基于工程認(rèn)證的機(jī)電專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)創(chuàng)新研究

李海燕，趙汗青，李海寶，閔振輝，萬豐

（1.黑龍江科技大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，黑龍江哈爾濱 150022，2.黑龍江科技大學(xué) 理學(xué)院，黑龍江哈爾濱 150022）

隨著新時代的到來，社會對教育、教師及人才培養(yǎng)提出了許多新要求，實(shí)驗(yàn)教學(xué)真正回到實(shí)踐能力的培養(yǎng)這個教學(xué)目標(biāo)上來。實(shí)驗(yàn)教學(xué)要注重學(xué)生將理論應(yīng)用于實(shí)踐的能力[1，2]。在工程認(rèn)證的要求下，實(shí)驗(yàn)教師要提高認(rèn)識，深刻思考實(shí)驗(yàn)教學(xué)如何進(jìn)一步創(chuàng)新，如何進(jìn)一步確立“以學(xué)生為中心”的教學(xué)理念，研究如何使得自己的實(shí)驗(yàn)課在創(chuàng)新的同時向高階努力[3，4]。

1 教學(xué)理念和教學(xué)形式的研究

1.1 “以學(xué)生為中心”的教學(xué)理念的思考

立德樹人是教育的根本任務(wù)。培養(yǎng)什么樣的人，是教育要解決的重要問題。實(shí)驗(yàn)教學(xué)的創(chuàng)新關(guān)鍵在于對“以學(xué)生為中心”的教學(xué)理念的創(chuàng)新，跟不上新的教育理念，就談不上創(chuàng)新教育。新技術(shù)、新產(chǎn)業(yè)、 新經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，直接影響著教育事業(yè)的發(fā)展。學(xué)生對知識的學(xué)習(xí)可以經(jīng)過教師對相關(guān)內(nèi)容的介紹和啟發(fā)獲得，也可以學(xué)生之間利用必要的學(xué)習(xí)資料進(jìn)行研討獲得。教學(xué)應(yīng)以學(xué)生為本，注重學(xué)生獨(dú)立設(shè)計實(shí)驗(yàn)方案并完成實(shí)驗(yàn)的能力。如何踐行這種“以學(xué)生為中心”的教學(xué)理念，就是實(shí)驗(yàn)教師應(yīng)該深刻思考的問題。

1.2 “啟發(fā)式”實(shí)驗(yàn)教學(xué)的研究與思考

實(shí)驗(yàn)教師要注重啟發(fā)式教育，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題，在不斷啟發(fā)中讓學(xué)生水到渠成得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論。有時教師要辨清某個知識點(diǎn)學(xué)生是否聽懂了，教師要想辦法讓學(xué)生學(xué)下去、學(xué)明白，學(xué)懂學(xué)會才是教師從事教育應(yīng)有的思維理念。這個教學(xué)過程是以學(xué)生為中心的，學(xué)生是主體，教師將內(nèi)容轉(zhuǎn)變成問題提出，教師設(shè)計情景激發(fā)學(xué)生的積極性，運(yùn)用教師的經(jīng)驗(yàn)和判斷力，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行研討。

2 線下實(shí)驗(yàn)教學(xué)的創(chuàng)新研究

2.1 提高工程創(chuàng)新思維能力的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容設(shè)計

以本科機(jī)電專業(yè)實(shí)驗(yàn)課程為例，討論實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的設(shè)計。首先，按照工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)，要確定教學(xué)目標(biāo)。其次，要明確專業(yè)課程實(shí)驗(yàn)對應(yīng)的畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)，接下來的教學(xué)活動都必須圍繞這個教學(xué)指標(biāo)點(diǎn)來進(jìn)行。再次，對照指標(biāo)點(diǎn)要求設(shè)計在實(shí)驗(yàn)課堂上要講述的內(nèi)容并滲透給學(xué)生本專業(yè)的思維方式。講述的內(nèi)容一定要緊扣指標(biāo)點(diǎn)，加入已學(xué)的相關(guān)專業(yè)知識，以提起學(xué)生對實(shí)驗(yàn)的濃厚興趣，會為學(xué)生接下來的實(shí)驗(yàn)提供思維路徑、解決實(shí)驗(yàn)中遇到的問題，為學(xué)生完善自己的實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計提供思路和探究方式，以解決實(shí)驗(yàn)中遇到的各種問題。最后，對不同實(shí)驗(yàn)內(nèi)容采用不同教學(xué)方法?？梢詥l(fā)和鼓勵學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中主動完成實(shí)驗(yàn)操作，總結(jié)實(shí)驗(yàn)過程中所得技巧及實(shí)驗(yàn)中通常可能會出現(xiàn)的問題等。操作中一定要注意一些問題，例如：傳感器的選擇必須符合工程應(yīng)用條件及精度等，在使用和安裝時，必須符合測量范圍和便于實(shí)驗(yàn)操作等，以此來確保實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)確度。此外，根據(jù)工程教育認(rèn)證的標(biāo)準(zhǔn)，遵循安全第一的原則，強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)安全事項(xiàng)。

