“工程驅(qū)動(dòng)”型“四位一體”式實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系的研究

趙海龍 江楠 姜春雷 王黎黎 付光杰

摘要：實(shí)驗(yàn)教學(xué)在整個(gè)科學(xué)教育中占有重要的地位，如何卓有成效地開(kāi)展實(shí)驗(yàn)教學(xué)一直是廣大實(shí)驗(yàn)教師研究和探索的問(wèn)題。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中大力開(kāi)展綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)教學(xué)是必然趨勢(shì)。文章在分析了國(guó)內(nèi)外大學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的情況，結(jié)合多年實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)踐，探討了如何構(gòu)建“工程驅(qū)動(dòng)”型“四位一體”式實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系的問(wèn)題。

Abstract： Experimental teaching plays an important role in science education. How to carry out the experimental teaching fruitfully is the problem of the majority of the teachers to study and explore. To carry out comprehensive design experiment teaching vigorously in experiment teaching is an inevitable trend. Based on the analysis of the domestic and foreign university experiment teaching situation， combined with the practice of experimental teaching for many years， this paper discusses the problems how to construct the "project driven" pattern of "four in one" type of experimental teaching system.

關(guān)鍵詞：實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系；工程驅(qū)動(dòng)；四位一體

Key words： the experimental teaching system；project driven；four in one

中圖分類號(hào)：G640.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2016）09-0208-03

0 引言

實(shí)驗(yàn)教學(xué)是高校培養(yǎng)大學(xué)生在技術(shù)方面應(yīng)用能力的最主要手段，在全面提升學(xué)生綜合素質(zhì)方面的作用逐漸得到社會(huì)認(rèn)可。最近幾年，高校中的宏觀實(shí)驗(yàn)教學(xué)理論研究正逐步向微觀實(shí)驗(yàn)教學(xué)理論過(guò)渡，在日常教學(xué)中作用越來(lái)越重要，并且正逐步向深度挖掘?qū)嶒?yàn)教學(xué)的功能和作用階段轉(zhuǎn)變。

由于我國(guó)高等教育歷來(lái)重理論、輕實(shí)驗(yàn)，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)方面仍存在不少問(wèn)題，教學(xué)內(nèi)容還不完善，特別是在構(gòu)建實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系的過(guò)程中，企業(yè)參與度不高，使得在實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系成形的過(guò)程中，與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，教學(xué)計(jì)劃和教學(xué)內(nèi)容與社會(huì)實(shí)際需求存在某種程度的脫節(jié)，不利于實(shí)驗(yàn)教學(xué)工程化，也不利于實(shí)驗(yàn)教學(xué)產(chǎn)學(xué)合作紐帶作用的發(fā)揮等諸多問(wèn)題，要形成一套完整、專業(yè)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)評(píng)估體系還需要付出更多努力。

根據(jù)目前國(guó)內(nèi)外相關(guān)教學(xué)研究經(jīng)驗(yàn)得知：工程教育模式“做中學(xué)”的實(shí)踐方法確實(shí)可行，并且對(duì)于優(yōu)化工科教育教學(xué)體系十分有利。我們借鑒世界先進(jìn)國(guó)家高等工程教育的成功經(jīng)驗(yàn)，以實(shí)際工程為背景，以工程技術(shù)為主線，即在工程驅(qū)動(dòng)下著力提高學(xué)生的工程意識(shí)、工程素質(zhì)和工程實(shí)踐能力，以培養(yǎng)大量各類型工程師。

1 實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系的構(gòu)建思路

基于技能型人才教育目標(biāo)和培養(yǎng)要求，結(jié)合專業(yè)特點(diǎn)，以培養(yǎng)技術(shù)應(yīng)用能力為主體的實(shí)驗(yàn)教學(xué)目標(biāo)體系，將專業(yè)理論、技能培訓(xùn)和素質(zhì)教育有機(jī)整合，使三者相輔相成，構(gòu)建起一套高效完整的人才教育體系，實(shí)現(xiàn)工程化人才培養(yǎng)的目的。具體思路如下：

