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[摘要]實驗教學是培養(yǎng)學生實驗素養(yǎng)和創(chuàng)新意識的重要環(huán)節(jié),實驗教學模式設計的合理性影響教學的效果?;谛?a href="http://wda8f421.cn/lunwen/shiyanjiaoxuelunwen/161319.html" target="_blank">工科的理念,針對東莞理工學院能源動力類專業(yè)實驗教學的現狀,重新梳理實驗教學內容,打破課程界限重構了實驗教學模式。通過利用資源完成實驗教學模式的建設,實現多層次實驗環(huán)節(jié)協同,進一步培養(yǎng)學生的興趣和創(chuàng)造力。
[關鍵詞]能源動力;實驗教學;新工科;創(chuàng)新意識
1引言
高等教育的目標是培養(yǎng)有獨立工作能力的專業(yè)人才,但新一輪科技革命與我國發(fā)展方式轉變、發(fā)展動能轉換交匯,內外環(huán)境的變化對高等教育發(fā)展帶來新挑戰(zhàn)[1]。教育部于2017年啟動了新工科建設,對人才培養(yǎng)提出了更高的要求。新工科建設是以立德樹人為引領,以應對變化、塑造未來為建設理念,以繼承與創(chuàng)新、交叉與融合、協調與共享為主要途徑,培養(yǎng)未來多元化、創(chuàng)新型卓越工程人才[2-3]。新工科建設是現階段實驗教學的起點和目標,有利于提高學生的實踐思考能力、培養(yǎng)學生的實驗素養(yǎng)和創(chuàng)新能力。對于熱流科學,實驗仍是獲取新知識的主要途徑,科研也離不開實驗研究。此外,實驗教學對于提升畢業(yè)生的就業(yè)競爭力的作用日益突出,這也是能源市場對人才培養(yǎng)改革的需求。可見,實驗教學對于能源動力類專業(yè)的人才培養(yǎng)具有十分重要的意義。我?!皠恿こ碳肮こ虩嵛锢怼币患墝W科獲批為廣東省優(yōu)勢重點學科,學科的實驗教學強調“提高實踐能力、培養(yǎng)實驗素養(yǎng)和創(chuàng)新意識”的人才培養(yǎng)理念,要求強化學科和專業(yè)的優(yōu)勢特色,實現實驗教學內容與節(jié)能行業(yè)緊密結合,助推區(qū)域經濟社會發(fā)展。因此,為辦出具有地域特色的能源專業(yè),滿足地方工業(yè)技術發(fā)展的需要,能源動力類專業(yè)教學隊伍進行了一系列的探索。針對我校能源動力類專業(yè)實驗教學的現狀,將探索實驗教學的內在規(guī)律和要求,從實驗教學課程方面著手,改善實驗教學環(huán)節(jié),以期充分調動學生的積極性,探索如何優(yōu)化能源動力類專業(yè)實驗模式,增加學科前沿類、創(chuàng)新類教學內容以適應新型工科人才培養(yǎng)。
2實驗教學的現狀及存在的問題
按照2018級能源專業(yè)人才培養(yǎng)方案的要求,學科基礎課和專業(yè)課的實驗環(huán)節(jié)全部包含在課程內,實驗學時數被包含在各門課程的總學時數中。其中,能源專業(yè)包含有實驗環(huán)節(jié)的學科基礎課程共4門,包括《工程熱力學》、《工程流體力學》、《傳熱傳質學》、《測試技術》;含實驗環(huán)節(jié)的專業(yè)課程有12門,包括《壓縮機技術》、《燃燒學》、《制冷原理與裝置》、《熱工過程自動調節(jié)》、《鍋爐原理》、《空氣調節(jié)》、《樓宇自動化》、《內燃機原理》、《分布式能源系統概論》、《汽輪機原理》、《發(fā)電廠集控運行》和《可再生能源技術》。這些課程的實驗部分4-10學時不等,每門課程設置2-4個實驗項目。經過近六年的實踐,這種實驗設置模式存在的問題逐漸呈現。
