森林工程實驗教學示范中心教學研究型教學體系構建

李琛　李耀翔　肖生苓　陳春晟

[摘要]為了適應學校和學科的發展，為森林工程國家級實驗教學示范中心構建教學研究型實驗教學課程體系是十分必要的。科學地規劃實驗教師、專業教師、研究生和本科生之間相互指導、相互輔助的關系，形成以學生為主體的四種研究小組的形式。構建從基礎實驗到拓展實驗再到創新實驗和科研實驗的層層遞進式模式，并按照示范中心主要研究方向劃分實驗項目模塊，形成從演示驗證性實驗到綜合創新性實驗的不同實驗類型，構建四個層次、五個模塊及四種類型的教學研究型實驗教學體系。不斷完善網絡實驗教學資源，提升實驗教學效果，通過網絡管理平臺實現在線管理。所構建的教學研究型實驗教學體系對進一步提高實驗教學的質量和水平具有重要的意義。

[關鍵詞]實驗教學；教學體系；實驗教學示范中心

[中圖分類號]G64[文獻標識碼]A[文章編號]10054634（2015）06010606高等院校是優秀人才培養的基地，建設創新型國家和人力資源強國的形勢下，給高等院校帶來了發展的機遇和巨大的挑戰。東北林業大學是一所教學研究型大學，森林工程學科也是典型教學研究型學科，在新形勢下，如何將教學與科研緊密結合，在培養創新型人才中發揮更大作用，是非常值得關注與探討的話題。實驗教學是培養學生探索創新精神的搖籃，在教學型的基礎上不斷改革創新，向教學研究型轉變是非常必要的，對森林工程國家級實驗教學示范中心的發展具有重要的實踐價值，對進一步提高本科實驗教學的質量和水平具有重要的意義[1]。

1森林工程國家級實驗教學示范中心簡介

森林工程實驗中心始建于1953年，下設森林采伐實驗室、木材運輸實驗室、貯木場作業實驗室、林業與木工機械實驗室、林區道路與橋梁實驗室等。2003年，為進一步提高實驗教學資源利用率及儀器優化配置，整合教學資源，組建了森林工程實驗教學中心，重點面向學院6個本科專業的實踐教學。2008年底，建成黑龍江省高等學校實驗教學示范中心，2009年被評為國家級實驗教學示范中心（建設單位）。中心下設7個專項實驗室：森林工程基礎實驗室、森林工程規劃實驗室、森林工程專用機械與設備實驗室、木材工程實驗室、林業物流工程實驗室、林區道路與橋涵實驗室、林產品包裝實驗室，支撐森林工程專業、木材科學與工程專業、物流工程專業、土木工程（林區道路與橋梁）專業、包裝工程專業和工業工程專業的實驗教學，同時也滿足了全校59個本科專業通識課——《林業概論》課程實驗教學要求[2]。

中心現有儀器設備1957臺套，設備資產總值為4312萬元，實驗教學場地（使用）面積6580平方米，野外觀測實驗樣地30公頃，開設123門實驗教學課程和相關實習實踐，年受益學生數達6000余人。

2森林工程國家級實驗教學示范中心的教學理念森林工程國家級實驗教學示范中心以教學為中心、以研究為動力，努力發展適合于教學研究型的實驗教學模式，以培養應用型人才實踐能力、創新能力和提高教學質量為宗旨，鼓勵學生敢想、敢問、敢說、敢做，勇于探索，敢于向傳統挑戰的創新精神。通過實驗教學，促進傳授知識、培養能力、開拓思維、探索研究和綜合素質的發展[3]。加強中心軟硬件建設，實現儀器設備先進、統籌規劃開放管理，健全網絡平臺、提高實驗教學水平。不斷深化實驗教學改革，探索教學研究型實驗教學模式，構建多層次、多模塊、相互關聯的實驗教學課程體系[4]。推動實驗教學與理論教學同步建設、協調發展，形成課程實驗、創新實驗和科研實驗相結合的多層次組合，調動學生學習的積極性、主動性和創造性，激發他們不斷探索真理和勇于創新的精神，實現素質教育和創新型人才的需要。

