創新設計性實驗項目在工科類本科生培養中的作用

韓海燕 閆永亮

（1.河北工程大學數理科學與工程學院 河北·邯鄲 056038；2.河北工程大學信息與電氣工程學院 河北·邯鄲 056038）

0 引言

面對新時期的發展需求以及工業4.0高科技戰略計劃的提出，我國的工業及制造業等行業領域急需大量有一定工程素養和工程實踐能力的工科類本科畢業生參與到行業的發展建設中[1]。面對新的人才需求，教育部積極推動新工科建設工作，2017年教育部高教司發布了《關于開展新工科研究與實踐的通知》，并在國內高等院校中大力發展和推進“新工科”教育建設，在高校工科類本科生培養過程中形成合理的課程體系和專業知識架構，突出課程對工科類本科生工程素養、工程思維和工程實踐能力的培養[2]，形成新時期的工科構架，以滿足新的科學技術形式下我國的工業及相關行業對優秀工程類人才的需求[3]。

在傳統的工科類本科生的培養方案中，有很多實驗課程的設置，包括課程內實驗和單獨開設的實驗課程，但是這些課程的設置大多數屬于驗證性實驗[4]，其中綜合設計類實驗開設較少，而且這些綜合類設計的課程設置的目的仍然是對課堂知識的鞏固和理解[5]。為適應發展新工科、培養新型人才的建設背景，也為提高工科類本科生的工程素養和工程實踐能力；針對一些工科類本科生的專業設置特點，特別是實驗實踐類課程的設置內容，提出一種在課堂知識掌握的基礎上的創新性設計類實驗項目，通過該類創新性設計實驗項目的設置，不僅能夠促進學生對課堂知識進行進一步的理解和掌握、激發學生的創新能力和設計能力，更能夠通過整體設計性實驗的實施培養學生的工程思維，也能夠實現對學生工程實踐能力的培養。

1 工科類學生工程能力的缺乏

因為課程設置和教學模式的影響，傳統工科類本科生培養過程中缺乏對學生工程思維、工程素養和工程實踐能力的培養，使得工科類本科生畢業時并不具備較高的工程實踐能力，也不能滿足當前新的工業革命形式下我國工業及相關行業對優秀工程類人才的需求。

1.1 理論課程中對學生工程思維培養缺乏

當前工科類本科生的課程設置中理論課程的課時仍然占據一半以上的比例，但是理論課程的設置并不影響對學生工程思維的培養，相反在大多數的工科類本科生的培養方案中，雖然不同工科類專業設置的課程都很大區別，但是各專業的工科生的課程設置中有很多門專業課程都與實際應用或工程應用有著密不可分的聯系。在這些與實際應用密切聯系的課程設置中，雖然課程性質是理論課，但是學生仍然可以在這些課程的授課過程中獲得工程思維和工程素養的培養。可惜的是大部分課堂授課者只是將該類課程的內容當作課堂知識講授，并不能結合課程的特點，融入對學生工程思維有益的相關內容。因此在這些專業課程的學習過程中，學生獲得的只是理論知識的內容，而不能獲得工程素養的培養，更不能將轉化為自身的工程實踐能力。

1.2 實驗實踐環節對學生工程能力培養不足

在工科類本科生的課程設置中有較多的實驗課程或實踐環節的設置，這些課程實驗和實踐環節是鍛煉工科類本科生工程實踐能力的寶貴平臺。但是由于傳統實驗教學模式的影響，目前大部分高校中的實驗課程的設置及開設的主要目的是在于對相應理論課程的知識驗證，或者是對于某些實驗設備及實驗方法的簡單操作。在這些實驗項目的實施過程中，實驗手冊已經很詳盡的講述了每一步實驗步驟和預期的實驗效果或數據，因此在該類實驗過程中學生的實際參與度很小，更多的是根據實驗手冊進行的實驗操作，沒有創新性和設計性的工作融入到實驗過程中，得不到工程實踐能力的培養。