1.1 將能力和素質(zhì)培養(yǎng)貫徹始終，為實(shí)驗(yàn)教學(xué)目標(biāo)服務(wù)

東北石油大學(xué)電氣信息工程學(xué)院是始終以培養(yǎng)專業(yè)理論扎實(shí)同時(shí)具有較高實(shí)踐技能的目標(biāo)作為建立實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系前提和目標(biāo)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，使學(xué)生運(yùn)用專業(yè)理論去指導(dǎo)實(shí)踐操作，并且在實(shí)驗(yàn)研究過(guò)程中逐步領(lǐng)悟一套新思路、新方法。這樣既可以鍛煉其邏輯思維能力，又有助于其養(yǎng)成大膽質(zhì)疑、勇敢探索的科學(xué)精神；既培養(yǎng)了學(xué)生科學(xué)研究的能力，又提高了學(xué)生的人文素質(zhì)。要把知識(shí)與技能、過(guò)程與方法同時(shí)貫穿到實(shí)驗(yàn)內(nèi)容體系之中，通過(guò)能力訓(xùn)練提升專業(yè)素質(zhì)，而不僅僅是單向的、“填鴨式”的知識(shí)灌輸。

1.2 要選擇或設(shè)計(jì)內(nèi)容新穎、難易適度的實(shí)驗(yàn)

內(nèi)容新穎、難易適度的綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)對(duì)學(xué)生來(lái)說(shuō)是可以通過(guò)實(shí)踐去掌握的一種新事物。實(shí)驗(yàn)研究有助于充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的主觀能動(dòng)性，從而使學(xué)生在積極參與探究活動(dòng)的過(guò)程中，促進(jìn)這種實(shí)驗(yàn)的教育功能充分實(shí)現(xiàn)。為了獲得內(nèi)容新穎、難易適度的綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，需要把實(shí)驗(yàn)研究階段涉及的理論知識(shí)點(diǎn)反饋給學(xué)生，有目的地剔除一部分生澀難懂或太容易的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，增加一部分能夠激發(fā)學(xué)生的興趣并且能夠引導(dǎo)其逐步縱深探索的知識(shí)點(diǎn)。如此反復(fù)，最后得到合乎要求的實(shí)驗(yàn)方案。

1.3 要把科學(xué)研究與實(shí)驗(yàn)教學(xué)有機(jī)結(jié)合起來(lái)

綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)是促進(jìn)師生互動(dòng)的最佳實(shí)踐路徑。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，教師可以把與科研課題相關(guān)的行業(yè)動(dòng)態(tài)和先進(jìn)技術(shù)融入實(shí)驗(yàn)理論，如介紹國(guó)內(nèi)外對(duì)該實(shí)驗(yàn)課題的研究進(jìn)展，明確研究方向以及實(shí)驗(yàn)研究的意義，分析目前國(guó)內(nèi)外常用的研究方法、技術(shù)方案及其作用和局限性，使學(xué)生根據(jù)自己的思路自由選擇。教師要在適當(dāng)?shù)碾A段鼓勵(lì)學(xué)生敢于質(zhì)疑權(quán)威、打破現(xiàn)狀，引導(dǎo)其開(kāi)拓思維。學(xué)生不一定按照教師指明的方向去親自實(shí)踐，也可以根據(jù)自己的思路另辟蹊徑，提出創(chuàng)造性的意見(jiàn)或建議。在好奇心驅(qū)使下，一些思維活躍、大膽創(chuàng)新的學(xué)生還能基于現(xiàn)狀提出許多意想不到的新課題。

