新工科背景下高校實驗室教學(xué)模式創(chuàng)新研究

朱廣福 楊溯然

摘要：

結(jié)合新工科背景，研究新形勢下的高校實驗室教學(xué)創(chuàng)新模式，解決傳統(tǒng)教學(xué)模式中存在的問題。在新工科背景下實驗室建設(shè)體系支持下，以實驗室安全文化體系為基準(zhǔn)，從通識教育、準(zhǔn)入教育和專項教育三個方面對教育體系層次化分析。根據(jù)不同學(xué)科內(nèi)容，制定個性化實驗室安全教育模式，安排具體課程內(nèi)容，實現(xiàn)教育內(nèi)容模塊化。教育培訓(xùn)與實戰(zhàn)演練相結(jié)合，開展實際演練，調(diào)整實驗方案內(nèi)在邏輯聯(lián)系，設(shè)計跨學(xué)科交叉課程，實現(xiàn)教育模式一體化。以“傳感器原理與檢測技術(shù)”課程實驗教學(xué)為例，進行實例分析。由分析結(jié)果可知，該教學(xué)模式學(xué)生適應(yīng)度強、學(xué)生參與度高、學(xué)生考核成績好，成為實驗室安全教育有效解決路徑。

關(guān)鍵詞：

新工科; 高校; 實驗室; 教學(xué)模式; 創(chuàng)新; 課程內(nèi)容; 實戰(zhàn)演練; 培訓(xùn)

中圖分類號： TP 212.11

文獻標(biāo)志碼： A

Research on the Innovation of University Laboratory Teaching

Mode under the Background of New Engineering

ZHU Guangfu1， YANG Suran2

（Network Information Center， Chongqing City Management College， Chongqing 401331， China）

Abstract：

Under the background of new engineering， this paper studies the innovation model of laboratory teaching in colleges and universities， and tries to solve the existing problems in the traditional teaching model. With the support of the laboratory construction system， the laboratory safety culture system is used as the benchmark， and the safety education concept is integrated. The education system is hierarchically analyzed from three aspects： general education， admission education and special education. According to the content of different disciplines， this paper develops a personalized laboratory safety education model， arranges specific curriculum content， and achieves modularization of educational content. By combining education and training with actual combat exercises， we carry out practical exercises， adjust the internal logical connections of experimental schemes， design interdisciplinary and interdisciplinary courses， and realize the integration of educational models. Taking the experimental teaching of "Sensor Principle and Detection Technology" as an example， this paper analyzes the case. From the analysis results， it can be seen that this teaching mode has strong student adaptability， high student participation， and good student assessment results， which becomes an effective solution for laboratory safety education.

Key words：

new engineering; universities; laboratories; teaching mode; innovation; course content; practical exercises; training

0引言

隨著我國建設(shè)工程教育的改革創(chuàng)新，各大高校增加了許多新工科專業(yè)，在傳統(tǒng)工科專業(yè)的基礎(chǔ)上進行創(chuàng)新升級，提高我國智能制造、云計算、人工智能、機器人等新工科專業(yè)人才水平[1]，推動新興產(chǎn)業(yè)和新經(jīng)濟的快速發(fā)展。在新一輪教育教育模式中，各高校采取了在理論上創(chuàng)新、在實踐中積累經(jīng)驗的改革教學(xué)措施，開展理論教學(xué)與實訓(xùn)教學(xué)相結(jié)合的模式[2]，通過建立實驗室、設(shè)置器件和材料讓大學(xué)生能夠?qū)嶋H動手操作和加工，培養(yǎng)學(xué)生獨立設(shè)計的能力。但是由于各高校在實驗室布局方面的投入受各方面因素的影響，存在許多現(xiàn)實問題：一是實驗室缺乏高水平的教學(xué)技術(shù)人才，影響實驗教學(xué)質(zhì)量，新體制下管理隊伍達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)要求，管理措施不當(dāng)，導(dǎo)致實驗室設(shè)備損壞，不利于實驗教學(xué)研究成果的開發(fā)與拓寬，無法給學(xué)生提供良好的教學(xué)氛圍;二是實驗室教學(xué)與研究成果相關(guān)度不足，儀器設(shè)備閑置，技術(shù)含量落后;三是高校實驗室科研成果交流、共享機制不成熟，過于重視理論、少實踐現(xiàn)象依然大量存在，導(dǎo)致實驗室利用率無法提高[34]。為了適應(yīng)人才培養(yǎng)模式改革需求，實驗室平臺建設(shè)迎來新的機遇，提出了新工科背景下高校實驗室教學(xué)模式創(chuàng)新研究。國家教育投資逐年增加，逐漸解決高校新工科建設(shè)過程的條件提升，促使實驗室建設(shè)水平不斷加強。

