結合三級項目對傳統實驗課程教學方法的改進研究

姜鳳+呂世君+張春宇+吳立軍

[摘 要] 實驗教學是高校培養人才戰略方案中不可或缺的教學環節。實驗教學培養學生對理論知識的實際運用，同時鍛煉學生動手實踐的能力。本文以燕山大學機械工程學院CDIO項目式教學開展的三級項目實驗課程為背景，分析其與傳統實驗課程的區別，找出二者的優劣，并提出傳統實驗課程在教學方法上的改進措施，以及改進后的傳統實驗課程對實驗教師的要求。無論從提高學生的實驗水平還是為三級項目做鋪墊的效果上，改進后的傳統實驗課程都取得了顯著的成效。

[關鍵詞] 實驗教學；CDIO；傳統實驗課程；教學方法改進

[中圖分類號] G642.423 [文獻標志碼] A [文章編號] 1005-4634（2014）02-0114-03

0 引言

CDIO代表構思（Conceive）、設計（Design）、實現（Implement）和運作（Operate），它以產品研發到產品運行的生命周期為載體，讓學生以主動的、實踐的、課程之間有機聯系的方式學習工程。CDIO培養學生的工程基礎知識、個人能力、人際團隊能力和工程系統能力[1，2]。基于此，燕山大學機械工程學院開展了CDIO項目式教學，增設了以項目為主線的實驗課程——三級項目。三級項目，即教師為以小組為單位的學生分配項目內容，小組成員共同構思、設計、實現和運作項目，最終匯報驗收。

傳統實驗課程是文化課教師在課堂授課過程中，為了讓學生對課堂上某個知識點有更直觀、深入的了解而開設的課程。三級項目與傳統實驗課程在立足點和培養模式上有著較大不同，三級項目能夠在培養學生工程實踐能力方面取得較好效果，在學生學習過程中不可或缺的傳統實驗課程應從三級項目中吸取有利因素，做出適當調整，讓學生從傳統實驗課程中既能更好地學習并掌握相關基礎知識，又能打好實踐基礎，為更為復雜的三級項目學習做好鋪墊。

從三級項目教學中尋找傳統實驗課程的改革之路，同時要求實驗教師加深對廣泛知識點之間聯系的理解，幫助學生拓展知識面、激發學習興趣；加強教師個人素質品質，更加耐心的幫助學生解答疑問；不斷提高學術水平，為學生解答在實驗課程中碰到的高水平學術問題。

本文首先分析傳統實驗課程與三級項目在立足點和培養模式上的區別。從二者的優劣中，提出傳統實驗課程在課程項目、上課思路、指導實驗的方式和評分依據等方面的改進措施，并提出改進后的傳統實驗課教學在知識點掌握、個人素質和學術水平上對實驗教師的要求。對改進之前與改進之后的傳統實驗課結果進行了比較，可以看出改進后的傳統實驗課程在提高學生的實驗水平和為三級項目做鋪墊的效果上都有較為明顯的進步。

1 傳統實驗課程與三級項目的區別

1）立足點。傳統實驗課程立足于課本的某一個知識點，相對孤立。因此，傳統實驗課程的每堂實驗課操作量相對較少，加之實驗教師對操作方法會有簡單講解，無法激起學生積極思考、完成實驗的興趣，使學生仍然處于一種被動的學習狀態之下，對教師依賴性強。但傳統實驗課程知識點明確，學習過程目的性強，學生學習速度快。

三級項目立足于某一個具體問題（項目），具體問題包含一系列相關知識點。在完成三級項目的過程中，讓學生帶著問題進行，激發學生的求知欲，使其可針對其中不熟悉的知識點，主動翻閱課本，查閱資料[3]。三級項目能夠：（1）幫助學生復習和鞏固課本上的重要知識點；（2）通過自我主動學習的方式，將所學知識相互關聯，靈活運用。但由于目標開始不明確，會造成學習周期長的問題。

2）培養模式。傳統實驗課程需要在規定的上課時間，由實驗教師講解實驗，并帶領學生根據實驗所要求的內容，動手實踐。但在實驗教學過程中，部分學生只是按照實驗教師所講的操作步驟，照葫蘆畫瓢，并不獨立思考。另外，傳統實驗課程中，不同小組同步進行同一個實驗，有可能出現小組之間相互借鑒操作方法的問題，易出現“一人干活，多人偷懶”的現象[4]。但傳統實驗課程預習方便，學生間針對實驗知識點易于交流。

