創(chuàng)新設(shè)計性實驗項目在工科類本科生培養(yǎng)中的作用

韓海燕 閆永亮

（1.河北工程大學(xué)數(shù)理科學(xué)與工程學(xué)院 河北·邯鄲 056038；2.河北工程大學(xué)信息與電氣工程學(xué)院 河北·邯鄲 056038）

0 引言

面對新時期的發(fā)展需求以及工業(yè)4.0高科技戰(zhàn)略計劃的提出，我國的工業(yè)及制造業(yè)等行業(yè)領(lǐng)域急需大量有一定工程素養(yǎng)和工程實踐能力的工科類本科畢業(yè)生參與到行業(yè)的發(fā)展建設(shè)中[1]。面對新的人才需求，教育部積極推動新工科建設(shè)工作，2017年教育部高教司發(fā)布了《關(guān)于開展新工科研究與實踐的通知》，并在國內(nèi)高等院校中大力發(fā)展和推進“新工科”教育建設(shè)，在高校工科類本科生培養(yǎng)過程中形成合理的課程體系和專業(yè)知識架構(gòu)，突出課程對工科類本科生工程素養(yǎng)、工程思維和工程實踐能力的培養(yǎng)[2]，形成新時期的工科構(gòu)架，以滿足新的科學(xué)技術(shù)形式下我國的工業(yè)及相關(guān)行業(yè)對優(yōu)秀工程類人才的需求[3]。

在傳統(tǒng)的工科類本科生的培養(yǎng)方案中，有很多實驗課程的設(shè)置，包括課程內(nèi)實驗和單獨開設(shè)的實驗課程，但是這些課程的設(shè)置大多數(shù)屬于驗證性實驗[4]，其中綜合設(shè)計類實驗開設(shè)較少，而且這些綜合類設(shè)計的課程設(shè)置的目的仍然是對課堂知識的鞏固和理解[5]。為適應(yīng)發(fā)展新工科、培養(yǎng)新型人才的建設(shè)背景，也為提高工科類本科生的工程素養(yǎng)和工程實踐能力；針對一些工科類本科生的專業(yè)設(shè)置特點，特別是實驗實踐類課程的設(shè)置內(nèi)容，提出一種在課堂知識掌握的基礎(chǔ)上的創(chuàng)新性設(shè)計類實驗項目，通過該類創(chuàng)新性設(shè)計實驗項目的設(shè)置，不僅能夠促進學(xué)生對課堂知識進行進一步的理解和掌握、激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新能力和設(shè)計能力，更能夠通過整體設(shè)計性實驗的實施培養(yǎng)學(xué)生的工程思維，也能夠?qū)崿F(xiàn)對學(xué)生工程實踐能力的培養(yǎng)。

1 工科類學(xué)生工程能力的缺乏

因為課程設(shè)置和教學(xué)模式的影響，傳統(tǒng)工科類本科生培養(yǎng)過程中缺乏對學(xué)生工程思維、工程素養(yǎng)和工程實踐能力的培養(yǎng)，使得工科類本科生畢業(yè)時并不具備較高的工程實踐能力，也不能滿足當前新的工業(yè)革命形式下我國工業(yè)及相關(guān)行業(yè)對優(yōu)秀工程類人才的需求。

1.1 理論課程中對學(xué)生工程思維培養(yǎng)缺乏

當前工科類本科生的課程設(shè)置中理論課程的課時仍然占據(jù)一半以上的比例，但是理論課程的設(shè)置并不影響對學(xué)生工程思維的培養(yǎng)，相反在大多數(shù)的工科類本科生的培養(yǎng)方案中，雖然不同工科類專業(yè)設(shè)置的課程都很大區(qū)別，但是各專業(yè)的工科生的課程設(shè)置中有很多門專業(yè)課程都與實際應(yīng)用或工程應(yīng)用有著密不可分的聯(lián)系。在這些與實際應(yīng)用密切聯(lián)系的課程設(shè)置中，雖然課程性質(zhì)是理論課，但是學(xué)生仍然可以在這些課程的授課過程中獲得工程思維和工程素養(yǎng)的培養(yǎng)?？上У氖谴蟛糠终n堂授課者只是將該類課程的內(nèi)容當作課堂知識講授，并不能結(jié)合課程的特點，融入對學(xué)生工程思維有益的相關(guān)內(nèi)容。因此在這些專業(yè)課程的學(xué)習(xí)過程中，學(xué)生獲得的只是理論知識的內(nèi)容，而不能獲得工程素養(yǎng)的培養(yǎng)，更不能將轉(zhuǎn)化為自身的工程實踐能力。

