符合应用型人才培养需求的实验教学模式的探索与实践

2019-02-22张宏喜

实验技术与管理 2019年6期

徐峰, 孙勇, 张宏喜, 吉硕

(河北建筑工程学院能源与环境工程学院, 河北张家口 075000)

高等学校实验室承担着培养高级人才,提高学生实践能力、创新能力,实施素质教育的重要任务,是学校教学、科研工作的重要组成部分,是知识创新、技术开发的重要基地[1-2]。我校建筑环境实验中心于2015年获批建设河北省实验教学示范中心,现有建筑面积2 390 m2,实验设备445台件,设备总资产737万余元。下设热工、自动控制、燃气工程、供热、通风空调、制冷技术、换热器、汽轮机等8个实验室。中心承担着建筑环境与能源应用工程、能源与动力工程、材料科学与工程、建筑电气与智能化等4个专业的多项实验教学任务,还为教师和研究生的课题实验研究提供支持。

1 实验教学模式创新与实践

2015年以来,我校积极进行实验教学改革和探索,改革实验模式、优化实验内容、更新实验教材、探索考核方式,逐渐形成了以学生为本,以培养学生实践能力和创新能力为核心,以实验项目建设为重点,特色鲜明,符合应用型人才培养需求的“形式多样化、教材系统化、教学信息化、考核过程化”的实验教学模式。

2 实验形式多样化

实验教学是高等教育的重要组成部分,是巩固理论知识的有效途径,是培养具有创新精神和实践能力的高素质应用型人才的重要环节。但目前的实验教学不论从形式上还是内容上都依附于理论教学,实验课基本都附属于相应的理论课程,实验重心只是加深学生对理论知识的理解,并不注重对学生基本技能、工程实践能力和创新能力的培养。

针对实验教学中普遍存在的问题,课题组首先提出了实验内容层次化、实验形式多样化的改革要求。围绕专业培养目标,优化实验课程内容,丰富实验开展形式。将现有的实验重新划分为教学实验、基础实验、综合实验、设计性实验、研究性实验5大类。各类实验前后衔接,呈阶段式、层次式,各阶段教学目的层次分明、循序渐进。

(1) 教学实验指那些体现理论课程基本概念、原理、法则,操作比较简单的演示性、验证性实验。改革之后不再占用实验课学时,改由课堂授课时利用多媒体进行实验演示,以加深学生对知识点的理解和掌握,体现实验的时效性,如“流体力学”中的雷诺演示实验、圆柱绕流阻力演示实验等。与此同时,2016年学校修订人才培养方案,大幅减少了课内学时,本科各专业培养总学分由190降到165左右,学时由3 000降到2 500左右,给学生留出了充足的探索研究时间。

(2) 基础实验主要指学科基础课、专业基础课涉及的需要学生动手操作的相关实验。通过基础实验旨在使学生了解、掌握常规仪器的使用方法与测试过程,通过动手操作,激发学生学习兴趣,培养学生动手能力和实践能力。近几年,实验中心及时引入新仪器、新设备、新技术,同时增加基础实验台套数,保证每个学生在实验过程中都有动手的机会,有效地避免了学生在实验过程中“只看不做,只听不想”的现象,提高了学生的实践能力。

(3) 综合实验主要安排在专业课学习期间,旨在使学生综合应用所学知识实现对系统的了解,调动学生学习的主动性,培养学生综合应用知识的能力。近几年,综合实验所占比例大大增加,目前建环实验中心共有综合实验项目26项,设有综合实验的实验课程占实验课程总数的比例提高到了90%。

