基于應用型人才培養的綜合實驗教學模式探索

李秋鶴　王剛　孫琪

【摘 要】材料成型及控制工程專業現有的實驗教學不夠系統，無法滿足社會對應用型、創新型人才日益增多的需求，實驗教學改革勢在必行。綜合實驗教學改革設計了科學合理的課程體系，制定了定量全面的實驗考核方式和靈活的實驗管理模式。改進綜合實驗教學質量，還需要從教學方式、師資配備和硬件建設等方面實施保障。綜合教學實驗能夠提高學生學習的主動性和積極性，在培養應用型和創新型的高素質人才方面具有積極作用。

【關鍵詞】應用型人才；材料成型及控制工程；綜合實驗；教學改革

【Abstract】The existing experimental teaching of Material Processing and Control Engineering has not enough to meet the needs of the society for the applied and creative talents， the experimental teaching reform is imperative.In the comprehensive experimental teaching reform，a scientific and reasonable curriculum system was designed，Quantitative and comprehensive experiment examination way and flexible experimental management mode was designed. To improving comprehensive experimental teaching quality，some guarantee measures on the teaching method，staff arrangement and hardware construction have been put forward.Comprehensive experimental teaching is very important in improving the students quality roundly and have positive effect on training applied and creative talents.

【Key words】Applied talents； Material Processing and Controlling Engineering； Comprehensive experiment； Teaching reform

隨著我國經濟發展進入新常態，國家在“十三五”規劃中提出了創新驅動發展戰略?！爸袊圃?025”、“互聯網+”、一帶一路”等發展戰略的提出，必將使得社會對應用型、創新型、復合型人才的需求日益增多，這對高校人才培養提出了新的要求和挑戰。實驗教學對提高教學質量、培養高素質應用型創新人才具有重要作用。營口理工學院作為遼寧首批10所轉型試點院校之一，主動適應地方經濟轉型發展、產業升級要求和市場需求，結合應用型人才培養目標對各專業實驗課程體系進行改進。建立一個涵蓋多學科、多方向、學生自主實踐的專業理論知識和實際操作技能相結合的“理實一體化”專業綜合實驗體系已成為實驗教學改革的重要方向。材料成型及控制工程專業是一門集材料制備、機械與自動控制為一體的多學科交叉的綜合性學科，對學生的實際操作能力和動手能力有很高的要求，綜合實驗教學勢在必行。

1 綜合實驗教學的現狀

根據中國科教評價網提供的有關數據，自1998年教育部開設材料成型及控制工程專業以來，全國目前共有211所大學本科院校設置了此專業，其中絕大多數高校的材料成型及控制工程專業沿著研究型大學的“厚基礎、寬口徑”人才培養模式發展。根據普通高等學校本科專業信息平臺有關查詢結果，遼寧省共有19所高校開設了此專業，研究方向集中在軋鋼、鑄造、模具、焊接等方向，除東北大學、大連理工大學等重點院校綜合實力較強外，其它院校該專業發展時間較短、綜合實力水平稍顯薄弱，存在著學科專業趨同、教育內容相似、人才培養同質等問題。從企業用人需求來看，由于高校過于根據學科知識體系和自身發展訴求設置專業、構建人才培養模式，畢業生的素質與社會用人單位需求不匹配[1]。為此，國內各個高校積極改革和探索應用型人才培養模式，嘗試從整體的人才培養目標、整個教學內容與課程體系的層面上來考慮改革實驗教學[2-6]，建立多種材料專業實驗教學的新體系和教學新模式，研發了一批新內容、新成果、新技術、新方法及現代實驗技術與手段[7]。例如，東北大學構建了專業基本技能訓練、專業實踐等實驗教學環節，并充分利用校內實驗條件建設了材料研究全流程的校內實踐基地，探索出一種校內外相結合的實踐教學模式[8]。作為一所新建地方本科院校大學，營口理工學院于2015年新申請設立材料成型及控制工程專業，確立了培養應用型高素質工程技術人才的目標。與這一目標要求相比，目前仍存在一些亟待解決的問題：