第6期李琛李耀翔肖生苓陳春晟森林工程實驗教學示范中心教學研究型教學體系構建

教學研究2015

3森林工程國家級實驗教學示范中心的管理模式3.1實驗教學示范中心管理制度建設

森林工程實驗教學示范中心主任由學校直接聘任，副主任由學院聘任，由學院組織實施實驗教學。教務處將全校的相關實驗教學任務直接下達到中心，由中心統籌安排。實驗室與設備管理處負責中心經費投入、儀器設備購置、維修、維護和中心正常、高效運行必備條件的保障。實現儀器設備優化配置、高效利用。在已有的管理制度基礎上，進一步優化組合，使管理科學化、制度規范化、體制標準化[5，6]。

健全中心教學、設備、人員及對外開放的管理制度，完善網絡化管理系統，制定20余項管理規章制度，全面實現中心管理工作的制度化、規范化和管理手段的現代化。鼓勵和支持學生自主開發、設計實驗項目，并為學生參加各種競賽活動、自選實驗課題研究、大學生創新項目、青年教師實踐鍛煉等提供必要的條件和場所。建立一支具有全新觀念的、高素質的管理隊伍，進一步提高實驗室的科學管理水平。

3.2實驗人員管理模式分析

在科研工作和創新探索為主的人才培養模式下，實驗室成為實驗工作開展的中心，為了充分利用實驗室，使實驗室高效率的運轉起來，中心圍繞“以學生為核心”的指導思想，制訂了以學生為本的管理制度。堅持以學生實驗需求為主、以學生時間為主安排實驗的原則，將僅由實驗教師獨自管理和教學的模式，改進為實驗教師、專業教師、青年教師、研究生導師、研究生和本科生共同參與管理的模式，建立起這幾類主體之間科學合理的相互管理和相互輔助的關系，實驗人員管理關系如圖1所示[7，8]。

由圖1可以看出，本科生和研究生是實驗室的主要生力軍，他們處于實驗室中的核心地位，專業教師、實驗教師、青年教師和研究生導師是實驗室的主要管理者，他們負責指導學生完成課程實驗、創新實驗、畢業實驗和課題等實驗項目，并且他們需要不斷的探索研究完成自己的課題實驗任務。由此形成了以下4種主要的實驗室人員管理模式[9，10]。

圖1實驗人員管理關系圖

1） 形成專業課程實驗小組。專業課實驗主要由專業課程老師負責講解實驗原理，實驗室老師負責實驗操作，圍繞專業課內容，針對一些重要理論知識和原理開設實驗。由于實驗時間和實驗設備臺套數的限制，課程實驗多為演示性和驗證性實驗，通過該實驗使學生增強對理論知識的理解，掌握實驗儀器設備的使用方法，加強基本實驗技能訓練。實施青年教師理論課教學和實驗課教學輪崗制度及新進教師先到實驗室見習的制度，讓新教師在實驗教學和管理一線鍛煉和提高綜合能力。鼓勵教授和副教授進入實驗室講授實驗課程、指導學生實驗，將他們的寶貴經驗傳授給學生，拓寬學生創新探索的思路。

2） 形成創新項目小組。森林工程實驗教學示范中心現每年承擔各等級大學生創新性實驗項目30余項。青年教師課題任務不重，已經積極參與到指導大學生創新項目工作中，作為導師帶領本科生開展實驗研究，在研究過程中開拓自己的思路，尋找申報高層次課題的新方向。在創新項目小組中，青年教師負責對本科生提出的實驗方案進行把關，并對實驗全過程進行管理[9]。另外，近年來東北林業大學青年教師積極開展中央高校基本科研經費資助項目，限于日常工作及教學任務，大部分教師并沒有充足的時間在實驗室中進行系統全面的實驗研究。因此，借此契機吸引其他青年教師和本科生加入到自己的研究小組中，以保證課題高質量的完成，形成青年教師引導本科生進入實驗室，互相扶助、互相促進的管理模式。

3） 形成畢業論文研究小組。研究生的畢業論文研究內容選題主要來自導師的課題，可以在開展助研實驗時，將自己負責完成的一部分內容作為畢業論文的主要內容。本科生論文的選題也有部分來自導師的科研課題，與同導師指導的研究生的研究課題有關聯之處，這種類型的本科畢業論文實驗可以在研究生的輔助下共同開展，研究生可以在自己研究的基礎上對本科生進行指導，如此既減少了實驗教師和專業教師的工作量，也使得本科生減少很多重復性實驗。同時，研究生在與本科生合作的過程中互相促進，提高自己的研究效率。在培養學生動手能力、創新能力的同時培養學生們的團隊精神、協作精神，鍛煉學生解決科學問題的思維，為學生畢業后從事科研工作做好準備。

