新工科背景下應用型本科實驗教學改革初探

祁永慶 崔雪

摘 要：介紹了新工科的概念和內(nèi)涵，分析了應用型本科傳統(tǒng)實驗教學中存在的主要弊端，在新工科背景下從學生職業(yè)能力和學習興趣的培養(yǎng)、實驗教師隊伍建設、專業(yè)實驗室的開放與利用等方面對應用型本科實驗教學進行了改革探討。

關鍵詞：新工科；應用型本科；實驗教學改革

應用型本科院校是培養(yǎng)社會發(fā)展需求的應用型技術人才和現(xiàn)場工程師的搖籃。根據(jù)《教育部高等教育司關于開展新工科研究與實踐的通知》（下文簡稱為《通知》），應用型本科院校應圍繞工程教育改革，深化產(chǎn)教融合，不斷推進人才培養(yǎng)模式改革和創(chuàng)新，培養(yǎng)學生在工程實踐中的綜合能力。實驗教學在工程教育人才培養(yǎng)中的作用十分重要。在新工科背景下進一步推進實驗教學改革，是對工程教育新理念、人才培養(yǎng)新模式的探索，有助于提高學生在知識交叉融合、批判性思維、終身學習等方面的綜合素質，提升應用型本科專業(yè)教學水平和教學質量。

一、新工科的概念和內(nèi)涵

根據(jù)教育部的《通知》，在2017年上半年先后形成了“復旦共識”、“天大行動”和“北京指南”等新工科建設的三個文件，在全國高校掀起了新工科建設的熱潮。新工科是在新科技革命、新產(chǎn)業(yè)革命、新經(jīng)濟背景下高等教育改革的重大戰(zhàn)略選擇，緊緊圍繞工程教育改革的新理念、新結構、新模式、新質量、新體系全面開展。新工科的內(nèi)涵是以立德樹人為引領，以應對變化、塑造未來為建設理念，以繼承與創(chuàng)新、交叉與融合、協(xié)調(diào)與共享為主要途徑，培養(yǎng)未來多元化、創(chuàng)新型卓越工程人才[1]。

二、傳統(tǒng)實驗教學的主要弊端

實驗教學是應用型技術人才培養(yǎng)的重要組成部分，是學生工程實踐與創(chuàng)新能力培養(yǎng)的必要環(huán)節(jié)。以上海電機學院的熱動實驗教學為例，熱動實驗教學基本任務是使學生鞏固、深化和應用熱能傳遞規(guī)律的理論知識，掌握熱能傳遞過程中基本的實驗技能和實驗方法，提高學生的動手實踐、獨立分析和解決問題的能力，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識和科研精神[2]。盡管應用型本科院校十分重視實驗教學環(huán)節(jié)，但在實驗教學過程中仍主要存在以下問題：

（1）缺乏對學生職業(yè)能力和學習興趣的培養(yǎng)。傳統(tǒng)實驗教學是一種以驗證性實驗為主的教學活動。在學生不熟悉實驗設備的情況下，要求學生按照指定的實驗步驟進行操作和記錄實驗數(shù)據(jù)，學生很少關注實驗現(xiàn)象及其背后的理論知識。這種實驗教學忽視了對學生綜合素質的訓練與職業(yè)能力的培養(yǎng)，甚至存在部分學生“走過場”的現(xiàn)象，嚴重束縛了學生的創(chuàng)造思維，容易導致學生喪失學習興趣。

（2）實驗教師隊伍建設跟不上新工科背景下新專業(yè)實驗室的建設步伐。截止2016年底，我國戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)相關新設22個本科專業(yè)，全國高校累計布點1401個[3]。新專業(yè)的實驗教師隊伍缺口很大，但往往是由校內(nèi)在崗的實驗教師兼任。一方面，高校實驗教師普遍缺乏其自身所學專業(yè)以外的專業(yè)知識，很難適應新專業(yè)的實驗教學。另一方面，高校實驗教師普遍缺乏工程實踐經(jīng)驗，沒有解決工程現(xiàn)場的專業(yè)能力，無法有效地培養(yǎng)學生的工程實踐能力。

（3）專業(yè)實驗室開放的利用率不高。盡管大部分高校實驗室已全面向本校學生開放，但是專業(yè)實驗設備閑置的現(xiàn)象普遍比較嚴重。以上海電機學院的熱動實驗室為例，傳熱學和工程熱力學等相關實驗課每學年總課時不超過100課時，其余時間實驗設備處于閑置狀態(tài)。因此，承擔教學任務的專業(yè)實驗室利用率較低，極易造成專業(yè)實驗室的資源浪費。

