新工科背景下創(chuàng)新及設(shè)計性實驗?zāi)Ｊ礁母镅芯?/h1>

2022-01-01 18:54:40韓海燕閆永亮

科教導(dǎo)刊·電子版訂閱 2021年25期 收藏

關(guān)鍵詞：單片機模塊專業(yè)

韓海燕 閆永亮

（1.河北工程大學(xué)數(shù)理科學(xué)與工程學(xué)院 河北·邯鄲 056038；2.河北工程大學(xué)信息與電氣工程學(xué)院 河北·邯鄲 056038）

0 引言

當今高校理工科課程的課程設(shè)置中，有很多課程為了加深學(xué)生對理論知識的理解，都會適當?shù)拈_展一些實驗課程。但是這些實驗課程的上課模式基本上都是固定的，甚至很多課程的所開設(shè)實驗題目或項目很多年來都是一成不變的，實驗設(shè)備和實驗指導(dǎo)書基本上更新?lián)Q代的頻率也較小，這在很大程度上限制了學(xué)生對相關(guān)領(lǐng)域的最新研究及應(yīng)用的了解，是的學(xué)生所學(xué)的知識與實際應(yīng)用脫節(jié)。

而我國在新的科技革命與產(chǎn)業(yè)變革契機下提出了“中國制造2025”等一系列國家創(chuàng)新戰(zhàn)略[1]。為響應(yīng)國家的創(chuàng)新發(fā)展戰(zhàn)略，教育部從2017年2月以來，積極推進新工科建設(shè)工作[2]，并發(fā)布了《關(guān)于開展新工科研究與實踐的通知》，積極響應(yīng)國家的創(chuàng)新計劃[3]，全力促進高等教育的創(chuàng)新和發(fā)展[4]，旨在培養(yǎng)能夠?qū)萍及l(fā)展前沿有較清晰了解并擁有一定工程實踐能力的理工類本科生。

因此在開展新工科研究與實踐的背景下，高校中實驗課程的設(shè)置的目的和要求就不能僅僅停留在對理論知識進行驗證的基礎(chǔ)上[5]，而是需要對實驗課程的教學(xué)模式進行創(chuàng)新性和設(shè)計性的改革，充分發(fā)揮實驗課程在新工科教育中的積極作用[6]。因此在本科生實驗課程開展時要時刻保持教學(xué)內(nèi)容與學(xué)生的自主創(chuàng)新相聯(lián)系[7]，特別是在國家全面深化高校創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育改革[8]，普及創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育的背景下，充分利用實驗平臺和實驗設(shè)備，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和設(shè)計能力，將理論知識和實際應(yīng)用相聯(lián)系顯得尤為重要。

1 本科生實驗課程中的常見問題

1.1 實驗課程目的性單一

目前大部分高校中的實驗課程的設(shè)置僅僅在于對相應(yīng)理論課程的知識驗證，或者是對于某種實驗方法的實際操作。其目的僅在于理解和鞏固課堂知識，因此這種驗證性實驗的實驗?zāi)康膯我弧?/p>

1.2 實驗項目不夠靈活

鑒于理工類本科生的課程設(shè)置特點，很多課程屬于多學(xué)科的必修課，但是這些課程部分授課專業(yè)，采用同一種實驗題目進行教授。比如很多理工類的本科專業(yè)都會開設(shè)《單片機技術(shù)及應(yīng)用》這一門課程，雖然不同的專業(yè)在整體知識構(gòu)架和就業(yè)領(lǐng)域都有很大的不同，但是《單片機技術(shù)及應(yīng)用》這一課程的實驗內(nèi)容并沒有根據(jù)相應(yīng)的專業(yè)進行調(diào)整。這樣的實驗課程或?qū)嶒烅椖康脑O(shè)置沒有根據(jù)專業(yè)性來設(shè)置，缺乏課程設(shè)置的靈活性。

1.3 實驗課程缺乏創(chuàng)新和設(shè)計能力的培養(yǎng)

由于傳統(tǒng)教學(xué)模式的影響，很多實驗課程中的實驗項目一成不變，實驗內(nèi)容老套死板。每一屆的學(xué)生都在同一型號的實驗平臺上操作同樣的實驗儀器，參照同樣的實驗指導(dǎo)書做同樣的實驗項目，根據(jù)同樣的實驗原理測試相似的實驗結(jié)果和數(shù)據(jù)。這樣的實驗課程沒有注入創(chuàng)新的活力，學(xué)生刻板的學(xué)習(xí)和操作，不能激發(fā)學(xué)生的設(shè)計思維和創(chuàng)新意識，沒有發(fā)揮到實驗課應(yīng)有的實踐創(chuàng)新作用。

2 創(chuàng)新性、設(shè)計性實驗?zāi)Ｊ降臉?gòu)建

為了改變現(xiàn)有高校傳統(tǒng)實驗課程老套單一的實驗?zāi)Ｊ?，增強學(xué)生對實驗課程的認可程度和參與程度，訓(xùn)練學(xué)生的創(chuàng)新和設(shè)計性思維，本文提出了一種創(chuàng)新性和設(shè)計性實驗?zāi)Ｊ健?/p>

從學(xué)生的專業(yè)特色、學(xué)生的創(chuàng)新能力和設(shè)計思維出發(fā)，該實驗?zāi)Ｊ街饕梢詮娜齻€不同的層面對實驗課程進行改革。主要包括“理論驗證模塊”“專業(yè)設(shè)計模塊”和“創(chuàng)新設(shè)計模塊”三部分。