1.2 實驗實踐環(huán)節(jié)對學(xué)生工程能力培養(yǎng)不足

在工科類本科生的課程設(shè)置中有較多的實驗課程或?qū)嵺`環(huán)節(jié)的設(shè)置，這些課程實驗和實踐環(huán)節(jié)是鍛煉工科類本科生工程實踐能力的寶貴平臺。但是由于傳統(tǒng)實驗教學(xué)模式的影響，目前大部分高校中的實驗課程的設(shè)置及開設(shè)的主要目的是在于對相應(yīng)理論課程的知識驗證，或者是對于某些實驗設(shè)備及實驗方法的簡單操作。在這些實驗項目的實施過程中，實驗手冊已經(jīng)很詳盡的講述了每一步實驗步驟和預(yù)期的實驗效果或數(shù)據(jù)，因此在該類實驗過程中學(xué)生的實際參與度很小，更多的是根據(jù)實驗手冊進行的實驗操作，沒有創(chuàng)新性和設(shè)計性的工作融入到實驗過程中，得不到工程實踐能力的培養(yǎng)。

1.3 專業(yè)教育過程中對學(xué)生創(chuàng)新能力要求欠缺

在當前大力發(fā)展新工科的建設(shè)背景下，從學(xué)校到學(xué)院，從學(xué)院到專業(yè)系室都應(yīng)該對學(xué)生的專業(yè)教育中增加對學(xué)生創(chuàng)新能力的宣傳教育，提高學(xué)生對創(chuàng)新能力的理解和培養(yǎng)創(chuàng)新能力的動力。但是目前大多數(shù)院校對學(xué)生的專業(yè)教育中缺乏對學(xué)生創(chuàng)新能力的要求和培養(yǎng)，因此導(dǎo)致學(xué)生對創(chuàng)新能力的重要性認識不足，也很難在課程學(xué)習(xí)過程中積極主動的培養(yǎng)自身的創(chuàng)新能力。

2 創(chuàng)新設(shè)計性實驗項目對工程素養(yǎng)的培養(yǎng)

為改變于傳統(tǒng)教學(xué)模式的影響，針對一些工科類本科生的專業(yè)設(shè)置特點，特別是實驗實踐類課程的設(shè)置內(nèi)容，提出一種在課堂知識掌握的基礎(chǔ)上的創(chuàng)新性設(shè)計類實驗項目的授課方式，其設(shè)置的目的在于促進學(xué)生對課堂知識的理解和掌握、激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新能力和設(shè)計能力，通過整體設(shè)計性實驗的實施培養(yǎng)學(xué)生的工程思維，也能夠?qū)崿F(xiàn)對學(xué)生工程實踐能力的培養(yǎng)。

2.1 創(chuàng)新設(shè)計性實驗項目對創(chuàng)新能力的培養(yǎng)

創(chuàng)新設(shè)計性實驗項目首先是對學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，在這一實驗項目實施過程中，利用學(xué)生對理論知識的掌握，采用引導(dǎo)的方式激發(fā)學(xué)生利用已有的理論知識進行新的構(gòu)思，能夠?qū)⑺鶎W(xué)知識進行創(chuàng)新發(fā)現(xiàn)和拓展。在這一過程中，創(chuàng)新不僅僅是指知識或技術(shù)上的創(chuàng)新，也可以是已有的知識或技術(shù)在應(yīng)用領(lǐng)域的創(chuàng)新、應(yīng)用方法的創(chuàng)新、應(yīng)用指標的創(chuàng)新等等。學(xué)生根據(jù)自身的優(yōu)勢和知識掌握的能力在不同層次上開展創(chuàng)新項目的實現(xiàn)，充分發(fā)揮學(xué)生的創(chuàng)新思維和創(chuàng)造能力。

