基于學科交叉和學科集成的實驗教學方法改革與創(chuàng)新

王 旭 白艷茹

北京科技大學 北京 100083

基于學科交叉和學科集成的實驗教學方法改革與創(chuàng)新

王 旭 白艷茹

北京科技大學 北京 100083

目前高等教育以專業(yè)基礎知識的灌輸為主要教學方式，理論與實踐脫離，使學生在接受理論時十分吃力，教學效果事倍功半，不利于培養(yǎng)創(chuàng)新型人才。本文結合教學實踐，構建了基于學科交叉和學科集成的實驗教學方法，具體介紹了在梯隊建設、教學體系、課程建設和教材建設等方面所做的工作。通過近幾年的實踐與探索，該教學方法在培養(yǎng)創(chuàng)新型、綜合型人才方面具有很好的效果。

教學方法改革；學科交叉；學科集成；創(chuàng)新實踐

我國高等教育以培養(yǎng)專業(yè)人才為導向，使得學生在學期間大多只專注于本專業(yè)學習內容，對專業(yè)外的知識與技能很少涉及。當今社會迫切需要實用性、復合型人才，絕大部分高水平的科學研究都是跨學科、高集成的系統(tǒng)工程，傳統(tǒng)的單一專長技能往往難以滿足實際的需要。

針對以上問題，通過對學生科研實踐項目開發(fā)的探索，提出構建“基于學科交叉、學科集成的實驗教學方法改革”的模式研究，選擇機器人技術領域作為研究載體，建立跨學院、跨專業(yè)、跨年級的學科交叉型學術梯隊。在各學科導師的指導下，梯隊內不同專業(yè)背景的學生通過同一項目載體，相互學習，相互合作，共同完成課題研究工作，使得培養(yǎng)出的人才既能“將學問做深”，又能“將學識做廣”。

1 國內外對該問題的研究概況、水平及發(fā)展趨勢

1.1 西方國家學生培養(yǎng)計劃特色

(1)重視基礎理論課程

國外研究型大學特別重視基礎理論的教學，在規(guī)定學生必須大量參加各種類型科研工作的同時，針對各學科專業(yè)的不同情況，在培養(yǎng)計劃中開設了許多基礎理論課程，并輔之具體的落實措施，從而為提高研究型大學的培養(yǎng)質量和科研水平創(chuàng)造了基礎性條件。

(2)強調文理滲透，增設跨學科課程

哈佛大學、麻省理工學院、普林斯頓大學等通過建立跨學科研究中心來設立和發(fā)展跨學科課程，允許學生跨專業(yè)、跨學科、跨學院進行學習，也可以跨學院甚至跨學校聘請教師。

(3)修習課程規(guī)定性和靈活性相結合

為了保證基礎理論課、專業(yè)課能得到學生的重視并順利完成修課，學生教育計劃會明確規(guī)定哪些是必修課，說明一般的修習規(guī)則和應積累拿到的學分，并告訴學生修習課程應完成的時間段。

1.2 西方國家以質量為導向的培養(yǎng)方法

(1)遵循高等教育的本質要求，注重培養(yǎng)科學探索精神和從事創(chuàng)造性研究的素質。

(2)既抓好課程教學，又重視科學研究活動，提高培養(yǎng)質量。

(3)重視教學教育評估，不斷改進和完善教育方法。

1.3 國內高校現狀

從以上分析可以看出，國外的高等教育從本國國情出發(fā)，在組織結構、課程設置、培養(yǎng)方法等具體要素上，極大地豐富、創(chuàng)新了高等教育的內涵和手段。反觀我國大學，在學生培養(yǎng)過程中存在教育的軟硬件資源不足，特別是實驗室環(huán)境的不足，且課程設置、研究選題偏于單一，不利于培養(yǎng)學生綜合素質。

近年來，隨著機器人研究等交叉學科領域技術的飛速發(fā)展，技術的進步既需要跨學科、多領域的專業(yè)人才通力合作，又需要參與者具備學科交叉、系統(tǒng)工程的意識與技能，這為我國高等教育培養(yǎng)交叉型、創(chuàng)新型、復合型人才提供了良好的機遇。

2 研究內容與方法

2.1 培養(yǎng)目標

著力培養(yǎng)高水平的研究型人才是學校建設成為高水平研究型大學的重要基礎。在學生培養(yǎng)過程中，學校注重調動學生的主觀能動性，從工程實踐技能、系統(tǒng)工程觀念，組織管理能力和強化市場意識等多方面對學生進行綜合訓練和交叉學科素質培養(yǎng)，打造具備“學風嚴謹，崇尚實踐”特色的高水平研究型實用人才。

為此，學校把重點建設一批“跨學科、跨專業(yè)、跨年級”的有組織領導、有教師指導、有課題研究、有實踐基地、有經費保障的大學生科技創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)梯隊作為學生培養(yǎng)工作的重要環(huán)節(jié)。