1新工科背景下高校實驗室教學(xué)模式創(chuàng)新

在新工科背景下，高校實驗室建設(shè)將不能適用以往建設(shè)模式，必須重新規(guī)劃實驗室建設(shè)體系，如圖1所示。

傳統(tǒng)實驗室教學(xué)模式基本上都是理論教學(xué)與實踐相分離，學(xué)科交叉融合勢必會帶來實驗室綜合化，教育模式也隨之改變[5]。

1.1教育體系層次化

高校實驗室安全教育應(yīng)以實驗室安全文化體系為基準(zhǔn)，明確教學(xué)目標(biāo)，注重實驗安全，加強理念引領(lǐng)，積極培養(yǎng)新模式下人才的實踐能力、創(chuàng)新能力，是高校實驗平臺人才培養(yǎng)的主要部分[67]。

新工科背景下高校實驗室教育體系主要分為三個層次，分別是理論教育、實驗教學(xué)和專項技術(shù)教育，如圖2所示。

理論教育是從我國經(jīng)典教育理論中將多元智能理論融為一體，提倡教育要適合學(xué)生本性，適當(dāng)增減教育量。該教育主要遵循三個準(zhǔn)則，分別是丟不得、比不得和急不得。其中丟不得教育要適應(yīng)個人形象，應(yīng)依據(jù)學(xué)生自身個性，給予不同教育模式;比不得就是教育要適量，秉性不同的學(xué)生每個人所擁有的學(xué)習(xí)容量也不同，教育也就更有現(xiàn)實意義;急不得是一種循序漸進的工作，這是學(xué)生成熟度需要考慮的問題，不能為了求速而拔苗助長，選擇實時的學(xué)習(xí)方式最好。根據(jù)學(xué)生的專業(yè)學(xué)習(xí)開設(shè)全校性公選課程，重點在于培養(yǎng)全校師生的實驗安全意識;

實驗教學(xué)主要是通過各個學(xué)院開設(shè)針對性安全教育課程，對實驗室?guī)熒M行強制性安全教育，培養(yǎng)師生遵照儀器規(guī)程培訓(xùn)，安全使用實驗室化學(xué)藥品;專項技術(shù)教育主要是針對特定的某個專業(yè)進行教學(xué)實驗，并開展專項實驗項目來培訓(xùn)學(xué)生，提高學(xué)生操作技能和安全使用技巧，提高教學(xué)方式與手段[810]。

1.2教育內(nèi)容模塊化

新工科教學(xué)模式下應(yīng)根據(jù)不同教學(xué)需求開展理論與實訓(xùn)的教學(xué)內(nèi)容，具體課程體系安排如表1所示。

對于四年制本科院校來說，可進行循序漸進的教學(xué)模式，在大學(xué)一年級時做好學(xué)生的基礎(chǔ)知識教育，培養(yǎng)學(xué)生安全實驗意識;大學(xué)二年級安排學(xué)生開展實驗操作，讓學(xué)生掌握安全使用設(shè)備和實驗試劑的重要性;到了大學(xué)三、四年級時就進入具體實驗教學(xué)內(nèi)容，加強對學(xué)生操作技能和安全技能的全方面教育，使學(xué)生畢業(yè)后能成為合格實驗室使用者[1112]。

