“工程驅(qū)動”型“四位一體”式實驗教學體系的研究

趙海龍 江楠 姜春雷 王黎黎 付光杰

摘要：實驗教學在整個科學教育中占有重要的地位，如何卓有成效地開展實驗教學一直是廣大實驗教師研究和探索的問題。在實驗教學中大力開展綜合設計性實驗教學是必然趨勢。文章在分析了國內(nèi)外大學實驗教學的情況，結合多年實驗教學實踐，探討了如何構建“工程驅(qū)動”型“四位一體”式實驗教學體系的問題。

Abstract： Experimental teaching plays an important role in science education. How to carry out the experimental teaching fruitfully is the problem of the majority of the teachers to study and explore. To carry out comprehensive design experiment teaching vigorously in experiment teaching is an inevitable trend. Based on the analysis of the domestic and foreign university experiment teaching situation， combined with the practice of experimental teaching for many years， this paper discusses the problems how to construct the "project driven" pattern of "four in one" type of experimental teaching system.

關鍵詞：實驗教學體系；工程驅(qū)動；四位一體

Key words： the experimental teaching system；project driven；four in one

中圖分類號：G640.2 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2016）09-0208-03

0 引言

實驗教學是高校培養(yǎng)大學生在技術方面應用能力的最主要手段，在全面提升學生綜合素質(zhì)方面的作用逐漸得到社會認可。最近幾年，高校中的宏觀實驗教學理論研究正逐步向微觀實驗教學理論過渡，在日常教學中作用越來越重要，并且正逐步向深度挖掘?qū)嶒灲虒W的功能和作用階段轉(zhuǎn)變。

由于我國高等教育歷來重理論、輕實驗，在實驗教學方面仍存在不少問題，教學內(nèi)容還不完善，特別是在構建實驗教學體系的過程中，企業(yè)參與度不高，使得在實驗教學體系成形的過程中，與發(fā)達國家相比，教學計劃和教學內(nèi)容與社會實際需求存在某種程度的脫節(jié)，不利于實驗教學工程化，也不利于實驗教學產(chǎn)學合作紐帶作用的發(fā)揮等諸多問題，要形成一套完整、專業(yè)的實驗教學評估體系還需要付出更多努力。

根據(jù)目前國內(nèi)外相關教學研究經(jīng)驗得知：工程教育模式“做中學”的實踐方法確實可行，并且對于優(yōu)化工科教育教學體系十分有利。我們借鑒世界先進國家高等工程教育的成功經(jīng)驗，以實際工程為背景，以工程技術為主線，即在工程驅(qū)動下著力提高學生的工程意識、工程素質(zhì)和工程實踐能力，以培養(yǎng)大量各類型工程師。

1 實驗教學體系的構建思路

基于技能型人才教育目標和培養(yǎng)要求，結合專業(yè)特點，以培養(yǎng)技術應用能力為主體的實驗教學目標體系，將專業(yè)理論、技能培訓和素質(zhì)教育有機整合，使三者相輔相成，構建起一套高效完整的人才教育體系，實現(xiàn)工程化人才培養(yǎng)的目的。具體思路如下：

1.1 將能力和素質(zhì)培養(yǎng)貫徹始終，為實驗教學目標服務

東北石油大學電氣信息工程學院是始終以培養(yǎng)專業(yè)理論扎實同時具有較高實踐技能的目標作為建立實驗教學體系前提和目標，通過實驗教學，使學生運用專業(yè)理論去指導實踐操作，并且在實驗研究過程中逐步領悟一套新思路、新方法。這樣既可以鍛煉其邏輯思維能力，又有助于其養(yǎng)成大膽質(zhì)疑、勇敢探索的科學精神；既培養(yǎng)了學生科學研究的能力，又提高了學生的人文素質(zhì)。要把知識與技能、過程與方法同時貫穿到實驗內(nèi)容體系之中，通過能力訓練提升專業(yè)素質(zhì)，而不僅僅是單向的、“填鴨式”的知識灌輸。

