基于并行模式的工科實踐教學改革與探索

關鍵詞：工科實踐教學；并行模式；教學改革

0 引言

實踐教學是專業教學環節中重要組成部分之一。工科本科專業以培養應用型人才為目標，工程實踐教學是科學理論應用于工程實踐的橋梁，在培養工科學生工程實踐與創新能力環節起重要作用。實踐教學可幫助學生掌握與工程有關的理論知識，指導學生利用科學理論知識解決工程實踐中的技術問題，其實踐教學質量直接關系學習的培養質量和就業情況[1-4]。

并行模式是一種處理任務的方式，它能夠同時執行多個子任務，以提高整體的效率和處理能力，多用于計算機領域。劉正偉等[5]闡述了基于有效融合理論，加拿大師范教育課程改革提出的實踐與理論并行的模式。秦向東等[6]采用多軌并行模式培養復合型人才，以調整培養方案為核心，在傳統的課堂教學與實踐的基礎上，并行引入科研實踐和素質培養環節，提高學生創新實踐能力及其他素質。付寶琴等[7]提出人才培養的評價指標，力爭接近人才市場的需求，并重點討論了并行模式下如何在人力、物力和公共資源共享條件下進行實驗教學改革。張敬宗等[8]針對目前工程測量理論和實踐教學存在的矛盾和不足，提出將理論和實踐并行的教學模式，二者時間上同步、內容上互補，以模擬工程項目為驅動貫穿整個教學過程，實現以學生為中心的教學目標。董慶瑞等[9]探索了一種并行雙模式教學，教學活動可以在混合模式教學和全網絡模式教學之間進行平順切換，甚至可以兩種教學模式同時開展。目前學者的研究多聚集于人才培養模式中多個方面的能力或素質的并行或課程理論知識與實踐教學的并行，對專業實踐教學或專業間的實踐教學采取并行模式研究相對較少。

塔里木大學是一所普通二本院校，隨著西部大開發和國家教育強國各項政策的落地，學校在校學生人數由1999年的2500余人增加到2023年的31000余人，在校學生人數增加了11.4倍，本科專業由1999年的11個，增加到2023年的85個。在校學生人數的急劇增長導致用于實踐教學活動的場所、儀器設備相對不足的矛盾突顯。機械電氣化工程學院是塔里木大學工科二級學院，現有學生3100余人，設有機械設計與制造及其自動化、農業機械化及其自動化、車輛工程和農業電氣化及其自動化等9個本科專業，每個專業均有2～4個自然班（30～40人/班）。用于工科實踐教學儀器設備單臺價值高，對安裝場所要求高，更加突顯學生實踐教學的儀器設備不足的問題，嚴重影響了實踐教學質量。同時，每一項實踐教學活動的安排在專業內部或專業與專業間均是獨立安排，造成理論教學頻繁停課，教學計劃被打亂。為破解此難題，本研究以塔里木大學機械電氣化工程學院農業機械化及其自動化專業（以下簡稱農機專業）實踐教學存在的問題為切入點，采用并行模式安排實踐教學活動進行了探索與實踐。

1 教學現狀

對于工科專業，實踐教學活動在整個教學環節中具有舉足輕重的作用，實踐教學的質量直接影響到學生理論知識的理解，關系到學生創新創業能力的培養和動手實踐能力的提升，同時與學生就業密不可分。近5年來，學院每年以10%左右速率擴大招生規模，部分實踐教學活動安排從第0周安排到學期末，甚至還占用寒暑假期。在實踐教學活動中，因班級和學生數量增加，每組實踐教學學生人數多，在有限的實踐教學時長內，學生人均使用或操作儀器設備時間縮短，實踐教學設備使用頻率急劇增高，設備故障率增加，實驗員對實踐教學指導和對設備維護任務加重，各實踐教學活動場地學生人數超飽和，存在極大的安全隱患，因實踐教學儀器設備臺套數受限和時間安排不合理，常常是1名學生操作，其他學生無事可干，實踐教學質量較差。

2 影響分析

2.1 實踐教學任務繁重，場所緊張

人才培養方案是專業教學活動的指導性文件，對實踐教學活動的時間、地點、時長及學分等均做出明確的規定。各高等院校均按照專業人才培養方案執行各實踐教學活動，當在校學生人數不斷增加時，實踐教學活動的任務隨之加重。以農機專業金工實習為例，2019屆招生4個自然班，2020屆招生6個自然班，每2個自然班合班安排一次實習，時長3周，僅2020屆農機專業金工實習工作量就增加了1/3。而學院9個本科專業中有6個專業須進行金工實習，實踐教學任務極其繁重。再加之，全校公共基礎課物理實驗，專業基礎課電子電工、機械原理、機械設計、液壓與氣壓傳動，專業課農業機械學、汽車拖拉機學等課程的實踐教學，每個實踐教學活動場所學生人員過飽和，授課教師、實驗員教學任務極其繁重。

2.2 教學資源使用不合理，實踐教學質量下降

根據專業人才培養方案，專業不同實踐教學活動有先后次序，由此造成實踐教學活動在大學二、三年級內相對密集，實踐教學儀器設備使用頻率高，儀器設備故障率也高；而無實踐教學活動時間段內實踐教學儀器設備則無人使用，教學資源使用不均衡，不合理。學生人數增加，同樣實踐教學時長，1名或1組學生操作使用儀器設備，其余學生較長時間等待，浪費了大量時間；為保證每位學生都能操作使用設備，在時長不變的情況下，學生人均操作或使用儀器設備的時間縮短，實踐教學質量下降。

