基于工程認證的機電專業實驗教學創新研究

李海燕，趙汗青，李海寶，閔振輝，萬豐

（1.黑龍江科技大學 機械工程學院，黑龍江哈爾濱 150022，2.黑龍江科技大學 理學院，黑龍江哈爾濱 150022）

隨著新時代的到來，社會對教育、教師及人才培養提出了許多新要求，實驗教學真正回到實踐能力的培養這個教學目標上來。實驗教學要注重學生將理論應用于實踐的能力[1，2]。在工程認證的要求下，實驗教師要提高認識，深刻思考實驗教學如何進一步創新，如何進一步確立“以學生為中心”的教學理念，研究如何使得自己的實驗課在創新的同時向高階努力[3，4]。

1 教學理念和教學形式的研究

1.1 “以學生為中心”的教學理念的思考

立德樹人是教育的根本任務。培養什么樣的人，是教育要解決的重要問題。實驗教學的創新關鍵在于對“以學生為中心”的教學理念的創新，跟不上新的教育理念，就談不上創新教育。新技術、新產業、 新經濟的發展，直接影響著教育事業的發展。學生對知識的學習可以經過教師對相關內容的介紹和啟發獲得，也可以學生之間利用必要的學習資料進行研討獲得。教學應以學生為本，注重學生獨立設計實驗方案并完成實驗的能力。如何踐行這種“以學生為中心”的教學理念，就是實驗教師應該深刻思考的問題。

1.2 “啟發式”實驗教學的研究與思考

實驗教師要注重啟發式教育，引導學生發現問題、分析問題、解決問題，在不斷啟發中讓學生水到渠成得出實驗結論。有時教師要辨清某個知識點學生是否聽懂了，教師要想辦法讓學生學下去、學明白，學懂學會才是教師從事教育應有的思維理念。這個教學過程是以學生為中心的，學生是主體，教師將內容轉變成問題提出，教師設計情景激發學生的積極性，運用教師的經驗和判斷力，引導學生進行研討。

2 線下實驗教學的創新研究

2.1 提高工程創新思維能力的實驗教學內容設計

以本科機電專業實驗課程為例，討論實驗教學內容的設計。首先，按照工程教育認證標準，要確定教學目標。其次，要明確專業課程實驗對應的畢業要求指標點，接下來的教學活動都必須圍繞這個教學指標點來進行。再次，對照指標點要求設計在實驗課堂上要講述的內容并滲透給學生本專業的思維方式。講述的內容一定要緊扣指標點，加入已學的相關專業知識，以提起學生對實驗的濃厚興趣，會為學生接下來的實驗提供思維路徑、解決實驗中遇到的問題，為學生完善自己的實驗方案設計提供思路和探究方式，以解決實驗中遇到的各種問題。最后，對不同實驗內容采用不同教學方法。可以啟發和鼓勵學生在實驗中主動完成實驗操作，總結實驗過程中所得技巧及實驗中通常可能會出現的問題等。操作中一定要注意一些問題，例如：傳感器的選擇必須符合工程應用條件及精度等，在使用和安裝時，必須符合測量范圍和便于實驗操作等，以此來確保實驗準確度。此外，根據工程教育認證的標準，遵循安全第一的原則，強調實驗安全事項。

2.2 提高工程創新思維能力的實驗教學形式

課前學習環節，教師根據課程教學目標和教學計劃，為學生安排課前預習任務。這一環節通過網絡實現，學生選擇通過QQ、微信號等下載實驗指導書和實驗報告的格式，對實驗進行預習。具體內容有實驗教學指標點、實驗目的、實驗內容及原理、方案設計、實驗操作步驟等。在實驗課上，實驗教師可以鼓勵學生對照相關專業知識和學習的相關內容及已有經驗對實驗任務進行進一步的設計，通過仿真對自己的方案進行論證，在確保沒問題時可以進行實驗操作，例如：本科機電專業《可編程控制器及其應用》這門課程的實驗，就是學生自主進行實驗方案的設計，通過仿真軟件進行仿真，仿真合理后，進行實物連線、程序導入、程序運行等。在操作過程中避免丟步驟的現象，讀取數據也是有標準要求的，所以為了確保實驗的順利進行和數據的準確，教師要向學生明確要求，必要時試操作。在學生用自己設計的方案進行實驗時，教師要鼓勵學生，特別是當遇到困難時，要引導、啟發學生，必要時教師要幫助學生解決實驗中遇到的問題，或者通過組織學生開展問題探究、協作學習、互動交流等方式來完成實驗及相應的分析與研究[5]。

2.3 培養工程創新能力的高階思考

實驗教學的高階思考源于實驗內容又高于實驗內容。一些不確定的測量、數據采集、特性測量等，即是我們進一步思考和研究的內容。例如： 某個顏色識別實驗，觀察到的顏色和測得的結果有時是對不上的，這就要思考是什么原因造成的，是否是環境問題、 溫度問題、表面粗糙問題，有沒有其他不確定性因素等，那么應該從幾個方面考慮，并對測量程序進行改進。對于速度的測量，有時會出現波形不整的情況；對于計數的測量有時會出現采集到波形卻沒有計數的現象等，這些都需要鼓勵學生去發現和分析，以此來提高學生的高階思維能力，以更圓滿地完成實驗課程的學習任務，促進學生提高對知識或信息的獲取能力，讓學生的能力在實驗中得到認可，從而提高學生的科研能力。