2.1缺少完整的實驗安全教育環(huán)節(jié)
目前,實驗室安全工作大多停留在宏觀管理層面,師生參與度較低[4]。較少能源動力類專業(yè)專門開設獨立的實驗室安全教育課程,一般在實驗項目開始前期進行簡單的培訓,學生對實驗室安全的認識不足,這將導致學生在實驗中麻痹大意,使實驗室安全隱患累積、產生和導致實驗室安全責任事故。
2.2實驗分組人數多,影響學生積極性
根據“新工科”人才培養(yǎng)要求,實驗教學在學生實踐能力、創(chuàng)新能力培養(yǎng)方面應該發(fā)揮更大的作用,但是學生在實驗過程中積極性不足。一方面原因是儀器人均臺數不足,能源專業(yè)不斷擴招,雖實驗儀器的數量每年均有增加,但相對于學生人數仍顯不足。另一方面,實驗項目歸屬于相應的課程,所以在相應時間內只能進行一門課程的實驗項目,最多也只能同時開展4個實驗項目。這兩方面導致了實驗每組人數近5人,造成了學生在完成實驗過程中相互依賴的心理,表現為實驗前不預習,實驗中被動、實驗目的不明確,實驗后抄襲實驗報告等。另外,也造成了儀器設備的使用時間分配不合理,造成資源的浪費。
2.3實驗項目傳統,缺乏對學生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)
原有實驗教學從屬于某一門課程,教學內容缺少交叉融合、協同育人;另一方面,多數實驗項目在定制的儀器設備完成,這類儀器設備由教學設備廠生產,實驗步驟均已規(guī)定好,主要采用教師演示、學生模仿的教學模式,學生只需要根據規(guī)定的實驗步驟完成實驗,難以發(fā)揮學生的主觀能動性。陳家星等[5]也認為這種方式缺少對實驗操作的具體考核,不利于激發(fā)學生的思考、討論與合作。目前,多數實驗項目的設置是根據市場上已有設備進行考慮,少數實驗項目是基于自行搭建的平臺。與其它高校相比較,我校的能源專業(yè)實驗教學環(huán)節(jié)中學生被動接受多,自主學習和動手環(huán)節(jié)少;實驗項目缺乏探索性與創(chuàng)新性,不利于學生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。
3學科基礎課和專業(yè)課實驗獨立設課的改革方案
通過訪談發(fā)現,省內的能源動力類高等院校的實驗教學也存在類似問題。針對這一問題,根據課程知識內容的承啟關系和教學規(guī)律,在保證原培養(yǎng)方案科學性的基礎上,充分考慮我校能源實驗條件,提出了整合零散設置在課程中的實驗內容,合并開設系列實驗課程的解決方案。根據現有專業(yè)人才培養(yǎng)方案,將能源專業(yè)在第三學期開出的《工程流體力學》和《工程熱力學》課程所含的實驗項目,加上實驗室安全教育環(huán)節(jié),獨立設置成《熱工基礎綜合實驗(一)》,該實驗課共16個學時,1個學分。將第六學期開出的《測試技術》課程調至第四學期,與第四學期開出的《傳熱傳質學》和所含的實驗項目獨立設置成《熱工基礎綜合實驗(二)》,該實驗課也為16學時,1個學分。熱工基礎綜合實驗兼顧專業(yè)基礎課程知識學習與學生能力培養(yǎng),精選基礎理論經典教學內容,著重基本實驗技能與綜合實踐能力培養(yǎng),實驗項目包括“漸縮噴管流動測試實驗”、“沿程阻力和局部阻力系數測定實驗”、“液體導熱系數測量實驗”等16個模塊。在第五學期將《壓縮機技術》、《燃燒學》、《制冷原理與裝置》和《熱工過程自動調節(jié)》課程的實驗合并設置為32學時,2個學分的《能源專業(yè)課程實驗(一)》。