“工程驱动”型“四位一体”式实验教学体系的研究

赵海龙 江楠 姜春雷 王黎黎 付光杰

摘要：实验教学在整个科学教育中占有重要的地位，如何卓有成效地开展实验教学一直是广大实验教师研究和探索的问题。在实验教学中大力开展综合设计性实验教学是必然趋势。文章在分析了国内外大学实验教学的情况，结合多年实验教学实践，探讨了如何构建“工程驱动”型“四位一体”式实验教学体系的问题。

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.

关键词：实验教学体系；工程驱动；四位一体

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

中图分类号：G640.2 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2016）09-0208-03

0 引言

实验教学是高校培养大学生在技术方面应用能力的最主要手段，在全面提升学生综合素质方面的作用逐渐得到社会认可。最近几年，高校中的宏观实验教学理论研究正逐步向微观实验教学理论过渡，在日常教学中作用越来越重要，并且正逐步向深度挖掘实验教学的功能和作用阶段转变。

由于我国高等教育历来重理论、轻实验，在实验教学方面仍存在不少问题，教学内容还不完善，特别是在构建实验教学体系的过程中，企业参与度不高，使得在实验教学体系成形的过程中，与发达国家相比，教学计划和教学内容与社会实际需求存在某种程度的脱节，不利于实验教学工程化，也不利于实验教学产学合作纽带作用的发挥等诸多问题，要形成一套完整、专业的实验教学评估体系还需要付出更多努力。

根据目前国内外相关教学研究经验得知：工程教育模式“做中学”的实践方法确实可行，并且对于优化工科教育教学体系十分有利。我们借鉴世界先进国家高等工程教育的成功经验，以实际工程为背景，以工程技术为主线，即在工程驱动下着力提高学生的工程意识、工程素质和工程实践能力，以培养大量各类型工程师。

1 实验教学体系的构建思路

基于技能型人才教育目标和培养要求，结合专业特点，以培养技术应用能力为主体的实验教学目标体系，将专业理论、技能培训和素质教育有机整合，使三者相辅相成，构建起一套高效完整的人才教育体系，实现工程化人才培养的目的。具体思路如下：

1.1 将能力和素质培养贯彻始终，为实验教学目标服务

东北石油大学电气信息工程学院是始终以培养专业理论扎实同时具有较高实践技能的目标作为建立实验教学体系前提和目标，通过实验教学，使学生运用专业理论去指导实践操作，并且在实验研究过程中逐步领悟一套新思路、新方法。这样既可以锻炼其逻辑思维能力，又有助于其养成大胆质疑、勇敢探索的科学精神；既培养了学生科学研究的能力，又提高了学生的人文素质。要把知识与技能、过程与方法同时贯穿到实验内容体系之中，通过能力训练提升专业素质，而不仅仅是单向的、“填鸭式”的知识灌输。

1.2 要选择或设计内容新颖、难易适度的实验

内容新颖、难易适度的综合设计性实验对学生来说是可以通过实践去掌握的一种新事物。实验研究有助于充分调动学生的主观能动性，从而使学生在积极参与探究活动的过程中，促进这种实验的教育功能充分实现。为了获得內容新颖、难易适度的综合设计性实验，需要把实验研究阶段涉及的理论知识点反馈给学生，有目的地剔除一部分生涩难懂或太容易的实验内容，增加一部分能够激发学生的兴趣并且能够引导其逐步纵深探索的知识点。如此反复，最后得到合乎要求的实验方案。

1.3 要把科学研究与实验教学有机结合起来

综合设计性实验是促进师生互动的最佳实践路径。在实验过程中，教师可以把与科研课题相关的行业动态和先进技术融入实验理论，如介绍国内外对该实验课题的研究进展，明确研究方向以及实验研究的意义，分析目前国内外常用的研究方法、技术方案及其作用和局限性，使学生根据自己的思路自由选择。教师要在适当的阶段鼓励学生敢于质疑权威、打破现状，引导其开拓思维。学生不一定按照教师指明的方向去亲自实践，也可以根据自己的思路另辟蹊径，提出创造性的意见或建议。在好奇心驱使下，一些思维活跃、大胆创新的学生还能基于现状提出许多意想不到的新课题。

