高校實驗教學(xué)體系建設(shè)探索
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摘要：從“新工科”的背景出發(fā)，以高校人才培養(yǎng)實際要求為導(dǎo)向，在認真總結(jié)歸納國內(nèi)高校實驗教學(xué)體系建設(shè)方面的優(yōu)勢與不足的基礎(chǔ)上，全面分析“新工科”背景給高校帶來的新趨勢、新要求，從而提出高校實驗教學(xué)體系建設(shè)的優(yōu)化策略。
關(guān)鍵詞：“新工科”；實驗教學(xué)；教學(xué)體系
1“新工科”的內(nèi)涵及其對高校實驗教學(xué)的新要求
1.1“新工科”的基本內(nèi)涵
我國具有完整的工業(yè)體系，也是一個工程教育大國，工科在校生數(shù)量占到了接受高等教育學(xué)生總數(shù)的1/3以上。從世界范圍來看，我國工科畢業(yè)生要占到全世界工科畢業(yè)生的30%~40%，遠超其他任何國家。從20世紀50蘇聯(lián)，到后來學(xué)習(xí)美國、西歐，到現(xiàn)在提出建設(shè)“新工科”，中國的工程教育走過了一個較為艱辛的過程?？梢哉f，優(yōu)質(zhì)的工程教育，是新時代社會經(jīng)濟發(fā)展的現(xiàn)實需求，也是高等教育的重要使命。針對傳統(tǒng)工程教育的理念滯后、人才結(jié)構(gòu)不合理、知識體系不適應(yīng)和培養(yǎng)模式固化等問題，“新工科”應(yīng)運而生，更加注重學(xué)科的實用性、交叉性與綜合性，尤其注重信息通信、電子控制、軟件設(shè)計等新技術(shù)與傳統(tǒng)工業(yè)技術(shù)的緊密結(jié)合[2]。“新工科”強調(diào)的是工科的“新生”和“新型”，“新生”就是要建設(shè)戰(zhàn)略性與新興產(chǎn)業(yè)相關(guān)的“新工科”專業(yè)，“新型”就是要升級改造傳統(tǒng)工科專業(yè)，賦予其新的專業(yè)內(nèi)涵。“新工科”以新經(jīng)濟、新產(chǎn)業(yè)為背景，是一個動態(tài)的概念。“新工科”的建設(shè)，一方面要設(shè)置和發(fā)展一批新興工科專業(yè)，并加強建設(shè)、提高質(zhì)量；另一方面要推動現(xiàn)有工科專業(yè)的改革創(chuàng)新，探索符合工程教育規(guī)律和時代特征的新培養(yǎng)模式[3]。“新工科”絕不是簡單地開設(shè)新專業(yè)，必須突破5大瓶頸，即打破學(xué)科壁壘、越過專業(yè)藩籬、打通本研隔斷、消除校企隔閡，必須關(guān)注教師和學(xué)生2個主體，著力培養(yǎng)工程創(chuàng)新和適應(yīng)變化2個能力，融通線上和線下2個空間，協(xié)調(diào)校內(nèi)和校外2個平臺，打造工程教育的“貫通體”“交叉體”和“共同體”[4]。
1.2“新工科”對實驗教學(xué)的新要求
在“新工科”的建設(shè)過程中，最為標志性的事件和成果就是前文提到的“復(fù)旦共識”“天大行動”和“北京指南”?！皬?fù)旦共識”明確了“新工科”新范式的定義，也就是“新理念、新結(jié)構(gòu)、新模式、新質(zhì)量、新體系”；“天大行動”則提出了“六問”：即問產(chǎn)業(yè)需求建專業(yè)、問技術(shù)發(fā)展改內(nèi)容、問學(xué)生志趣變方法、問學(xué)校主體推改革、問內(nèi)外資源創(chuàng)條件、問國際前沿立標準；“北京指南”提出了“五個更加”的理念：更加注重理念引領(lǐng)、更加注重結(jié)構(gòu)優(yōu)化、更加注重模式創(chuàng)新、更加注重質(zhì)量保障、更加注重分類發(fā)展[5]。在“新工科”背景下，工程教育的人才培養(yǎng)目標主要包括以下幾項特征：一是工程和科技創(chuàng)新能力的培養(yǎng)；二是多學(xué)科和跨界領(lