新工科視域下電類專業實驗教學體系改革的研究

王曉惠 李娟 謝文丹 劉潔

（商丘工學院，河南 商丘 476000）

引言

新工科建設是從新一輪全球科技變革和產業技術發展的需求分析，在卓越計劃基礎上，提出的一項持續深化工程教育改革的重大行動計劃。工科在我國高等教育中占有極其重要的位置，工科專業占全國高校專業總量的1/3。然而我國工程教育存在大而不強的問題，高等工程人才的培養質量尚待提高。教育部在2017年提出了“新工科”概念，旨在培養和造就一批又一批專業融合、創新力強、未來能夠引領行業技術與經濟社會發展的高質量新型工程技術人才。對高校來說，設立新興工科專業，如人工智能、智能制造、機器人、云計算等，鼓勵產教深層次融合協同育人，對傳統工科專業升級改造為傳統工科專業發展開辟新途徑。依據人才培養目標的定位，我國工程人才應具備實踐能力和創新思維，其中實驗教學的改革尤為重要。針對電類專業和學生學習情況，構建有利于工程技術型人才實驗教學體系，以學生為中心，以培養工程能力和創新能力為結果導向，培養符合市場需求、與企業無縫銜接的電類專業畢業生。

一、電類實驗課程教學現狀

以商丘工學院為例，在實驗課程教學及學生做實驗過程中仍然存在一些問題。第一，課程驗證性、演示性實驗仍占較大比例，設計性、綜合性實驗偏少甚至沒有。學生參照實驗指導書或教師演示做實驗，機械的連線搭建電路、記錄數據，學生容易投機取巧，課后寫實驗報告時，對數據缺思考、分析和處理，甚至不確定記錄的數據是不是對的。第二，教師實驗課教學方法傳統，一般是實驗室板書或多媒體先講解涉及到的理論知識，然后給學生演示，之后讓學生跟著步驟做，學生被動地接受知識，缺乏主動學習和創新。第三，實驗考核方式不能真實反映學生實踐真實水平，更無法激勵學生培養創新能力。傳統的考核方式期末卷面成績為主，給學生的印象是考前前兩天復習到位，多背背記憶就能考出不錯的成績，使得學生不太重視實踐能力的提高，而那些平常實踐動手能力不錯的學生總評成績卻不高。這樣的考核方式導致學生在學習中缺乏積極性、主動性和創造性，難以達到理想的考核評價效果，更不能滿足應用型人才培養的目標。為緊跟新工科建設的步伐，電類專業實驗課程體系的改革已刻不容緩。

二、實驗教學體系改革思路

結合我校電類專業實驗教學情況和新工科建設發展需求，以高等工程教育理念為指導，強化實踐培養，實驗教學體系改革思路如下。

（一）更新適應“新工科”的實驗教學內容與教學方法。結合工程實踐，更新實驗教學內容，減少演示性、驗證性實驗比例，增加綜合性、設計性、創新性實驗占比，以工程情境為驅動，開展基于工程項目的探究式教學、基于工程案例的討論式教學、基于工程設計訓練的參與式學習，以成果為導向，著力培養學生工程實踐能力與創新意識。

（二）完善實驗室運行機制，以學生為中心。開放電類實驗室，引進更高檔次實驗儀器設備，根據新工科實驗教學需要建設電類專業實驗教學體系，將真實實驗與虛擬仿真相結合，技能興趣小組與開放實驗室結合，進一步提高學生的實踐興趣與動手能力；激勵學生崇尚實踐創新，對學生設計性、創新性實驗的作品進行集中展示；通過大學生創新性比賽、學科競賽訓練等，有效提高實驗室的開放率和利用率。

（三）深化校企深度融合的協同育人機制。與商丘美格電子科技有限公司、河南西科電子有限公司、武漢創維特信息技術有限公司等14 家多家企業建立了穩定的校企合作關系，保證實驗教學的正常進行。聘請多位位企業導師參與指導學生實踐實訓、畢業設計等。此外，人才培養方案的論證、修訂與完善充分聽取校外專家、企業、用人單位意見，邀請校企聯合培養人才的企業專家進行把關。

（四）“四位一體”實踐培養模式構建。在學校電類實驗中心的基礎上，學校建設了一批如西科、美格等校外實踐基地、電工、單片機等課程組建技能興趣小組，技能小組普及到每位學生并貫穿專業教育全過程，數字電子技術、單片機開設開放性實驗，形成了課程實驗、開放性實驗、技能小組、校外實踐基地相結合的“四位一體”實踐培養模式。

三、電類實驗教學改革

傳統的電類基礎實驗教學一般是教師按照實驗涉及到的理論知識進行講解和演示實驗，之后學生參照實驗指導書或按照教師規定的步驟進行操作、接線、記錄數據或現象等。這一實驗教學方式，實驗過程易于掌控。演示驗證性實驗能促進學生對相關理論知識的理解，但缺點是只重視學生外顯行為，不太關注學生實踐訓練的內在規律，實驗過程強調統一性，不利于學生綜合能力的培養與創新意識的訓練，課程與實驗之間、實驗與實驗之間容易割裂，不利于后續綜合性、設計性實驗的開展，學生缺乏主動性。針對“新工科”建設要求，以綜合能力培養為目標，在開放實驗室建設的基礎上，進行了以下教學改革。