2.2 研究內容

2.2.1 組建以機械、電子、材料、設計等跨學院、跨學科學生有機結合的機器人技術型科研梯隊

以工程訓練中心為基礎環(huán)境建立面向全校的實驗室和實習基地，提供硬件條件，并建立起以自主移動平臺實驗室、遙控操作平臺實驗室、數碼設計實驗室、創(chuàng)業(yè)孵化中心等為代表的一批“跨學科、跨專業(yè)、跨年級”的學生創(chuàng)新技術梯隊。在多學科導師團隊的指導下開展工作，形成交叉學科優(yōu)勢。

工程訓練中心教學體系的“創(chuàng)新制作訓練”階段，實行全方位開放，學生自主選題、自主設計、自主管理、自主創(chuàng)業(yè)的方式完成全部教學訓練環(huán)節(jié)。依托實驗室研究課題建設，吸納不同專業(yè)、學院、年級的學生組成各個項目研發(fā)團隊，在項目完成過程中，摸索出一套學生自我管理的科技創(chuàng)新團隊管理模式。各實驗室依托“挑戰(zhàn)杯”、機器人大賽、電子設計大賽、機械創(chuàng)新設計大賽等科技創(chuàng)新賽事，結合學校SRTP(大學生科研訓練計劃)，通過自擬、自選創(chuàng)新項目課題研究與開發(fā)，組成“跨學科、跨專業(yè)、跨年級”的技術梯隊，開展綜合創(chuàng)新制作訓練。

2.2.2 創(chuàng)新教學體系的改革

把學科交叉型、綜合型競賽輔修課程、競賽實踐環(huán)節(jié)納入教學培養(yǎng)計劃，要求參賽的同學選修輔修課程，制作作品，其成績按競賽成績、作品的知識應用、技術報告進行綜合評定，完成作品可獲得3～5學分的創(chuàng)新必修學分，形成培養(yǎng)面向競賽學生的體系。根據《北京科技大學“本科生科技創(chuàng)新和學術實踐”教學工作管理辦法》，規(guī)定在各類不同等級科技競賽中獲得獎項的學生可獲得2～14個創(chuàng)新學分。參賽的大四同學可以競賽題目作為畢業(yè)設計課題。形成創(chuàng)新普及教育與拔尖人才重點培養(yǎng)的教學模式。

2.2.3 學科交叉課程建設

針對機器人技術應用及競賽，我們逐年增設了5門面向全校各專業(yè)學生的公共選修課，見表1。

表1 課程設置

2.2.4 教材建設

結合課程和實踐的需求，編寫了6部教材，這些教材對深化實踐教學的改革、提升學生創(chuàng)造性思維和增強跨專業(yè)知識技能的掌握有重要效果。

(1)《締造傳奇—機器人大賽揭秘》機械工業(yè)出版社，2004。

(2)《長城圣火—第四屆亞太大學生機器人大賽解析》機械工業(yè)出版社，2006。

(3)《機電系統(tǒng)原理及應用》機械工業(yè)出版社，2007。

(4)《大學生科技創(chuàng)新教程》機械工業(yè)出版社，2007。

(5)《機電系統(tǒng)原理及應用(第二版)》機械出版社，2007。

(6)《機器人導論》機械出版社，2010。

3 結束語

為構建“基于學科交叉、學科集成的學生培養(yǎng)機制”的教學模式研究，建立跨學院、跨專業(yè)、跨年級的學生實驗室學術梯隊。選擇機器人技術領域作為機械、電子、材料、設計、管理等學科交叉的研究載體，建立與逐步完善實踐基地、實踐課程、配套教材建設，在提高學生本專業(yè)領域研發(fā)能力的同時，通過交叉學科團隊的合作研發(fā)，拓展專業(yè)以外知識，提高綜合能力，達到培養(yǎng)高水平復合型人才的目的。

[1] 吳宜燦.學科交叉與創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的實踐與思考[J].中國科學院院刊，2009，24(5)：511～517

[2] 惠記莊，曹杰，紀真，等.現代工程訓練中心創(chuàng)新實驗區(qū)的探索與實踐[J].高校實驗室工作研究,2009,4：93～95

[3] 韓德強，邵溫，張麗艷.實驗室創(chuàng)新教育的探索與實踐[J].實驗技術與管理，2010，27(3)：280～281

[4] 安連鎖，王秀梅，楊紅霞,等.將工程訓練中心建成大學生創(chuàng)新實踐的樂園[J].實驗技術與管理，2010，27(3)：1～4

Reform and innovation of method of experiment teaching based on disciplines crossing and integration

Wang Xu, Bai Yanru
University of science and technology Beijing, Beijing,100083, China

The higher education teach the students more about professional basic knowledge at present, theory is far from practice, which makes it hard to understand for students, duplicating the efforts of teaching effectiveness, and hindering the cultivation of creative talents. The paper constructs the method of experiment teaching based on disciplines crossing and integration according on the teach practice, introduces some jobs on echelon building, teaching system, courses construct, and teaching material writing in detail. Through the practice and research these years, this teaching method produces very good results in cultivating innovative and integrated talents.

reform of teaching method; disciplines crossing; disciplines integration; innovation practice

2010-12-02 稿件編號：1012020

王旭，碩士，工程師，工程訓練中心副主任。白艷茹，碩士，工程師。