1.1 實驗教學課程體系尚不完備

多數專業實驗依附專業課程設置，各個實驗之間連貫性較差，學生沒有綜合應用所學理論知識與實驗技能的平臺。實驗類型多是驗證演示型，內容多是教學大綱中預先設定好的項目，多是由教師將實驗原理、目的、操作方法及注意事項等進行詳細地講解或示范，學生按部就班的記錄和驗證實驗結果[9]，不能激發學生的實驗興趣和求知欲。實驗教學管理評價不規范，重結果、輕過程，往往簡單的以實驗報告成績評價學生實驗能力，缺少Matlab、Origin、AUTOCAD等相關軟件的學習應用，缺少行業標準等內容，不利于培養學生的創新思維和分析解決問題的能力，學生無法通過系統訓練獲得全面專業知識和實驗操作技能，制約了工程應用能力的培養。

1.2 實驗教師隊伍建設亟待加強

近年來，高校實驗教師隊伍結構明顯改善，但仍落后于教師隊伍的建設，隊伍結構和業務水平需要進一步提升。以營口理工學院為例，我校35周歲以下專業教師和實驗指導教師比例達到50%以上，碩士研究生以上學歷教學人員占80%以上。雖然擁有較高學歷，也經過經過教學能力培訓、卓越工程師培訓、輔助老教師教學等專業教學技能培訓和實踐，但青年教師相對來說仍缺乏深厚的理論研究和生產實踐經驗，指導學生開展實驗的教學技能還有待進一步提高。

1.3 實驗教學設備開放程度不夠

目前，營口理工學院材料成型及控制工程專業已擁有軋鋼生產仿真實訓系統、軋鋼生產仿真實訓系統操作臺、剪板機、熱軋機、加熱爐、化鉛爐、高溫電阻爐、臺式磨樣機、金相顯微鏡及分析系統、金相顯微鏡等先進的教學設備。由于實驗設備價格不菲且數量較少，實驗室儀器設備更多的是用于完成基本的教學任務和教師完成科研任務，整體對外開放程度不夠。本科生除了能操作部分實驗課程涉及的相關儀器設備外，幾乎沒有機會接觸其它的實驗儀器，設備閑置率較高，無法有效發揮它們輔助教學的功能。

2 綜合教學實驗改革方案

為了滿足營口地區以冶金、裝備制造、鎂質材料等產業對應用型人才的需求，學院參考借鑒國內外高校實驗教學改革的先進成果，以目前正在進行的應用型人才培養計劃修訂為契機，以“結構、性能、成形和使用狀況”等四個材料專業研究要素為切入點，在整合材料科學基礎、固態成型、液態成型、材料成型工藝、現代測試技術等專業課程原有的輔助性、驗證性教學實驗的基礎上，整合相關度較大的課程群的實驗，獨立開設了具有自身特色的32課時綜合實驗課程。

2.1 實驗內容一體化

作為培養應用型、技術技能型人才的高等院校，該課程設計突出實踐性、技術性和高等性，強調材料屬性、模具設計及成型工藝之間的緊密聯系，是集冶煉、鑄造、軋制、顯微組織觀察、材料性能測試等實驗模塊在內的“五位一體”綜合性實驗課程，涵蓋了多門理論課知識和多項實驗技能，架起了材料學、材料加工、機械制造等學科間的橋梁。該課程堅持從簡單到復雜、從單點到多點的指導思想，設計了若干個綜合實驗項目，見表1。在注重實踐教育的同時，重視專業基礎理論知識及相關通用知識的綜合學習與應用，不斷拓展專業教育口徑，有利于提高學生的綜合素養。同時，每年根據行業發展和企業需求適時調整課程內容，及時更新新技術知識，并結合當前趨勢加強信息化教育。

2.2 實驗過程生產化

設計實驗課程時，實驗項目來源于校企合作企業的生產實踐案例或教師在研的科研課題，使實驗內容更加貼近實際，做到理論與實踐相結合。每一實驗項目都是以某一材料成分設計—加工制備工藝—組織和性能檢測為主線進行，學生可以根據自己的興趣愛好選擇專業綜合實驗模塊，在設計實驗步驟、選擇所需實驗器材、收集實驗數據、歸納并總結規律的整個過程中充分發揮自身的主動性。這種實驗模式強調協同配合，與企業實際生產中上下工序配合有異曲同工之處。完成該實驗內容既需要多學科知識的綜合運用，也需要多種技能的綜合使用；既需要獨立思考實驗方案與方法，又需要團隊配合完成全流程實驗，增強團隊意識，有利于培養學生分析問題、解決問題和創新思維的能力。

