高校實驗教學(xué)現(xiàn)存問題分析與新授課方案的探索

李明杰

關(guān)鍵詞 實驗教學(xué) 熱工實驗 教學(xué)質(zhì)量

中圖分類號：G424 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標(biāo)識碼：A ? DOI：10.16400/j.cnki.kjdkz.2019.09.063

Abstract Scientific experiment is an important key in the realization of the combination of theory and practice in college teaching. Aiming at the problems of students' poor subjective initiative， low learning enthusiasm and low learning efficiency in the process of experimental teaching， this paper puts forward a method with the guidance of teacher teaching， taking the students' independent experiment as the main body. The grade evaluation based on the group team performance assessment. This experimental reform method has shielded the traditional rigid teaching methods， improved the ability of students to communicate and communicate， deepened the students' understanding of the basic theory， and finally realized the improvement of the quality of experimental teaching.?

Keywords experimental teaching; thermal experiment; teaching quality

武漢科技大學(xué)能源與動力專業(yè)的實驗課程主要涵蓋了多個學(xué)科方向，分別是工程熱力學(xué)、傳熱學(xué)、流體力學(xué)、燃料與燃燒、制冷原理、熱工物理量的檢測、換熱器實驗、鍋爐原理等。從實驗的特點來說，分為演示性實驗、驗證性實驗、研究性實驗、創(chuàng)新性實驗。實驗教學(xué)的課時在整個教學(xué)大綱中的具有較高的比重，而且大部分是全員必修的課程。所有實驗課程均依托于專業(yè)課內(nèi)容，力求對理論專業(yè)知識的全覆蓋，使學(xué)生獲得理論到實踐的升華。為了提高實驗教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)學(xué)生觀察、理解、操作的能力，本文首先針對本專業(yè)的教學(xué)現(xiàn)狀進行了分析，并提出了具有針對性的教學(xué)改革方法，最后提出了一種教師為輔、學(xué)生為主，激發(fā)學(xué)生自主提問、自主開發(fā)、自主創(chuàng)新的新型實驗授課方式。

1 本專業(yè)熱工實驗課存在的問題

武漢科技大學(xué)能源與動力工程專業(yè)于2008年建立。在11年的時間里，實驗室從當(dāng)初的幾臺教學(xué)設(shè)備，發(fā)展到如今具備多學(xué)科實驗教學(xué)和科研實驗?zāi)芰Φ亩喙δ軐嶒炂脚_。目前實驗室存在的問題也是顯著的，首先，從硬件角度來說，一些使用10年以上的老舊設(shè)備，正面臨報廢需要換新。尤其是與傳熱學(xué)相關(guān)的實驗設(shè)備如導(dǎo)熱系數(shù)測定儀、非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱性能測定儀、換熱器、表面發(fā)射率測定儀等設(shè)備的電路元件老化嚴重，所得的實驗結(jié)果精度低下，有時甚至出現(xiàn)了與基本理論完全相悖的實驗結(jié)果，嚴重干擾了教師和學(xué)生的上課體驗。其次，學(xué)生的實驗熱情不高。體現(xiàn)為每次進行實驗課之前，大部分學(xué)生并沒有對實驗內(nèi)容提前認真預(yù)習(xí)，而是完全依靠指導(dǎo)老師的講解來進行實驗。所提交上來預(yù)習(xí)報告，往往偷工減料，浮皮潦草，甚至有的同學(xué)在上課前還不知道實驗的具體名稱和內(nèi)容。更嚴重的是，上述問題是普遍存在的而不是個案。[1]這種情況下，學(xué)生對實驗的理解難以透徹，往往只是像走過場一樣、機械性的完成任務(wù)，這種上課體驗是極其枯燥的。探究這種現(xiàn)象的根本原因在于：這是由傳統(tǒng)實驗教學(xué)方法的局限性所致。所有的實驗過程主要依靠教師的面授，甚至連具體的實驗參數(shù)、實驗方案、實驗操作步驟完全由教師直接包辦。這種傳統(tǒng)的授課方式忽略了學(xué)生對實驗本身的理解和認知，降低了學(xué)生對實驗本身的興趣，限制了學(xué)生個體的創(chuàng)造性思維。傳統(tǒng)的實驗課程教學(xué)，學(xué)生的角色，猶如一段已經(jīng)被制定好的程序代碼，只需要依次按照設(shè)定好的程序執(zhí)行即可，這一授課方式不僅忽略了學(xué)生的主觀能動性，還缺失了學(xué)生自身對于理論的思考、缺乏個體思想的充分解放。這種機械包辦式的教學(xué)方式也造成學(xué)生對上課的熱情下降，被動的學(xué)習(xí)方式難以達到良好的教學(xué)效果。最終體現(xiàn)在學(xué)生的實驗報告數(shù)據(jù)處理不認真、時常有報告雷同和抄襲情況的發(fā)生。這種教學(xué)模式最終導(dǎo)致了惡性循環(huán)，使教學(xué)質(zhì)量嚴重下降。[2]

