面向工程人才培養的實驗教學改革思路研究

曹 穎，周 超，陳 瓊

（1.中國地質大學（武漢）工程學院，湖北 武漢430074；2.中國地質大學（武漢）地理與信息工程學院，湖北 武漢430078）

在“經濟全球化，高等教育國際化”大發展的今天，如何培養具有創新能力的高素質本科應用型人才，是我們面臨的首要問題。隨著全世界人口的不斷增長，資源和生態環境壓力的日益增大，工程與技術在解決人類需求和促進社會發展方面將起著越來越重要的作用。工程教育是為國家經濟建設與社會發展提供工程技術人才的主要渠道，以加強工程實踐的訓練，大力培養和提高工程技術人才的操作動手能力、思維創新能力為目的的工程教育改革，是高校當務之急[1]。

將實驗教學與理論教學緊密結合，使實驗過程成為學生自主學習、探索、研究的實踐過程，并從中獲取、積累和整合知識，構建合理的知識結構、能力結構和思維結構，是高校人才培養的重要環節。工科專業的實驗教學，不僅能夠幫助學生學習和掌握必要的工程技術、測量方法、先進設備和學科的基本研究方法，更重要的是培養學生的科學研究精神和創造思維習慣，以及收集、處理信息和分析問題、解決問題的能力[2]。這是理論教學所不能替代的。而專業實驗室作為實踐性教學環節的重要基地，其水平的高低也直接影響到人才培養的質量[3]。

因此，專業課實驗教學改革的總目標是：著重以專業領域的研究和設計應用為背景，整合專業實驗教學內容，以訓練學生科學思維方法和嚴謹的工作態度、培養學生工程實踐能力和工程創新意識、提高實驗操作能力和分析問題的能力為目的，構建新的專業實驗教學體系。同時，著力推進與此相適應的實驗室建設與管理模式改革，完善配套措施。

1 加強實踐教學環節，建立工程人才培養模式

工程實踐能力的培養是工程技術人才必修的重要內容，工科學生既要接受實踐性環節的嚴格訓練與培養，又要創造條件，使其通過課外實踐來學習知識、鍛煉毅力、積累經驗，從而發揮其聰明才智和創新激情，成為一名適應新世紀發展需要的工程技術人才[4]。

根據工科院校的實驗、實踐、畢業設計和生產實習等各教學環節的相互連貫、互為滲透的實踐教學模式，設置科學合理、富于實效的工程人才培養模式，建立分層面、多模塊的實踐性教學體系，并通過過程管理和項目驗收等程序來推進實踐性教學環節的改革實現和正常運行。

2 建設自主開放性實驗教學環境

開放實驗時間是調動學生學習主動性，使其真正成為實驗教學主體的必要條件，也是切實完成教學目標的重要保證。實驗室需要有專業性，但不是自我封閉的獨立性。因此需要建立一種新的實驗室管理機制和通用平臺，使實驗室有效開放[5]。

通過實驗室的開放制度建立實踐性教學體系，把學生能力培養劃分為課內必修實驗技能訓練、課外興趣培養和創新能力鍛煉3 個層次，通過安排課內實驗教學、工程訓練的各種實習、課程設計、畢業設計等教學環節，掌握規定的專業知識，同時利用課外開放實驗室，舉辦各種不同類型的競賽活動，吸引學生積極參加課余時間的社會實踐，使學生在邊學習邊實驗邊科研的過程中發揮主觀能動性，完成從入門到高級的不同層次訓練[6]。

3 優化穩定的實驗教學課程內容

相對穩定的課程內容是指同一門課程的實驗教學內容達到統一和相對固定，并且隨著條件的改善可以逐步提高，以達到最好效果。實驗內容相對穩定有利于不斷總結提高，有利于實驗指導書的確定，便于學生結合課堂學習進行實驗前預習，有利于提高實驗教學質量。

以土力學專業教學為例，構建相對穩定的土力學實驗教學內容，主要從土力學實驗內容的應用廣泛性和工程實用性入手，對一些實驗手段陳舊、內容重疊的實驗進行合并或刪除，保留或拓寬體現土力學理論精髓的和前沿性的必要實驗項目，加大技能型、綜合性與探索性的實驗內容，將試驗體系進一步整合、優化，優化后的土力學實驗教學內容如表1所示。