在該類型的實驗項目實施過程中，鼓勵學(xué)生除了在實驗授課教師所給出的實現(xiàn)項目之外，在結(jié)合實驗室經(jīng)費和已有設(shè)備的基礎(chǔ)上自行提出相關(guān)的實驗項目。在自行提出實驗項目時，需要滿足幾點要求：首先是與本專業(yè)課程設(shè)置相一致，不能偏離本專業(yè)的課程設(shè)置內(nèi)容；其次要求所提出的實驗項目有可實施性和可操作性，不能是憑空臆想的實驗項目；最后要求學(xué)生提出的實驗項目有創(chuàng)新性，并能夠指出其創(chuàng)新之處。滿足這三點的實驗項目可以列為擬實施的實驗項目進行開展。

2.2 創(chuàng)新設(shè)計性實驗項目對工程思維的培養(yǎng)

創(chuàng)新設(shè)計性實驗項目的開設(shè)除了對學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，更注重學(xué)生工程思維的培養(yǎng)。學(xué)生在課堂中學(xué)習(xí)的理論知識不僅需要在實驗室中通過實驗項目來驗證，更需要在將來應(yīng)用的實際需求中。因此在該創(chuàng)新設(shè)計性實驗項目實施過程中，結(jié)合實際生活中的應(yīng)用場景和應(yīng)用需求，要求學(xué)生以工程師的思維來考慮和解決問題，對所提出的實驗項目不僅進行實驗操作，更是從工程思維的角度出發(fā)對實驗項目進行綜合因素的考慮，分析實驗項目要求，提出設(shè)計方案，并在實驗結(jié)束后對自己的工程思維能力進行總結(jié)和分析。

2.3 創(chuàng)新設(shè)計性實驗項目對工程實踐能力的培養(yǎng)

創(chuàng)新設(shè)計性實驗項目除了注重學(xué)生的創(chuàng)新能力和工程思維的培養(yǎng)，還強調(diào)對學(xué)生進行工程實踐能力的培養(yǎng)。在學(xué)生進行項目實施的過程中，要求學(xué)生從工程師的角度出發(fā)，以實際應(yīng)用為指標進行實驗完成工作。在實驗項目實施過程中對應(yīng)用場合、應(yīng)用領(lǐng)域、應(yīng)用環(huán)境、應(yīng)用人群等因素進行充分的考慮，真正按照工程設(shè)計的標準進行實驗項目的完成。在這個過程中可以將邀請其他同學(xué)或授課教師對項目進行模擬使用和模擬鑒定，根據(jù)鑒定者給出的意見對項目的實施過程進行完善和完成。通過這樣反復(fù)的訓(xùn)練過程達到培養(yǎng)學(xué)生工程實踐能力的培養(yǎng)。

3 結(jié)語

本文結(jié)合多年的實驗教學(xué)經(jīng)驗，針對高校傳統(tǒng)實驗課程目的性單一、實驗項目設(shè)置不靈活、不能夠充分發(fā)揮學(xué)生創(chuàng)新和設(shè)計能力的特點，提出一種在課堂知識掌握的基礎(chǔ)上的創(chuàng)新性設(shè)計類實驗項目，通過該類創(chuàng)新性設(shè)計實驗項目的設(shè)置，不僅能夠促進學(xué)生對課堂知識進行進一步的理解和掌握、激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新能力和設(shè)計能力，更能夠通過整體設(shè)計性實驗的實施培養(yǎng)學(xué)生的工程思維，也能夠?qū)崿F(xiàn)對學(xué)生工程實踐能力的培養(yǎng)。該類型實驗項目的實施高校工科類本科生教育培養(yǎng)的發(fā)展研究探索了一條新的途徑。