3 線上實驗教學的創新研究

在網絡教學過程中，學生的認識是一個復雜的過程。學生與學生、學生與教師之間的信息交流是形成知識建構的有效途徑[6]。新冠肺炎疫情環境下，教育部號召停課不停學，各高校理論教學相應開展線上教學，同時，實驗教學也有相應要求，實驗教師進行了線上實驗教學研究。據了解，有三種形式的實驗教學：第一種，把整個實驗錄一遍，給學生播放。第二種，錄片段，結合實驗內容和理論知識進行線上講解。第三種，在操作環節與學生線上互動，教師同時扮演學生和教師兩個角色。線上實驗教學的建構重在課件內容的研究與精心制作、線上課堂的建立等[6]。

3.1 線上實驗教學課件內容的研究與制作

課件的制作要符合人才培養目標的要求，機電專業以工程認證為標準，以培養學生實踐能力、動手能力和創新能力為核心，形式多樣化，考核過程化，符合應用型人才培養的要求。課件制作包括兩部分，一部分要錄制視頻片段和拍攝照片，一部分要準備理論講解的課件內容，講解和圖片、視頻要配合來完成。因此，我們結合機電專業學生的工程教育認證標準，對實驗教學內容進行了設計。

第一，安全教育是必不可少的，所以實驗室的安全操作規程一定要講，而且同時配有視頻，邊播放課件邊講解。同時要明確該專業課程實驗對應的畢業要求指標點的內容，接下來的教學活動都應圍繞這個教學指標點來進行，并要明確考核標準。

第二，對照指標點要求設計在實驗課堂上要講述的內容和滲透給專業學生本專業的實驗思維方式。講述的內容一定要緊扣實驗，加入相關專業理論知識，以引起學生對實驗的興趣，專業實驗的思維方式會為學生接下來的實驗提供思維路徑和操作過程及遇到問題的解決途徑，為學生完善自己的實驗方案設計提供思路和探究方式，以解決實驗中遇到的各種問題。

第三，對不同實驗內容采用不同教學形式。可以用啟發和鼓勵的方式讓學生總結以往實驗過程中所得的實驗技巧、實驗中通常可能會出現的問題等，以此來確保實驗的完成。例如《可編程控制器及其應用》實驗就用到了軟件仿真，要引導學生應用軟件及進行程序設計和相關知識的查閱。在實驗中加入工程應用的介紹，并配有相關視頻，能進一步激發學生的學習興趣。

第四，強調注意事項，有數據處理分析的實驗，要舉例講解實驗的數據處理與結果分析，畫圖的部分要重點講解畫圖過程要注意的問題及繪制標準。

3.2 線上實驗教學課堂的建立

筆者請教了有關教師和學生，尋求有效良好的課堂環境以便上好線上實驗。經了解，網課可以選用雨課堂、釘釘課堂、QQ 課堂、騰訊會議等。由于實驗課有大量視頻，需要選個不卡頓、不延遲的網絡平臺。如果用騰訊會議上課，最好是提前預約會議時間，預約后，把地址和密碼發給學生，并告訴學生進入時間，讓學生提前幾分鐘進入會議，以免上課時間到了，大家一起進入會議會出現卡頓，有時多人還容易登錄不上去，影響上課進程。

3.3 本專業其他課程線上實驗教學的思考

除了《機床電氣》和《可編程控制器及其應用》課程外，《測試傳感技術》《控制工程基礎》《機電傳動》等課程實驗，需要測量數據的，可以按實驗設備臺套分組，給每組錄制一個操作過程，在記錄數據時適當停幾分鐘，等待學生記錄完數據再繼續播放視頻。當然對于有軟件仿真和實物操作的實驗，比如《可編程控制器及其應用》，就可以先使用軟件仿真，仿真后，指導教師按學生分析的方案和操作進行試運行，對實驗中觀察到的現象加以指導。

4 實驗成績的考核

4.1 線下實驗成績考核標準

按照工程教育認證標準，實驗成績要占總成績的10%。其中，實驗過程占實驗成績的50%，實驗報告占實驗成績的50%。實驗過程中動手能力占20%、解決問題能力占20%、團隊合作能力占10%；實驗報告中數據準確占20%、 實驗分析處理占20%、 內容規范性占10%。對于實驗過程，滿分的要求是能夠做到預習報告非常完整；熟悉儀器設備、熟練操作，團隊協作高效運轉；實驗方案非常合理，準確流利回答問題；熟悉儀器設備、熟練使用，圓滿完成分配任務、并能協助同組成員；全面深入了解實驗的整個過程；熟悉儀器設備、熟練使用，團隊協作高效運轉。對于實驗報告的考核，數據記錄、處理分析完整和準確，報告非常規范完整的為滿分。

4.2 線上實驗成績考核

線上實驗，網絡課堂占50%，實驗報告占50%。結合線下標準，學生沒有互動，進行減分；積極回答問題給滿分；能根據教師的講解，提出問題，并積極分析的給滿分。學生分組，組長協同教師掌握出勤情況，在小組論時如果有不積極不參加等情況，視為課堂不積極，要減分。實驗報告要有課堂關鍵部分的截圖，要有實驗過程分析總結。實驗報告內容合理、 分析正確的給滿分，內容總結不全面的要減分，結果分析不合理的要減分，分析問題有深度的要加分。

5 結語

堅持創新的教育教學理念，按工程教育認證的要求，對機電專業的線下和線上實驗教學進行了創新研究和教學實踐。該教學實踐提高了學生工程創新思維能力，可為工程教育認證專業培養學生的創新思維能力提供參考。