自制仪器设备在创新型卓越人才培养体系中的应用模式

周伟+朱金波+闵凡飞+刘令云+蔡川川+沈亮

摘要：本课题针对当前“卓越人才计划”实践教学体系的特点和现状，引出自制仪器设备运用于创新型卓越人才培养。通过构建合理的实验教学课程体系，将实验教学和课堂教学有机结合，实现自制仪器运用于实验教学，改革了传统实验教学的形式。通过自制的“任意周期隔膜式跳汰机”运用于实践教学的案例分析，探讨了自制仪器的选取方式、参与实践教学的模式和考核评价方法。实践证明，构建自制仪器设备在实践教学体系中的应用模式并付诸实践，有利于学生从科学知识型向科学知识应用技能型的转化。

关键词：自制仪器；创新型卓越人才；实践教学

中图分类号：G484 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2017）51-0264-02

“卓越工程师人才教育培养计划”简称“卓越人才计划”，目前已经实施三批，在全国208所高校开展，覆盖30个省市。“卓越人才计划”的目标是：培养一批创新能力强，适应国民经济发展的各类型卓越工程师，为建设创新型国家奠定坚实的人力资源优势。安徽理工大学的矿物加工工程专业是以煤炭洗选加工为特色的专业，2013年入选了“国家卓越工程师人才教育培养计划”试点专业，在本科生2013级和2014级成立“卓越人才计划”班，加强实践教学，学生在校期间累计实践教学达到36周，学生的创新能力和实践能力具有跨越式提高。作者参与多年的卓越人才培养计划，思考和探讨了自制仪器设备在卓越人才培养体系中的应用模式。

一、“卓越人才计划”实践教学体系的特点与现状分析

以安徽理工大学矿物加工工程专业为例，其“卓越人才计划”实践教学平台有三大模块：课程实践模块（200学时）、专业实践模块（780学时）和素质拓展模块（80学时）。其中课程实践模块包括课内实验教学（40学时）、课程设计（160学时）；专业实践模块包括认识实习（40学时）、生产实习（80学时）、毕业实习（60学时）、企业实践（240学时）、单独实验课程（80学时）和毕业设计（280学时）；素质拓展模块包括社会实践、参加各类学科竞赛等。由上述可知，在现有的实践教学体系中，实验教学总计为120学时，占实践教学总学时的11.32%，尚未完全发挥校内实验室资源在“卓越人才计划”中的作用。安徽理工大学矿物加工工程专业本科教学所涉及的实验主要分为三部分：基础实验、专业基础实验和专业实验。由于专业性强，专业面窄，实验仪器完全依靠市场行为是不能完全满足本专业学生的实验要求的，所以本专业的实验专职教师和指导教师通过自制仪器设备的方式创建了多个实验平台，制作大量实验设备用于本专业学生实验教学。

二、自制仪器运用于实践教学的方式和途径

自制仪器运用于实践教学是以学生为中心，充分发挥大学生的主观能动性，将专业理论知识与实践相结合，多学科交叉，旨在提高大学生的创新实践能力和专业兴趣。

1.构建合理的实验教学课程体系。合理的实验教学课程体系包括基础训练实验、综合实验和设计性实验，在合理的实验课程体系中，综合实验和设计性实验应占到50%学时以上，另外由于综合设计性实验一般需要团队通过理论知识学习、提出问题、设计实验方案、分析實验数据、解决问题等步骤，在此过程中可能经历实验失败和反复实验，所以传统的实验教学方法已不能适应要求。安徽理工大学矿物加工工程专业采取的方法是：对于一般的学生指定指导教师，要求学生根据实验室现有的仪器设备完成综合设计性实验；对于参加“卓越计划”或“大学生创新训练计划”项目的学生，项目的指导教师担任其综合设计性实验的指导教师，学生在一个项目周期内，完成该时间段内的设计性实验并且至少完成一件自制仪器的制作，作为项目结题的必要条件。自本办法实施以来，学生的创新实践能力和个性特点得到尽情发挥。

2.实验教学和课堂教学的结合。实验教学和课堂教学应紧密结合，互相支撑，且在授课过程中应具有连贯性。传统的教学模式里，课堂教学一般由讲师以及教授承担，而实验教学由实验室教师指导完成，安徽理工大学矿物加工工程专业采取“主讲教师负责制”，实验时间和项目均由主讲教师负责，实验室教师负责实验器材以及样品的准备，主讲教师和实验室教师共同参与学生的实验过程指导，采用此种方法的优点是主讲教师利用课堂教学让学生充分了解实验仪器的结构、实验仪器与工业设备的差异、设备的工作原理、实验目的、实验数据的处理方法、实验结果运用于实际案例等，同时可以确保课堂教学与实验教学在内容上和时间上的和谐统一。

