重要。針對電類專業(yè)和學(xué)生學(xué)習(xí)情況，構(gòu)建有利于工程技術(shù)型人才實驗教學(xué)體系，以學(xué)生為中心，以培養(yǎng)工程能力和創(chuàng)新能力為結(jié)果導(dǎo)向，培養(yǎng)符合市場需求、與企業(yè)無縫銜接的電類專業(yè)畢業(yè)生。

一、電類實驗課程教學(xué)現(xiàn)狀

以商丘工學(xué)院為例，在實驗課程教學(xué)及學(xué)生做實驗過程中仍然存在一些問題。第一，課程驗證性、演示性實驗仍占較大比例，設(shè)計性、綜合性實驗偏少甚至沒有。學(xué)生參照實驗指導(dǎo)書或教師演示做實驗，機械的連線搭建電路、記錄數(shù)據(jù)，學(xué)生容易投機取巧，課后寫實驗報告時，對數(shù)據(jù)缺思考、分析和處理，甚至不確定記錄的數(shù)據(jù)是不是對的。第二，教師實驗課教學(xué)方法傳統(tǒng)，一般是實驗室板書或多媒體先講解涉及到的理論知識，然后給學(xué)生演示，之后讓學(xué)生跟著步驟做，學(xué)生被動地接受知識，缺乏主動學(xué)習(xí)和創(chuàng)新。第三，實驗考核方式不能真實反映學(xué)生實踐真實水平，更無法激勵學(xué)生培養(yǎng)創(chuàng)新能力。傳統(tǒng)的考核方式期末卷面成績?yōu)橹鳎o學(xué)生的印象是考前前兩天復(fù)習(xí)到位，多背背記憶就能考出不錯的成績，使得學(xué)生不太重視實踐能力的提高，而那些平常實踐動手能力不錯的學(xué)生總評成績卻不高。這樣的考核方式導(dǎo)致學(xué)生在學(xué)習(xí)中缺乏積極性、主動性和創(chuàng)造性，難以達到理想的考核評價效果，更不能滿足應(yīng)用型人才培養(yǎng)的目標(biāo)。為緊跟新工科建設(shè)的步伐，電類專業(yè)實驗課程體系的改革已刻不容緩。

二、實驗教學(xué)體系改革思路

結(jié)合我校電類專業(yè)實驗教學(xué)情況和新工科建設(shè)發(fā)展需求，以高等工程教育理念為指導(dǎo)，強化實踐培養(yǎng)，實驗教學(xué)體系改革思路如下。

（一）更新適應(yīng)“新工科”的實驗教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)方法。結(jié)合工程實踐，更新實驗教學(xué)內(nèi)容，減少演示性、驗證性實驗比例，增加綜合性、設(shè)計性、創(chuàng)新性實驗占比，以工程情境為驅(qū)動，開展基于工程項目的探究式教學(xué)、基于工程案例的討論式教學(xué)、基于工程設(shè)計訓(xùn)練的參與式學(xué)習(xí)，以成果為導(dǎo)向，著力培養(yǎng)學(xué)生工程實踐能力與創(chuàng)新意識。

（二）完善實驗室運行機制，以學(xué)生為中心。開放電類實驗室，引進更高檔次實驗儀器設(shè)備，根據(jù)新工科實驗教學(xué)需要建設(shè)電類專業(yè)實驗教學(xué)體系，將真實實驗與虛擬仿真相結(jié)合，技能興趣小組與開放實驗室結(jié)合，進一步提高學(xué)生的實踐興趣與動手能力；激勵學(xué)生崇尚實踐創(chuàng)新，對學(xué)生設(shè)計性、創(chuàng)新性實驗的作品進行集中展示；通過大學(xué)生創(chuàng)新性比賽、學(xué)科競賽訓(xùn)練等，有效提高實驗室的開放率和利用率。

（三）深化校企深度融合的協(xié)同育人機制。與商丘美格電子科技有限公司、河南西科電子有限公司、武漢創(chuàng)維特信息技術(shù)有限公司等14 家多家企業(yè)建立了穩(wěn)定的校企合作關(guān)系，保證實驗教學(xué)的正常進行。聘請多位位企業(yè)導(dǎo)師參與指導(dǎo)學(xué)生實踐實訓(xùn)、畢業(yè)設(shè)計等。此外，人才培養(yǎng)方案的論證、修訂與完善充分聽取校外專家、企業(yè)、用人單位意見，邀請校企聯(lián)合培養(yǎng)人才的企業(yè)專家進行把關(guān)。