4） 形成課題項目小組。國家級項目負責人作為主導，形成項目負責人、項目組老師、項目組研究生和本科生組成的項目小組。從2011年開始，學校新增本科生助研項目，旨在鼓勵有能力和有意愿攻讀研究生的本科生盡早開始接觸科研課題的研究工作，為后續研究打下基礎。項目小組成立之后，需要在項目負責人的引導下系統的開展實驗研究，實驗方案設計及實驗方案的改進等理論較深的內容由項目組老師把關，實驗的開展及數據記錄與分析等大量繁雜的實驗研究工作，由項目組內的研究生帶領本科生完成。學生們每天可以投入大量的時間和精力用于實驗研究，有利于課題實驗的系統開展，并且學生敏銳的觀察力和創新能力能夠在實驗過程中及時發現問題，并對實驗方案的改進提出建設性意見[8]。在輔助老師完成科研課題的同時，培養和鍛煉學生的科研思維，激發他們投身科研的熱情，使他們能夠應用文獻資料和科研成果探索解決實際問題的方法和途徑，具備較強的設計能力和動手能力。

3.3實驗中心的規劃與運行

森林工程實驗教學示范中心的建設正處于高速發展階段，學校每年向中心投入運行經費45萬元，用于實驗室易耗品購買、儀器設備維修及日常維護。每年投入50萬元用于資助教師創新性實驗項目開發、實驗教材建設等，每年還為學生科技創新實踐活動提供30余萬元的經費支持。中心每年籌措資金20萬元用于實驗教師業務培訓及學生科創活動，每年拿出科研經費的2%～5%用于資助學生的創新性科研活動。另外，“教育部實驗設備修購專項資金”及“211工程重點學科建設經費”每年投入的實驗室建設經費平均約100萬～200萬元。實驗設備在滿足本科教學的同時，也要為研究生和專業教師的科研工作提供硬件支持，因此，中心的建設在院實驗中心的統籌管理下，進行科學合理的規劃。

4教學研究型實驗教學體系構建

4.1實驗課程體系優化

打破傳統的人才培養模式中實驗教學僅依附于理論的舊框架，按照創新型人才培養的要求，建立有利于激發學生學習興趣、有利于培養科學素質、有利于激發創造與探索精神的層層深入式實驗教學體系，強化基礎實驗技能、實驗方法與綜合素質的培養，培養出基礎扎實并具備較強科研能力與創新精神的創新型人才[11]。

按照專業特點，將森林工程實驗教學示范中心的實驗項目分成5大方向，其中包括：森工作業及智能裝備方向、林業工程管理及信息化方向、林產品物流及包裝方向、森工產品開發及檢測方向、木材生產及經營方向。將理論教學與科學研究相結合，將實驗教學劃分為4個層次：（1）教學實驗層：理論教學與實驗教學同步設置實驗，以演示性、驗證性實驗為主，增強學生對基本理論和基本知識的掌握，學習儀器和設備的性能及其使用，掌握基本的實驗技能和實驗方法；（2）拓展實驗層：在教學實驗的基礎上開發的延伸實驗，以設計性實驗為主，提高學生運用所學理論知識進行探索研究的能力；（3）創新實驗層：根據所學理論知識，學生自主研發的創新性和探索性實驗，鼓勵學生參加各級各類創新項目或科技競賽活動，取得創新的研究成果；（4）科研實驗層：結合教師科研課題開設實驗項目，主要為綜合性和設計性實驗，提高學生綜合運用所學知識分析和解決科研問題的能力，開拓思維，增強探索精神和創新意識。

將原來僅僅作為理論課程輔助部分的實驗課程，建設成層層深入的實驗課程體系，圍繞著重要的理論知識點，深入開展科學研究，不斷開拓創新，建立起實驗課程與科學研究之間相輔相成的協作關系，并貫穿于創新型人才培養的全過程。

