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转载:以大作业为驱动力的工科专业课实验教学环节改革与探索

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以大作业为驱动力的工科专业课实验教学环节改革与探索

邓元龙 吴玉斌 孙秀泉
(深圳大学,广东 深圳 518060)

摘要:分析了目前工科专业课实验教学环节所存在的问题及其原因。提出以综合型、设计型“实践大作业”为中心开展实验教学的思路,借鉴英国高等工程教育专业课教学模式,在实践课题、考核方式等方面进行了改革与探索,并指出建立和完善全面、开放的实践学习支持体系是整个实验教学模式改革的关键。

关键词:实验教学;实践大作业;学习支持系统;工科专业课

中图分类号:G420 文献标识码:A 文章编号:1671-9719(2006)02-0053-02

工程科技是科学理论与实际应用之间连接的纽带,是经济发展和社会进步的最直接推动力。而工程教育中的专业课教学是学习专业知识、培养专业素质和技能的重要阶段,直接为学生工作就业做准备。与西方工业发达国家的工程教育相比,国内高校普遍缺乏与工业界的紧密联系,“工程化”不足的问题严重困扰了工科专业课实践环节。因此,提高专业课实验环节教学质量,充分利用校内的实验室资源,给学生提供初步的工程实践训练就显得很有现实意义。

本文以机电和自动化专业的“检测技术”课程为例,分析了目前专业课实验教学环节所存在的问题,提出以综合型、设计型“实践大作业”为中心开展专业课实验教学,并对实验课题、教学组织形式、实验考核体系及大作业学习支持系统等环节进行了探讨。


一、专业课实验教学环节存在的主要问题
1、缺乏对“理论知识积累”和“实践能力培养”之间辩证关系的科学认识:传统教育模式在我国高等工程教育中仍然占据主导地位,重视课堂教学,实验环节被认为仅仅是理论学习的附属品。专业知识的学习固然重要,但是过于注重知识的积累而忽视实践能力的锻炼,培养出来的必然是知识接受型人才,而高等工程教育的主旨是培养具有创新精神和实践动手能力强的高级应用型人才。 

2、缺乏科学的实验教学体系:多数专业课实验教学仍然停留在参观、示范或者演示性质,无论实验内容还是教学方法和考核体系等环节都远远不能适应当今高等工程教育改革的要求。以“检测技术”课实验为例,学生只是按照实验指导书上的要求和步骤,在固定的实验台上完成验证性的实验内容,测几个参数,观察波形而已,实验内容缺乏开放性和灵活性,几乎不需要任何独立思考。由于缺乏科学的实验考核体系督促,很多学生预习不认真,边翻实验指导书边做实验,始终处于被动学习的境况,主动性和创造性无从发挥,根本无法达到锻炼实践动手能力、启迪创新思维、培养创新能力的目的。

忽视或者缺乏实验环节锻炼不但导致工科学生的实践动手能力差,更加严重的后果是使学生越来越习惯于被动的接受知识而没有任何疑问,缺乏独立思考和提出不同见解的能力。


二、以大作业为中心的专业课实验教学环节改革
从“学会学习”的意义上讲,学生掌握科学方法远比掌握科学知识更重要,而科学方法的教育过程“实际问题—资料检索—具体分析—方案比较—实验/实践—结论”决定了仅仅依靠课堂教学是远远不够的。对于以形象思维为主的工科应用型专业课,实践教学环节是其创新教育体系的基础和载体。 

1、英国工科专业课教学模式的借鉴意义

我校与英国兰开夏中央大学开办“计算机辅助工程”专业联合班已有8年,联合班的学生先在我校学习两年,然后去英国普雷斯顿的兰开夏中央大学完成最后一年的学业并毕业。作为联合班的授课教师,我们在兰开夏大学培训期间,观摩了该校技术系的一些专业课教学,对于两国工科专业课教学模式的差异感受很深,特别是“大作业(Coursework)”在专业课教学中所扮演的角色。整个教学活动的主线是学生围绕大作业开展“自主学习”,完成教师布置的课题任务,与国内相反,课堂教学主要起辅导、答疑的作用。这种以大作业为中心的专业课教学模式对于我国刚刚起步的高等工程教育改革有着重要的借鉴意义。 

2、综合型、设计型“实践大作业”

作业是督促学习、检查教学效果的重要手段。工科专业课强调面向实际应用,教材中的习题最主要目的是培养、锻炼学生运用所学理论知识解决实际工程问题的能力,但是由于实际工程问题的巨大综合性,目前教材中的“小练习题”很难完成“理论联系实际”的使命。设置综合型、设计型实践大作业取代以往验证性和模仿性的实验内容,是工科专业课实验环节教学改革的一个重要发展方向。

以“检测技术”课程为例,教师给出大作业的任务和基本要求,并提供必要的辅导和参考资料,学生需要自己去具体分析测试任务,独立完成资料检索、方案比选、检测电路设计和元器件准备等环节,直至整个检测系统调试成功,其中实验部分占了很大比重。

我们在设计实验环节大作业的内容时,还兼顾到以下几点: 

(1)实践性:时刻突出大作业的实践性质。为了实验环节的顺利开展,理论设计部分要相对简单一些,确保90%的学生都能够比较容易的找到设计途径,从而着重培养学生实践动手能力,锻炼和考察学生在实验过程中发现问题、思考问题和解决问题的能力。 