表1 土力學實驗教學內容一覽表

4 建立“一個中心，四個支點”循環教學法

傳統的實驗教學，僅僅是教師在課堂上講解理論，介紹各種實驗原理和步驟，缺少形象性和直觀性。要求學生在有限的時間內掌握大綱要求的實驗內容，對經典理論的簡單驗證，而且滯后于理論教學。實驗教學沒有與社會生活和現代技術發展聯系起來，缺乏綜合性、設計性、研究性和開放性的實驗內容，學生對實驗設計的思路考慮甚少。

基于以上問題和工程專業實驗教學需求，本文研究了針對土力學專業課程教學的“一個中心，四個支點”循環教學法，如圖1 所示。該方法一共分為五步，分別為講授、演示、應用、反饋和融合。

圖1 “一個中心，四個支點”循環教學法示意圖

第一步是理論講授，即向學生教授相關實驗的理論知識、實驗目的、實驗原理、實驗結果的應用等，將課堂的理論教學知識加以融合和形象化，加深學生對知識點的理解和對理論知識的應用。第二步是操作演示，即由實驗教師向學生介紹設備情況，演示樣品制取和設備操作流程，并在演示過程中告知所需注意的細節和安全問題等，保證學生后續工作的順利進行。第三步是學生的自主操作，即在理論理解和現場觀摩的基礎之上，學生通過團隊協作的方式開始自主準備樣品和操作設備，這個環節主要是考察學生對教學內容的理解和接受程度、動手能力和團隊協作能力，以及對突發問題的解決能力等。第四步是學習反饋，通過撰寫實驗報告的方式，不僅提高了學生的數據處理能力，在對實驗結果的分析過程中，也加深了對理論知識的鞏固和思考。另外，實驗報告的誤差分析部分，也引導學生重新回顧實驗過程，加深對實驗教學過程的印象和理論教學內容的理解，提高教學效果。通過以上四步的學習和自主練習，最終將理論知識教學、設備操作和數據處理等環節融會貫通，使得學生最大程度領會知識和應用。

“一個中心，四個支點”的循環教學法打破了以課堂講授為主的局面，將理論教學與實驗教學結合起來，構成了一個完整的教學體系，提高了學生的創新意識和動手能力，將其掌握的理論知識真正轉化為能在生產與工程實踐當中應用的實際操作能力，從而為基層用人單位培養更多更好的技術型人才。

5 建立多元化考核方式

對于工科學生來說，實驗課程的總體教學目標是將對學生能力的培養融入知識的認知過程，為學生提供更多的實踐機會，引導學生獨立思考，在發現問題、解決問題的過程中積累知識，掌握解決實際工程問題的方法，并進一步升華獨立工作能力和創新能力。傳統的實驗課程考核都是基于實驗報告直接給分，僅僅看中學生的實驗結果和數據處理程度，評定指標過于單一。為了激發學生對實驗教學的興趣和創新能力，實現實驗課程考核指標的多元化，需要結合實驗過程中小組成員對實驗的貢獻度，從學生的理論學習能力、創新能力、實際操作能力、獨立解決問題的能力和理論分析能力等方面確定評價指標，綜合評定學習效果。具體來講，為了體現科學性與合理性，實驗成績應從課程預習、實驗操作過程和實驗總結三個方面綜合評定，其中操作過程能夠綜合反映學生對儀器設備的熟悉程度和動手操作能力，實驗報告則反映出學生對實驗數據的理解和應用能力，二者在學習效果評定中占比較大。

土力學實驗教學成績評價方案如表2 所示。

表2 實驗教學成績評價方案（據文獻[7]修改）

6 結論

著重以專業領域的研究和設計應用為背景，整合專業實驗教學內容，以訓練學生科學思維方法和嚴謹的工作態度，培養學生工程實踐能力和工程創新意識，提高實驗操作能力和分析問題的能力，是專業課實驗教學改革的總體目標。本文結合工科教學的特點和工程人才的培養需求，提出了專業課實驗教學改革的思路和方法，培養學生成為適應新世紀發展需要的工程技術人才。