2 教學(xué)質(zhì)量的改進方法

針對以上因素，本文從以下幾個方面提出解決辦法。首先，改進實驗教學(xué)質(zhì)量的首要因素是加強實驗室教師的個人職業(yè)素養(yǎng)和工作技能。高校的實驗室人員除了肩負著教學(xué)和科研的雙重任務(wù)，還負責(zé)實驗室的管理和安全工作，包括儀器設(shè)備的采購、防水、防火、防毒工作，以及設(shè)備儀器的維修和保養(yǎng)工作。此外，除了管理和教學(xué)工作，實驗教師還要不斷提高自身的科研水平，因為只有科研水平提高了，才能對實驗過程和實驗方法有更深層次的了解，才能更好的服務(wù)于實驗教學(xué)。由于高校目前考核制度嚴格，為了提升實驗指導(dǎo)人員自身的職稱，發(fā)表文章和申請基金項目是高校教師不得不逾越的大山。因此，有些實驗教師把工作重點放在提高學(xué)歷、文章發(fā)表、項目申報等工作上，而疏忽了實驗教學(xué)和管理工作。使得相當(dāng)一部分實驗人員的實驗授課態(tài)度是得過且過，日復(fù)一日，沒有任何改變和提高。這是實驗教學(xué)質(zhì)量難以提高的人為因素。這種教學(xué)背景下，學(xué)生將是受害者。另一個原因是，有些高校對實驗室專業(yè)技術(shù)教學(xué)隊伍不夠重視，不考慮實驗室人員未來長期的發(fā)展。實驗室人員無法得到培訓(xùn)、在工作崗位上缺乏激勵機制，影響了實驗室人員的工作熱情，導(dǎo)致了實驗室人員心態(tài)上的不平衡。[3]

另一方面，實驗教學(xué)的改革與實踐是提高教學(xué)質(zhì)量的關(guān)鍵。首先要改善設(shè)備硬件條件，整合現(xiàn)有資源。對于有橫向項目和科研項目的實驗設(shè)備，要在實驗教學(xué)工作中推廣和運用。加大大學(xué)生創(chuàng)新實驗教學(xué)的力度，讓學(xué)生勇于提出問題和解決問題，將創(chuàng)新思想引入到實踐教學(xué)中。另外，還要合理設(shè)置實驗內(nèi)容，對多年的老舊設(shè)備盡快報廢，對內(nèi)容過時或者有重大設(shè)計缺陷的設(shè)備給予刪減，避免設(shè)備層面的因素，導(dǎo)致實驗教學(xué)質(zhì)量的下降。

再者，提高實驗教學(xué)質(zhì)量要從考核的層面出發(fā)，提高學(xué)生對實驗教學(xué)的重視程度?？己伺c成績評定是評價實驗授課效果的重要手段。建立多元化的考核指標(biāo)，細化考核項目，對學(xué)生在課前預(yù)習(xí)準(zhǔn)備情況、課上提問情況、規(guī)范化的操作執(zhí)行情況、實驗參與程度、數(shù)據(jù)記錄嚴謹性、對實驗過程誤差的把控情況以及實驗報告的數(shù)據(jù)處理和誤差分析等方面做全面的考核。提高學(xué)生對實驗課程的重視?？梢姡瑔渭兊膶嶒瀳蟾娣謹?shù)已經(jīng)不占評價的主導(dǎo)因素，學(xué)生需要從預(yù)習(xí)、操作、數(shù)據(jù)記錄與處理的全流程保持較高專注度才能獲得較高的課程分數(shù)。這樣做可以提高學(xué)生的動手實踐能力，提高實驗教學(xué)質(zhì)量。