三級項目需要學生利用課余時間，以小組為單位，完成不同任務，小組成員相互合作的方式來完成，最終以PPT匯報的方式答辯驗收。使用這種方式，可以較大限度發揮學生自主學習的能力，不依靠實驗教師的講解，讓學生在求知路上擺脫了依賴老師的心理[5]。三級項目并不能僅僅依靠小組某一個成員的力量就能完成，杜絕了“一人干活，多人偷懶”的現象。三級項目的這種培養方式對鍛煉學生團隊合作精神起到了積極的作用，PPT匯報方式也鍛煉了學生在眾人面前表達和溝通的能力。三級項目接近實際，可以鍛煉團隊能力，但不同組的實驗方式不同，不利于學生課后交流。

2 對傳統實驗課程教學方法的改進

通過上文中對傳統實驗方法與三級項目的比較，得到兩種方法的優劣，如表1所示。

表1 傳統實驗方法與三級項目的優劣

傳統實驗方法 三級項目

① 知識點明確，易上手， ① 教師干預少，充分發揮學

優點 適合初學者；②由淺入 生學習的自主性；② 可充分

深，條理清晰 鍛煉學生實踐能力

① 教師干預多，阻礙學生 ① 實驗實施困難多，易陷

不足 積極性；② 課程內容少， 入僵局；② 不同組學生間

師生交流少；③ 易造成雷同 交流范圍窄

從結果而言，傳統的實驗教學方法相對于三級項目有較大不足，但仍具有無法替代的作用，所以新形勢下，急待改變以往的實驗教學方法，形成以培養學生自主動手實踐能力為目的的行之有效的方法。針對此，燕山大學機械工程學院液壓實驗室對目前所承擔的實驗教學工作，從三級項目上借鑒優勢方法，在傳統實驗教學中進行了如下改進。

1）對實驗開設項目進行調整。從學生角度，將一些在實驗過程中學生不易清晰掌握的實驗原理、只機械重復幾個操作動作的枯燥實驗去掉，替換成學生感興趣的，且能夠從中學到更多動手實踐知識的實驗項目。例如，在液壓實驗室開設的16學時綜合實驗中，將泵和馬達的形式實驗去掉，替換成利用PLC控制氣缸的往復動作實驗（如圖1所示，圖1（a）為泵和馬達的形式實驗臺，圖1（b）為PLC控制氣缸往復動作實驗臺）。

2）改變以實驗教師講述為主的實驗課程的上課思路。（1）實驗教師在課堂上多創造機會給學生展示，多提問題，讓問題貫穿在整個實驗講解過程中，增加學生與老師、學生與學生之間在課堂上的交流機會，從而提高學生的動手積極性[6]；（2）授課過程中將實驗課程中的知識點進行擴展，與工程應用的案例相關聯，拓展學生的思維寬度。

3）將實驗內容分成小單元，各組以不同順序完成各小單元。保證同一時間各組所做內容不相同，解決相互借鑒操作方法的問題，并根據各組各小單元的表現情況，記錄下各小組平時操作得分。

4）實驗操作過程中，實驗教師以引導為主，不替學生動手操作。讓學生多動腦，能對知識點理解性的接受。

5）成績給定不單取決于學生上交的實驗報告，還要將學生平時成績（包括平時出勤、實驗操作得分）計入成績中。學生成績將參考平時成績與報告成績。

3 傳統實驗課程教學方法的改進結果

2013年春季學期，燕山大學液壓實驗室對10門傳統實驗課程開始試點，這10門傳統實驗課程包括工程流體力學、液壓元件、液力傳動與流體機械、液壓流體力學、液壓與氣壓傳動、液壓傳動系統、液壓伺服與比例控制系統、控制工程基礎、氣壓傳動與控制、專業綜合性實驗。在每門傳統實驗課程上課班級中，隨機抽取一半的班級采用改進前的教學方式教學，另一半班級采用改進后的教學方式教學。分別統計這10門課學生平均成績，學生成績依然采用平時成績加報告成績，如圖2所示。