1.3教育模式一體化

教育培訓(xùn)與實戰(zhàn)演練相結(jié)合，相比于傳統(tǒng)教學(xué)模式，教育模式一體化更有利于學(xué)生學(xué)習(xí)的熱情，提高安全教育活動[13]。實戰(zhàn)演練不僅僅是停留在演練基礎(chǔ)上，更多是結(jié)合當(dāng)前大學(xué)生各個學(xué)科專業(yè)實際情況，開展實際演練。在化學(xué)類實驗室進行濃硫酸泄漏實踐過程中，針對生物類實驗室應(yīng)開展生物標(biāo)本實驗演練，訓(xùn)練師生自防自救技能，教育師生正確使用安全防護用品。

教育模式一體化框圖如圖3所示。

實驗室文化素養(yǎng)也是教育模式一體化的重要環(huán)節(jié)，其中包括學(xué)生學(xué)習(xí)習(xí)慣養(yǎng)成、實驗室規(guī)章制度傳承、實驗結(jié)果共享等方面。其中學(xué)習(xí)習(xí)慣養(yǎng)成指的是學(xué)生或教師在實驗室內(nèi)必須養(yǎng)成相關(guān)規(guī)章制度，保留實驗記錄結(jié)果及人員財產(chǎn)安全;實驗室規(guī)章制度傳承指的是實驗室以往設(shè)立的規(guī)章制度，在實驗室團建過程中，學(xué)生應(yīng)嚴(yán)格遵守該制度，安安全全進行實驗分析;實驗結(jié)果共享主要體現(xiàn)在不同學(xué)院之間的利益均衡，以此幫助學(xué)生信息共享。

新工科課程、軟件合作上的實踐主要體現(xiàn)在培養(yǎng)方案之中，根據(jù)綜合實驗方案研究方向，調(diào)整內(nèi)在邏輯聯(lián)系，鼓勵教師打破固有學(xué)科壁壘，跨學(xué)科開設(shè)本科交叉課程，文理工滲透，教學(xué)內(nèi)容要進行統(tǒng)籌整合，避免知識體系不完整現(xiàn)象發(fā)生，加深建立與產(chǎn)業(yè)鏈的開放式對接，實現(xiàn)實驗教育創(chuàng)新平臺的構(gòu)建。

2實例分析

針對新工科背景下高校實驗室教學(xué)模式創(chuàng)新研究合理性，進行實例分析。以“傳感器原理與檢測技術(shù)”課程實驗教學(xué)為例，進行實例分析。

采用傳統(tǒng)教學(xué)模式，學(xué)生對實驗裝置認(rèn)知度較低，只能實現(xiàn)理論上的接線正確性，而對于信號變換情況下的精準(zhǔn)接線卻無法實現(xiàn)。以五等級為最優(yōu)適應(yīng)度，分別采用兩種方法對比學(xué)生適應(yīng)度，如圖4所示。

由圖4可知：使用傳統(tǒng)教學(xué)模式在學(xué)生人數(shù)依次為5、10、15、20、25、30、35時，學(xué)生適應(yīng)度依次為三等、二等、二等、三等、一等、二等、一等;使用新工科背景下教學(xué)模式在學(xué)生人數(shù)依次為5、10、15、20、25、30、35時，學(xué)生適應(yīng)度依次為四等、四等、五等、四等、五等、四等、四等。因此，應(yīng)用新工科背景下教學(xué)模式學(xué)生適應(yīng)度較高。

2.1學(xué)生參與度

以大一學(xué)生的5個班級，每班40人為基準(zhǔn)，分別采用兩種方法對比學(xué)生參與度，如表2所示。

由表2可知：采用傳統(tǒng)教學(xué)模式每個班級實際參與人數(shù)大都小于班級人數(shù)的一半，只有在1號班級下，傳統(tǒng)教學(xué)模式參與人數(shù)達(dá)到22人。新工科背景下教學(xué)模式下學(xué)生參與人數(shù)最高可達(dá)到40人，最少也可達(dá)到38人，學(xué)生參與度超過95%。因此，應(yīng)用新工科背景下教學(xué)模式學(xué)生參與度較高。

2.2學(xué)生考核成績

以學(xué)生150分為基準(zhǔn)，分別采用兩種方法對比學(xué)生考核成績，如圖5所示。

由圖5可知：傳統(tǒng)教學(xué)模式下學(xué)生平均考核成績都小于等于60分，而新工科背景下教學(xué)模式下學(xué)生平均考核成績都大于等于133分。因此，使用新工科背景下教學(xué)模式學(xué)生考核成績較高。