2.2 提高工程創(chuàng)新思維能力的實(shí)驗(yàn)教學(xué)形式

課前學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)，教師根據(jù)課程教學(xué)目標(biāo)和教學(xué)計劃，為學(xué)生安排課前預(yù)習(xí)任務(wù)。這一環(huán)節(jié)通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)，學(xué)生選擇通過QQ、微信號等下載實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書和實(shí)驗(yàn)報告的格式，對實(shí)驗(yàn)進(jìn)行預(yù)習(xí)。具體內(nèi)容有實(shí)驗(yàn)教學(xué)指標(biāo)點(diǎn)、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)內(nèi)容及原理、方案設(shè)計、實(shí)驗(yàn)操作步驟等。在實(shí)驗(yàn)課上，實(shí)驗(yàn)教師可以鼓勵學(xué)生對照相關(guān)專業(yè)知識和學(xué)習(xí)的相關(guān)內(nèi)容及已有經(jīng)驗(yàn)對實(shí)驗(yàn)任務(wù)進(jìn)行進(jìn)一步的設(shè)計，通過仿真對自己的方案進(jìn)行論證，在確保沒問題時可以進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，例如：本科機(jī)電專業(yè)《可編程控制器及其應(yīng)用》這門課程的實(shí)驗(yàn)，就是學(xué)生自主進(jìn)行實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計，通過仿真軟件進(jìn)行仿真，仿真合理后，進(jìn)行實(shí)物連線、程序?qū)?、程序運(yùn)行等。在操作過程中避免丟步驟的現(xiàn)象，讀取數(shù)據(jù)也是有標(biāo)準(zhǔn)要求的，所以為了確保實(shí)驗(yàn)的順利進(jìn)行和數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確，教師要向?qū)W生明確要求，必要時試操作。在學(xué)生用自己設(shè)計的方案進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時，教師要鼓勵學(xué)生，特別是當(dāng)遇到困難時，要引導(dǎo)、啟發(fā)學(xué)生，必要時教師要幫助學(xué)生解決實(shí)驗(yàn)中遇到的問題，或者通過組織學(xué)生開展問題探究、協(xié)作學(xué)習(xí)、互動交流等方式來完成實(shí)驗(yàn)及相應(yīng)的分析與研究[5]。

2.3 培養(yǎng)工程創(chuàng)新能力的高階思考

實(shí)驗(yàn)教學(xué)的高階思考源于實(shí)驗(yàn)內(nèi)容又高于實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。一些不確定的測量、數(shù)據(jù)采集、特性測量等，即是我們進(jìn)一步思考和研究的內(nèi)容。例如： 某個顏色識別實(shí)驗(yàn)，觀察到的顏色和測得的結(jié)果有時是對不上的，這就要思考是什么原因造成的，是否是環(huán)境問題、 溫度問題、表面粗糙問題，有沒有其他不確定性因素等，那么應(yīng)該從幾個方面考慮，并對測量程序進(jìn)行改進(jìn)。對于速度的測量，有時會出現(xiàn)波形不整的情況；對于計數(shù)的測量有時會出現(xiàn)采集到波形卻沒有計數(shù)的現(xiàn)象等，這些都需要鼓勵學(xué)生去發(fā)現(xiàn)和分析，以此來提高學(xué)生的高階思維能力，以更圓滿地完成實(shí)驗(yàn)課程的學(xué)習(xí)任務(wù)，促進(jìn)學(xué)生提高對知識或信息的獲取能力，讓學(xué)生的能力在實(shí)驗(yàn)中得到認(rèn)可，從而提高學(xué)生的科研能力。

