科研項目驅動下實踐“四結合”實驗教學新體系

毋妙麗

摘? 要：結合交通工程專業認證對畢業生各項能力培養目標的要求和“交通強國”的高層次專業人才對學生綜合素質的要求，重點實驗室對原有的教學體制進行了補充和完善，提出了“四結合”的實驗教學新體系。為保障新體系的落實，實驗室基于科研項目驅動下的實驗以各種形式應用在教學中，大大拓展了常規實驗內容的深度和廣度，提高了學生的學習積極性和創造性。文章以基于科研實驗開展的不同環境下駕駛行為影響實驗為例，實踐和完善了四個結合的精髓。探索表明新體系對學生的人文素養、科研能力和工程實踐能力培養起到有積極的作用。

關鍵詞：項目驅動;科教融合;開放實驗;創新能力

中圖分類號：G642? ? ? ? ?文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2096-000X（2019）23-0055-03

Abstract： Adapting for the transportation engineering accreditation and "strong transportation power" strategy which purpose required the higher abilities of graduates than before， so we must to reform and the experiment system to following the requirements. According? the old experiment teaching structure， the four- combination is the new system which developed and consummated the experiment teaching system. In order to ensure the implementation of the new system， the laboratory-based experiments driven by scientific research projects are applied in various forms in teaching， which greatly expands the depth and breadth of conventional experimental content， and improves the students' enthusiasm and creativity. The article takes the experiment of driving behavior in different environments based on scientific research experiments as an example， and practices and perfects the essence of the four combinations. The exploration shows that the new system plays a positive role in the cultivation of students' humanities， scientific research ability and engineering practice ability.

Keywords： project driving; science and education integration; opening experiment; innovation ability

一、概述

交通工程專業認證的目標中提出培養可持續發展的專業精英與社會棟梁人才隊伍，要求本科畢業需具有較強的動手能力和解決實際工程問題的能力，同時還須有國際視野解決獨立一定的工程實踐能力和較強的綜合能力;在十九大的報告中對“交通強國”的建設，對高校的交通工程專業人才的培養提出更高的要求。道路與交通工程教育部重點實驗室作為交通工程專業培養學生實踐能力和創新精神的重要教學基地，為適應時代的發展需求，需要對原有實驗教學體系和方法進行調整和完善。以立德樹人根本，從“以本為本”的教學責任出發，對原有的實驗教學大綱和方案進行調整，將學生綜合素質的提升分為八個分支四個方面，結合實驗室的現有資源和師資力量提出了“四結合”的實驗新體系。新體系將充分利用本專業學科地位高、在同行業科研項目多技術裝備優等特點，以科研項目驅動實驗教學，加強該類實驗在本科生教學中應用，加大開放實驗教學的力度，訓練學生的分析問題、解決問題的能力。開放實驗使學生有更多的機會與教師溝通，在實驗過程中不忘增加學生的思想教育，科研老師的鉆研精神和言傳身教對學生的科學素養和人格的影響是課堂教學無法比擬的。本文以不同能見度駕駛行為影響實驗為例，以科研實驗為載體，探討新體系的各個環節對實驗的指導，不同的實驗類型對各環節也是一個驗證。本案例模式對新體系每個環節均得到了體現，也展現了新體系對實驗教學和開放實驗指導作用。科研驅動下實驗教學探索模式，對學科實施“六卓越一拔尖”計劃和專業發展提供了重要的人才培養支撐。

二、實驗教學體系的探索及內容

（一）“四結合”實驗教學理念

重點實驗室在改革教學理念時充分考慮了專業認證對畢業生能力的要求，緊跟時代的發展步伐，從實驗教學的內涵和外延等方面進行探索。實驗室充分利用專業優勢如“211工程”、“985工程”重點建設學科、首批國家重點一級學科、上海市高峰學科和“世界一流”重點建設學科，“交通強國”戰略面臨著超級復雜的交通建設、運行、管理、控制和運維難題，需大批具有優秀實驗實踐能力的創新型人才。面對時代的需求，實驗室在不斷總結和完善原有的實驗理念的基礎上，我們提出了“四結合”的實驗教學體系，概括起來為“人格與能力結合、共性與個性結合、傳承與創新結合、理論與實踐結合”。新體系結合KAP人才培養模式的知識、能力、人格三位一體和諧發展的人才培養模式[1]，我們通過深入挖掘實驗室資源和分析人才培養的目標需求，結合專業特點提煉了實驗教學新體系。“四結合”教學體系將四個結合從八個方面進行闡述，他們之間相互獨立又相輔相成，其內容與相互關系如圖1，全面詮釋了人才培養的新要求和綜合能力的新高度。新體系采取了全方位、多角度、多渠道的方式，更好地體現十九大精神的“三全育人”的教學方針[2]。