三、新工科背景下的實驗教學改革

（1）以學生為中心，對照工程職業(yè)能力要求，培養(yǎng)學生的學習興趣和終身學習的習慣。第一，改革實驗教學的考核評價方式。為了切實提高實驗教學質量，應增加綜合性和設計性實驗的比重，要求學生自行設計完成實驗方案，實驗教師予以必要的指導和糾正。根據(jù)學生的設計方案、學習態(tài)度、操作技能、實驗報告、實驗答辯等情況綜合評定實驗成績，可極大地避免“走過場”的現(xiàn)象。第二，更新傳統(tǒng)的實驗教學內(nèi)容。利用學校已有的計算機機房，開發(fā)與課程相關的綜合性和設計性的仿真實驗。學生結合自己的學習興趣，通過計算機建模，仿真不同工況下的實驗內(nèi)容，不僅可驗證設計方案的可行性、加深對理論知識的理解，而且在仿真實驗中可以培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識、體驗自主學習的樂趣、養(yǎng)成良好的學習習慣。第三，豐富學生第二課堂，為培養(yǎng)學生的動手實踐能力和科技創(chuàng)新意識提供場所和機會。鼓勵學生結合自己的興趣愛好，在指導教師的指導下開展實驗教學相關的科技創(chuàng)新項目。學生在遵循實驗室相關規(guī)章制度的基礎上，在實驗室內(nèi)開展自主創(chuàng)新設計并驗證方案的可行性，為進一步優(yōu)化創(chuàng)新方案提供依據(jù)，有助于培養(yǎng)學生的知識交叉融合能力和批判性思維。

（2）加強實驗教師隊伍的建設，切實提高實驗教師的工程實踐能力。在新工科工程教育的新理念中，實驗教學環(huán)節(jié)是教學活動不可缺少、不可分割的組成部分，且實驗教師是該環(huán)節(jié)中的具有主導作用。第一，建立健全實驗教師深入企業(yè)開展工程實踐的制度，鼓勵實驗教師在企業(yè)內(nèi)掛職鍛煉，切實幫助企業(yè)解決實際工程難題，在工程實踐中提高自身的工程素養(yǎng)。第二，加強對新專業(yè)實驗教師的專業(yè)知識和技能培訓。學校應制定切實可行的實驗教師隊伍培訓計劃，提供專項經(jīng)費支持[4]，鼓勵新專業(yè)的專職任課教師參與實驗教師隊伍建設，對新專業(yè)實驗教師給予必要的專業(yè)知識培訓，通過培訓、進修等各種方式提高其專業(yè)水平，使之能勝任專業(yè)實驗教學的工作。第三，加強對實驗教師的新教學理念、新教學模式的培訓，使實驗教師能夠根據(jù)新工科工程教育的要求，積極開展基于工程項目、工程案例等多種實驗教學方法，調(diào)動學生的實驗積極性，培養(yǎng)和提高學生的工程職業(yè)能力。

（3）加大專業(yè)實驗室開放力度，提高專業(yè)實驗室利用率。第一，圍繞實驗教學內(nèi)容開展相關的畢業(yè)設計，對接當?shù)亟?jīng)濟發(fā)展需求和企業(yè)技術創(chuàng)新需求。不僅能夠提高專業(yè)實驗室資源的利用率，而且能夠深化產(chǎn)教融合、校企合作，推動傳統(tǒng)工科專業(yè)改造升級。第二，鼓勵學生在專業(yè)實驗室內(nèi)開展相關實驗研究，積極申報校級、省市級等大學生科技創(chuàng)新項目。在專業(yè)實驗室內(nèi)，學生通過查閱資料、小組討論、方案設計、反復試驗、成果演示等過程，能夠充分調(diào)動學生學習的主動性、積極性和創(chuàng)造性，促使學生獨立完成設計實驗，激發(fā)學生的創(chuàng)新意識和批判性思維，提高學生學習能力、動手實踐能力、創(chuàng)新能力和團隊協(xié)作能力。第三，完善學生預約登記的實驗室管理制度。建立健全實驗室開放管理制度和運行管理機制是加大開放實驗室工作的必要保障，應堅持“安全第一，預防為主”的原則，加大實驗室相關管理制度的宣傳教育，包括儀器設備操作規(guī)程、儀器設備損壞賠償辦法、安全用電用水及消防知識等內(nèi)容。

四、結語

目前，國家推動創(chuàng)新驅動發(fā)展，實施“一帶一路”、“中國制造2025”等重大戰(zhàn)略，迫切需要加快工程教育改革創(chuàng)新。新工科背景下的應用型本科實驗教學改革需要圍繞新理念、新結構、新模式、新質量、新體系開展，把培養(yǎng)未來的應用型工程技術人才作為目標，加快我國工程教育的改革創(chuàng)新與實踐。

參考文獻：

[1]鐘登華.新工科建設的內(nèi)涵與行動[J].高等工程教育研究，2017（3）.

[2]曾樹洪，唐明星.應用型地方本科院校創(chuàng)新實驗室的建設與管理模式探索[J].實驗技術與管理，2015（7）.

[3]吳愛華，等.加快發(fā)展和建設新工科主動適應和引領新經(jīng)濟，2017（1）.

[4]杜洪琳，楊智涌，唐安奎.論新建本科院校實驗室教師隊伍的問題與建設[J].成都師范學院學報，2015 （2）.

資助項目：[JP2]上海電機學院2017年的重點教研教改項目（No. A102241700902）和重點課程建設項目（No. A102241701032）[JP]

作者簡介：祁永慶（1977-），男，上海電機學院電氣學院，博士，高級工程師，研究方向為光伏裝備及其自動控制、光伏系統(tǒng)設計、熱能利用等。