3 線上實(shí)驗(yàn)教學(xué)的創(chuàng)新研究

在網(wǎng)絡(luò)教學(xué)過程中，學(xué)生的認(rèn)識是一個復(fù)雜的過程。學(xué)生與學(xué)生、學(xué)生與教師之間的信息交流是形成知識建構(gòu)的有效途徑[6]。新冠肺炎疫情環(huán)境下，教育部號召停課不停學(xué)，各高校理論教學(xué)相應(yīng)開展線上教學(xué)，同時，實(shí)驗(yàn)教學(xué)也有相應(yīng)要求，實(shí)驗(yàn)教師進(jìn)行了線上實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究。據(jù)了解，有三種形式的實(shí)驗(yàn)教學(xué)：第一種，把整個實(shí)驗(yàn)錄一遍，給學(xué)生播放。第二種，錄片段，結(jié)合實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和理論知識進(jìn)行線上講解。第三種，在操作環(huán)節(jié)與學(xué)生線上互動，教師同時扮演學(xué)生和教師兩個角色。線上實(shí)驗(yàn)教學(xué)的建構(gòu)重在課件內(nèi)容的研究與精心制作、線上課堂的建立等[6]。

3.1 線上實(shí)驗(yàn)教學(xué)課件內(nèi)容的研究與制作

課件的制作要符合人才培養(yǎng)目標(biāo)的要求，機(jī)電專業(yè)以工程認(rèn)證為標(biāo)準(zhǔn)，以培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力、動手能力和創(chuàng)新能力為核心，形式多樣化，考核過程化，符合應(yīng)用型人才培養(yǎng)的要求。課件制作包括兩部分，一部分要錄制視頻片段和拍攝照片，一部分要準(zhǔn)備理論講解的課件內(nèi)容，講解和圖片、視頻要配合來完成。因此，我們結(jié)合機(jī)電專業(yè)學(xué)生的工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)，對實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了設(shè)計。

第一，安全教育是必不可少的，所以實(shí)驗(yàn)室的安全操作規(guī)程一定要講，而且同時配有視頻，邊播放課件邊講解。同時要明確該專業(yè)課程實(shí)驗(yàn)對應(yīng)的畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)的內(nèi)容，接下來的教學(xué)活動都應(yīng)圍繞這個教學(xué)指標(biāo)點(diǎn)來進(jìn)行，并要明確考核標(biāo)準(zhǔn)。

第二，對照指標(biāo)點(diǎn)要求設(shè)計在實(shí)驗(yàn)課堂上要講述的內(nèi)容和滲透給專業(yè)學(xué)生本專業(yè)的實(shí)驗(yàn)思維方式。講述的內(nèi)容一定要緊扣實(shí)驗(yàn)，加入相關(guān)專業(yè)理論知識，以引起學(xué)生對實(shí)驗(yàn)的興趣，專業(yè)實(shí)驗(yàn)的思維方式會為學(xué)生接下來的實(shí)驗(yàn)提供思維路徑和操作過程及遇到問題的解決途徑，為學(xué)生完善自己的實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計提供思路和探究方式，以解決實(shí)驗(yàn)中遇到的各種問題。

第三，對不同實(shí)驗(yàn)內(nèi)容采用不同教學(xué)形式?？梢杂脝l(fā)和鼓勵的方式讓學(xué)生總結(jié)以往實(shí)驗(yàn)過程中所得的實(shí)驗(yàn)技巧、實(shí)驗(yàn)中通?？赡軙霈F(xiàn)的問題等，以此來確保實(shí)驗(yàn)的完成。例如《可編程控制器及其應(yīng)用》實(shí)驗(yàn)就用到了軟件仿真，要引導(dǎo)學(xué)生應(yīng)用軟件及進(jìn)行程序設(shè)計和相關(guān)知識的查閱。在實(shí)驗(yàn)中加入工程應(yīng)用的介紹，并配有相關(guān)視頻，能進(jìn)一步激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

第四，強(qiáng)調(diào)注意事項(xiàng)，有數(shù)據(jù)處理分析的實(shí)驗(yàn)，要舉例講解實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)處理與結(jié)果分析，畫圖的部分要重點(diǎn)講解畫圖過程要注意的問題及繪制標(biāo)準(zhǔn)。

