以實踐教學為切入點提高學生研究性學習能力

牟 萍，丁杰雄，凌 丹，郭連忠，杜 麗，俸培福

（電子科技大學 機械電子工程學院，四川 成都 611731）

隨著科技的發展，具備一定的科學基礎和專業知識及探索新知識、創造性地分析解決問題能力的高質量人才愈來愈受到社會關注。這種能力便是研究性學習能力，也是自主探索式學習和未來可持續發展的綜合能力。該能力的培養貫穿于人生的整個學習階段，而最為重要并起決定作用的階段是高等教育階段。電子科技大學作為一所“211工程”和“985工程”重點建設高校，是以培養“基礎知識厚、專業能力強、綜合素質高、具有國際視野和社會責任感的拔尖創新人才”為己任的研究型大學。如何充分利用高校豐富的師資、圖書館藏資源和實驗設備提高學生的研究性學習能力，是提高高等教育質量的關鍵。

1 以機械基礎“多層次實驗體系”漸進式培養學生研究性學習能力

機械基礎是由機械原理、理論力學、材料力學、制造技術基礎和機械設計等課程構成的機械學科的基礎知識體系，在機械專業中占有較大的比重，是理論性、應用性、實踐性很強的學科，與工程實際聯系緊密。本院機械專業學生經過全校的基礎課程學習和實踐，大二下學期進入機械基礎課程學習。機械基礎教學團隊在現代教育理論指導下，樹立研究性教學理念，探究以機械基礎實踐教學培養學生研究性學習能力。

1.1 機械基礎實踐教學在人才培養中的作用及存在的問題

我國《高等教育法》規定：“高等教育的任務是培養具有創新精神和實踐能力的高級專門人才。”近年來，高等教育界對實踐教學重要性的認識也不斷提高，并達成了基本共識：“實踐教學是高等學校整個教學過程的重要組成部分，是培養高素質人才的重要環節，是培養學生實驗技能、開發智力資源、孕育發明創造、豐富人類科技知識的重要手段。在深化教育改革、培養創新人才的今天，我們應該把實踐教學環節放到重要位置。”由此可見，實踐教學既是連接理論和實際的橋梁，也是研究性學習能力培養的重要手段［1－4］。

長期以來，機械基礎教學由理論教學和課程實驗組成，實驗學時占總學時的12.5%，成績占期末總成績的10%。教學的重點在理論教學，學生把主要精力放在“聽課”上。實踐教學以驗證性課程實驗為主，沒有啟發學生創新思維和自主探索的內涵；學生按照指導書操作，被動地完成實驗，機械地記錄數據，抄寫千篇一律的實驗報告。這種傳統的教學模式，導致學生被動接受知識、應付考試，難以激發起學生學習的主動性，使學生的動手能力、分析和解決問題能力及創新意識得不到鍛煉，制約了研究性學習能力培養［5］。

1.2 “多層次實驗體系”漸進式培養研究性學習能力的舉措

（1）理論教學與實踐教學、課內傳授與課外科技創新、教師引領與自主學習有機結合，以問題探索為基礎，在教師指導下，讓學生通過以科學探究為主的實驗教學和理論學習聯動，來實現科學素質的綜合培養［6］。

（2）以實踐教學為手段，融合機械基礎系列課程，將抽象的知識在實驗教學中形象化，變枯燥的填鴨式教學為靈活有趣的互動式教學，培養學生發現問題、分析問題、探究求解的能力。

（3）強化學生的主體地位，減少驗證性實驗，提供更多的設計性、綜合性乃至研究性實驗內容和多樣的實驗形式供學生選擇［7］。通過改革實驗內容、開發實驗項目，構建的由“基礎層”、“拓展層”和“升華層”所構成“多層次實驗體系”。

學生在機械基礎學習階段，除了完成規定學時的課程實驗（項目可以選擇），還需選修1～2設計性實驗課程［8］，有興趣的學生還可選擇進行研究性實驗。這種“多層次實驗體系”的實質是漸進式培養學生的研究性學習能力。