（一）構建層次化遞進式實驗教學體系

心理干預前后患者焦慮、抑郁、SCL-90得分干預組與對照組有顯著差異。本研究綜合運用各種干預措施，對患者實施心理護理。有研究表明[4，5]，支持性心理護理對改善患者情緒是有效的。陳晶等研究表明[6，7]，合理運用心理治療手段，如行為療法、暗示療法、音樂療法對患者情緒的改善是有效的。

針對“新工科”建設要求，以培養學生多學科交叉融合的應用能力、工程能力、創新能力、發現、分析與解決問題能力為導向，構建電類專業層次化遞進式實驗教學體系。該體系包括三個層次，由淺及深，由易到難，第一層次是電類基礎實驗，主要包括演示性、驗證性實驗；第二層次是電類與信息融合的專業實驗，主要包括操作性、綜合性實驗；第三層次主要包括設計性實驗和創新性實驗。

（二）教學模式改革

1.改變傳統的講授式授課方式，注重探索實踐課程線上線下混合式教學方式。實踐課程與理論課程不同，當然也不能完全采用線上的教學方式，如MOOC 或SPOC 等。以CDIO 工程教育理念為指導，采用項目式教學，培養學生工程實踐能力。采用啟發式實驗教學，變過去考核實驗結果為考核實驗過程，讓學生主動參與實驗過程的設計。豐富教學資源與教學手段，不斷引進信息新技術，采用新的教學資源和教學手段，豐富實驗教學內容。

2.線上線下結合，多平臺結合。充分利用信息技術資源，比如學習通，可發布課前預習，課堂練習以及課后測試。督促學生提前預習，提高實驗教學效率和質量。教師的操作演示視頻也可在平臺上供學生課后學習，幫助學生更靈活的預習和復習，加強對相關實驗的掌握。教師還可以利用QQ 群、微信群等交流平臺，及時解決學生在實驗過程中的疑惑。

3.課上課下相結合、真實與虛擬仿真相結合的電類基礎課程實驗，有一定安全要求的實驗內容實驗成本高，通過虛擬仿真增強感性認知。

4.開展多元化實驗教學，實驗前布置實驗思考，實驗中討論驗證實驗方案，實驗后總結實驗結果，實施多元化實驗教學新模式。

（三）專業實驗教學改革

第二、第三層次專業實驗結合電類專業課程內容進行科學規劃和設計，由教授、專業骨干教師和實驗人員對實驗內容、實驗設備等開展討論，確定綜合性、設計性、創新性實驗。

1.專業課程實驗教學強調培養學生發現、分析、解決問題的工程能力，將解決復雜工程問題意識的培養貫穿于所有專業課程實驗。專業課程實驗由學生自主完成實驗方案、技術路線、元器件選擇、設計制作與調試等。

2.加大專業教師科研成果向實驗教學的轉化率，可結合教師的科研項目開展創新性實驗。形成創新性實驗內容。

3.面向本專業領域發展熱點，開設專業綜合實驗。以電信專業2019 級為例，其傳感器核心課程在開課初期，讓學生結合所學知識進度開展智能臺燈綜合設計，在課程學習階段完成基本原理、方案選擇、電路設計、焊接調試等全過程。

4.利用開放實驗室，鼓勵學生結合所學專業、根據社會工業需求自選課題，進行實驗設計開發，使實驗內容不局限于教學大綱內的實驗內容。

5.鼓勵學生參加“創新杯”、全國電子設計大賽、水中機器人大賽等學科競賽，結合競賽訓練開展專業創新性實驗。學科競賽對大學生的實踐能力與創新意識培養具有不可替代的作用。

（四）多元化、全過程實驗考核機制改革

目前我校實驗成績主要以實驗報告為主，結構單一，不能體現學生的創新能力和綜合水平。改革后的考評機制應不同類型的實驗做出相應調整。第一層次，演示驗證性實驗較簡單，重點考查學生課堂實驗操作和撰寫的實驗報告。第二層次，專業實驗教師可根據學習通平臺學生回答問題情況作為學生的考評依據。第三層次，設計型、綜合型實驗考核內容包括:課前設計、自主創新能力、作品驗收、答辯和實驗報告。課前設計主要是對原理和方案的選擇等；自主創新能力是學生對學習資源的利用和自主學習能力，作品功能和電路設計的創新性；作品驗收采用演示答辯的形式，演示中需體現出測試過程、仿真結果和數據處理等；實驗報告要規范，體現學生對文檔的編輯和工具的使用能力。多方位的考核形成多元化、全過程的考評機制，在整個過程中也逐步培養起學生的綜合實踐能力和創新能力。

四、結語

以新工科建設為契機，我校面向“新工科”建設，提出了電類專業實驗教學體系建設新思路，以學生為中心，形成基礎實驗、專業實驗、綜合設計性實驗層次化遞進式實驗教學體系改革，構建多元化、全過程考核機制，為提高電類專業學生的綜合能力與創新意識助力。