面向新工科的能动类专业开放型综合实验改革

文 / 王国强 ，李俊 ，石万元 ，周永利 ，杨晨

（1.重庆大学能源与动力工程学院，重庆 400030；2.低品位能源利用技术及系统教育部重点实验室，重庆400030）

大众创业、万众创新已成为现代化国家新征程的时代要求，以新技术、新产业、新业态和新模式为特征的新经济，需要大量具有创新意识和创新能力的新工科人才。因此，高等教育越来越需要向提高创新能力和实践能力的教育模式转变。实验教学是高等教育实践创新能力培养的重要手段，是强化学生实践能力和创新精神的重要实践教学环节。我国高等工程教育越来越重视实践性和综合性，正在从注重基础理论和专业知识传授的教育模式向提高工程实践能力的新型教育模式转变。实验教学作为实践教学的重要组成部分，将越来越得到重视和强化，但目前能动类专业的实验教学仍存在很多问题。

1.目前实验教学存在的主要问题

（1）实验项目单一，缺乏综合性、研究性。能源与动力工程大类专业现有的专业实验课大部分属于课夹实验，实验项目大多停留在验证阶段，专业基础课程实验与后续的应用性和技术性的专业课程实验完全隔离，没有形成系统的实验框架和体系。

（2）实验内容孤立，缺乏交叉性。实验教学课程大多是按照理论课程设置的，仅仅是理论教学的辅助部分。各门课程按照自身的需要开设实验，没有独立的实验教学大纲。

（3）教学模式枯燥，缺乏吸引力。大部分学生课前预习流于形式，只在教师讲解前草草浏览实验指导书，对实验原理和实验步骤一知半解，上实验课时只能是被牵着鼻子走。

2.开放型综合实验构建思想

（1）建设以分布式能源系统为主线，具有层次性的实验项目，注重培养能源动力类的专门人才，在传授基本知识和技能的同时，提高学生的综合素质。

（2）建设全新的实验体系与实验教学内容，加强教师科研向教学实验转化的特色实验项目建设，有机融合理论教学和工程实践，为实验教学提供强有力的支撑。

（3）建设特色鲜明的以新能源利用和节能减排为主题的能动类专业系列实验课程，特别注重培养学生的主动实践能力和创新意识。

3.开放型综合实验构建

3.1 实验项目构建

分布式能源系统实验独立设课，实验项目难易程度不同，包含三个层次的教学实验，学生可结合自身的情况选择适合自己的层次。

（1）综合型实验。学生修完《传热学》《工程流体力学》等专业基础课后，在掌握基本理论的基础上，通过综合型实验把理论知识融会贯通。可供学生选择的综合型实验项目如表1所示。

表1 综合型实验项目

（2）自主设计型实验。学生选择自主设计型实验项目后，需要根据实验任务的要求，在实验课之前自行查阅参考文献等资料，然后设计实验方案，最后实施实验方案并分析实验结果。可供学生选择的自主设计型实验项目如表2所示。

表2 自主设计型实验项目

（3）实践创新型实验。教师应将在研的科研课题转化到实验教学上，形成实践创新型实验，着重强调学生创新能力和实践能力的培养。可供学生选择的实践创新型实验项目如表3所示。

表3 实践创新型实验项目

3.2 小班制构建

学校开发网上预约选课系统，全天候开放预约。学生选课时，选择实验项目和上课时间。3个学生形成一个小组，3个小组形成一个小班制教学班，这样做的好处是，保证每个学生都能自己动手做实验。

3.3 翻转课堂构建

翻转课堂实施可以概括为三个环节。

（1）课前环节。教师在课前将实验指导书、实验教案、PPT课件等电子版本资料通过网络平台（如BBS、QQ群）分享给学生。

（2）课堂环节。教师询问小组实验方案，并引导实验小组间互动提问和互相纠错，由教师进行归纳，引导学生总结出优化后的最佳方案。教师对每个小组的实验操作进行巡查指导，避免因学生错误操作危及人身和设备安全。实验课堂时间主要用在师生互动、学生实验操作以及小组讨论上。

（3）课后环节。教师分析学生的兴趣爱好和掌握知识的程度，在此基础上优化和完善教案。然后，教师批改以小组为单位的实验报告，着重评价学生实验方案的有效性和创新性。

4.应用效果

学校采用问卷调查形式考查开放型综合实验平台的应用效果，主要调查实验项目、小班教学、翻转课堂三个方面。

（1）实验项目。21%的受访者认为目前的实验项目综合性一般，有待提高；少数4%的受访者认为综合性很强；仅有1%的极少数受访问者认为综合性很差。这便说明，目前实验平台提供的实验项目得到了多数学生的认可。

（2）小班教学。76%的受访者认为小班教学在促进学生动手能力方面起了很大作用，提高了学生的主动性；14%的受访者认为作用较大；8%的受访者认为作用一般；另有2%的受访者认为基本没用，不想做实验的学生还是能“浑水摸鱼”。

（3）翻转课堂。64%的受访者表示喜欢，也有22%的受访者表示一般。但因为需要自己设计方案，所以有9%的受访者认为较难，有5%的受访者认为很难。可以看出，翻转课堂有助于激发学生的学习兴趣。

5.结语

实验平台提供了层次型、开放型综合实验项目，采用了基于小班制的翻转课堂教学模式。实验项目开放性强、综合性好，能鼓励学生积极使用新方法，调动起学生的积极性和主观能动性。以学生为中心的翻转课堂，充满了师生互动和团队协作交流，有效避免了学生“照葫芦画瓢”以及机械重复教师讲解的实验步骤，有效激发了学生的学习兴趣和探索欲望。