4.2實驗教學體系構建

將實驗教學體系確定為以學生為主體，以能力培養為主線，分層次、多模塊、相互關聯的科學的層層深入式實驗教學體系。其中教學實驗層比例占40%左右，拓展實驗層占30%左右，創新實驗層占15%左右，科研實驗層占15%左右。每學年更新實驗項目數控制在實驗項目總數的5%左右。基礎性實驗引導學生注重實驗過程中蘊涵的基本理論和基本實驗現象，為綜合設計性實驗和研究創新性實驗奠定基礎。實驗內容體現不同層次的綜合，即課程內的綜合、課程之間的綜合、學科之間的綜合等[12]。實驗教學體系劃分結構如圖2所示。

1） 教學實驗層。教學層的實驗是主干課程中必修的實驗項目，主要是圍繞課程中重要理論知識點開設，實驗內容比較單一，其目的為驗證某一個理論或測試某一項性能參數等，滿足實驗教學大綱中規定的實驗內容，加深學生對基本理論、基礎知識和基本技能的理解，初步培養學生的動手能力和分析能力，激勵學生的學習興趣。

全體學生都必須完成教學實驗，涉及到的人數較多，由于受到實驗儀器設備臺套數、時間和場地的限制，教學實驗主要為驗證性或演示性實驗，以實驗中心老師講解為主，學生輔助完成。學生能夠掌握實驗操作的全過程，需要5～10人為一個小組共同完成。按照不同研究方向模塊劃分，該類實驗項目主要包括：木材缺陷的識別實驗、鋸鏈結構及切削原理實驗、修剪機械結構性能拆裝實驗、索道參數的測定等123項專業課實驗。學生完成實驗后，需提交實驗報告并經指導教師批閱合格方可通過，未完成實驗或實驗成績不合格者，不能取得該課程的學分。圖2實驗教學體系的構成

2） 拓展實驗層。拓展實驗主要是在課程必修實驗的基礎上設置的限選實驗，為深入和延伸理論研究而設置的，這些實驗相對教學實驗難度較大、較復雜，主要為設計性實驗。對于拓展實驗，采取實驗室開放的形式，學生可根據實驗室的安排和自己的時間提前預約實驗，自主選擇自己感興趣的項目，在掌握實驗儀器操作方法的基礎上獨立完成實驗。拓展實驗給學生提供更多獨立思考、獨立實驗、獨立解決問題的機會，培養學生進行理論研究和不斷探索的興趣，鼓勵學生要勇于創新，在實驗中不斷的發現問題和解決問題，提高自己的動手能力和分析能力，拓展知識范圍、增強就業競爭力。該層次的實驗項目主要包括：兩自由度機器人數控平臺系統的操作實驗、GPS測量系統的應用技術、物流園區規劃設計實驗、包裝機械結構認知實驗等87項，并且實驗項目的數量以每年5%的速度進行更新。

3） 創新實驗層。創新實驗是鼓勵學生在拓展實驗的基礎上，開拓思維，積極開展各等級的科技競賽和大學生創新項目實驗以及跟畢業論文相關的創新實驗，為學生自選實驗項目。創新實驗同樣需要學生自己預約時間，參與創新實驗的學生主要為一些成績比較優秀、具有探索和求知欲望的學生，他們能夠做到獨立查閱資料、設計實驗方案，提交指導教師和實驗中心老師審批后開展實驗。創新實驗可以給學生獨立思考的空間，培養學生創造性思維和創新能力、提高動手能力。該層次的實驗項目主要包括：智能森林作業車的研發、貯運環境對林產品保鮮的影響、便攜式木材無損檢測儀的開發等，每年開展數量近150余項，其中每年不同級別的大學生創新性實驗項目近40項，學生參加各級各類競賽開展的實驗項目近百余項。

4） 科研實驗層。科研實驗主要是結合教師的科研課題而開展的，對于有攻讀研究生計劃的本科生，提前開展指導教師課題的研究，或者本科生畢業論文為指導教師課題研究中的部分內容，或者研究生助研所開展的實驗。本科生和研究生共同參與，形成課題研究小組，在教師指導下，通過查閱大量資料，獨立設計和開發實驗方案，將學生們的開拓思維和創新精神應用于實驗中，輔助導師完成課題實驗。