2 改革課程實驗，構建“基礎層”實驗，啟發學生研究性學習

“多層次實驗體系”以每節2學時課程實驗為基礎，保證所有學生都能接受研究性學習的基礎訓練，淘汰已不適應研究性學習能力培養的驗證性實驗，保留有價值、可擴展的項目，對其改進、整合后作為新的課程實驗。

淘汰內容單一、按部就班操作、涉及知識點過少、學生主動性差的項目，例如范成原理實驗和液體動壓滑動軸承實驗。保留有價值、可擴展的項目，對其改進、整合后作為課程實驗，主要以2學時材料力學實驗為主：

（1）拉伸實驗。內容飽滿，實驗現象生動直觀，現加入彈性模量E的測試內容后保留。

（2）壓縮實驗。內容較少，實驗現象生動直觀，現與剪切實驗合并。

（3）剪切實驗。內容少，實驗現象生動直觀，現與壓縮實驗合并。

（4）梁的彎曲實驗。實驗內容單一，學生需動手操作內容少。設計了固定支座、活動支座及支架等零部件，開發設計了5項新實驗：設計并搭建約束梁、簡支梁的應力測試分析、懸臂梁的應力測試分析、靜不定梁的應力分析及實驗梁貼片及組橋等實驗項目［9］，基本都為設計性實驗。

課程實驗項目應以學生為主體設計，既要在內容上盡可能綜合相關課程的知識點，也要在形式上創新，切忌機械地記錄數據，要留給學生自由操作的空間和分析數據的靈活度。淡化“標準答案”，突出實驗過程及分析，這樣每一小組的學生都專注于自己的實驗和數據分析，避免了抄襲報告的現象。讓學生充分自主實驗，在實驗中思考問題，帶著問題再回到書本中解決。在實驗過程中逐步增強學生主動實驗和自主實驗的意識，使其建立起用相關知識解決工程問題的思維習慣。

這種2學時課程實驗可操作性強，容易實施，不打亂教學計劃，可在理論課教學進程中適時進行，使學生開闊了視野，領悟了知識的重要性，活躍了課堂氣氛，受到了學生的普遍歡迎。

經過大二下學期和大三的課程實驗，學生逐步對專業有了認知，產生了好奇和興趣，面對問題時能夠建立思路分析研究，達到了啟發學生研究性學習的目的。

3 設計實驗課程，構建“拓展層”實驗，引領學生進入研究性學習

以培養學生研究性學習能力為宗旨，以培養創新設計和解決工程實際問題的能力為目標，建設16學時創新設計性實驗課程，例如機構創意拼接實驗，由6個環節組成：開課2學時；方案創意2學時，還需要在課余時間查閱資料；搭建6學時；調試修改2學時；答辯2學時；結課2學時。要求學生自己命題、自擬運動方案，設計具有工程背景的機構，并用實驗器件搭建成實物模型并加以驅動，使其按照設計要求運動，是完全意義上的創新設計。該實驗的創新之處在于學生的思維不受限，只要求實現自己的設計，學生在答辯環節能充分表達自己的思想并聽到來自老師和同學的觀點和看法，推薦可申請專利的作品。該實驗課程實施方案如下：

（1）作為專業選修課，為全院大三學生開出；

（2）作為跨專業選修創新學分課在全校為大二以上學生開出；

（3）在大學生機械創新大賽期間為參賽學生開出，以幫助學生開拓思維、制訂方案。

這樣有目的、有工程背景及應用的實驗課，利于培養學生理論聯系實際、細心觀察思考和嚴謹求實的科學態度，使學生在創新的同時，能發現不足，及時回到理論中彌補，形成理論學習、實踐創新、學習提高的良性循環和良好的學習氛圍〔11〕，深受各專業學生喜愛。

經過大三的設計性實驗課程，學生能從實驗中發現問題、分析問題并利用所積累的理論知識解決問題，自主研究探索，獨立思考創新，能將多門課程自然結合起來加以運用，逐步進入主動獲取知識、探索問題、應用知識解決問題的自覺學習，達到了引領學生進入研究性學習的目的。

