“工程驅動”型“四位一體”式實驗教學體系的研究

趙海龍 江楠 姜春雷 王黎黎 付光杰

摘要：實驗教學在整個科學教育中占有重要的地位，如何卓有成效地開展實驗教學一直是廣大實驗教師研究和探索的問題。在實驗教學中大力開展綜合設計性實驗教學是必然趨勢。文章在分析了國內外大學實驗教學的情況，結合多年實驗教學實踐，探討了如何構建“工程驅動”型“四位一體”式實驗教學體系的問題。

Abstract： Experimental teaching plays an important role in science education. How to carry out the experimental teaching fruitfully is the problem of the majority of the teachers to study and explore. To carry out comprehensive design experiment teaching vigorously in experiment teaching is an inevitable trend. Based on the analysis of the domestic and foreign university experiment teaching situation， combined with the practice of experimental teaching for many years， this paper discusses the problems how to construct the "project driven" pattern of "four in one" type of experimental teaching system.

關鍵詞：實驗教學體系；工程驅動；四位一體

Key words： the experimental teaching system；project driven；four in one

中圖分類號：G640.2 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2016）09-0208-03

0 引言

實驗教學是高校培養大學生在技術方面應用能力的最主要手段，在全面提升學生綜合素質方面的作用逐漸得到社會認可。最近幾年，高校中的宏觀實驗教學理論研究正逐步向微觀實驗教學理論過渡，在日常教學中作用越來越重要，并且正逐步向深度挖掘實驗教學的功能和作用階段轉變。

由于我國高等教育歷來重理論、輕實驗，在實驗教學方面仍存在不少問題，教學內容還不完善，特別是在構建實驗教學體系的過程中，企業參與度不高，使得在實驗教學體系成形的過程中，與發達國家相比，教學計劃和教學內容與社會實際需求存在某種程度的脫節，不利于實驗教學工程化，也不利于實驗教學產學合作紐帶作用的發揮等諸多問題，要形成一套完整、專業的實驗教學評估體系還需要付出更多努力。

根據目前國內外相關教學研究經驗得知：工程教育模式“做中學”的實踐方法確實可行，并且對于優化工科教育教學體系十分有利。我們借鑒世界先進國家高等工程教育的成功經驗，以實際工程為背景，以工程技術為主線，即在工程驅動下著力提高學生的工程意識、工程素質和工程實踐能力，以培養大量各類型工程師。

1 實驗教學體系的構建思路

基于技能型人才教育目標和培養要求，結合專業特點，以培養技術應用能力為主體的實驗教學目標體系，將專業理論、技能培訓和素質教育有機整合，使三者相輔相成，構建起一套高效完整的人才教育體系，實現工程化人才培養的目的。具體思路如下：

1.1 將能力和素質培養貫徹始終，為實驗教學目標服務

東北石油大學電氣信息工程學院是始終以培養專業理論扎實同時具有較高實踐技能的目標作為建立實驗教學體系前提和目標，通過實驗教學，使學生運用專業理論去指導實踐操作，并且在實驗研究過程中逐步領悟一套新思路、新方法。這樣既可以鍛煉其邏輯思維能力，又有助于其養成大膽質疑、勇敢探索的科學精神；既培養了學生科學研究的能力，又提高了學生的人文素質。要把知識與技能、過程與方法同時貫穿到實驗內容體系之中，通過能力訓練提升專業素質，而不僅僅是單向的、“填鴨式”的知識灌輸。

1.2 要選擇或設計內容新穎、難易適度的實驗

內容新穎、難易適度的綜合設計性實驗對學生來說是可以通過實踐去掌握的一種新事物。實驗研究有助于充分調動學生的主觀能動性，從而使學生在積極參與探究活動的過程中，促進這種實驗的教育功能充分實現。為了獲得內容新穎、難易適度的綜合設計性實驗，需要把實驗研究階段涉及的理論知識點反饋給學生，有目的地剔除一部分生澀難懂或太容易的實驗內容，增加一部分能夠激發學生的興趣并且能夠引導其逐步縱深探索的知識點。如此反復，最后得到合乎要求的實驗方案。

1.3 要把科學研究與實驗教學有機結合起來

綜合設計性實驗是促進師生互動的最佳實踐路徑。在實驗過程中，教師可以把與科研課題相關的行業動態和先進技術融入實驗理論，如介紹國內外對該實驗課題的研究進展，明確研究方向以及實驗研究的意義，分析目前國內外常用的研究方法、技術方案及其作用和局限性，使學生根據自己的思路自由選擇。教師要在適當的階段鼓勵學生敢于質疑權威、打破現狀，引導其開拓思維。學生不一定按照教師指明的方向去親自實踐，也可以根據自己的思路另辟蹊徑，提出創造性的意見或建議。在好奇心驅使下，一些思維活躍、大膽創新的學生還能基于現狀提出許多意想不到的新課題。