3.2 線上實(shí)驗(yàn)教學(xué)課堂的建立

筆者請教了有關(guān)教師和學(xué)生，尋求有效良好的課堂環(huán)境以便上好線上實(shí)驗(yàn)。經(jīng)了解，網(wǎng)課可以選用雨課堂、釘釘課堂、QQ 課堂、騰訊會議等。由于實(shí)驗(yàn)課有大量視頻，需要選個不卡頓、不延遲的網(wǎng)絡(luò)平臺。如果用騰訊會議上課，最好是提前預(yù)約會議時間，預(yù)約后，把地址和密碼發(fā)給學(xué)生，并告訴學(xué)生進(jìn)入時間，讓學(xué)生提前幾分鐘進(jìn)入會議，以免上課時間到了，大家一起進(jìn)入會議會出現(xiàn)卡頓，有時多人還容易登錄不上去，影響上課進(jìn)程。

3.3 本專業(yè)其他課程線上實(shí)驗(yàn)教學(xué)的思考

除了《機(jī)床電氣》和《可編程控制器及其應(yīng)用》課程外，《測試傳感技術(shù)》《控制工程基礎(chǔ)》《機(jī)電傳動》等課程實(shí)驗(yàn)，需要測量數(shù)據(jù)的，可以按實(shí)驗(yàn)設(shè)備臺套分組，給每組錄制一個操作過程，在記錄數(shù)據(jù)時適當(dāng)停幾分鐘，等待學(xué)生記錄完數(shù)據(jù)再繼續(xù)播放視頻。當(dāng)然對于有軟件仿真和實(shí)物操作的實(shí)驗(yàn)，比如《可編程控制器及其應(yīng)用》，就可以先使用軟件仿真，仿真后，指導(dǎo)教師按學(xué)生分析的方案和操作進(jìn)行試運(yùn)行，對實(shí)驗(yàn)中觀察到的現(xiàn)象加以指導(dǎo)。

4 實(shí)驗(yàn)成績的考核

4.1 線下實(shí)驗(yàn)成績考核標(biāo)準(zhǔn)

按照工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)驗(yàn)成績要占總成績的10%。其中，實(shí)驗(yàn)過程占實(shí)驗(yàn)成績的50%，實(shí)驗(yàn)報告占實(shí)驗(yàn)成績的50%。實(shí)驗(yàn)過程中動手能力占20%、解決問題能力占20%、團(tuán)隊(duì)合作能力占10%；實(shí)驗(yàn)報告中數(shù)據(jù)準(zhǔn)確占20%、 實(shí)驗(yàn)分析處理占20%、 內(nèi)容規(guī)范性占10%。對于實(shí)驗(yàn)過程，滿分的要求是能夠做到預(yù)習(xí)報告非常完整；熟悉儀器設(shè)備、熟練操作，團(tuán)隊(duì)協(xié)作高效運(yùn)轉(zhuǎn)；實(shí)驗(yàn)方案非常合理，準(zhǔn)確流利回答問題；熟悉儀器設(shè)備、熟練使用，圓滿完成分配任務(wù)、并能協(xié)助同組成員；全面深入了解實(shí)驗(yàn)的整個過程；熟悉儀器設(shè)備、熟練使用，團(tuán)隊(duì)協(xié)作高效運(yùn)轉(zhuǎn)。對于實(shí)驗(yàn)報告的考核，數(shù)據(jù)記錄、處理分析完整和準(zhǔn)確，報告非常規(guī)范完整的為滿分。

4.2 線上實(shí)驗(yàn)成績考核

線上實(shí)驗(yàn)，網(wǎng)絡(luò)課堂占50%，實(shí)驗(yàn)報告占50%。結(jié)合線下標(biāo)準(zhǔn)，學(xué)生沒有互動，進(jìn)行減分；積極回答問題給滿分；能根據(jù)教師的講解，提出問題，并積極分析的給滿分。學(xué)生分組，組長協(xié)同教師掌握出勤情況，在小組論時如果有不積極不參加等情況，視為課堂不積極，要減分。實(shí)驗(yàn)報告要有課堂關(guān)鍵部分的截圖，要有實(shí)驗(yàn)過程分析總結(jié)。實(shí)驗(yàn)報告內(nèi)容合理、 分析正確的給滿分，內(nèi)容總結(jié)不全面的要減分，結(jié)果分析不合理的要減分，分析問題有深度的要加分。

5 結(jié)語

堅(jiān)持創(chuàng)新的教育教學(xué)理念，按工程教育認(rèn)證的要求，對機(jī)電專業(yè)的線下和線上實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行了創(chuàng)新研究和教學(xué)實(shí)踐。該教學(xué)實(shí)踐提高了學(xué)生工程創(chuàng)新思維能力，可為工程教育認(rèn)證專業(yè)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維能力提供參考。