面向工程人才培养的实验教学改革思路研究

曹 颖，周 超，陈 琼

（1.中国地质大学（武汉）工程学院，湖北 武汉430074；2.中国地质大学（武汉）地理与信息工程学院，湖北 武汉430078）

在“经济全球化，高等教育国际化”大发展的今天，如何培养具有创新能力的高素质本科应用型人才，是我们面临的首要问题。随着全世界人口的不断增长，资源和生态环境压力的日益增大，工程与技术在解决人类需求和促进社会发展方面将起着越来越重要的作用。工程教育是为国家经济建设与社会发展提供工程技术人才的主要渠道，以加强工程实践的训练，大力培养和提高工程技术人才的操作动手能力、思维创新能力为目的的工程教育改革，是高校当务之急[1]。

将实验教学与理论教学紧密结合，使实验过程成为学生自主学习、探索、研究的实践过程，并从中获取、积累和整合知识，构建合理的知识结构、能力结构和思维结构，是高校人才培养的重要环节。工科专业的实验教学，不仅能够帮助学生学习和掌握必要的工程技术、测量方法、先进设备和学科的基本研究方法，更重要的是培养学生的科学研究精神和创造思维习惯，以及收集、处理信息和分析问题、解决问题的能力[2]。这是理论教学所不能替代的。而专业实验室作为实践性教学环节的重要基地，其水平的高低也直接影响到人才培养的质量[3]。

因此，专业课实验教学改革的总目标是：着重以专业领域的研究和设计应用为背景，整合专业实验教学内容，以训练学生科学思维方法和严谨的工作态度、培养学生工程实践能力和工程创新意识、提高实验操作能力和分析问题的能力为目的，构建新的专业实验教学体系。同时，着力推进与此相适应的实验室建设与管理模式改革，完善配套措施。

1 加强实践教学环节，建立工程人才培养模式

工程实践能力的培养是工程技术人才必修的重要内容，工科学生既要接受实践性环节的严格训练与培养，又要创造条件，使其通过课外实践来学习知识、锻炼毅力、积累经验，从而发挥其聪明才智和创新激情，成为一名适应新世纪发展需要的工程技术人才[4]。

根据工科院校的实验、实践、毕业设计和生产实习等各教学环节的相互连贯、互为渗透的实践教学模式，设置科学合理、富于实效的工程人才培养模式，建立分层面、多模块的实践性教学体系，并通过过程管理和项目验收等程序来推进实践性教学环节的改革实现和正常运行。

2 建设自主开放性实验教学环境

开放实验时间是调动学生学习主动性，使其真正成为实验教学主体的必要条件，也是切实完成教学目标的重要保证。实验室需要有专业性，但不是自我封闭的独立性。因此需要建立一种新的实验室管理机制和通用平台，使实验室有效开放[5]。

通过实验室的开放制度建立实践性教学体系，把学生能力培养划分为课内必修实验技能训练、课外兴趣培养和创新能力锻炼3 个层次，通过安排课内实验教学、工程训练的各种实习、课程设计、毕业设计等教学环节，掌握规定的专业知识，同时利用课外开放实验室，举办各种不同类型的竞赛活动，吸引学生积极参加课余时间的社会实践，使学生在边学习边实验边科研的过程中发挥主观能动性，完成从入门到高级的不同层次训练[6]。

3 优化稳定的实验教学课程内容

相对稳定的课程内容是指同一门课程的实验教学内容达到统一和相对固定，并且随着条件的改善可以逐步提高，以达到最好效果。实验内容相对稳定有利于不断总结提高，有利于实验指导书的确定，便于学生结合课堂学习进行实验前预习，有利于提高实验教学质量。

以土力学专业教学为例，构建相对稳定的土力学实验教学内容，主要从土力学实验内容的应用广泛性和工程实用性入手，对一些实验手段陈旧、内容重叠的实验进行合并或删除，保留或拓宽体现土力学理论精髓的和前沿性的必要实验项目，加大技能型、综合性与探索性的实验内容，将试验体系进一步整合、优化，优化后的土力学实验教学内容如表1所示。