（四）“四位一體”實踐培養(yǎng)模式構(gòu)建。在學(xué)校電類實驗中心的基礎(chǔ)上，學(xué)校建設(shè)了一批如西科、美格等校外實踐基地、電工、單片機等課程組建技能興趣小組，技能小組普及到每位學(xué)生并貫穿專業(yè)教育全過程，數(shù)字電子技術(shù)、單片機開設(shè)開放性實驗，形成了課程實驗、開放性實驗、技能小組、校外實踐基地相結(jié)合的“四位一體”實踐培養(yǎng)模式。

三、電類實驗教學(xué)改革

傳統(tǒng)的電類基礎(chǔ)實驗教學(xué)一般是教師按照實驗涉及到的理論知識進行講解和演示實驗，之后學(xué)生參照實驗指導(dǎo)書或按照教師規(guī)定的步驟進行操作、接線、記錄數(shù)據(jù)或現(xiàn)象等。這一實驗教學(xué)方式，實驗過程易于掌控。演示驗證性實驗?zāi)艽龠M學(xué)生對相關(guān)理論知識的理解，但缺點是只重視學(xué)生外顯行為，不太關(guān)注學(xué)生實踐訓(xùn)練的內(nèi)在規(guī)律，實驗過程強調(diào)統(tǒng)一性，不利于學(xué)生綜合能力的培養(yǎng)與創(chuàng)新意識的訓(xùn)練，課程與實驗之間、實驗與實驗之間容易割裂，不利于后續(xù)綜合性、設(shè)計性實驗的開展，學(xué)生缺乏主動性。針對“新工科”建設(shè)要求，以綜合能力培養(yǎng)為目標(biāo)，在開放實驗室建設(shè)的基礎(chǔ)上，進行了以下教學(xué)改革。

（一）構(gòu)建層次化遞進式實驗教學(xué)體系

心理干預(yù)前后患者焦慮、抑郁、SCL-90得分干預(yù)組與對照組有顯著差異。本研究綜合運用各種干預(yù)措施，對患者實施心理護理。有研究表明[4，5]，支持性心理護理對改善患者情緒是有效的。陳晶等研究表明[6，7]，合理運用心理治療手段，如行為療法、暗示療法、音樂療法對患者情緒的改善是有效的。

針對“新工科”建設(shè)要求，以培養(yǎng)學(xué)生多學(xué)科交叉融合的應(yīng)用能力、工程能力、創(chuàng)新能力、發(fā)現(xiàn)、分析與解決問題能力為導(dǎo)向，構(gòu)建電類專業(yè)層次化遞進式實驗教學(xué)體系。該體系包括三個層次，由淺及深，由易到難，第一層次是電類基礎(chǔ)實驗，主要包括演示性、驗證性實驗；第二層次是電類與信息融合的專業(yè)實驗，主要包括操作性、綜合性實驗；第三層次主要包括設(shè)計性實驗和創(chuàng)新性實驗。

（二）教學(xué)模式改革

1.改變傳統(tǒng)的講授式授課方式，注重探索實踐課程線上線下混合式教學(xué)方式。實踐課程與理論課程不同，當(dāng)然也不能完全采用線上的教學(xué)方式，如MOOC 或SPOC 等。以CDIO 工程教育理念為指導(dǎo)，采用項目式教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生工程實踐能力。采用啟發(fā)式實驗教學(xué)，變過去考核實驗結(jié)果為考核實驗過程，讓學(xué)生主動參與實驗過程的設(shè)計。豐富教學(xué)資源與教學(xué)手段，不斷引進信息新技術(shù)，采用新的教學(xué)資源和教學(xué)手段，豐富實驗教學(xué)內(nèi)容。

2.線上線下結(jié)合，多平臺結(jié)合。充分利用信息技術(shù)資源，比如學(xué)習(xí)通，可發(fā)布課前預(yù)習(xí)，課堂練習(xí)以及課后測試。督促學(xué)生提前預(yù)習(xí)，提高實驗教學(xué)效率和質(zhì)量。教師的操作演示視頻也可在平臺上供學(xué)生課后學(xué)習(xí)，幫助學(xué)生更靈活的預(yù)習(xí)和復(fù)習(xí)，加強對相關(guān)實驗的掌握。教師還可以利用QQ 群、微信群等交流平臺，及時解決學(xué)生在實驗過程中的疑惑。