2 实验教学体系的创建

东北石油大学石油工程专业和过程装备与控制工程专业已进入国家级卓越工程计划，电气工程及自动化和自动化专业已申请了国家级卓越工程项目。而上述专业的本科学生均在我实验中心上课。为此结合上述专业的培养要求构建新型电工电子实验教学体系是目前我中心的亟待解决的问题。在“卓越计划”的背景和工程化教育理念的指导下，以图1所示的工程教育化实践创新研究为目标构建实验教学体系。

“工程驱动”型“四位一体”式实验教学体系将各个实验教学环节进行合理配置，按基本技能、专业技能和技术应用能力三个层次，由浅入深、循序渐进安排实验教学的内容，其中每个层次都必须体现以工程化应用能力培养为中心的原则。

2.1 技能系统

技能系统强调技能的开发，以工程化培养为目标，强化技能型人才培养的针对性和有效性。我们把技能分为基本技能、专业技能、综合技能三大模块。针对不同模块确定构成核心的基本要素，落脚点在教学内容的选择和具体课程的设置，进一步强化工程化应用人才的培养。电工电子实验教学体系主要由三大技能系统、实现系统和支撑系统构成。

基本技能：是指具备专业技能训练、综合技能训练和从事专业工作所必需的基础性技能，如计算机基础、电工、电子元器件测试与焊接、模电、数电、单片机应用、电子电路设计等，一般以5-8个为宜。基本技能训练阶段着重训练学生的基本操作技能，如让学生能按照实验教学的要求完成规定内容，掌握实验的基本技能和方法，及基本的工艺操作技能与工艺要求，它涉及到的专业课知识较少，具有很强的操作性，具体如图2所示。

专业技能：是指具备专业经验技术和动作技能，是完成专业培养目标所必须的技能，如电气工程专业的供配电系统操作、变电所设计、电机拖动系统技术应用、电机维修、电机制造工艺等，一般以5个为宜。专业技能训练阶段与专业理论知识紧密结合，着重培养学生掌握职业岗位群常用的技术，要求学生在实验环境中能运用一项或几项技术解决实际问题，具有一定的应用性，具体如图3所示。

技术应用或综合技能训练：是指具备综合经验技术和动作技能以及理论技术和创新技能，与某几个专业相互联系，是以培养学生技术应用能力和创新为目的、训练学生应用基本技能、专业技能解决实际问题的综合训练。如电气工程专业以电工技术综合应用、电子技术综合应用、科技创新制作、毕业设计等，一般以3-5个为宜。技术应用或综合技能训练阶段通过实践或模拟研究对象，给学生设定一个真实的情境，使其按照既定的思路、规划，结合专业理论知识，就某一课题去大胆的开拓研究，在探索过程中不断解决实际问题，以此形成开拓研究的能力。具体实施内容详见图4。

2.2 实现系统

“工程驱动”型“四位一体”式实验教学系统在现有验证性实验的基础上重点开设综合设计性。结合各类竞赛（包括电子竞赛、创新杯大赛和TRIZ杯创新设计大赛等）大力投入科技制作类实验项目的建设，提高学生的科研能力、动手能力，达到工程化培养目标。

2.3 支撑系统

“工程驱动”型“四位一体”式实验教学体系的支撑系统从硬件和软件两个方面来保障，根据“场地整合、设备共享、内容创新、人力优化、管理高效”的原则，建设确保人才培养质量的支撑条件。按照专业大类，大力推进开放实验室的建设，突出真实工程环境营造，建设实验平台与实习实训基地，承载全校18个工科专业的500个实验及实训项目。软件支撑上着重建设教师队伍、规范制度、资金使用和质量监控制度等。

3 总结

本实验中心在应用新的教学体系后，学生参加科技创新的积极性得到了较大的提高。每年约30人参加“大学生创新性实验计划”项目、“大学生创新创业训练计划”项目、大学生电子竞赛、东北石油大学挑战杯、美新杯大赛等。学生发表论文20于篇、近2年学生电子竞赛获奖13项，其中全国电子竞赛二等奖1项，国家大学生创新计划优秀奖2项、美新杯大赛三等奖1项、校内创新杯获奖26项、获得使用新型专利8项。取得的创新性成果充分说明“工程驱动”型“四位一体”式实验教学体系是实际可行并行之有效的。

同时，本教学体系在实施时，要努力摆正面的两个误区：一是实验教学体系的开发与实践会挤占学生的学习时间，会降低其理论课程分数；二是真正实施实验教学体系时阻力巨大，学生不会配合。而实际上，学生往往是实践该教学体系的过程中参与度最高的群体。

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