在第六學期將《鍋爐原理》、《空氣調節(jié)》、《樓宇自動化》、《內燃機原理》、《分布式能源系統概論》、《汽輪機原理》課程的實驗合并設置為32學時,2個學分的《能源專業(yè)課程實驗(二)》。在第七學期將《發(fā)電廠集控運行》和《可再生能源技術》課程的實驗合并設置為16學時,1個學分的《能源專業(yè)課程實驗(三)》。專業(yè)課實驗兼顧知識應用與專業(yè)工程能力培養(yǎng)兼顧,主要為工程應用類實驗,如“往復式壓氣機性能實驗”、“太陽能負載實驗”、“制冷機性能實驗”等,結合專業(yè)知識背景,及學科科研實驗基礎開發(fā)建設的。第六學期還開設動力設備拆裝實訓。表1為各實驗課程的學時數分配情況。實驗獨立設課后,按照每周2學時進行,對于總學時為16的課程,實驗時間為9-16周;對于總學時為32的課程,實驗時間為1-16周。實驗部分獨立設課后,除了能解決上述問題外,還能積極調動師生的積極性。
3.1加強對學生實驗環(huán)節(jié)的考核,提高其積極性
對實驗環(huán)節(jié)重新設計后,實驗成績將根據學生參加實驗的表現和實驗報告的成績共同確定。要求學生完成規(guī)定的實驗項目,不得缺席;實驗報告成績不及格的學生,不能獲得相應學分。改變了原來實驗成績只作為平時成績納入總成績的情況,使學生對實驗教學環(huán)節(jié)更加重視。
3.2減少實驗小組人數,提高實驗設備的利用率
由于新設的實驗課程包含2門或2門以上的課程,包含的實驗項目7~16個不等。因此,在同一時間可開展不同課程的多個實驗項目,可采用循環(huán)制的形式將學生分為若干組,使每組人數不超過3人。例如,《熱工基礎綜合實驗(一)》包括了3個工程流體力學的實驗項目,共有實驗設備12臺,還包括了4個工程熱力學的實驗項目,共有實驗設備12臺,即該新設實驗課程共有7個實驗項目,24臺實驗設備。1個自然班近45人,可分為21組,每組2~3名學生,按照每周完成1個實驗項目的進度,7周可完成該課程全部實驗,還有1周為實驗室安全教育。通過這樣的設置方式,實驗設備可多次使用,從而提高利用率。
3.3增加原來課程的理論教學學時
由于原課程中包含了實驗學時,導致理論教學學時減少。例如《工程熱力學》共計64學時,扣除8個理論學時后只剩56學時,授課時間遠遠不足。導致了課程教授內容有所縮減,講授速度快,對于學習能力較差的學生,不能全部接受,容易導致學生的厭學心理。獨立設置實驗課后,在一定程度上,能解決這一問題。
4綜合性、設計性實驗項目的開發(fā)
為了實行多層次教學,發(fā)揮不同層次課程協同作用,實驗教學堅持提高綜合性、設計性實驗的比例,加強綜設實驗項目建設。專業(yè)基礎課程實驗的主要目的是通過教學實驗鞏固充實基本理論內容,專業(yè)課程實驗強調在實驗教學過程增加綜合性、設計性的實驗內容,注重工程訓練,培養(yǎng)學生獨立個性和創(chuàng)新能力。學生對專業(yè)知識的學習,是經過理論到實踐、單一到綜合、基礎到應用,最后進行實驗訓練的過程。
4.1設置柔性的實驗項目供學生選擇
由于存在個體差異,學生的基礎理論知識水平不一致,因此實驗教學對于所有學生的要求有所區(qū)別,既要加強共性化實驗教學體系建設,也注重個性化實驗教學體系建設[6]。學生可根據自身的興趣和水平選擇實驗項目,只需完成規(guī)定的學時即可。根據學生的反饋,可對實驗項目進行難度系數進行量化,基礎理論知識扎實的學生可以選擇高難度、綜合性更強的實驗項目,充分發(fā)揮其理論知識;而基礎薄弱的學生可選擇難度相對較低的實驗項目,以加強學生的實驗積極性。