從圖2中可以看出，傳統實驗課程教學中采用改進后教學方法的試點班級，其學生實驗成績明顯高于未采用改進后教學方法的班級。說明，對傳統實驗課程的改進是行之有效的。

傳統實驗課程在教學方法上改進后，學生動手操作更加熟練，基礎實踐能力得到提高，直接體現在傳統實驗課程之后開展的三級項目上，如圖3所示。圖3（a）為學生在傳統實驗課程改進前，在三級項目中完成的氣動壓彎成型機，圖3（b）為學生在傳統實驗課程改進后，在三級項目中完成的氣動壓彎成型機，后者較之前者具有更多的功能。

4 改進后傳統實驗課程對實驗教師的要求

傳統實驗課程改進后，對于實驗教師也有著新的要求。

1）加深對廣泛知識點之間聯系的理解。改進后的傳統實驗課程可以讓學生對于多個知識點之間的聯系有更深刻的理解，這些知識點有較多不在當前課程內。創新前并不要求實驗教師對教授課程外的知識點進行掌握，這就導致在改進后的實驗課程中對學生的引導上造成方向少、思路窄和命題難等問題[7]。為了使學生能在改進后的傳統實驗課程中更大的拓展知識面、激發學習興趣，就要求實驗教師做到對相關知識點面面俱到。

2）加強個人素質品質。改進后的傳統實驗課程主要是對學生的引導，讓學生自己摸索。這就導致學生在學習過程中速度慢、問題多，但這正是學生理解知識點的一個必不可少的過程。在這種情況下，實驗教師的任務量會比改進前大大提高，這就要求實驗教師能更耐心的對學生的問題進行解答，肯花費時間對學生進行正確的引導，不能敷衍了

（下轉第122頁）

事，這樣才能讓學生真正的深刻理解課程內容[8]。

3）提高學術水平。改進后的傳統實驗課程中，學生的自由度大大增加，實驗過程和實驗結果可能都會超出預期，出現課程要求中不會達到的高度。這種情況下，實驗教師應仍能解決學生出現的問題。這就要求實驗教師在平時加強學習，不斷提高自己的學術水平，才能解答學生在實驗課程上所碰到的高水平學術問題，讓學生能深刻的學習課程內容。

5 結束語

在積極倡導鍛煉學生動手能力的教學體制下，實驗課程的開展是提高學生這一能力的主要途徑。在CDIO項目式教學模式的背景下，為了能夠更好的培養學生的基礎實踐能力，更好的服務于三級項目，作為基礎實驗的傳統實驗課程在教學方法上進行了改進，體現在調整部分實驗項目、改變上課思路、優化實驗操作環節和改變評分制度方面。同時對實驗教師在知識點掌握、個人素質和學術水平上也提出了新的要求。改革后的傳統實驗課程，無論從學生實驗水平的提高還是為三級項目作鋪墊的效果上都有顯著的成效。

參考文獻

[1]顧佩華，沈民奮，李升平，等.從CDIO到EIP-CDIO-汕頭大學工程教育與人才培養模式探索[J].高等工程教育研究，2008，（1）：14-16.

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[3]梁桂英，劉俊景.開放式實驗教學改革的實踐與研究[J].實驗科學與技術，2012，10（3）：63-64.

[4]陳愛華.實驗教學體系改革探索與實踐[J].實驗科學與技術，2012，10（3）：54-55.

[5]蘇瑛，曹五七，黃冠慶，等.高校多元化實驗教學組織形式的改革與發展[J].高校實驗室工作研究，2012，111（1）：1-4.

[6]孫盾，姚纓英，范承志.實驗教學環節與創新能力培養[J].實驗技術與管理，2012，29（5）：28-30.

[7]脫慧.加強實驗技術隊伍建設，培養高素質創新型人才[J].實驗技術與管理，2007，24（1）：148-150.

[8]李廣偉，胡留現.實驗教學改革與創新人才培養的探索與實踐[J].實驗室研究與探索，2008，27（9）：110-112.

2）改變以實驗教師講述為主的實驗課程的上課思路。（1）實驗教師在課堂上多創造機會給學生展示，多提問題，讓問題貫穿在整個實驗講解過程中，增加學生與老師、學生與學生之間在課堂上的交流機會，從而提高學生的動手積極性[6]；（2）授課過程中將實驗課程中的知識點進行擴展，與工程應用的案例相關聯，拓展學生的思維寬度。

3）將實驗內容分成小單元，各組以不同順序完成各小單元。保證同一時間各組所做內容不相同，解決相互借鑒操作方法的問題，并根據各組各小單元的表現情況，記錄下各小組平時操作得分。

