自制儀器設備在創新型卓越人才培養體系中的應用模式

周偉+朱金波+閔凡飛+劉令云+蔡川川+沈亮

摘要：本課題針對當前“卓越人才計劃”實踐教學體系的特點和現狀，引出自制儀器設備運用于創新型卓越人才培養。通過構建合理的實驗教學課程體系，將實驗教學和課堂教學有機結合，實現自制儀器運用于實驗教學，改革了傳統實驗教學的形式。通過自制的“任意周期隔膜式跳汰機”運用于實踐教學的案例分析，探討了自制儀器的選取方式、參與實踐教學的模式和考核評價方法。實踐證明，構建自制儀器設備在實踐教學體系中的應用模式并付諸實踐，有利于學生從科學知識型向科學知識應用技能型的轉化。

關鍵詞：自制儀器；創新型卓越人才；實踐教學

中圖分類號：G484 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）51-0264-02

“卓越工程師人才教育培養計劃”簡稱“卓越人才計劃”，目前已經實施三批，在全國208所高校開展，覆蓋30個省市。“卓越人才計劃”的目標是：培養一批創新能力強，適應國民經濟發展的各類型卓越工程師，為建設創新型國家奠定堅實的人力資源優勢。安徽理工大學的礦物加工工程專業是以煤炭洗選加工為特色的專業，2013年入選了“國家卓越工程師人才教育培養計劃”試點專業，在本科生2013級和2014級成立“卓越人才計劃”班，加強實踐教學，學生在校期間累計實踐教學達到36周，學生的創新能力和實踐能力具有跨越式提高。作者參與多年的卓越人才培養計劃，思考和探討了自制儀器設備在卓越人才培養體系中的應用模式。

一、“卓越人才計劃”實踐教學體系的特點與現狀分析

以安徽理工大學礦物加工工程專業為例，其“卓越人才計劃”實踐教學平臺有三大模塊：課程實踐模塊（200學時）、專業實踐模塊（780學時）和素質拓展模塊（80學時）。其中課程實踐模塊包括課內實驗教學（40學時）、課程設計（160學時）；專業實踐模塊包括認識實習（40學時）、生產實習（80學時）、畢業實習（60學時）、企業實踐（240學時）、單獨實驗課程（80學時）和畢業設計（280學時）；素質拓展模塊包括社會實踐、參加各類學科競賽等。由上述可知，在現有的實踐教學體系中，實驗教學總計為120學時，占實踐教學總學時的11.32%，尚未完全發揮校內實驗室資源在“卓越人才計劃”中的作用。安徽理工大學礦物加工工程專業本科教學所涉及的實驗主要分為三部分：基礎實驗、專業基礎實驗和專業實驗。由于專業性強，專業面窄，實驗儀器完全依靠市場行為是不能完全滿足本專業學生的實驗要求的，所以本專業的實驗專職教師和指導教師通過自制儀器設備的方式創建了多個實驗平臺，制作大量實驗設備用于本專業學生實驗教學。

二、自制儀器運用于實踐教學的方式和途徑

自制儀器運用于實踐教學是以學生為中心，充分發揮大學生的主觀能動性，將專業理論知識與實踐相結合，多學科交叉，旨在提高大學生的創新實踐能力和專業興趣。

1.構建合理的實驗教學課程體系。合理的實驗教學課程體系包括基礎訓練實驗、綜合實驗和設計性實驗，在合理的實驗課程體系中，綜合實驗和設計性實驗應占到50%學時以上，另外由于綜合設計性實驗一般需要團隊通過理論知識學習、提出問題、設計實驗方案、分析實驗數據、解決問題等步驟，在此過程中可能經歷實驗失敗和反復實驗，所以傳統的實驗教學方法已不能適應要求。安徽理工大學礦物加工工程專業采取的方法是：對于一般的學生指定指導教師，要求學生根據實驗室現有的儀器設備完成綜合設計性實驗；對于參加“卓越計劃”或“大學生創新訓練計劃”項目的學生，項目的指導教師擔任其綜合設計性實驗的指導教師，學生在一個項目周期內，完成該時間段內的設計性實驗并且至少完成一件自制儀器的制作，作為項目結題的必要條件。自本辦法實施以來，學生的創新實踐能力和個性特點得到盡情發揮。

2.實驗教學和課堂教學的結合。實驗教學和課堂教學應緊密結合，互相支撐，且在授課過程中應具有連貫性。傳統的教學模式里，課堂教學一般由講師以及教授承擔，而實驗教學由實驗室教師指導完成，安徽理工大學礦物加工工程專業采取“主講教師負責制”，實驗時間和項目均由主講教師負責，實驗室教師負責實驗器材以及樣品的準備，主講教師和實驗室教師共同參與學生的實驗過程指導，采用此種方法的優點是主講教師利用課堂教學讓學生充分了解實驗儀器的結構、實驗儀器與工業設備的差異、設備的工作原理、實驗目的、實驗數據的處理方法、實驗結果運用于實際案例等，同時可以確保課堂教學與實驗教學在內容上和時間上的和諧統一。

