新工科背景下高校實驗教學改革與探索

劉 贊 朱鵬程 楊林初 鐘 偉 康 超

江蘇科技大學機械工程學院，江蘇 鎮江 212100

隨著高技術的不斷發展，國內外企業對高校人才培養的需求模式也在不斷發生著變化，對高校培養人才的舉措更提出新的要求。為此，教育部2017 年2 月及6 月相繼發布《教育部高等教育司關于開展新工科研究與實踐的通知》與《新工科研究與實踐項目指南》等相關政策措施，推動我國工程教育改革新理念、新結構、新模式、新質量及新體系的發展。這些政策的提出，為當下新技術、新經濟及新產業對綜合人才的需求建設指明了方向，更需要高校培養出更好、更全面的人才［1-4］。為此，各高校積極探索新工科背景下的學生培養，也提出了相應的舉措，主要集中在新工科背景下各類專業人才培養模式的探索與高校專業建設等方面［5-9］。然而，高校實驗教學也是人才培養的重要環節，對學生的素質教育與創新教育起到至關重要的作用。目前，我國眾多高校仍存在重理論教學，輕實驗教學的現象，已經不符合時代進步的發展方向，不符合企業對人才的需求，那么探索新工科建設背景下，高校實驗教學的改革措施已尤為重要。

為此，各高校也在積極探索實驗教學的新方法、新理念，然而，新工科背景下的實驗教學還處在探索階段，在實踐環節中仍存在諸多問題。基于此，本文主要討論高校實驗教學存在的問題，并結合人才培養的目標給出了實驗教學改革的措施。

一、高校實驗教學改革的緊迫性與必要性

高校實驗教學作為學生認知原理、實際探索與鍛煉的關鍵環節，是增強學生動手實踐能力的重要途徑，也是學生綜合能力的核心體現。然而，隨著社會的全面發展，企業對高校培養人才的綜合能力有了顯著的要求，傳統的呆板式教學已嚴重制約學生的發展，無法滿足時代發展的必要要求，這也導致對高校實驗教學的改革與探索具有緊迫性與必要性。

（一）時代發展的緊迫性與必要性

目前，我國高校的教育水平與思想理念變化節奏非?？欤绕湓谛鹿た票尘跋碌陌l展異常迅速，傳統落后的實驗教學手段、教學方法、教學理念已經完全不能滿足新時代學生的多元化需求及學科創新的發展，身處信息高度集成、融合的多樣時代，學生的需求不同，教授的知識也在推進發展。因此，借助新工科發展的背景，各高校積極開展實驗教學改革與探索是符合時代的發展需求，也是各高校必經的自我革新與辦學水平提升之路，是非常必要的與緊迫的。

（二）高校人才培養價值認可的緊迫性與必要性

眾所周知，科技是第一生產力，是推動并影響社會發展的重要因素，而人才是聯系知識與現實的紐帶，是實現科技轉化的關鍵，也是各大高校積極實現的目標，其中推動高校實驗教學改革與提升是達成這一目標的重要途徑之一。伴隨企業需求的不斷變化，通過積極探索實驗教學的改革之路，不僅可以有效提升教師隊伍的能力，探索出行之有效的教學模式、教學手段、教學方法，同時也可以有效提高學生的綜合素質，提高各高校人才在日趨激烈的市場環境中的競爭能力，獲得社會對高校人才培養價值的認可度，繼而提高了學校的知名度與影響力。因此，積極開展實驗教學改革是非常必要與緊迫的。

二、高校實驗教學存在的問題

（一）實驗教學案例單一

隨著高校人數的逐年遞增，高校教師考核的工作量也在逐年提高，實驗教學的任務量相比以前呈現線性增長態勢，這為實驗教學的老師帶來了前所未有的壓力，容易造成實驗教學的呆板與教學案例的單一化。以機械類液壓與氣動實驗為例，該實驗作為機械專業必不可少的教學內容，重點培養學生能夠運用課堂所學理解液壓泵、液壓閥的組成、結構特點和工作原理，使學生能夠正確設計壓力控制實驗回路，完成調壓、減壓、保壓和卸荷幾種壓力控制方式，以及能完成節流閥及調速閥進油節流調速、旁路節流調速、回油節流調速實驗。該實驗課程面向所有機械類專業開放，實驗教學任務相對繁重，實驗課程教學時間緊，導致實驗教學前期的案例講解較為單一，容易降低學生對該實驗教學的興趣，學生對液壓實驗的理解不夠深入，進而導致在實驗操作環節暴露較多問題，多表現為液壓元件的功能及作用認知不清、液壓工作原理的本質特性浮于表面、動手拆裝困難，多方面使得實驗教學結果不理想，距離人才培養的目標仍然存在一定的差距。

（二）多場景實驗教學手段缺乏

目前，全球學術交流及高校教學的開展嚴重受阻，這些外在的不利因素，對高校的實驗教學開展提出了更高的要求。然而，目前各高校的實驗教學仍多以現場教學為主，而實驗教學的時間經常被集中壓縮；學生疲憊于實驗的預習、報告撰寫，未能真正將時間花在對實驗的理解與分析上，所有的工作僅是為了完成這項實驗任務；同時，對于教學老師而言，繁重的教學任務堆積在一塊，往往造成老師持續高效的教學效果變差。此外，不可抗力的發展造成線下教學的停止，多為突發狀況；而前期許多教學老師未對實驗教學手段進行升級與探索，仍采用單調的實驗教學手段，導致在線下、線上等多場景下的實驗教學手段缺乏，不利于促進實驗教學資源的整合與發展，降低了實驗教學的培養目標，嚴重的有可能造成教學事故。