依據(jù)上述內(nèi)容，也應(yīng)加強高校實驗室教學(xué)模式管理，由此設(shè)計創(chuàng)新新工科背景下高校實驗室教學(xué)模式管理制度，如表3所示。

3總結(jié)

在分析當(dāng)前實驗教學(xué)過程中存在的不足，以新工科為背景，構(gòu)建了以工程問題為驅(qū)動的新工科背景下高校實驗室教學(xué)模式創(chuàng)新研究。這種項目驅(qū)動進行創(chuàng)新的教學(xué)模式，將課堂教學(xué)環(huán)節(jié)與實踐活動緊密結(jié)合，激發(fā)學(xué)生做實驗的興趣，鞏固了學(xué)生基礎(chǔ)理論知識，培養(yǎng)了學(xué)生創(chuàng)新能力。

新工科實驗室教學(xué)模式為未來新興產(chǎn)業(yè)培養(yǎng)了大批實踐能力強、創(chuàng)新能力強的高水平技術(shù)人才，推動了我國新經(jīng)濟的快速發(fā)展。

參考文獻

[1]

李洪兵， 陳強， 陳立萬， 等. 新工科背景下地方應(yīng)用型高校物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)卓越工程師培養(yǎng)模式研究[J]. 中國成人教育， 2018， 5（16）：8286.

[2]畢馨文， 孫雪巖， 牛晶. 新工科背景下混合式教學(xué)模式在《C語言程序課程》中的改革實踐[J]. 福建茶葉， 2019， 2（3）：168169.

[3]GU Tianlong. Construction of New Engineering Subjects in the Perspective of Digital Economy [J]. China University Teaching， 2019， 4（6） ：1215.

[4]王國胤， 劉群， 夏英， 等. 大數(shù)據(jù)與智能化領(lǐng)域新工科創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式探索[J]. 中國大學(xué)教學(xué)， 2019， 6（4） ：2833.

[5]狄長艷， 周慶國， 李廉. 新工科背景下對于計算思維的再認(rèn)識[J]. 中國大學(xué)教學(xué)， 2019， 7（Z1） ：4753.

[6]馬春平， 謝高藝， 楊建強， 等. 提高大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力的高分子化學(xué)實驗教學(xué)探索[J]. 高分子通報， 2019， 4（7）：6972.

[7]胡國寶， 戴銳. 地方高校“新工科”人才培養(yǎng)的應(yīng)然定位、實然困境與必然選擇[J]. 黑龍江高教研究， 2019， 5（3） ：156160.

[8]徐曉丹， 柳卸林. 北京市建設(shè)國家實驗室的基礎(chǔ)與對策研究[J]. 科技進步與對策， 2019， 9（19）：4149.

[9]林彥星， 曹琛福， 楊俊興， 等. 非洲豬瘟病毒實驗室診斷方法的研究進展[J]. 中國獸醫(yī)學(xué)報， 2018， 6（10） ：20202024.

[10]WEI Zhijun， YANG Yunfeng. Design of management system for intelligent integrated laboratory[J]. Modern Electronics Technique， 41（24）：100103.

[11]劉凱東， 劉玉霞. 基于微信平臺的高校高級俄語課程教學(xué)模式創(chuàng)新研究[J]. 長江叢刊， 2019， 2（3） ：122123.

[12]代長彬. 高校"形勢與政策"課教學(xué)模式創(chuàng)新研究[J]. 淮海工學(xué)院學(xué)報：人文社會科學(xué)版， 2019， 3（3） ：132134.

[13]李洪兵， 陳強， 陳立萬， 等. 新工科背景下地方應(yīng)用型高校物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)卓越工程師培養(yǎng)模式研究[J]. 中國成人教育， 2018， 5（16） ：8286.

（收稿日期： 2020.04.15）

基金項目：

重慶市教委科技處項目（KJ1731426）

作者簡介：

朱廣福（1985），男，碩士，實驗師，研究方向：軟件工程，大數(shù)據(jù)處理。

楊溯然（1984），男，碩士，實驗師，研究方向：大數(shù)據(jù)處理。

文章編號：1007757X（2020）08005104