4.3網絡實驗教學平臺構建

森林工程實驗教學示范中心于2013年申報國家級虛擬實驗室并獲得審批，目前示范中心已經具備獨立的教學網站，并且部分實驗項目可以實現虛擬實驗操作。

1）加大網上輔助教學力度。在現有網絡資源的基礎上，進一步充實網絡實驗教學資源，將所有實驗項目的實驗大綱、實驗指導書、實驗教學案例以及實驗設備使用指南等資料上網，便于學生咨詢、預習及設計實驗方案等；通過豐富的多媒體實驗教學素材充實網上虛擬實驗項目，學生可以不受時間、空間和實驗條件的限制，進行虛擬實驗操作和實驗學習，提高實驗操作水平；完善網上多媒體課件資源，包括實驗背景、儀器介紹、預習要點、實驗原理、實驗內容、分析思考等，便于學生自學和預習；進一步加強師生互動，教師可以和學生進行網上答疑和討論，提高學習效率，并且對于實驗中遇到的共性問題可以互相借鑒[13]。

2） 建設實驗室網絡管理平臺。實現網絡平臺的實驗教學管理，建設集實驗教學、實驗室設備管理、學生預約實驗和公共信息平臺等功能于一體的“實驗室綜合管理系統”。實現實驗室網上預約制，學生提前制定好實驗方案，并在實驗前3天預約實驗室，實驗中心的教師可以通過網上回復實驗室是否預約成功。實現網絡預約實驗、取消預約、查詢預約等操作。實驗教師通過網絡進行排課和發布教學信息，學生通過網絡選課并劃分實驗小組，可以隨時在網絡上查詢實驗課程的選課信息、開課情況、成績評定等信息。實驗設備管理人員通過網絡進行儀器注冊、調劑、報廢登記，記錄儀器維修和使用情況，對儀器設備報表統計。

由此形成了以學生為主體，以創新能力培養為主線，實驗課程分為四個層次、五個模塊和四種類型，并且以網絡實驗教學平臺作為輔助的教學研究型實驗教學體系。教學體系中四個層次層層遞進，實驗項目由基礎到綜合再到創新，五個模塊按照不同專業方向設置實驗項目，既相互獨立又可交叉組合形成系統完整的實驗課程體系[14]。改變原來實驗課程僅依附于專業課程、實驗項目單一單調，學生做實驗如同走過場、并沒有真正提高創新能力的現象。新的實驗教學體系下，學生可以由淺入深，由易到難，形成學生自主研究、開拓思維、本研協作的新環境，使學生們能夠從提出問題、探索方法、形成方案到解決問題全過程都利用實驗室來完成，從而提高學生的動手能力和創新能力。

5結論

實驗教學是培養創新型人才的重要途徑，隨著森林工程國家級實驗教學示范中心的發展，構建科學合理的教學研究型實驗教學體系已經迫在眉睫。由此，構建了以學生為主體，形成課程實驗小組、創新項目小組、畢業論文小組、課題項目小組等多種組合方式，并將實驗課程分為四個層次、五個模塊和四種類型，以網絡實驗教學平臺作為輔助的教學研究型實驗教學體系。這種層層遞進式的實驗教學體系能夠充分調動學生實驗的積極性及創造性，有利于提高學生的基本素質和創新能力。適應科技的發展和人才培養的要求，實現了實驗教學體系和管理模式的改革和完善，對中心發展具有重要的實踐價值，對進一步提高實驗教學的質量和水平具有重要的意義。

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Construction of teachingresearch teaching system of experimental

teaching demonstration center of forest engineering

LI Chen1，2，LI YaoXiang1，2*，XIAO Shengling1，2，CHEN Chunsheng1，2

（1. College of Engineering and Technology， Northeast Forestry University；

2. Key Laboratory of Forest Sustainable Management and Microbioengineering in Heilongjiang Province，

Northeast Forestry University，Harbin，Heilongjiang150040，China）

AbstractIn order to adapt to the development of colleges and disciplines，it is necessary to construct of teachingresearch experimental teaching course systems of experimental teaching demonstration center of forest engineering.It formed the relationships of mutual guidance and mutual aid among of experiment center teachers，professional teachers，graduates and undergraduates，and forming four research groups with the students as main body.Form basic experiments to expand experiments then to innovative experiments and research experiments，it was layers of progressive mode.According to the research direction of demonstration center to divide experimental project module，and the different types form demonstration and verification experiments to comprehensive innovative experiment，it established of teaching-research experimental teaching system with four levels，six modules and four types.Make full use of the network resources to improve experimental teaching effect，and realize online management through the network management platform.The new teachingresearch experimental teaching system further improved the teaching quality and level，it had important significance.

Key wordsexperimental teaching；teaching system；experimental teaching demonstration center