(4) 设计性实验指给定实验研究的目的、要求和实验条件,由学生自行设计实验方案并加以实现的实验;研究性实验是指给定实验目的,由学生通过查阅文献资料,制定实验路线和实验方案，摸索实验条件,并经过实施能得到研究结果的实验[3-4]。这两类实验围绕各专业展开,旨在发挥学生的想象力、创造力,培养学生的创新意识和创新能力,使他们初步掌握科学研究的思维方式，了解科学研究的一般步骤和解决问题的方法。为使学生有更多的独立实验机会,建环实验中心对教师、在校研究生和参与教师科研课题的本科生开放了部分实验室。2016年培养方案变更,各专业增加了课外研学实践环节,促进了学生参与设计性实验和研究性实验的积极性。

3 实验教材系统化

实验教材是体现实验内容和教学方法的载体,是教学的基本工具,也是深化教育教学改革、全面推进素质教育、培养具有创新精神和实践能力人才的重要保证。长期以来,高校实验教材建设并没有得到应有的重视,借鉴性和使用性强的实验教材较少,不论数量还是质量都落后于理论课教材,主要表现为实验内容质量不高、理论性过强、实用性不强、体系不健全、通用教材不适用等[5-7]。

针对实验教材发展现状,我中心根据各专业人才培养方案要求,制定实验大纲,并按照实验大纲组织理论课教师和实验室教师共同进行实验教材编写,确定实验的内容、范围、深度及广度,明确实验目标,充实实验内容,优化实验方案。编写的实验指导书由两部分构成：一是基础实验指导书,详尽介绍实验原理、仪器使用、测试方法、实验步骤等,对实验中可能遇到的难点以思考题形式出现,增强学生对基础知识的理解和掌握。二是综合性、设计性实验指导书,仅对实验理论、数据处理方法作全面介绍,实验工具和实验步骤均由学生自行设计,充分发挥学生的主观能动性,培养学生发现问题、解决问题的能力。

4 实验教学信息化

实验教学信息化指在实验教学时应用各种信息技术手段,使教学环节数字化、可视化,从而提高实验教学质量和效率。近两年,在实验教学中引入了丰富多彩的多媒体教学手段,如通过屏幕演示,使抽象的概念具体化,枯燥的知识趣味化,激发学生的实验兴趣,提高学生的主动性和自学能力。录制了所有实验课程的教学视频,并对现有的仪器仪表制作了视频教学课件,旨在使学生了解、掌握实验仪器的使用方法,直观地理解实验项目,提高了实验课效率,调动了学生的学习积极性。

积极将仿真技术、网络技术等引入实验教学,建设虚拟仿真实验室。学生通过虚拟操作了解真实的工艺操作,有融入其中的感觉,达到真实实验操作的效果[8]。2017年实验中心引入北京四方的仿真平台及热电联产仿真模型,建成了集教学、实验、培训和科研为一体的热电联产虚拟仿真实验室,并为能源与动力工程专业学生开设了电站仿真实训操作课程。通过仿真实训,极大地提高了学生的学习兴趣,使学生对生产流程有了完整的认识和了解,训练了实际操作技能,培养了工程观念。

5 实验考核过程化

实验考核是对学生实验能力的全面检查,也是对教师实验教学效果的检查。但以往的考核方式单一、主观,往往仅根据学生提交的实验报告来确定实验成绩,实验报告相互抄袭现象严重,实验成绩不能反映学生的真实水平,极大地挫伤了学生开展实验的积极性和主动性[9]。鉴于这种情况,提出实验考核过程化,将以前注重结果、注重知识的考核变为注重过程、注重能力的过程化考核。实验成绩不仅包括实验报告成绩,还要考虑预习情况、设计能力、动手能力、实验态度、实验结果等,学生参加实验教学的全过程均属于实验课考核范围,使学生一改以前被动、应付的学习态度,而变为积极、主动地参加实验。

另外,针对不对类型的实验,采用不同的实验报告形式。实验报告不仅能反映学生掌握实验的能力,还能反映学生分析解决问题的能力、计算能力和文字表达能力。基础实验的实验报告除了保留原有实验报告内容外,要求增加对实验结果的讨论与思考;综合性、设计性实验的实验报告,要求学生以科技论文的形式提交,培养学生概括、总结科学实验的能力。