3.課上課下相結(jié)合、真實與虛擬仿真相結(jié)合的電類基礎(chǔ)課程實驗，有一定安全要求的實驗內(nèi)容實驗成本高，通過虛擬仿真增強感性認知。

4.開展多元化實驗教學(xué)，實驗前布置實驗思考，實驗中討論驗證實驗方案，實驗后總結(jié)實驗結(jié)果，實施多元化實驗教學(xué)新模式。

（三）專業(yè)實驗教學(xué)改革

第二、第三層次專業(yè)實驗結(jié)合電類專業(yè)課程內(nèi)容進行科學(xué)規(guī)劃和設(shè)計，由教授、專業(yè)骨干教師和實驗人員對實驗內(nèi)容、實驗設(shè)備等開展討論，確定綜合性、設(shè)計性、創(chuàng)新性實驗。

1.專業(yè)課程實驗教學(xué)強調(diào)培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)、分析、解決問題的工程能力，將解決復(fù)雜工程問題意識的培養(yǎng)貫穿于所有專業(yè)課程實驗。專業(yè)課程實驗由學(xué)生自主完成實驗方案、技術(shù)路線、元器件選擇、設(shè)計制作與調(diào)試等。

2.加大專業(yè)教師科研成果向?qū)嶒灲虒W(xué)的轉(zhuǎn)化率，可結(jié)合教師的科研項目開展創(chuàng)新性實驗。形成創(chuàng)新性實驗內(nèi)容。

3.面向本專業(yè)領(lǐng)域發(fā)展熱點，開設(shè)專業(yè)綜合實驗。以電信專業(yè)2019 級為例，其傳感器核心課程在開課初期，讓學(xué)生結(jié)合所學(xué)知識進度開展智能臺燈綜合設(shè)計，在課程學(xué)習(xí)階段完成基本原理、方案選擇、電路設(shè)計、焊接調(diào)試等全過程。

4.利用開放實驗室，鼓勵學(xué)生結(jié)合所學(xué)專業(yè)、根據(jù)社會工業(yè)需求自選課題，進行實驗設(shè)計開發(fā)，使實驗內(nèi)容不局限于教學(xué)大綱內(nèi)的實驗內(nèi)容。

5.鼓勵學(xué)生參加“創(chuàng)新杯”、全國電子設(shè)計大賽、水中機器人大賽等學(xué)科競賽，結(jié)合競賽訓(xùn)練開展專業(yè)創(chuàng)新性實驗。學(xué)科競賽對大學(xué)生的實踐能力與創(chuàng)新意識培養(yǎng)具有不可替代的作用。

（四）多元化、全過程實驗考核機制改革

目前我校實驗成績主要以實驗報告為主，結(jié)構(gòu)單一，不能體現(xiàn)學(xué)生的創(chuàng)新能力和綜合水平。改革后的考評機制應(yīng)不同類型的實驗做出相應(yīng)調(diào)整。第一層次，演示驗證性實驗較簡單，重點考查學(xué)生課堂實驗操作和撰寫的實驗報告。第二層次，專業(yè)實驗教師可根據(jù)學(xué)習(xí)通平臺學(xué)生回答問題情況作為學(xué)生的考評依據(jù)。第三層次，設(shè)計型、綜合型實驗考核內(nèi)容包括:課前設(shè)計、自主創(chuàng)新能力、作品驗收、答辯和實驗報告。課前設(shè)計主要是對原理和方案的選擇等；自主創(chuàng)新能力是學(xué)生對學(xué)習(xí)資源的利用和自主學(xué)習(xí)能力，作品功能和電路設(shè)計的創(chuàng)新性；作品驗收采用演示答辯的形式，演示中需體現(xiàn)出測試過程、仿真結(jié)果和數(shù)據(jù)處理等；實驗報告要規(guī)范，體現(xiàn)學(xué)生對文檔的編輯和工具的使用能力。多方位的考核形成多元化、全過程的考評機制，在整個過程中也逐步培養(yǎng)起學(xué)生的綜合實踐能力和創(chuàng)新能力。

四、結(jié)語

以新工科建設(shè)為契機，我校面向“新工科”建設(shè)，提出了電類專業(yè)實驗教學(xué)體系建設(shè)新思路，以學(xué)生為中心，形成基礎(chǔ)實驗、專業(yè)實驗、綜合設(shè)計性實驗層次化遞進式實驗教學(xué)體系改革，構(gòu)建多元化、全過程考核機制，為提高電類專業(yè)學(xué)生的綜合能力與創(chuàng)新意識助力。