3.改革實驗教學的形式，引入自制儀器實驗教學。在常規實驗教學的基礎上，引入自制儀器實驗教學，并將其納入實驗成績考核范圍。利用“卓越計劃”和“大學生創新訓練計劃”項目經費的支持，鼓勵學生參與自制儀器設備的設計與研究，通過查找參考文獻、方案設計、方案實施與論證，體會科學研究的全過程，讓學生的思維能力、動手能力及解決復雜工程問題的能力得到鍛煉，激發了學習熱情，加深了對專業知識的理解和專業認同感，實現學生從科學知識型向科學知識應用技能型的轉化。

三、自制儀器在實踐教學體系中的普適性應用模式

作者在2015～2016年度擔任一組由5人組成的“卓越計劃”創新團隊指導教師，他們借助實驗室現有的儀器設備，通過理論學習、獨立思考、提出問題、設計方案、實施方案的步驟，順利完成“任意周期隔膜式跳汰機”的設計與制作。作者以自制的“任意周期隔膜式跳汰機”在礦物加工專業實踐教學體系中的應用為研究對象，探討了自制儀器運用于實踐教學的普遍規律。

1.自制教學儀器的選取方式和方法。自制教學儀器的設計和制造往往需要耗費大量的人力、物力和財力，不是所有的儀器設備都適合自制，一般對于在市場上很難購買、具有特定專業學科背景的儀器設備，選擇自制或針對現有陳舊的實驗儀器進行創新性改造，在此過程中需要建立自制儀器設備設計制作的審核和評估機制，該機制既要保護學生的創作熱情，又要避免無效投入及浪費，確保學生和指導教師建立長久有效的溝通機制，在學生遇到困難時給學生“出謀劃策”，學生從中發現探索問題的興趣以及享受解決問題帶來的成就感，從而樹立良好的專業思想。

2.自制教學儀器運用于實踐教學的方法。自制教學儀器往往涉及到多學科、多課程的知識，可以運用到不同課程的實踐教學環節，但通常每門課的實踐指導教師不同，往往阻礙了自制教學儀器在實踐教學體系中發揮最大作用，所以要從上至下，在實踐教學課程體系的確立初期予以考慮，建立實踐教學團隊。

3.自制儀器運用于實驗教學的考核評價方法。傳統的實驗評價方法是根據平時成績和實驗報告綜合評判的，而自制儀器實驗是開放式設計性實驗，是個動態的持續過程，其評價應是多方面的綜合，主導思想是“重在研究過程，輔以研究成果”，其評價來源于學生本人、指導教師和專家，評價體系由選題評價（20%）、過程評價（50%）和成果評價（30%）三部分組成，其中選題評價包括實施方案（10%）、創新意識（5%）和預期成果（5%）；過程評價包括文獻查閱（5%）、方案實施（30%）、能力水平（5%）、團隊合作（5%）和過程記錄（5%）；成果評價包括儀器實物（10%）、論文或專利（10%）和研究報告（10%）。

四、結語

綜上所述，建立自制儀器設備在學生實踐教學體系中的應用模式并付諸實踐，是以學生為中心、以合理的實踐課程體系和健全的知識體系為前提，以教學、研究和實踐相結合的理念為指導，給大學生創建優質實驗、實踐教育環境，可以充分發揮學生的創新能力，激發學生的學習興趣和熱情，達到知識拓展和學以致用的目的，可以有效提高“卓越人才”培養質量。

參考文獻：

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[2]曾明星，蔡國民，姚小云.翻轉課堂課前交互式教學模式研究[J].現代教育技術，2015，25（3）：57-62.

Abstract：In this project，according to the characteristics and current situation of the practical teaching system of "excellent talent plan"，self-made instruments and equipment are applied to cultivate innovative talents.By constructing a reasonable experiment teaching system，practical teaching and classroom teaching are combined，and the application of self-made instrument in experimental teaching can reform traditional experimental teaching method.By analyzing the application of"self-made arbitrary periodic diaphragm jig"in experimental teaching，this paper discusses the selection of self-made instrument，the participating mode of practical teaching and the method of examination and evaluation.It has proved that the application and the practice of self-made instrument and equipment in the practical teaching system benefit students to transform scientific knowledge into practical knowledge.

Key words：Self-made instrument；innovative and excellent talents；practical teaching