(2)真实性:面向实际“工程训练”是培养工程技术人员至关重要的一个环节,因此专业课实践大作业应该贴近或者尽量模拟实际工程问题。例如我院承担的工程项目“高速公路路灯监控系统”,需要测量中央控制室的温度、湿度、气压和是否水浸等环境参数并与安全报警装置相连,我们在教学设计中,大胆结合项目实际要求,细化和分解设计任务作为实践大作业内容,让学生分组参与进来,实现教学和专业实践的有机融合,极大的激发了学生学习网络、控制和计算机等相应专业课的兴趣,有效培养了学生的工程意识和实践创新能力。其中一些优秀的学生大作业完全达到该项目的实际要求,起到了很好的教学效果。 

(3)前沿性:专业课的作用并不仅仅是传授给学生成熟的课本知识,引领学生去关心本学科的发展趋势、接触本专业最先进技术也是一项重要内容。例如通过大作业“基于PC的虚拟温度测试技术”,不但可以促使学生自主学习“虚拟检测”和温度测试技术等部分内容,减低课堂教学的压力;同时还激发学生兴趣去了解、关心“虚拟仪器”的最新发展动态。 

3、考核体系

课程教学改革是一个系统工程,牵一发而动全身,其中学生成绩考核体系是整个教学模式开展的指挥棒,起着折射教学重点、督促学生学习和检验教学效果的重要作用。对于面向应用型的工科专业课,重点是培养学生的工程意识及运用所学知识分析、解决实际工程问题的能力(洞察力),采用“一纸试卷定成绩”的做法明显是既不科学也不合理的。我们在专业课教学过程中采取了“淡化考试,重视实践”的做法,成绩分布如下表所示:

因此,准确、全面、公平、合理的实践大作业考核方法对整个专业课教学至关重要。考核目标是学生在实验过程中所表现出来的创新意识和工程实践技能,而在考核形式上,我们采取了“课堂讨论式答辩”的方法,学生既是答辩人,又是互相匿名打分的评审人,而且随时可以就某个问题全班展开深入讨论,学生兴趣盎然,每组学生都精心准备了多媒体电子文档以辅助演讲。这种形式灵活的“课堂讨论式答辩”不但可以帮助专业课教师公平、全面的评价学生,更是学生发现自我、展示个性、相互交流和促进竞争的平台,促使学生对实验过程认真总结,完成“实践—理论—再实践”的学习循环。


三、“实践大作业”学习支持系统
开展实践大作业需要从学校到任课教师共同建立一整套的学习支持系统。网络可以提供对学习资源方便、快捷的访问,包括教师与学生之间的及时沟通,所以是必不可少的工具;建立完善的教师预约答疑制度,可以给学生提供必要的辅导;同时开放式专业实验室建设与管理是完成综合型、设计型“实践大作业”的前提条件。实验室建设并不仅仅意味着固定资产多少或实验室面积的大小,高水准的实践教学环节和与之相适应的实验室管理,才能真正代表高校实验室的水平。

开放首先意味着时间上开放,学生可以根据自己的选课计划,与实验室指导教师预约时间和申请所需要的软硬件资源,灵活错开实验安排,充分保证每个学生的实验学时;同时开放还意味着不同学科、不同专业实验室共享资源,避免重复建设;开放更进一步的内涵是指用于教师科研的专业实验室对学生开放,容许学生使用真正的科研平台完成自己的实践大作业,现场感受工程实践训练。

拥有一支知识面广、工程实践经验丰富并且安心实验室工作的师资队伍,是开放式专业实验室建设的重要条件,而目前国内高校师资基本上以研究型学者为主,有实际专业工程经验的工程师太少,这正是我国工程教育最大的弊端之一。在近几年的教学过程中,我们聘请了一些从国内著名大企业退休的工程师,从事实践教学和实验室的管理工作,他们专业知识和工程经验丰富,责任心强,起到了很好的教学效果,同时对校内专职实验指导教师也起到了“传、帮、带”的作用。


四、结束语
经过3年多的专业课实验教学改革实践,不但提高了专业课教学质量,而且完成大作业之后的成就感有效帮助和激发学生去尽早了解自己的专业,热爱自己的专业,减少学生中普遍存在的“专业迷惘”乃至“专业悲观”的现象;同时对其他实践教学环节和学生校外科技大赛也起到了很好的促进作用。 

(1)毕业设计是最重要的实践教学环节之一,一个学期的时间受到考研、就业的冲击,学生真正可支配用于毕业设计的时间并不多,这也是近年来毕业设计质量严重下滑的主要原因。作为毕业设计的前奏,学生在专业课实践大作业中获得的科研方法、感性认识及实践能力的提高,可以有效帮助学生更快、更好的完成毕业设计,80%左右的毕业班学生认为专业课实践大作业对他们的毕业设计“非常有帮助”。 

(2)由于缺乏相应的工程意识和工程实践,不擅长提问是我们的学生在毕业实习中的最大障碍,而近两年,由于学生对实习过程中与专业课实践大作业有关的知识体会较深,所以提出很多问题与实习单位的技术人员讨论,给协作单位留下了很好的印象。 

(3)经过专业课实践大作业锻炼的学生对各种课余科技大赛充满热情,报名参加很踊跃,也取得满意的成绩。仅去年就有4人获得全国大学生机械设计创新大赛一等奖,7人获得二等奖,2005年全国大学生电子设计竞赛二等奖两项。

Tags:毕业设计

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