4.2打破傳統的教學模式,培養(yǎng)創(chuàng)新意識
專業(yè)課程實驗作為理論學習和創(chuàng)造性研究、開發(fā)、設計的結合點,應該重視其教學模式。對于能源動力類專業(yè),需打破原有“手把手”的教學模式,采用學生自主預習綜合性實驗、提前計劃設計性實驗的模式。綜合性、設計性實驗的作用不只是簡單地驗證理論的正確性。這種模式充分發(fā)揮學生的主觀能動性,從提高學生的參與度,培養(yǎng)探索性和創(chuàng)新性。
4.3加強實驗環(huán)節(jié)的考核,評價實驗效果
實驗報告是對實驗數據進行處理和總結,也是實驗內容的一部分。實驗報告的質量,可以檢驗學生對課堂理論知識的理解、對實踐操作的掌握程度、思考問題和解決問題的能力以及對待實踐的態(tài)度等。相對于驗證性實驗,綜合性、設計性實驗的難度更大,需要學生做好預習工作,完成預習報告。在實驗過程中,由于實驗沒有統一的步驟,需要學生在實踐中不斷去思考,在實驗計劃的基礎上不斷調整。實驗結束后,學生完成實驗報告。因此,要加強對實驗前的預習報告、實驗過程操作情況、實驗后的報告的考核。不允許沒有預習報告的學生進行實驗;實驗過程中,指導老師要記錄每組操作情況,可在實驗室大屏幕上將數據量化;實驗完成后,檢查實驗數據以確保實驗的有效性,避免課后返工。特別對于設計性實驗,其實驗項目一般研究方向明確,具有可行性基礎,但不一定有確定的實驗結果。因此,數據的檢查更加重要。對于總抄襲實驗報告、投機取巧的學生要求其進行現場實驗考核。
4.4增加實驗室開發(fā)時間,加強學生個體間知識的流動
雖然很多高校在開放實驗室模式進行積極有益的探索,但對其重視程度仍然不夠,開放程度不夠[7]。在新工科建設和開放式創(chuàng)新的背景下,為了加強突出了學生在實驗教學過程中的主體地位,鼓勵學生進行實踐,實驗室每周固定時間開發(fā),可設置3~4個半天的時間,由學生提前預約時間和實驗項目。對于實驗過程中出現的問題,指導教師首先啟發(fā)、引導學生自行處理,而不是學生一提出問題就立即回答。另外,也為學生提供創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實驗場地,通過以比賽為導向進行創(chuàng)新和實驗,增強人才的工程實踐和集成創(chuàng)新能力培養(yǎng),打造更加符合拔尖創(chuàng)新人才成長需要的實驗條件。
5總結
針對新工科背景下如何培養(yǎng)具有實驗素養(yǎng)和創(chuàng)新意識的人才進行了實驗教學的改革,提升了實驗教學理念,實現多層次實驗教學有效協同。不管在科研崗位還是工程崗位上,科學的實驗手段對能源動力類轉惡業(yè)的人才都十分重要。在能源動力類專業(yè)的人才培養(yǎng)方面,通過對能源專業(yè)實驗環(huán)節(jié)的獨立設課,有利于培養(yǎng)學生的工程實踐能力和創(chuàng)新意識,提高實踐教學環(huán)節(jié)的教學效果,開拓學生的專業(yè)視野。在開展實踐教學改革方面,還要不斷提出新的設想,將其付諸實現。實驗教學改革永無止境,要不斷根據技術的進步和社會需求不斷探索,加快推進能源專業(yè)的實驗教學改革進程,實現教學模式變革,激發(fā)學生的專業(yè)興趣和創(chuàng)新意識,在高素質創(chuàng)新型人才培養(yǎng)過程中發(fā)揮了重要作用。
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作者:王文豪 楊小平 何清 單位:東莞理工學院