1.2 要選擇或設計內(nèi)容新穎、難易適度的實驗

內(nèi)容新穎、難易適度的綜合設計性實驗對學生來說是可以通過實踐去掌握的一種新事物。實驗研究有助于充分調(diào)動學生的主觀能動性，從而使學生在積極參與探究活動的過程中，促進這種實驗的教育功能充分實現(xiàn)。為了獲得內(nèi)容新穎、難易適度的綜合設計性實驗，需要把實驗研究階段涉及的理論知識點反饋給學生，有目的地剔除一部分生澀難懂或太容易的實驗內(nèi)容，增加一部分能夠激發(fā)學生的興趣并且能夠引導其逐步縱深探索的知識點。如此反復，最后得到合乎要求的實驗方案。

1.3 要把科學研究與實驗教學有機結合起來

綜合設計性實驗是促進師生互動的最佳實踐路徑。在實驗過程中，教師可以把與科研課題相關的行業(yè)動態(tài)和先進技術融入實驗理論，如介紹國內(nèi)外對該實驗課題的研究進展，明確研究方向以及實驗研究的意義，分析目前國內(nèi)外常用的研究方法、技術方案及其作用和局限性，使學生根據(jù)自己的思路自由選擇。教師要在適當?shù)碾A段鼓勵學生敢于質(zhì)疑權威、打破現(xiàn)狀，引導其開拓思維。學生不一定按照教師指明的方向去親自實踐，也可以根據(jù)自己的思路另辟蹊徑，提出創(chuàng)造性的意見或建議。在好奇心驅(qū)使下，一些思維活躍、大膽創(chuàng)新的學生還能基于現(xiàn)狀提出許多意想不到的新課題。

2 實驗教學體系的創(chuàng)建

東北石油大學石油工程專業(yè)和過程裝備與控制工程專業(yè)已進入國家級卓越工程計劃，電氣工程及自動化和自動化專業(yè)已申請了國家級卓越工程項目。而上述專業(yè)的本科學生均在我實驗中心上課。為此結合上述專業(yè)的培養(yǎng)要求構建新型電工電子實驗教學體系是目前我中心的亟待解決的問題。在“卓越計劃”的背景和工程化教育理念的指導下，以圖1所示的工程教育化實踐創(chuàng)新研究為目標構建實驗教學體系。

“工程驅(qū)動”型“四位一體”式實驗教學體系將各個實驗教學環(huán)節(jié)進行合理配置，按基本技能、專業(yè)技能和技術應用能力三個層次，由淺入深、循序漸進安排實驗教學的內(nèi)容，其中每個層次都必須體現(xiàn)以工程化應用能力培養(yǎng)為中心的原則。

2.1 技能系統(tǒng)

技能系統(tǒng)強調(diào)技能的開發(fā)，以工程化培養(yǎng)為目標，強化技能型人才培養(yǎng)的針對性和有效性。我們把技能分為基本技能、專業(yè)技能、綜合技能三大模塊。針對不同模塊確定構成核心的基本要素，落腳點在教學內(nèi)容的選擇和具體課程的設置，進一步強化工程化應用人才的培養(yǎng)。電工電子實驗教學體系主要由三大技能系統(tǒng)、實現(xiàn)系統(tǒng)和支撐系統(tǒng)構成。

基本技能：是指具備專業(yè)技能訓練、綜合技能訓練和從事專業(yè)工作所必需的基礎性技能，如計算機基礎、電工、電子元器件測試與焊接、模電、數(shù)電、單片機應用、電子電路設計等，一般以5-8個為宜。基本技能訓練階段著重訓練學生的基本操作技能，如讓學生能按照實驗教學的要求完成規(guī)定內(nèi)容，掌握實驗的基本技能和方法，及基本的工藝操作技能與工藝要求，它涉及到的專業(yè)課知識較少，具有很強的操作性，具體如圖2所示。