4）實驗操作過程中，實驗教師以引導為主，不替學生動手操作。讓學生多動腦，能對知識點理解性的接受。

5）成績給定不單取決于學生上交的實驗報告，還要將學生平時成績（包括平時出勤、實驗操作得分）計入成績中。學生成績將參考平時成績與報告成績。

3 傳統實驗課程教學方法的改進結果

2013年春季學期，燕山大學液壓實驗室對10門傳統實驗課程開始試點，這10門傳統實驗課程包括工程流體力學、液壓元件、液力傳動與流體機械、液壓流體力學、液壓與氣壓傳動、液壓傳動系統、液壓伺服與比例控制系統、控制工程基礎、氣壓傳動與控制、專業綜合性實驗。在每門傳統實驗課程上課班級中，隨機抽取一半的班級采用改進前的教學方式教學，另一半班級采用改進后的教學方式教學。分別統計這10門課學生平均成績，學生成績依然采用平時成績加報告成績，如圖2所示。

從圖2中可以看出，傳統實驗課程教學中采用改進后教學方法的試點班級，其學生實驗成績明顯高于未采用改進后教學方法的班級。說明，對傳統實驗課程的改進是行之有效的。

傳統實驗課程在教學方法上改進后，學生動手操作更加熟練，基礎實踐能力得到提高，直接體現在傳統實驗課程之后開展的三級項目上，如圖3所示。圖3（a）為學生在傳統實驗課程改進前，在三級項目中完成的氣動壓彎成型機，圖3（b）為學生在傳統實驗課程改進后，在三級項目中完成的氣動壓彎成型機，后者較之前者具有更多的功能。

4 改進后傳統實驗課程對實驗教師的要求

傳統實驗課程改進后，對于實驗教師也有著新的要求。

1）加深對廣泛知識點之間聯系的理解。改進后的傳統實驗課程可以讓學生對于多個知識點之間的聯系有更深刻的理解，這些知識點有較多不在當前課程內。創新前并不要求實驗教師對教授課程外的知識點進行掌握，這就導致在改進后的實驗課程中對學生的引導上造成方向少、思路窄和命題難等問題[7]。為了使學生能在改進后的傳統實驗課程中更大的拓展知識面、激發學習興趣，就要求實驗教師做到對相關知識點面面俱到。

2）加強個人素質品質。改進后的傳統實驗課程主要是對學生的引導，讓學生自己摸索。這就導致學生在學習過程中速度慢、問題多，但這正是學生理解知識點的一個必不可少的過程。在這種情況下，實驗教師的任務量會比改進前大大提高，這就要求實驗教師能更耐心的對學生的問題進行解答，肯花費時間對學生進行正確的引導，不能敷衍了

（下轉第122頁）

事，這樣才能讓學生真正的深刻理解課程內容[8]。

3）提高學術水平。改進后的傳統實驗課程中，學生的自由度大大增加，實驗過程和實驗結果可能都會超出預期，出現課程要求中不會達到的高度。這種情況下，實驗教師應仍能解決學生出現的問題。這就要求實驗教師在平時加強學習，不斷提高自己的學術水平，才能解答學生在實驗課程上所碰到的高水平學術問題，讓學生能深刻的學習課程內容。

5 結束語

在積極倡導鍛煉學生動手能力的教學體制下，實驗課程的開展是提高學生這一能力的主要途徑。在CDIO項目式教學模式的背景下，為了能夠更好的培養學生的基礎實踐能力，更好的服務于三級項目，作為基礎實驗的傳統實驗課程在教學方法上進行了改進，體現在調整部分實驗項目、改變上課思路、優化實驗操作環節和改變評分制度方面。同時對實驗教師在知識點掌握、個人素質和學術水平上也提出了新的要求。改革后的傳統實驗課程，無論從學生實驗水平的提高還是為三級項目作鋪墊的效果上都有顯著的成效。

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[7]脫慧.加強實驗技術隊伍建設，培養高素質創新型人才[J].實驗技術與管理，2007，24（1）：148-150.

[8]李廣偉，胡留現.實驗教學改革與創新人才培養的探索與實踐[J].實驗室研究與探索，2008，27（9）：110-112.