2 實驗教學體系的創建

東北石油大學石油工程專業和過程裝備與控制工程專業已進入國家級卓越工程計劃，電氣工程及自動化和自動化專業已申請了國家級卓越工程項目。而上述專業的本科學生均在我實驗中心上課。為此結合上述專業的培養要求構建新型電工電子實驗教學體系是目前我中心的亟待解決的問題。在“卓越計劃”的背景和工程化教育理念的指導下，以圖1所示的工程教育化實踐創新研究為目標構建實驗教學體系。

“工程驅動”型“四位一體”式實驗教學體系將各個實驗教學環節進行合理配置，按基本技能、專業技能和技術應用能力三個層次，由淺入深、循序漸進安排實驗教學的內容，其中每個層次都必須體現以工程化應用能力培養為中心的原則。

2.1 技能系統

技能系統強調技能的開發，以工程化培養為目標，強化技能型人才培養的針對性和有效性。我們把技能分為基本技能、專業技能、綜合技能三大模塊。針對不同模塊確定構成核心的基本要素，落腳點在教學內容的選擇和具體課程的設置，進一步強化工程化應用人才的培養。電工電子實驗教學體系主要由三大技能系統、實現系統和支撐系統構成。

基本技能：是指具備專業技能訓練、綜合技能訓練和從事專業工作所必需的基礎性技能，如計算機基礎、電工、電子元器件測試與焊接、模電、數電、單片機應用、電子電路設計等，一般以5-8個為宜。基本技能訓練階段著重訓練學生的基本操作技能，如讓學生能按照實驗教學的要求完成規定內容，掌握實驗的基本技能和方法，及基本的工藝操作技能與工藝要求，它涉及到的專業課知識較少，具有很強的操作性，具體如圖2所示。

專業技能：是指具備專業經驗技術和動作技能，是完成專業培養目標所必須的技能，如電氣工程專業的供配電系統操作、變電所設計、電機拖動系統技術應用、電機維修、電機制造工藝等，一般以5個為宜。專業技能訓練階段與專業理論知識緊密結合，著重培養學生掌握職業崗位群常用的技術，要求學生在實驗環境中能運用一項或幾項技術解決實際問題，具有一定的應用性，具體如圖3所示。

技術應用或綜合技能訓練：是指具備綜合經驗技術和動作技能以及理論技術和創新技能，與某幾個專業相互聯系，是以培養學生技術應用能力和創新為目的、訓練學生應用基本技能、專業技能解決實際問題的綜合訓練。如電氣工程專業以電工技術綜合應用、電子技術綜合應用、科技創新制作、畢業設計等，一般以3-5個為宜。技術應用或綜合技能訓練階段通過實踐或模擬研究對象，給學生設定一個真實的情境，使其按照既定的思路、規劃，結合專業理論知識，就某一課題去大膽的開拓研究，在探索過程中不斷解決實際問題，以此形成開拓研究的能力。具體實施內容詳見圖4。

2.2 實現系統

“工程驅動”型“四位一體”式實驗教學系統在現有驗證性實驗的基礎上重點開設綜合設計性。結合各類競賽（包括電子競賽、創新杯大賽和TRIZ杯創新設計大賽等）大力投入科技制作類實驗項目的建設，提高學生的科研能力、動手能力，達到工程化培養目標。

2.3 支撐系統

“工程驅動”型“四位一體”式實驗教學體系的支撐系統從硬件和軟件兩個方面來保障，根據“場地整合、設備共享、內容創新、人力優化、管理高效”的原則，建設確保人才培養質量的支撐條件。按照專業大類，大力推進開放實驗室的建設，突出真實工程環境營造，建設實驗平臺與實習實訓基地，承載全校18個工科專業的500個實驗及實訓項目。軟件支撐上著重建設教師隊伍、規范制度、資金使用和質量監控制度等。

3 總結

本實驗中心在應用新的教學體系后，學生參加科技創新的積極性得到了較大的提高。每年約30人參加“大學生創新性實驗計劃”項目、“大學生創新創業訓練計劃”項目、大學生電子競賽、東北石油大學挑戰杯、美新杯大賽等。學生發表論文20于篇、近2年學生電子競賽獲獎13項，其中全國電子競賽二等獎1項，國家大學生創新計劃優秀獎2項、美新杯大賽三等獎1項、校內創新杯獲獎26項、獲得使用新型專利8項。取得的創新性成果充分說明“工程驅動”型“四位一體”式實驗教學體系是實際可行并行之有效的。

同時，本教學體系在實施時，要努力擺正面的兩個誤區：一是實驗教學體系的開發與實踐會擠占學生的學習時間，會降低其理論課程分數；二是真正實施實驗教學體系時阻力巨大，學生不會配合。而實際上，學生往往是實踐該教學體系的過程中參與度最高的群體。

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