2 實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系的創(chuàng)建

東北石油大學(xué)石油工程專業(yè)和過(guò)程裝備與控制工程專業(yè)已進(jìn)入國(guó)家級(jí)卓越工程計(jì)劃，電氣工程及自動(dòng)化和自動(dòng)化專業(yè)已申請(qǐng)了國(guó)家級(jí)卓越工程項(xiàng)目。而上述專業(yè)的本科學(xué)生均在我實(shí)驗(yàn)中心上課。為此結(jié)合上述專業(yè)的培養(yǎng)要求構(gòu)建新型電工電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系是目前我中心的亟待解決的問(wèn)題。在“卓越計(jì)劃”的背景和工程化教育理念的指導(dǎo)下，以圖1所示的工程教育化實(shí)踐創(chuàng)新研究為目標(biāo)構(gòu)建實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系。

“工程驅(qū)動(dòng)”型“四位一體”式實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系將各個(gè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)進(jìn)行合理配置，按基本技能、專業(yè)技能和技術(shù)應(yīng)用能力三個(gè)層次，由淺入深、循序漸進(jìn)安排實(shí)驗(yàn)教學(xué)的內(nèi)容，其中每個(gè)層次都必須體現(xiàn)以工程化應(yīng)用能力培養(yǎng)為中心的原則。

2.1 技能系統(tǒng)

技能系統(tǒng)強(qiáng)調(diào)技能的開(kāi)發(fā)，以工程化培養(yǎng)為目標(biāo)，強(qiáng)化技能型人才培養(yǎng)的針對(duì)性和有效性。我們把技能分為基本技能、專業(yè)技能、綜合技能三大模塊。針對(duì)不同模塊確定構(gòu)成核心的基本要素，落腳點(diǎn)在教學(xué)內(nèi)容的選擇和具體課程的設(shè)置，進(jìn)一步強(qiáng)化工程化應(yīng)用人才的培養(yǎng)。電工電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系主要由三大技能系統(tǒng)、實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)和支撐系統(tǒng)構(gòu)成。

基本技能：是指具備專業(yè)技能訓(xùn)練、綜合技能訓(xùn)練和從事專業(yè)工作所必需的基礎(chǔ)性技能，如計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)、電工、電子元器件測(cè)試與焊接、模電、數(shù)電、單片機(jī)應(yīng)用、電子電路設(shè)計(jì)等，一般以5-8個(gè)為宜。基本技能訓(xùn)練階段著重訓(xùn)練學(xué)生的基本操作技能，如讓學(xué)生能按照實(shí)驗(yàn)教學(xué)的要求完成規(guī)定內(nèi)容，掌握實(shí)驗(yàn)的基本技能和方法，及基本的工藝操作技能與工藝要求，它涉及到的專業(yè)課知識(shí)較少，具有很強(qiáng)的操作性，具體如圖2所示。

專業(yè)技能：是指具備專業(yè)經(jīng)驗(yàn)技術(shù)和動(dòng)作技能，是完成專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)所必須的技能，如電氣工程專業(yè)的供配電系統(tǒng)操作、變電所設(shè)計(jì)、電機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)技術(shù)應(yīng)用、電機(jī)維修、電機(jī)制造工藝等，一般以5個(gè)為宜。專業(yè)技能訓(xùn)練階段與專業(yè)理論知識(shí)緊密結(jié)合，著重培養(yǎng)學(xué)生掌握職業(yè)崗位群常用的技術(shù)，要求學(xué)生在實(shí)驗(yàn)環(huán)境中能運(yùn)用一項(xiàng)或幾項(xiàng)技術(shù)解決實(shí)際問(wèn)題，具有一定的應(yīng)用性，具體如圖3所示。

