面向新工科的能動類專業開放型綜合實驗改革

文 / 王國強 ，李俊 ，石萬元 ，周永利 ，楊晨

（1.重慶大學能源與動力工程學院，重慶 400030；2.低品位能源利用技術及系統教育部重點實驗室，重慶400030）

大眾創業、萬眾創新已成為現代化國家新征程的時代要求，以新技術、新產業、新業態和新模式為特征的新經濟，需要大量具有創新意識和創新能力的新工科人才。因此，高等教育越來越需要向提高創新能力和實踐能力的教育模式轉變。實驗教學是高等教育實踐創新能力培養的重要手段，是強化學生實踐能力和創新精神的重要實踐教學環節。我國高等工程教育越來越重視實踐性和綜合性，正在從注重基礎理論和專業知識傳授的教育模式向提高工程實踐能力的新型教育模式轉變。實驗教學作為實踐教學的重要組成部分，將越來越得到重視和強化，但目前能動類專業的實驗教學仍存在很多問題。

1.目前實驗教學存在的主要問題

（1）實驗項目單一，缺乏綜合性、研究性。能源與動力工程大類專業現有的專業實驗課大部分屬于課夾實驗，實驗項目大多停留在驗證階段，專業基礎課程實驗與后續的應用性和技術性的專業課程實驗完全隔離，沒有形成系統的實驗框架和體系。

（2）實驗內容孤立，缺乏交叉性。實驗教學課程大多是按照理論課程設置的，僅僅是理論教學的輔助部分。各門課程按照自身的需要開設實驗，沒有獨立的實驗教學大綱。

（3）教學模式枯燥，缺乏吸引力。大部分學生課前預習流于形式，只在教師講解前草草瀏覽實驗指導書，對實驗原理和實驗步驟一知半解，上實驗課時只能是被牽著鼻子走。

2.開放型綜合實驗構建思想

（1）建設以分布式能源系統為主線，具有層次性的實驗項目，注重培養能源動力類的專門人才，在傳授基本知識和技能的同時，提高學生的綜合素質。

（2）建設全新的實驗體系與實驗教學內容，加強教師科研向教學實驗轉化的特色實驗項目建設，有機融合理論教學和工程實踐，為實驗教學提供強有力的支撐。

（3）建設特色鮮明的以新能源利用和節能減排為主題的能動類專業系列實驗課程，特別注重培養學生的主動實踐能力和創新意識。

3.開放型綜合實驗構建

3.1 實驗項目構建

分布式能源系統實驗獨立設課，實驗項目難易程度不同，包含三個層次的教學實驗，學生可結合自身的情況選擇適合自己的層次。

（1）綜合型實驗。學生修完《傳熱學》《工程流體力學》等專業基礎課后，在掌握基本理論的基礎上，通過綜合型實驗把理論知識融會貫通。可供學生選擇的綜合型實驗項目如表1所示。

表1 綜合型實驗項目

（2）自主設計型實驗。學生選擇自主設計型實驗項目后，需要根據實驗任務的要求，在實驗課之前自行查閱參考文獻等資料，然后設計實驗方案，最后實施實驗方案并分析實驗結果。可供學生選擇的自主設計型實驗項目如表2所示。

表2 自主設計型實驗項目

（3）實踐創新型實驗。教師應將在研的科研課題轉化到實驗教學上，形成實踐創新型實驗，著重強調學生創新能力和實踐能力的培養。可供學生選擇的實踐創新型實驗項目如表3所示。

表3 實踐創新型實驗項目

3.2 小班制構建

學校開發網上預約選課系統，全天候開放預約。學生選課時，選擇實驗項目和上課時間。3個學生形成一個小組，3個小組形成一個小班制教學班，這樣做的好處是，保證每個學生都能自己動手做實驗。

3.3 翻轉課堂構建

翻轉課堂實施可以概括為三個環節。

（1）課前環節。教師在課前將實驗指導書、實驗教案、PPT課件等電子版本資料通過網絡平臺（如BBS、QQ群）分享給學生。

（2）課堂環節。教師詢問小組實驗方案，并引導實驗小組間互動提問和互相糾錯，由教師進行歸納，引導學生總結出優化后的最佳方案。教師對每個小組的實驗操作進行巡查指導，避免因學生錯誤操作危及人身和設備安全。實驗課堂時間主要用在師生互動、學生實驗操作以及小組討論上。

（3）課后環節。教師分析學生的興趣愛好和掌握知識的程度，在此基礎上優化和完善教案。然后，教師批改以小組為單位的實驗報告，著重評價學生實驗方案的有效性和創新性。

4.應用效果

學校采用問卷調查形式考查開放型綜合實驗平臺的應用效果，主要調查實驗項目、小班教學、翻轉課堂三個方面。

（1）實驗項目。21%的受訪者認為目前的實驗項目綜合性一般，有待提高；少數4%的受訪者認為綜合性很強；僅有1%的極少數受訪問者認為綜合性很差。這便說明，目前實驗平臺提供的實驗項目得到了多數學生的認可。

（2）小班教學。76%的受訪者認為小班教學在促進學生動手能力方面起了很大作用，提高了學生的主動性；14%的受訪者認為作用較大；8%的受訪者認為作用一般；另有2%的受訪者認為基本沒用，不想做實驗的學生還是能“渾水摸魚”。

（3）翻轉課堂。64%的受訪者表示喜歡，也有22%的受訪者表示一般。但因為需要自己設計方案，所以有9%的受訪者認為較難，有5%的受訪者認為很難。可以看出，翻轉課堂有助于激發學生的學習興趣。

5.結語

實驗平臺提供了層次型、開放型綜合實驗項目，采用了基于小班制的翻轉課堂教學模式。實驗項目開放性強、綜合性好，能鼓勵學生積極使用新方法，調動起學生的積極性和主觀能動性。以學生為中心的翻轉課堂，充滿了師生互動和團隊協作交流，有效避免了學生“照葫蘆畫瓢”以及機械重復教師講解的實驗步驟，有效激發了學生的學習興趣和探索欲望。