3.改革实验教学的形式，引入自制仪器实验教学。在常规实验教学的基础上，引入自制仪器实验教学，并将其纳入实验成绩考核范围。利用“卓越计划”和“大学生创新训练计划”项目经费的支持，鼓励学生参与自制仪器设备的设计与研究，通过查找参考文献、方案设计、方案实施与论证，体会科学研究的全过程，让学生的思维能力、动手能力及解决复杂工程问题的能力得到锻炼，激发了学习热情，加深了对专业知识的理解和专业认同感，实现学生从科学知识型向科学知识应用技能型的转化。

三、自制仪器在实践教学体系中的普适性应用模式

作者在2015～2016年度担任一组由5人组成的“卓越计划”创新团队指导教师，他们借助实验室现有的仪器设备，通过理论学习、独立思考、提出问题、设计方案、实施方案的步骤，顺利完成“任意周期隔膜式跳汰机”的设计与制作。作者以自制的“任意周期隔膜式跳汰机”在矿物加工专业实践教学体系中的应用为研究对象，探讨了自制仪器运用于实践教学的普遍规律。

1.自制教学仪器的选取方式和方法。自制教学仪器的设计和制造往往需要耗费大量的人力、物力和财力，不是所有的仪器设备都适合自制，一般对于在市场上很难购买、具有特定专业学科背景的仪器设备，选择自制或针对现有陈旧的实验仪器进行创新性改造，在此过程中需要建立自制仪器设备设计制作的审核和评估机制，该机制既要保护学生的创作热情，又要避免无效投入及浪费，确保学生和指导教师建立长久有效的沟通机制，在学生遇到困难时给学生“出谋划策”，学生从中发现探索问题的兴趣以及享受解决问题带来的成就感，从而树立良好的专业思想。

2.自制教学仪器运用于实践教学的方法。自制教学仪器往往涉及到多学科、多课程的知识，可以运用到不同课程的实践教学环节，但通常每门课的实践指导教师不同，往往阻碍了自制教学仪器在实践教学体系中发挥最大作用，所以要从上至下，在实践教学课程体系的确立初期予以考虑，建立实践教学团队。

3.自制仪器运用于实验教学的考核评价方法。传统的实验评价方法是根据平时成绩和实验报告综合评判的，而自制仪器实验是开放式设计性实验，是个动态的持续过程，其评价应是多方面的综合，主导思想是“重在研究过程，辅以研究成果”，其评价来源于学生本人、指导教师和专家，评价体系由选题评價（20%）、过程评价（50%）和成果评价（30%）三部分组成，其中选题评价包括实施方案（10%）、创新意识（5%）和预期成果（5%）；过程评价包括文献查阅（5%）、方案实施（30%）、能力水平（5%）、团队合作（5%）和过程记录（5%）；成果评价包括仪器实物（10%）、论文或专利（10%）和研究报告（10%）。

四、结语

综上所述，建立自制仪器设备在学生实践教学体系中的应用模式并付诸实践，是以学生为中心、以合理的实践课程体系和健全的知识体系为前提，以教学、研究和实践相结合的理念为指导，给大学生创建优质实验、实践教育环境，可以充分发挥学生的创新能力，激发学生的学习兴趣和热情，达到知识拓展和学以致用的目的，可以有效提高“卓越人才”培养质量。

参考文献：

[1]林建.“卓越工程师教育培养计划”专业培养方案研究[J].清华大学教育研究，2011，32（2）：47-55.

[2]曾明星，蔡国民，姚小云.翻转课堂课前交互式教学模式研究[J].现代教育技术，2015，25（3）：57-62.

Abstract：In this project，according to the characteristics and current situation of the practical teaching system of "excellent talent plan"，self-made instruments and equipment are applied to cultivate innovative talents.By constructing a reasonable experiment teaching system，practical teaching and classroom teaching are combined，and the application of self-made instrument in experimental teaching can reform traditional experimental teaching method.By analyzing the application of"self-made arbitrary periodic diaphragm jig"in experimental teaching，this paper discusses the selection of self-made instrument，the participating mode of practical teaching and the method of examination and evaluation.It has proved that the application and the practice of self-made instrument and equipment in the practical teaching system benefit students to transform scientific knowledge into practical knowledge.

Key words：Self-made instrument；innovative and excellent talents；practical teaching