2.3 考核方式多維化

作為一門綜合實踐性的課程，該課程改變了以往報告式定性評價方式，創新設計了包含實驗方案答辯、綜合答辯、實驗報告、過程表現等四個維度的定量評價方式，每個評價內容實行百分制考核，按照2：3：3：2的比例綜合計算學生實驗總成績，實現對學生綜合表現的科學評價。這一方法注重對學習過程的考查和能力的評價，重點考察學生在各實驗階段表現及對實驗技能的掌握情況，旨在引導學生摒棄盲目應付、害怕失敗的心理，提高應用專業基礎理論知識解決實際問題的能力。考核方式多維化有利于推動學生提高學習自主性，引導學生注重學習過程，促進學生實踐能力和綜合素質提高。

2.4 實驗模式靈活化

該課程設置在學生學習完材料專業的基礎理論課程并進行基礎性實驗之后。由于學生需連續獨立完成從原料配比到產品制成的整個過程，在常規教學過程中很難合理安排，因此將實驗集中在第7學期中3-4周時間內完成。此外，改變實驗室管理模式和開放時間，學生可充分自主安排時間到實驗室預約工作。這樣的科學安排，不但有利于學生更好的完成各項實驗內容，更有利于學生對材料專業知識的融合回顧和綜合應用，為學生開展畢業設計奠定基礎。

3 綜合實驗改革主要保障措施

3.1 持續改進教學模式，不斷提高實驗質量。

為保證實驗有序開展，該課程按照圖1所示步驟予以實施，劃分時間節點，定期跟蹤檢查，使整個實驗過程緊湊有序，有利于開展實驗指導和評價。同時，組織教師團隊圍繞實驗項目編寫指導書，側重講清實驗目標、重點及安全注意事項，力求引導學生自主設計、創新、分析和思考。由于綜合實驗內容工作量較大，學生實驗采取自主選擇、分組配合、一人一題的方式進行，即每名同學根據個人興趣及需求選擇一項綜合實驗項目，教師根據學生選擇情況進行合理分組，每3-4人組成一個小組，由一個小組的同學各自完成其中一部分實驗內容，然后集中對實驗數據進行匯總和分析，得出最終實驗結論。這樣的安排能夠同組學生密切合作、共同分析，制訂實驗方案，解決具體問題，最終均能完成實驗目標。這樣的安排在其它院校相關實驗課中取得了良好的效果[8]。

3.2 利用現代教育工具，改進教學方法和效果

科學合理的運用信息化教育技術能夠有效促進高校教學改革[10]。利用多媒體手段，與鞍鋼、營口五礦等企業合作，錄制現場生產工藝及過程，使學生直觀感受和認識生產實踐。引進金屬材料軋制的計算機模擬與演示軟件，既可結合材料成型工藝等基本理論課程，觀看成型設備基本結構及動作的演示動畫后就如何提高材料成型效率展開討論，又可通過實物觀摩和模型演示加深學生對設備結構的直觀認識。通過采用啟發式與互動式并重的教學方式，鼓勵學生自我提出、設計并完成實驗，使課堂理論教學與工程實際有機結合，提高了學生的創新實踐能力。同時，與機械、電氣等專業合作研發基于計算機技術、網絡技術的模擬仿真實驗模式，嘗試從教學團隊、內容體系和應用平臺三個方面建設電子化實驗教育培訓體系，豐富培養應用型人才的手段。這種方法有助于引起學生對學習內容的思考，培養觀察、發現問題的能力。

3.3 組建優秀教學團隊，提高教師隊伍素養

一支技術過硬、思想穩定、勇于創新的實驗教學人員隊伍是應用型人才教育落到實處的有力保障。學校組成了以相關方向的教授、副教授、博士、碩士等不同層次的教師和實驗管理人員為骨干的教學團隊，開展實驗項目內容、實驗教材、實驗實施方案以及實驗指導等一系列工作。學科骨干教師主要負責教學改革與項目內容、方案的制定，指導和培養青年教師；實驗指導教師和實驗管理人員主要負責實驗課程的落實。同時，學校成立學科建設專業指導委員會，聘請營口地區材料類生產企業管理人員和技術專家指導專業學科建設。學校重視“雙師雙能型”教師隊伍建設[11]，鼓勵教師在提高自身教學能力的同時，積極參加工程類職稱考試。每年選派任職教師到定點實習單位開展專題實習與學習，了解企業與行業發展新動態，提高教師綜合素養和專業指導水平[12]。同時，邀請企業優秀專業技術人員和管理者到學校開展專題講座和專業教育，使學生不出校門就能了解企業要求。