最后還有一點需要補充，由于大部分的實驗設(shè)備也是由學(xué)生或教學(xué)設(shè)備生產(chǎn)廠商獨立開發(fā)而成，有些設(shè)備在設(shè)計思路上就具有很大的局限性，例如：針對換熱器綜合實驗臺這個設(shè)備來說，該設(shè)備集成了套管式換熱器、管殼式換熱器、板式換熱器、熱管式換熱器四種間壁式換熱器，在實驗過程中，必須保證冷熱水箱溫度恒定才能獲得高精度的測量結(jié)果。而現(xiàn)實情況是該設(shè)備的熱水箱的溫度可由多組加熱器和繼電器閉環(huán)自動控制，但冷水箱的溫度卻無法保持恒溫。這就會對實驗過程造成影響，隨著換熱時間的提高，冷水箱整體溫度的上升會導(dǎo)致通過實驗計算得到的傳熱系數(shù)的精度變差，冷熱流體進出口溫度的測量值偏離了正常范圍。因此，在實驗前，學(xué)生應(yīng)通過預(yù)習(xí)，在充分了解實驗裝置的基礎(chǔ)上，有能力對現(xiàn)有設(shè)備提出質(zhì)疑，并提出解決或補救方案，最大程度的保證實驗精度。這一過程可以開拓學(xué)生主動思考的能力和解決問題的能力。另外，對于燃料與燃燒的相關(guān)實驗，要求非常高的實際動手操作能力，對此，應(yīng)提倡該類型的實驗方案不再由教師給定，而是僅由教師給定實驗測量的目標(biāo)，學(xué)生們利用現(xiàn)有設(shè)備自主規(guī)劃實驗方案，組織實驗步驟，通過自主思考，自主動手，自主解決問題，最終獲得實驗結(jié)果和結(jié)論。以這樣的方式授課，就能夠提高學(xué)生對實驗的興趣，教學(xué)質(zhì)量自然而然得到了提高。這對培養(yǎng)實踐創(chuàng)新型人才也具有重要意義。

3 探索新授課方式的具體實施

通過調(diào)研本地區(qū)其他高校實驗室教學(xué)的基本情況，我們發(fā)現(xiàn)，各大高校以“教學(xué)為主，實驗為輔”的情況是非常普遍的，并且很多高校開設(shè)的實驗課內(nèi)容大部分是以基礎(chǔ)性實驗為主，而跨學(xué)科、綜合性、交叉性的實驗較少。長此以往，學(xué)生的創(chuàng)新能力難以得到鍛煉。在這樣一種背景下，本文提出以“引導(dǎo)式教學(xué)為主，命令式教學(xué)為輔”的授課思想，讓學(xué)生主動思考，主動構(gòu)建解決實際問題的方法。在實際執(zhí)行方式上，摒棄了傳統(tǒng)的以小組為單位的實現(xiàn)方式，采用了以學(xué)生分組團隊為單位，以自由實驗選題的方法，即學(xué)生可以在若干實驗課題中任意選擇實驗內(nèi)容，各個分組團隊通過分工協(xié)作完成實驗既定目標(biāo)，并且各團隊之間采取相互監(jiān)督的機制。[4]實驗成績認定將分組團隊的成績作為評價和考核的依據(jù)，這樣就能激勵學(xué)生們的團隊合作、協(xié)調(diào)、分工的能力以及上課熱情、從而調(diào)動了學(xué)生的積極性。教師則作為指導(dǎo)員為學(xué)生提供技術(shù)支持和安全監(jiān)督。利用這種新的授課方案可以避免傳統(tǒng)教學(xué)中以“教師為主，學(xué)生為輔”的授課困境。

4 結(jié)語

本文針對武漢科技大學(xué)能動專業(yè)實驗教學(xué)中實際存在的問題，分析了當(dāng)前教學(xué)模式下，教學(xué)質(zhì)量低下，學(xué)生上課熱情不高的主要原因，并提出了優(yōu)化改進的方法。具體來說，對教學(xué)硬件的更新與淘汰、對實驗內(nèi)容的優(yōu)化刪減、對實驗指導(dǎo)教師個人素質(zhì)的提高和心態(tài)的調(diào)整、對考核指標(biāo)的細化，將主動權(quán)交給學(xué)生，充分發(fā)揮每個學(xué)生的主動能動性、激發(fā)學(xué)生探索和求知的熱情，通過開展團隊自由實驗試點課程的具體實施，實現(xiàn)了授課方式由傳統(tǒng)死板方式向“學(xué)生為主體，教師為輔助”的新型授課方式的轉(zhuǎn)變。轉(zhuǎn)變后的熱工實驗課程的學(xué)生滿意度逐年上升，教學(xué)質(zhì)量穩(wěn)步提升，得到了學(xué)生的廣泛好評。

參考文獻

[1] 嚴大煒，鄒琳江，許詩雙.能源動力類專業(yè)實驗教學(xué)改革研究與實踐[J].安徽工業(yè)大學(xué)學(xué)報（社會科學(xué)版），2015.32（03）：120-121.

[2] 徐長松，路勇，宋福元，陳躍進.改進“熱工實驗”教學(xué) 加強自主實驗?zāi)芰ε囵B(yǎng)[J].實驗室科學(xué)，2016.19（02）：148-151.

[3] 吳寶華，程宮.高校實驗技術(shù)人員如何兼顧教學(xué)與實驗室管理[J].科教導(dǎo)刊（上旬刊），2018（10）：16-18.

[4] 王宗山，袁鵬麗，端木琳.建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程專業(yè)自主研究型實驗教學(xué)模式的實踐[J].實驗室研究與探索，2018.37（10）：219-222.