2）改變以實驗教師講述為主的實驗課程的上課思路。（1）實驗教師在課堂上多創造機會給學生展示，多提問題，讓問題貫穿在整個實驗講解過程中，增加學生與老師、學生與學生之間在課堂上的交流機會，從而提高學生的動手積極性[6]；（2）授課過程中將實驗課程中的知識點進行擴展，與工程應用的案例相關聯，拓展學生的思維寬度。

3）將實驗內容分成小單元，各組以不同順序完成各小單元。保證同一時間各組所做內容不相同，解決相互借鑒操作方法的問題，并根據各組各小單元的表現情況，記錄下各小組平時操作得分。

4）實驗操作過程中，實驗教師以引導為主，不替學生動手操作。讓學生多動腦，能對知識點理解性的接受。

5）成績給定不單取決于學生上交的實驗報告，還要將學生平時成績（包括平時出勤、實驗操作得分）計入成績中。學生成績將參考平時成績與報告成績。

3 傳統實驗課程教學方法的改進結果

2013年春季學期，燕山大學液壓實驗室對10門傳統實驗課程開始試點，這10門傳統實驗課程包括工程流體力學、液壓元件、液力傳動與流體機械、液壓流體力學、液壓與氣壓傳動、液壓傳動系統、液壓伺服與比例控制系統、控制工程基礎、氣壓傳動與控制、專業綜合性實驗。在每門傳統實驗課程上課班級中，隨機抽取一半的班級采用改進前的教學方式教學，另一半班級采用改進后的教學方式教學。分別統計這10門課學生平均成績，學生成績依然采用平時成績加報告成績，如圖2所示。

從圖2中可以看出，傳統實驗課程教學中采用改進后教學方法的試點班級，其學生實驗成績明顯高于未采用改進后教學方法的班級。說明，對傳統實驗課程的改進是行之有效的。

傳統實驗課程在教學方法上改進后，學生動手操作更加熟練，基礎實踐能力得到提高，直接體現在傳統實驗課程之后開展的三級項目上，如圖3所示。圖3（a）為學生在傳統實驗課程改進前，在三級項目中完成的氣動壓彎成型機，圖3（b）為學生在傳統實驗課程改進后，在三級項目中完成的氣動壓彎成型機，后者較之前者具有更多的功能。

4 改進后傳統實驗課程對實驗教師的要求

傳統實驗課程改進后，對于實驗教師也有著新的要求。

1）加深對廣泛知識點之間聯系的理解。改進后的傳統實驗課程可以讓學生對于多個知識點之間的聯系有更深刻的理解，這些知識點有較多不在當前課程內。創新前并不要求實驗教師對教授課程外的知識點進行掌握，這就導致在改進后的實驗課程中對學生的引導上造成方向少、思路窄和命題難等問題[7]。為了使學生能在改進后的傳統實驗課程中更大的拓展知識面、激發學習興趣，就要求實驗教師做到對相關知識點面面俱到。

2）加強個人素質品質。改進后的傳統實驗課程主要是對學生的引導，讓學生自己摸索。這就導致學生在學習過程中速度慢、問題多，但這正是學生理解知識點的一個必不可少的過程。在這種情況下，實驗教師的任務量會比改進前大大提高，這就要求實驗教師能更耐心的對學生的問題進行解答，肯花費時間對學生進行正確的引導，不能敷衍了

（下轉第122頁）

事，這樣才能讓學生真正的深刻理解課程內容[8]。

3）提高學術水平。改進后的傳統實驗課程中，學生的自由度大大增加，實驗過程和實驗結果可能都會超出預期，出現課程要求中不會達到的高度。這種情況下，實驗教師應仍能解決學生出現的問題。這就要求實驗教師在平時加強學習，不斷提高自己的學術水平，才能解答學生在實驗課程上所碰到的高水平學術問題，讓學生能深刻的學習課程內容。

5 結束語

在積極倡導鍛煉學生動手能力的教學體制下，實驗課程的開展是提高學生這一能力的主要途徑。在CDIO項目式教學模式的背景下，為了能夠更好的培養學生的基礎實踐能力，更好的服務于三級項目，作為基礎實驗的傳統實驗課程在教學方法上進行了改進，體現在調整部分實驗項目、改變上課思路、優化實驗操作環節和改變評分制度方面。同時對實驗教師在知識點掌握、個人素質和學術水平上也提出了新的要求。改革后的傳統實驗課程，無論從學生實驗水平的提高還是為三級項目作鋪墊的效果上都有顯著的成效。

參考文獻

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[8]李廣偉，胡留現.實驗教學改革與創新人才培養的探索與實踐[J].實驗室研究與探索，2008，27（9）：110-112.