（二）新體系內涵對實驗教學的指導

在“四結合”的理念中，人格和能力的結合，要求學生在學會做事前先學會做人。在京劇界有傳統，學藝前師傅說的第一句話就是“做戲先做人”[3]，這句話對各行業均適用。重點實驗室人才培養目標是未來的專業領軍人物，做人和做事是相輔的，一個完善的人格對每個人一生都受益，也能在專業領域能力的發揮錦上添花，故將能力和人格作為專業學習的第一要素，也是對重點實驗室的專業文化的繼承和傳播;個性和共性的結合體現在根據學生個體差異和個性化需求，每個學生的個體之間存在差異，學生根據自己的能力和興趣愛好可進行個性化的選擇。實驗室考慮個性化的需求，提供不同的實驗資源，一方面要滿足所有學生的普遍受益，同時為學有余力的同學根據個體需求，因材施教滿足學生的好奇心;交通工程專業作為一個傳統專業，在傳統知識積累的同時，需要不斷掌握新型技術在本專業的應用，培養學生敏銳的洞察力，使其不斷完善成為一個綜合能力較強具有傳承和繼承力的專業人才;理論和實踐的結合是培養學生能力的重要手段，也是本科階段學習的基本要求。以上的四個結合，只在課堂上的理論學習是遠遠達不到的，必須引導學生進入實驗室，結合科研項目和科研平臺為學生提供更大的創新舞臺。四方面的結合應用在實驗教學中，將加大傳統實驗項目的深度和廣度，在教學相長的推動下形成一個閉環的、開放式實驗教學模式[4]，為培養學生的全面發展提供有效的保障。

三、基于項目驅動的實例對新體系的實踐

道路與交通工程重點實驗室科研項目的驅動下實驗教學將理論課程和實驗教學進行深度融合，補充了原有實驗內容的不足，為學生跨學科實驗設計提供可能。《道路安全與管理》課程的實驗，是在實驗室國際一流儀器的支撐下對近幾年的科研項目的總結和分解的基礎上以多種形式開放的實驗項目，通過幾屆學生實踐對學生各種能力均得以鍛煉，凸現了“四結合”新體系對實驗教學的指導的顯著效果，以下也從四結合的各方面進行解釋。

（一）整理科研實驗項目，分解個性和共性化的實驗項目

傳統實驗類型有驗證實驗、設計及綜合類實驗，原則上由教師制定實驗方案，學生按部就班的完成規定內容即可，對學生的學習積極性影響很有限。在科研項目的驅動下指導教師分解出個性化和共性實驗項目，將不同環境下的駕駛行為實驗應用在《道路安全與環境》課程中，改變以前純理論的教學，使學生能直觀感受到不同駕駛環境下的駕駛行為。通過設置共性實驗，如霧霾天不同能見度的駕駛環境、不同雨量的駕駛環境影響，使所有學生熟悉先進設備的運行原理。在科研項目研究建立的不同能見度的實驗場景數據庫供學生選擇實驗，使學生掌握理論知識在實際工程中的應用;同時，根據學生的個體需求，用于學生課外創新的開放實驗，指導教師會分解一部分科研實驗，如不同駕駛環境下的駕駛員的心理生理分析實驗，吸引學生主動參與科研實驗，通過調研咨詢、查詢相關資料，激發學習興趣，指導學生獨立完成實驗，并撰寫實驗報告，鼓勵學生積極參加交通科技大賽。每年都有多個組參加大賽，并取得了一定的成績。

（二）科教融合，鞏固基礎

本科實驗教學的目的是讓學生掌握實驗手段、驗證理論知識，并能利用知識開展理論思維，驗證和解決理論知識的過程[6]。基于科研項目實驗教學，完成基本的實驗目的，同時學生可較早接觸工程和高端專業設備，鞏固基礎知識并開拓新的技能。