4 開發研究性實驗，構建“升華層”實驗，培養學生的科研素養和研究性學習能力

為進一步培養學生的研究性學習能力，探索構建多層次實驗體系的頂層，開發設計多項研究性實驗項目，供有興趣而學有余力的學生以小組形式選擇，對大三和大四學生開放，學生根據自己的學習情況，在不同的時間對自己感興趣的問題進行較為深入的研究，以此培養學生的研究性學習能力。項目包括：

（1）基于機械原理、機械設計等課程的機械傳動裝置設計及其性能研究（16學時）；

（2）基于理論力學、材料力學等課程的金屬梁在不同約束下的力學性質研究（16學時）；

（3）基于理論力學、大學物理等課程的質點在復合運動過程中的運動分析研究（16學時）。

此外，大四學生在本科階段進入科研團隊，以科研內容進行自擬題目實驗。學生已完成 “超聲波應力狀態研究”、“×××材料的黏合性能研究”及“電力傳輸檢測設備力學性能研究”等自擬題目的科研實驗。

研究性實驗需要自主研究、歸納、整理出與實驗相關的理論，遇到問題需要回到書本學習，甚至需要在已有知識基礎上學習、探索新的知識，在此基礎上才能理解實驗項目、操作實驗設備、制訂實驗方案、完成實驗項目。實踐與教學有機結合，在教師指導下，將該學科最前沿的動態引入教學內容，通過對學生實施科學研究訓練，培養學生扎實的基礎知識和良好的科學素質，改變了傳統的知識教育模式。在遇到問題時主動回到理論中去尋找解決，讓學生通過以科學探究為主的研究性學習來實現自主探索式學習和未來可持續發展能力的綜合培養［10－11］。

經過大三或大四的研究性實驗，學生能夠主動獲取知識、探索問題、應用知識解決問題，達到了培養學生的科研素養和研究性學習能力的目的。

5 結束語

研究性學習能力的培養是長期的過程，以團隊方式組織學生實踐，以工程應用引導學生思維，巧妙穿插基于問題的項目式教學法，培養學生的研究興趣。從大二開始在“多層次實驗體系”下對學生進行多元化的實踐教學，引領學生逐步建立自主探索式學習習慣，進入研究性學習狀態。所培養學生在亞太機器人大賽、全國機械創新大賽等各種賽事中取得佳績，畢業生也受到用人單位普遍歡迎，而在知名高校繼續深造的學生憑借其在校期間練就的綜合實力，受到所在高校好評。

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［1］全國人民代表大會常務委員會.中華人民共和國高等教育法［EB／OL］.（1998－8－29）.http：／／www.people.com.cn／item／flfgk／rdlf／1998／111603199802.html.

［2］趙焱.高校應把實踐教學環節放到重要位置［J］.中國高教研究，2000（7）：83.

［3］王源遠，王麗萍.高校實踐教學質量管理體系的研究與構建［J］.實驗技術與管理，2012，29（7）：14－16.

［4］王源遠，王麗萍.高校實踐教學的理論認識與實踐探索［J］.實驗技術與管理，2013，30（1）：11－14.

［5］牟萍，文寧，凌丹，等.挖掘創新點，促進機械原理實驗改革［J］.實驗技術與管理，2010，27（4）：16－18.

［6］周乃新，楊亞非.借鑒國外先進教學理念，創建世界一流實驗室［J］.實驗技術與管理，2010，27（4）：153－158.

［7］吳天星，鐘東.機械原理創意實驗的實踐與探討［J］.實驗技術與管理，2003，20（3）：66－67.

［8］任良玉，張吉維.實施大學生創新實驗計劃 探索基于課題的本科創新人才培養模式［J］.中國大學教學，2011（4）：26－27.

［9］茍文選，金寶森，衛豐，等.材料力學［M］.西安：西北工業大學出版社，2004.

［10］易紅.高校實驗教學與創新人才培養［J］.實驗室研究與探索，2008，27（2）：1－4.

［11］方麗梅.“STS教育”指導下的研究型教學模式的探討［J］.實驗技術與管理，2008，25（3）：125－127.