技術(shù)應(yīng)用或綜合技能訓(xùn)練：是指具備綜合經(jīng)驗(yàn)技術(shù)和動(dòng)作技能以及理論技術(shù)和創(chuàng)新技能，與某幾個(gè)專業(yè)相互聯(lián)系，是以培養(yǎng)學(xué)生技術(shù)應(yīng)用能力和創(chuàng)新為目的、訓(xùn)練學(xué)生應(yīng)用基本技能、專業(yè)技能解決實(shí)際問(wèn)題的綜合訓(xùn)練。如電氣工程專業(yè)以電工技術(shù)綜合應(yīng)用、電子技術(shù)綜合應(yīng)用、科技創(chuàng)新制作、畢業(yè)設(shè)計(jì)等，一般以3-5個(gè)為宜。技術(shù)應(yīng)用或綜合技能訓(xùn)練階段通過(guò)實(shí)踐或模擬研究對(duì)象，給學(xué)生設(shè)定一個(gè)真實(shí)的情境，使其按照既定的思路、規(guī)劃，結(jié)合專業(yè)理論知識(shí)，就某一課題去大膽的開(kāi)拓研究，在探索過(guò)程中不斷解決實(shí)際問(wèn)題，以此形成開(kāi)拓研究的能力。具體實(shí)施內(nèi)容詳見(jiàn)圖4。

2.2 實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)

“工程驅(qū)動(dòng)”型“四位一體”式實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)在現(xiàn)有驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上重點(diǎn)開(kāi)設(shè)綜合設(shè)計(jì)性。結(jié)合各類競(jìng)賽（包括電子競(jìng)賽、創(chuàng)新杯大賽和TRIZ杯創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽等）大力投入科技制作類實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的建設(shè)，提高學(xué)生的科研能力、動(dòng)手能力，達(dá)到工程化培養(yǎng)目標(biāo)。

2.3 支撐系統(tǒng)

“工程驅(qū)動(dòng)”型“四位一體”式實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系的支撐系統(tǒng)從硬件和軟件兩個(gè)方面來(lái)保障，根據(jù)“場(chǎng)地整合、設(shè)備共享、內(nèi)容創(chuàng)新、人力優(yōu)化、管理高效”的原則，建設(shè)確保人才培養(yǎng)質(zhì)量的支撐條件。按照專業(yè)大類，大力推進(jìn)開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)，突出真實(shí)工程環(huán)境營(yíng)造，建設(shè)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)與實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)基地，承載全校18個(gè)工科專業(yè)的500個(gè)實(shí)驗(yàn)及實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目。軟件支撐上著重建設(shè)教師隊(duì)伍、規(guī)范制度、資金使用和質(zhì)量監(jiān)控制度等。

3 總結(jié)

本實(shí)驗(yàn)中心在應(yīng)用新的教學(xué)體系后，學(xué)生參加科技創(chuàng)新的積極性得到了較大的提高。每年約30人參加“大學(xué)生創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)計(jì)劃”項(xiàng)目、“大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃”項(xiàng)目、大學(xué)生電子競(jìng)賽、東北石油大學(xué)挑戰(zhàn)杯、美新杯大賽等。學(xué)生發(fā)表論文20于篇、近2年學(xué)生電子競(jìng)賽獲獎(jiǎng)13項(xiàng)，其中全國(guó)電子競(jìng)賽二等獎(jiǎng)1項(xiàng)，國(guó)家大學(xué)生創(chuàng)新計(jì)劃優(yōu)秀獎(jiǎng)2項(xiàng)、美新杯大賽三等獎(jiǎng)1項(xiàng)、校內(nèi)創(chuàng)新杯獲獎(jiǎng)26項(xiàng)、獲得使用新型專利8項(xiàng)。取得的創(chuàng)新性成果充分說(shuō)明“工程驅(qū)動(dòng)”型“四位一體”式實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系是實(shí)際可行并行之有效的。

同時(shí)，本教學(xué)體系在實(shí)施時(shí)，要努力擺正面的兩個(gè)誤區(qū)：一是實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系的開(kāi)發(fā)與實(shí)踐會(huì)擠占學(xué)生的學(xué)習(xí)時(shí)間，會(huì)降低其理論課程分?jǐn)?shù)；二是真正實(shí)施實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系時(shí)阻力巨大，學(xué)生不會(huì)配合。而實(shí)際上，學(xué)生往往是實(shí)踐該教學(xué)體系的過(guò)程中參與度最高的群體。

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