3.4 系統整合實驗資源，全面開放實驗設施

學院非常重視實驗室建設，將其作為學生開展自主實踐的主要平臺，在管理體制及經費投入上給予充分保障。近兩年，學院購置的設備儀器和教學軟件等已基本滿足教學要求。由于實驗教學、實驗室建設涉及面廣，學院成立了實驗室建設管理的綜合主管部門。為充分挖掘實驗中心資源的利用效能，學院組織教師根據儀器設備的臺套數情況、實驗場地大小情況，分析確定每個實驗模塊所能接納的學生人數，協調不同實驗模塊間儀器設備及實驗場地的交叉使用時間段，采取一系列措施保證實驗中心在專業綜合實驗階段的全面開放。同時，注重教學與科研的關系，既利用教學尋找有價值的科學問題，為科研提供有利素材，也能夠將科研成果引入課堂教學、實踐教學中，開展創新型教學實踐，在教學中夯實自身理論基礎和創新能力的同時，加深學生對學習專業理論知識的認識[13]。

4 結束語

基于應用型人才培養的材料成型及控制工程專業綜合實驗教學改革，使學生由“被動”變為“主動”，學習主動性和積極性得到極大調動；使教師由“傳教”變為“指導”，能夠有效引導學生在實踐中掌握專業知識。綜合實驗教學改革的組織與建設滿足了轉型為應用型大學的現實需求，完善了現有的實驗課程體系，在培養創新意識強、實踐能力強的應用型和創新型高素質人才方面具有一定現實意義。綜合實驗教學改革是一項系統工程，目前所得到的各項成果總體來說還是初步嘗試，我們還將在今后的改革實踐過程中不斷修正和完善，真正實現實驗教學改革的總體目標。

【參考文獻】

[1]王旭輝.我國高等教育若干典型供求關系研究[J].中國高教研究.2016（1）：21-29.

[2]楊明波.基于材料科學和材料加工有機結合的新型實驗課程體系[J].實驗室研究與探索，2008，27（10）：106-110.

[3]吳麗娟，趙宏音，楊鑌.多層次實驗教學模式的構建與研究[J].沈陽師范大學學報（自然科學版），2008，26（4）：509-512.

[4]吳文秀，楊雄，徐小兵.材料成型及控制工程專業創新實驗探討[J].長江大學學報（自然科學版），2009，6（3）：302-304.

[5]王永東，李柏茹，趙霞，黨振乾.應用型本科材料科學基礎實驗教學改革[J].中國冶金教育，2014（2）：47-48.

[6]史泰岡，高丹.實施卓越工程師培養計劃提高學生實踐創新能力[J].實驗室研究與探索，2012，31（10）：316-318.

[7]孫桂芳，朱世敏，汪應玲，韓秀梅，齊西偉.材料專業實驗教學改革的探索[J].教學研究，2013，36（3）：98-100.

[8]蔣敏，田妮，沙玉輝，趙剛，劉常升.材料科學與工程專業實驗教學改革[J].中國冶金教育，2010（1）：63-65.

[9]江民紅，陳國華，唐艷平，陳旭，劉心宇.材料物理性能實驗的教學現狀分析與教改思路[J].桂林電子科技大學學報，2008，28（2）： 143-145.

[10]白璐. 以信息化教育技術推進高校教學改革[J].產業與科技論壇，2014，13（11）：127-128.

[11]李堯，余五新，左志江.應用型高?！?+1”人才培養模式的實踐探索[J].教育與職業，2010，（26）：24-25.

[12]王曉南，候紀新，章順虎.金屬材料工程專業教學改革[J].中國冶金教育，2014，（4）：13-15.

[13]馬立新.新建本科院校青年教師科研能力提高的途徑[J].職業時空，2011，7（2）：66-67.

[責任編輯：楊玉潔]