2.1 理論驗證模塊

該理論驗證模塊主要是利用實驗平臺和實驗設(shè)備對學(xué)生所學(xué)的理論知識進行驗證，其目的是將理論知識更好的消化，通過實驗增強理論知識的理解，對理論知識進行很好的鞏固和吸收。這一模塊基本屬于傳統(tǒng)實驗課程教學(xué)模式，屬于理論驗證性的實驗項目。這一模塊的理論知識和實驗儀器操作是后期“專業(yè)設(shè)計模塊”和“創(chuàng)新設(shè)計模塊”開設(shè)的基礎(chǔ)。

2.2 專業(yè)設(shè)計模塊

在這一實驗?zāi)K階段，不同專業(yè)的學(xué)生可以按照不同專業(yè)來確定實驗項目，使學(xué)生的實驗項目與專業(yè)知識緊密相關(guān)，而且培養(yǎng)學(xué)生能夠在“理論驗證模塊”的基礎(chǔ)上，根據(jù)本專業(yè)的特點，在專業(yè)老師的指導(dǎo)和自己已掌握的知識基礎(chǔ)上開展專業(yè)相關(guān)的課程實驗。比如，就《單片機技術(shù)及應(yīng)用》課程而言：對于電子信息專業(yè)的學(xué)生可以利用單片機理論知識來設(shè)計智能電子鎖、智能停車等項目；對于應(yīng)用化學(xué)專業(yè)的學(xué)生可以開展化學(xué)工藝中結(jié)晶量、飽和度、反應(yīng)時間等實驗參數(shù)的測量實驗；對于土木工程類專業(yè)可以開展橋梁形變度、抗壓強度、震動幅度等參數(shù)測量的實驗。這些實驗項目都與學(xué)生自身的專業(yè)密切相關(guān)，與傳統(tǒng)的部分專業(yè)的統(tǒng)一性實驗項目相比，在很大程度上能夠提高學(xué)生對實驗課程的積極性和參與度。

2.3 創(chuàng)新設(shè)計模塊

該模塊按照學(xué)生層次來確定實驗項目。在該模塊的實驗項目中，項目的開設(shè)提出者不再是指導(dǎo)教師，而是參與實驗的學(xué)生為項目提出的主體。在該項目中學(xué)生以小組的形式提出所要開設(shè)的實驗項目，實驗項目必須是根據(jù)本實驗課程的基本內(nèi)容開展，所要解決的是本專業(yè)或者是與本專業(yè)密切相關(guān)的應(yīng)用領(lǐng)域中所亟待解決的問題。指導(dǎo)老師可以全程參與，但是必需是以客體的身份參與，實驗項目的主體為學(xué)生。學(xué)生以提出問題、解決問題的方式，利用與實驗課程相關(guān)的知識來設(shè)計問題的解決方案。

例如，在《單片機技術(shù)及應(yīng)用》課程中，對于電子信息專業(yè)的學(xué)生可以利用單片機理論知識來解決自動控制領(lǐng)域中的某一問題；對于應(yīng)用化學(xué)專業(yè)的學(xué)生可以用來解決某一加工工藝或者某一高危行業(yè)中的氣體監(jiān)測問題等等。

在這一層次的實驗?zāi)K中，學(xué)生能夠充分發(fā)揮自己的創(chuàng)造性，從本專業(yè)領(lǐng)域去發(fā)現(xiàn)問題、利用理論知識發(fā)揮自己的創(chuàng)新思維、結(jié)合前期的兩個實驗?zāi)K的訓(xùn)練，設(shè)計能夠解決問題的方案，能夠充分發(fā)揮學(xué)生學(xué)習(xí)的積極主動性，也能夠激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新能力和設(shè)計性思維。

3 結(jié)語

本文結(jié)合多年的實驗教學(xué)經(jīng)驗，針對高校傳統(tǒng)實驗課程目的性單一、實驗項目設(shè)置不靈活、不能夠充分發(fā)揮學(xué)生創(chuàng)新和設(shè)計能力的特點，提出了一種創(chuàng)新性、設(shè)計性實驗?zāi)Ｊ健Ｔ撃Ｊ街饕譃椤袄碚擈炞C模塊”“專業(yè)設(shè)計模塊”和“創(chuàng)新設(shè)計模塊”三個層次。其中“理論驗證模塊”主要是幫助學(xué)生通過實驗操作鞏固學(xué)生所學(xué)的理論知識；“專業(yè)設(shè)計模塊”主要是將實驗課程與本專業(yè)方向密切聯(lián)系，改變同一課程在不同專業(yè)開設(shè)相同實驗項目的情況，提升學(xué)生學(xué)習(xí)興趣；“創(chuàng)新設(shè)計模塊”在前兩個實驗?zāi)K的基礎(chǔ)上開設(shè)的提升型實驗項目，最大限度的發(fā)揮不同專業(yè)學(xué)生的創(chuàng)新性和設(shè)計性思維。三個實驗?zāi)K在一門實驗課程中所占據(jù)的比例為3:2:1。三者之間的關(guān)系是：“理論驗證模塊”是基礎(chǔ)，“專業(yè)設(shè)計模塊”是實驗聯(lián)系專業(yè)，“創(chuàng)新設(shè)計模塊”是知識的提升和能力的培養(yǎng)。

在我國在大力發(fā)展新工科背景下，本文提出的創(chuàng)新性、設(shè)計性實驗?zāi)Ｊ礁母?，該培養(yǎng)模式即能夠使學(xué)生掌握基本理論知識和實驗操作能力，又能夠提升學(xué)生的創(chuàng)新設(shè)計能力和專業(yè)素養(yǎng)，符合我國當前的科技強國大政方針，為高校實驗改革發(fā)展研究探索了一條新的途徑。

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