為加強學生對《道路安全與環境》課程的感性認識，任課教師和實驗指導教師圍繞課程目標對學生工程能力的要求，將成熟的科研實驗應用到本科教學中;如道路安全性評價規范的理解，結合科研實驗已搭建的路側安全設施，學生通過模擬實驗實驗，可以感知路側安全設施的不同位置、大小、顏色、明亮度對駕駛行為的影響。大大改善了以前只是在課堂上給學生看圖片或實地考察的不足，而且，通過軟件的調整，可以改變影響因素的位置、大小、明亮度等，這些無法在實際中進行的實驗，在科研平臺和科研項目的驅動下，使學生有了直觀的感受，也加強了學生的嚴謹的科學態度，即每一個設施的設計都是經過一個嚴密的實驗得出來。通過實驗，學生鞏固了專業知識，也可參加個性化的實驗將已所學的相關課程知識前后貫通，避免了學完一門課程就忘記的弊端。

（三）基于項目驅動實現學科交叉和一專多能的訓練

學科間知識體系的交叉融合是科技創新的重要途徑，已經成為科學發展的必然趨勢[7]，在知識爆炸的時代，尤其是信息技術對傳統的交通專業的支撐發展的必然趨勢。實驗室在八自由度的駕駛模擬平臺進行的科研項目，是集交通、電子技術、機械、數據分析統計等知識為一體。為把這個開放探索型的實驗項目做到一定深度，學生需自學查找各個方面的知識，如結合眼動儀測試不同能見度駕駛員的生心理反應，需掌握眼動儀的原理和心理知識和腦電波測試信號的提取及分析方法。基于科研項目驅動下的開放實驗，學生與指導教師定期的討論和匯報，鍛煉了學生的文字組織和口頭表達能力;實驗的每一步需要學生自己操作儀器，并能初步判斷出儀器故障的原因，鍛煉了學生的動手能力;海量數據的提取及大數據分析處理能力，鍛煉了學生解決問題和處理問題的能力;以小組為單位的協同創新實驗，訓練學生團隊精神。由此可見，科研驅動對多學科交叉知識面得到拓展，各種能力都會有一個質的飛躍。

（四）培養科研精神，提高人格素養

一個成功的科研實驗都會經歷多次失敗的實驗和探索。基于科研驅動的開放實驗區別于課內的驗證或設計實驗，無固定的實驗方案。一般以多人組隊，每個學生有分工，這樣可激發各自的積極性，也逐步挖掘出各成員的潛力。一個得到認可的實驗方案，都是大家的智慧結晶，不僅從老師身上學習知識，更重要大家之間互相學習。嚴謹的態度，碰到困難的解決問題的手段和方案，對學生的人格素養培養比純說教效果要明顯得多。如在道路安全與環境課程不同能見度影響實驗中，從道路環境的設置、海量的記錄數據中心選擇對比數據，不同的學生有不同的角度，年輕人的集思廣益也給科研項目注入了關注點。在科研驅動下實驗過程中不斷發現問題、解決問題，攻克每一個困難的鍥而不舍的精神對學生進行的都是一堂生動的思想教育課程，永不放棄的科研精神對學生今后的工作和繼續深造都會有深遠的影響。

四、基于項目驅動的實驗教學成效

教學是立業之本，科研是立說之道，在科研項目驅動下，將案例實驗、問題實驗和探究式以課內實驗和開放實驗的方式應用在學生培養方案中，“四結合”的實驗教學新體系指導下逐步形成現象-問題-理論-驗證-思考的階梯遞升、又相互緊扣的實驗教學新方法。通過科研項目的工程現象，引導學生發現問題，并結合已掌握的理論對現象和問題進行分析，使學習向“問題發掘”與“自主創新”延伸;為解決工程問題，促使學生通過不斷向新領域探索，豐富了已有的理論和專業內涵，加強了知識的深度和廣度，領略專業知識在實際中應用及解決問題的自豪感，使畢業生有一個完善的人格素養，更好地為交通專業的發展和“交通強國”的戰略服務。在“四結合”新體系的指引下，科研驅動的實驗教學探索和實踐對學生的各種能力培養效果很明顯，后續進一步加強該模式在其他教學中的應用。

參考文獻：

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[7]樸瑩，唐建斌，劉祥瑞，等.學科交叉型實驗室的運行與管理[J].實驗室研究與探索，2019（1）：262-264.