新工科背景下工科专业实验教学体系的构建与实践

作者:韩文佳;杨桂花;陈嘉川;孔凡功;王强; 刊名:大学教育 上传者:田鑫胜

【摘要】该研究在新工科背景下,基于国内外实验教学的现状和问题,提出了工科专业实验教学体系的思路重构,期望为实践能力培养提供途径。以制浆造纸工程工科专业为例,从实验内容设计、团队构建、模块化考核、数字化技术应用以及实验室管理与设计等方面进行了探索,取得了很好的成效,为新工科环境下工科学生通过创新实验教学模式提高实践能力提供了依据和经验。

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新工科(Emerging Engineering Education:3E)是根据目前国家发展需求、国际竞争新形势、立德树人新要求等方面提出的我国新时代工科教育发展方向。“新工科”的内涵是以立德树人为引领,以应对变化和塑造未来为建设理念,以继承与创新、交叉与融合、协调与共享为主要途径,培养未来多元化、创新型卓越工程人才,具有战略性、创新性、系统化、开放式的特征。新工科建设重点把握学与教、实践与创新创业、本土化与国际化三个任务方向[1-2],其中,实践与创新创业是新工科的关键任务之一。我国传统产业的转型升级处在关键期,作为工科专业特别是特色工科专业,实践能力的创新培养已成为新时代工科专业培养的共识。实验教学是实践能力培养的重要组成部分,其在工科教学中的地位尤为突出[3-4]。工科实验教学在培养工科学生专业水平、创新能力和分析解决问题能力等方面都有着理论教学不可替代的作用。当今高校工科教育中实验课程所占比重越来越大,结合工科专业特点构建实验课程体系、对新时期实验课程教学进行改革是值得思考和探索的重要问题。一、国内外工科专业实验教学现状(一)国外工科专业实验教学现状开放式实验教学是国外工科实验教学探索的重点领域和模式,美国在20世纪60年代实验教学中就开始蕴含开放式实验教学的思想。英国和日本在20世纪90年代开始探索开放式的教学模式,21世纪以来,发达国家在开放实验教学方面已经比较普及,主要体现在注重学生独立设计实验方案、搭建实验平台、完成实验过程的能力培养[5-6]。现以美国的开放式实验教学为例加以论述。1.实验教学采用循序渐进式三步法。第一步,实验技术人员组织开展实验仪器的学习和使用训练,引导学生掌握实验仪器基本原理、实验技能和实验方法。第二步,实验课教师进一步展示仿真模拟实验,引导和启发学生通过具体实验来剖析实验问题、设计实验方案、分析实验结果等。第三步,学生设计实验,教师布置专题供学生选择,学生需要独立进行实验设计、实验仪器的选配、实验结果的分析,整个过程由学生或学生小组完成。2.重视将新方法、新技术、新仪器引入实验课程。高校教师十分重视将最新的分析方法、分析技术和仪器引入课程,让学生及时了解和掌握新事物,并从低年级开始接触先进的仪器和设备,使学生体会到科技进步和竞争,让学生产生学习的兴趣和压力。同时注重新的教学工具和资源的引入,比如立体教学器件、虚拟实验等。3.课程设计与教学方法灵活多变。分层次进行实验课程体系的建设,从博士到专科每个层次都有自己的教学大纲和模式,层次越高其设计和独立实验的成分就越多。实验课多采取启发、引导、探讨等教学方法,鼓励学生通过讨论归纳总结实验方法和实验方案,促进学生积极主动地参与实验,提高学生的动手能力,使学生乐于思考和敢于实践,从而圆满地完成实验课程的学习任务。(二)我国工科专业实验教学现状国内的实验教学一直被认为是大学教学的辅助环节,近年来随着经济发展的需要和企业对实践能力的认识,实验教学在培养工科大学生科学素养和创新实践能力方面越来越被重视,但是目前我国的工科实验教学存在专业间、学校间、区域间发展不平衡的问题,其主要体现在以下几方面[7-8]。1.某些工科专业对实验课程教学重视不够,设备比较传统单一,甚至有些工科实验设备陈旧。2.受到教学资源和教学团队条件限制,很多实验课程内容更新缓慢,实验内容往往局限于课本,易产生与行业技术发展脱节以及工科实验落后于目前实际生产水平等问题。3.实验课程的过程监控和考核是个难题,目前存在方法单一、考核困难等问题,学生独立思考、设计、完成实验的积极性不高,从而影响了实验教学效果和

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