1.3 專業教育過程中對學生創新能力要求欠缺

在當前大力發展新工科的建設背景下，從學校到學院，從學院到專業系室都應該對學生的專業教育中增加對學生創新能力的宣傳教育，提高學生對創新能力的理解和培養創新能力的動力。但是目前大多數院校對學生的專業教育中缺乏對學生創新能力的要求和培養，因此導致學生對創新能力的重要性認識不足，也很難在課程學習過程中積極主動的培養自身的創新能力。

2 創新設計性實驗項目對工程素養的培養

為改變于傳統教學模式的影響，針對一些工科類本科生的專業設置特點，特別是實驗實踐類課程的設置內容，提出一種在課堂知識掌握的基礎上的創新性設計類實驗項目的授課方式，其設置的目的在于促進學生對課堂知識的理解和掌握、激發學生的創新能力和設計能力，通過整體設計性實驗的實施培養學生的工程思維，也能夠實現對學生工程實踐能力的培養。

2.1 創新設計性實驗項目對創新能力的培養

創新設計性實驗項目首先是對學生創新能力的培養，在這一實驗項目實施過程中，利用學生對理論知識的掌握，采用引導的方式激發學生利用已有的理論知識進行新的構思，能夠將所學知識進行創新發現和拓展。在這一過程中，創新不僅僅是指知識或技術上的創新，也可以是已有的知識或技術在應用領域的創新、應用方法的創新、應用指標的創新等等。學生根據自身的優勢和知識掌握的能力在不同層次上開展創新項目的實現，充分發揮學生的創新思維和創造能力。

在該類型的實驗項目實施過程中，鼓勵學生除了在實驗授課教師所給出的實現項目之外，在結合實驗室經費和已有設備的基礎上自行提出相關的實驗項目。在自行提出實驗項目時，需要滿足幾點要求：首先是與本專業課程設置相一致，不能偏離本專業的課程設置內容；其次要求所提出的實驗項目有可實施性和可操作性，不能是憑空臆想的實驗項目；最后要求學生提出的實驗項目有創新性，并能夠指出其創新之處。滿足這三點的實驗項目可以列為擬實施的實驗項目進行開展。

2.2 創新設計性實驗項目對工程思維的培養

創新設計性實驗項目的開設除了對學生創新能力的培養，更注重學生工程思維的培養。學生在課堂中學習的理論知識不僅需要在實驗室中通過實驗項目來驗證，更需要在將來應用的實際需求中。因此在該創新設計性實驗項目實施過程中，結合實際生活中的應用場景和應用需求，要求學生以工程師的思維來考慮和解決問題，對所提出的實驗項目不僅進行實驗操作，更是從工程思維的角度出發對實驗項目進行綜合因素的考慮，分析實驗項目要求，提出設計方案，并在實驗結束后對自己的工程思維能力進行總結和分析。

2.3 創新設計性實驗項目對工程實踐能力的培養

創新設計性實驗項目除了注重學生的創新能力和工程思維的培養，還強調對學生進行工程實踐能力的培養。在學生進行項目實施的過程中，要求學生從工程師的角度出發，以實際應用為指標進行實驗完成工作。在實驗項目實施過程中對應用場合、應用領域、應用環境、應用人群等因素進行充分的考慮，真正按照工程設計的標準進行實驗項目的完成。在這個過程中可以將邀請其他同學或授課教師對項目進行模擬使用和模擬鑒定，根據鑒定者給出的意見對項目的實施過程進行完善和完成。通過這樣反復的訓練過程達到培養學生工程實踐能力的培養。

3 結語

本文結合多年的實驗教學經驗，針對高校傳統實驗課程目的性單一、實驗項目設置不靈活、不能夠充分發揮學生創新和設計能力的特點，提出一種在課堂知識掌握的基礎上的創新性設計類實驗項目，通過該類創新性設計實驗項目的設置，不僅能夠促進學生對課堂知識進行進一步的理解和掌握、激發學生的創新能力和設計能力，更能夠通過整體設計性實驗的實施培養學生的工程思維，也能夠實現對學生工程實踐能力的培養。該類型實驗項目的實施高校工科類本科生教育培養的發展研究探索了一條新的途徑。