表1 土力学实验教学内容一览表

4 建立“一个中心，四个支点”循环教学法

传统的实验教学，仅仅是教师在课堂上讲解理论，介绍各种实验原理和步骤，缺少形象性和直观性。要求学生在有限的时间内掌握大纲要求的实验内容，对经典理论的简单验证，而且滞后于理论教学。实验教学没有与社会生活和现代技术发展联系起来，缺乏综合性、设计性、研究性和开放性的实验内容，学生对实验设计的思路考虑甚少。

基于以上问题和工程专业实验教学需求，本文研究了针对土力学专业课程教学的“一个中心，四个支点”循环教学法，如图1 所示。该方法一共分为五步，分别为讲授、演示、应用、反馈和融合。

图1 “一个中心，四个支点”循环教学法示意图

第一步是理论讲授，即向学生教授相关实验的理论知识、实验目的、实验原理、实验结果的应用等，将课堂的理论教学知识加以融合和形象化，加深学生对知识点的理解和对理论知识的应用。第二步是操作演示，即由实验教师向学生介绍设备情况，演示样品制取和设备操作流程，并在演示过程中告知所需注意的细节和安全问题等，保证学生后续工作的顺利进行。第三步是学生的自主操作，即在理论理解和现场观摩的基础之上，学生通过团队协作的方式开始自主准备样品和操作设备，这个环节主要是考察学生对教学内容的理解和接受程度、动手能力和团队协作能力，以及对突发问题的解决能力等。第四步是学习反馈，通过撰写实验报告的方式，不仅提高了学生的数据处理能力，在对实验结果的分析过程中，也加深了对理论知识的巩固和思考。另外，实验报告的误差分析部分，也引导学生重新回顾实验过程，加深对实验教学过程的印象和理论教学内容的理解，提高教学效果。通过以上四步的学习和自主练习，最终将理论知识教学、设备操作和数据处理等环节融会贯通，使得学生最大程度领会知识和应用。

“一个中心，四个支点”的循环教学法打破了以课堂讲授为主的局面，将理论教学与实验教学结合起来，构成了一个完整的教学体系，提高了学生的创新意识和动手能力，将其掌握的理论知识真正转化为能在生产与工程实践当中应用的实际操作能力，从而为基层用人单位培养更多更好的技术型人才。

5 建立多元化考核方式

对于工科学生来说，实验课程的总体教学目标是将对学生能力的培养融入知识的认知过程，为学生提供更多的实践机会，引导学生独立思考，在发现问题、解决问题的过程中积累知识，掌握解决实际工程问题的方法，并进一步升华独立工作能力和创新能力。传统的实验课程考核都是基于实验报告直接给分，仅仅看中学生的实验结果和数据处理程度，评定指标过于单一。为了激发学生对实验教学的兴趣和创新能力，实现实验课程考核指标的多元化，需要结合实验过程中小组成员对实验的贡献度，从学生的理论学习能力、创新能力、实际操作能力、独立解决问题的能力和理论分析能力等方面确定评价指标，综合评定学习效果。具体来讲，为了体现科学性与合理性，实验成绩应从课程预习、实验操作过程和实验总结三个方面综合评定，其中操作过程能够综合反映学生对仪器设备的熟悉程度和动手操作能力，实验报告则反映出学生对实验数据的理解和应用能力，二者在学习效果评定中占比较大。

土力学实验教学成绩评价方案如表2 所示。

表2 实验教学成绩评价方案（据文献[7]修改）

6 结论

着重以专业领域的研究和设计应用为背景，整合专业实验教学内容，以训练学生科学思维方法和严谨的工作态度，培养学生工程实践能力和工程创新意识，提高实验操作能力和分析问题的能力，是专业课实验教学改革的总体目标。本文结合工科教学的特点和工程人才的培养需求，提出了专业课实验教学改革的思路和方法，培养学生成为适应新世纪发展需要的工程技术人才。