專業(yè)技能：是指具備專業(yè)經(jīng)驗技術和動作技能，是完成專業(yè)培養(yǎng)目標所必須的技能，如電氣工程專業(yè)的供配電系統(tǒng)操作、變電所設計、電機拖動系統(tǒng)技術應用、電機維修、電機制造工藝等，一般以5個為宜。專業(yè)技能訓練階段與專業(yè)理論知識緊密結合，著重培養(yǎng)學生掌握職業(yè)崗位群常用的技術，要求學生在實驗環(huán)境中能運用一項或幾項技術解決實際問題，具有一定的應用性，具體如圖3所示。

技術應用或綜合技能訓練：是指具備綜合經(jīng)驗技術和動作技能以及理論技術和創(chuàng)新技能，與某幾個專業(yè)相互聯(lián)系，是以培養(yǎng)學生技術應用能力和創(chuàng)新為目的、訓練學生應用基本技能、專業(yè)技能解決實際問題的綜合訓練。如電氣工程專業(yè)以電工技術綜合應用、電子技術綜合應用、科技創(chuàng)新制作、畢業(yè)設計等，一般以3-5個為宜。技術應用或綜合技能訓練階段通過實踐或模擬研究對象，給學生設定一個真實的情境，使其按照既定的思路、規(guī)劃，結合專業(yè)理論知識，就某一課題去大膽的開拓研究，在探索過程中不斷解決實際問題，以此形成開拓研究的能力。具體實施內(nèi)容詳見圖4。

2.2 實現(xiàn)系統(tǒng)

“工程驅(qū)動”型“四位一體”式實驗教學系統(tǒng)在現(xiàn)有驗證性實驗的基礎上重點開設綜合設計性。結合各類競賽（包括電子競賽、創(chuàng)新杯大賽和TRIZ杯創(chuàng)新設計大賽等）大力投入科技制作類實驗項目的建設，提高學生的科研能力、動手能力，達到工程化培養(yǎng)目標。

2.3 支撐系統(tǒng)

“工程驅(qū)動”型“四位一體”式實驗教學體系的支撐系統(tǒng)從硬件和軟件兩個方面來保障，根據(jù)“場地整合、設備共享、內(nèi)容創(chuàng)新、人力優(yōu)化、管理高效”的原則，建設確保人才培養(yǎng)質(zhì)量的支撐條件。按照專業(yè)大類，大力推進開放實驗室的建設，突出真實工程環(huán)境營造，建設實驗平臺與實習實訓基地，承載全校18個工科專業(yè)的500個實驗及實訓項目。軟件支撐上著重建設教師隊伍、規(guī)范制度、資金使用和質(zhì)量監(jiān)控制度等。

3 總結

本實驗中心在應用新的教學體系后，學生參加科技創(chuàng)新的積極性得到了較大的提高。每年約30人參加“大學生創(chuàng)新性實驗計劃”項目、“大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃”項目、大學生電子競賽、東北石油大學挑戰(zhàn)杯、美新杯大賽等。學生發(fā)表論文20于篇、近2年學生電子競賽獲獎13項，其中全國電子競賽二等獎1項，國家大學生創(chuàng)新計劃優(yōu)秀獎2項、美新杯大賽三等獎1項、校內(nèi)創(chuàng)新杯獲獎26項、獲得使用新型專利8項。取得的創(chuàng)新性成果充分說明“工程驅(qū)動”型“四位一體”式實驗教學體系是實際可行并行之有效的。

同時，本教學體系在實施時，要努力擺正面的兩個誤區(qū)：一是實驗教學體系的開發(fā)與實踐會擠占學生的學習時間，會降低其理論課程分數(shù)；二是真正實施實驗教學體系時阻力巨大，學生不會配合。而實際上，學生往往是實踐該教學體系的過程中參與度最高的群體。

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