3 成因分析

學生人數急劇增加對實踐教學活動的影響客觀存在，其對實踐教學活動的影響成因有3個方面。一是學生人數的增加速率，遠大于學校實踐教輔人員引進培養、實踐教學場所建設和儀器設備購置的速率，是造成實踐教學活動場所緊張、儀器設備相對不足、實驗員工作量超負荷客觀因素，由此造成學生實踐教學質量下降。二是各專業實踐教學活動安排相對獨立，均由承擔不同基礎課、專業基礎課和專業課所在的系或課程主講教師根據人才培養方案和授課的進度自行安排時間，各系的專業與專業之間、不同課程之間、專業內部的實踐教學活動時間未統籌安排，致使部分實踐教學設備相對一個時段內不足，而另一些實踐教學儀器設備因無實踐教學而閑置，無人使用。三是專業與專業間實踐教學活動時間安排的對沖，實踐教學資源使用不平衡不合理也是造成實踐教學活動場所緊張、儀器設備相對不足、實驗員工作量超負荷和實踐教學質量下降的主觀因素之一。

4 改革思路與舉措

在分析成因的基礎上可以看出，在學生人數急劇增加的同時，學校應投入更多的資金，大力加強實踐教學活動場所建設，加大實踐教學儀器設備購置力度，大力培養或引進教輔人員，以滿足增加后的學生人數對實踐教學場所和儀器設備臺套數需求，保證實踐教學的質量，此為最佳方案。然而，建設和購置滿足學生人數增加后的實踐教學活動的場所和儀器設備需要大量的資金；同時，規劃、審批、建設和購置需要一個較長的周期。地方本科院校的財力有限，建設所用土地緊張，加之其他不可控因素限制，建設和購置與學生人數增加相匹配的實踐教學場所和儀器設備不可能在短時間內完成，是一個相對周期較長的過程。

塔里木大學機械電氣化工程學院對以并行模式統籌安排各專業實踐教學活動的思路進行了探索與實踐，打破按專業人才培養方案依序安排實踐教學活動的常規思路[10-16]。在學期初，根據專業人才培養方案，對本學期所有專業的各類實習、實驗的班級、人數、時間等信息進行統計，將各類實習、實驗采用并行模式統籌安排，即在一個時間段內某個班本學期的不同實習或課程實驗同時安排，將學生分成若干個組，一部分學生進行實踐教學A活動，另一部分學生進行實踐教學B活動，待實踐教學A組和B組學生完成規定的時間和內容后，實踐教學A組與實踐教學B組的學生進行交換，繼續完成相關實踐教學內容。具體思路如圖1所示。

并行模式的實踐教學在實施時，需滿足的必要條件：一是同一學期，二是同一個班級，三是同時安排的2個實踐教學活動時長需相差不大，便于后續換組。

5 改革實踐與成效

2019—2023學年第1學期農機專業具體做法：根據人才培養方案，該學期農機專業有拖拉機汽車學課程實習Ⅰ（拆裝）2周和拖拉機汽車學課程實習Ⅱ（駕駛）2周，依據改革的思路，對拆裝實習和駕駛實習統籌并行同時安排，2021屆農機專業2個班共62名學生，1班先進行拆裝實習，1周后與駕駛實習1周的2班對調交換，繼續進行相關實習；2020—2021學年第1學期，該班級的數控加工與編程實習1周與拖拉機汽車學課程實習Ⅲ（修理）實習1周同樣采取了上述方法安排實踐。實習后，對學生進行隨機調查，學生普遍反映：并行模式安排實習的方法，操作和使用儀器設備的時間較原來長，實習期間工作量很飽滿。對認課教師隨機調查，教師反映：理論教學秩序有保證，無須再利用寒暑假進行實踐教學，有更多的時間用于教學和科學研究。

根據改革思路與實踐，針對學生人數急劇增加和實踐教學場所及儀器設備相關不足的矛盾現狀，打破常規的按專業人才培養方案依次安排實踐教學活動思路，采用并行模式統籌安排一學期專業內部各類實踐教學活動，可有效解決學生人數增加和儀器設備相關不足的矛盾，大大增加了學生操作和使用儀器設備的時間，提高了學生實踐教學質量。雖從表面上看，并行模式安排實踐教學活動“壓縮”了實踐教學活動的時間，但增加了學生有效使用或操作儀器設備的時間，實踐教學儀器設備資源得到了合理的均衡利用，場地緊張得到了解決，實踐教學活動并行模式的安排壓縮了時間，改變了傳統方式跨學期、甚至是假期增設實踐教學任務現象，有效緩解了實驗員超負荷工作現狀。由此可看，并行模式安排實踐教學活動的改革是成功而有效的。

6 結束語

在高校擴招背景下，學生人數的急劇增加與實踐教學實驗員不足、工作量超負荷，以及實踐教學活動場所緊張、儀器設備相對不足的矛盾在很多地方院校普遍存在。為解決或緩解這一難題，塔里木大學機械電氣化工程學院農業工程系探索嘗試采用了并行模式統籌安排專業內部一學期各項實踐教學活動，并對2021屆農機專業進行了實踐，通過對學生、教師的調查，并行模式統籌安排各項實踐教學活動的改革得到了學生和教師的認可。

改革與實踐效果可有效解決學生人數增加和儀器設備相關不足的矛盾，大大增加了學生操作和使用儀器設備的時間，從而提高了學生實踐教學質量。雖然并行模式安排實踐教學活動“壓縮”了每項實踐教學活動的時長，但增加了學生有效使用或操作儀器設備的時間，實踐教學教輔人員、場地和儀器設備等資源得到了合理的、均衡的利用，有效緩解了實驗員假期帶實踐教學的超負荷工作現狀。此改革經驗與做法值得在類似高校推廣和應用。