三、實驗教學改革措施

高校實驗教學改革是適應新工科發展的需求，只有做好學生教學的培養工作，保證實驗教學的教學質量，激發學生主動學習能力，才能培養出高質量的人才，具體可采用如圖1 所示改革措施。

圖1 高校實驗教學改革措施

（一）實驗教學新模式

為使高校人才掌握理論知識基本的應用原理與操作流程，適應新工科背景下的高校教育培養，解決現有實驗教學存在的問題，需要從專業課程實驗規劃的頂層設計進行有效制定，構建面向機械類專業實驗教學的新模式，促使教學效果最大化，具體可通過如下實驗教學新模式開展：1.范式線上展示：為促進學生對各實驗教學課程的認知，構建實驗室線上展示平臺，重點介紹各實驗平臺的應用，促進學生自主閱讀、查詢實驗相關知識的興趣；2.線上第二課堂構建：為激發學生的隨時學習主動性，實驗教師可構建線上課程實驗視頻講解，突出實驗重點，融入課程思政元素，使學生積極完成實驗教學的預習；3.虛擬教學構建：為促進實驗教學在多場景下的應用，開展必要的虛擬教學是非常必要的，可結合當下炙手可熱的數字孿生技術，使學生從虛擬環境中理解實驗理論的意義，發揮學生主導實驗的目的，激發學生的創新思維。

（二）實驗教學資源共享與實驗創新

實驗教學是學生實踐理論知識的重要環節，是進一步構建學生理論認知與興趣的關鍵，其在本科教育教學中具有舉足輕重的作用。然而，目前一般高校的實驗設備利用率或者績效不高，繼而導致資源的極大浪費，未能有效發揮軟硬件的作用。因此，高校需要不斷適應時代需求的發展，積極開發與開設緊跟需求的實驗課程，具體可通過以下方式執行：1.教學資源的共享：實驗教學往往面向的專業眾多，教學老師需要根據不同專業的特點，設計不同的教學側重點，做到有的放矢，而實現該教學效果的前提是需要教學資源共享，繼而促使教學老師在相應規章下充分借助相關實驗設施，最大化設計實驗課程；2.實驗創新：在教學資源共享的前提下，實驗老師可結合學生需求，積極開設多維度實驗課程，創新現有固化的實驗課程，充分調動學生的積極性，探索多元化的實訓課程、認知課程、開放課程等；3.教學—科研設備互通：高校中科研設備的利用率往往不是很高，尤其普通高等高校更是如此，造成極大的資源浪費。如果在條件允許的情況下，加強科研與本科/研究生教學的互通，直接或間接引導學生對更專業知識的了解與應用，將能激發學生學習的熱情。

（三）實驗教學模塊化

目前，各大高校針對實驗室建設及實驗教學做了大量的工作，也在積極探索提高實驗教學的方法與措施，但總的實驗教學方向朝著先進化、精準化、高效化的方向發展。為此，各高校機械類專業積極引進先進的實驗平臺并配合相應的實驗驅動平臺的有效利用，取得了一定實驗教學效果。然而，部分高校在實驗教學方面仍有所欠缺，主要在于實驗設備應用目標不明確，設備資源未有效利用，學生動手能力未有效激發。究其原因，主要在于實驗硬件的建設未與實驗教學相符，造成設備集成化程度較高，學生操作工序繁瑣，或者設備自身決定了不能實操，僅能作為實驗教學的演示，最終無法達到教學目標，學生體驗差。因此，高校實驗建設需要開展高精準的模塊化平臺建設，尤其對于多學科融合的實驗，需要以3 ～5 人為基準實行小范圍內的實驗教學，使平臺各模塊功能充分發揮，形成教—學—用的高質量執行。具體可通過以下途徑進行改革：1.實驗內容的模塊化分割；2.實驗設備的模塊化購置，或者實驗設備的模塊化改造利用；3.科研—教學設備的有效結合；4.實驗過程的模塊化操作與督導。

（四）需求驅動教師能力提升

教師作為學生培養工作的執行人與負責人，其教學水平的提升直接影響著學生能力的培養與教學質量的保證。同時，實驗教學更要注重理論教學在實際過程中的應用，更應結合企業的實際建議及學生實際需求對實驗教學進行設計。因此，高校亟須對實驗教學老師制定相應的能力培養政策，促進高校實驗教師在知識應用方面能力的提升，具體可通過如下措施：1.定期培訓：各教學部門可定期請相關合作實訓基地專家對實驗教學老師進行培訓；2.定期實操：各教學部門可結合合作單位，定期安排實驗教學老師進行實操學習，提升老師動手能力；3.教學比武：各教學部門定期舉辦實驗教學比武大賽，促進實驗教師教學方法/方式的交流學習；4.研修學習：各教學部門定期安排實驗教師研修學習參觀，引進先進的教學理念與方法。

四、結語

高校實驗教學是人才培養的重要環節，對新工科背景下高校能力的培養舉足輕重，需要以新的實驗教學模式為方法，打破實驗教學資源壁壘，實現實驗教學資源的共享，激發教師對實驗教學的創新，真正培養出理解知識、應用知識的可塑性人才，為高校高水平學生的培養提供保障。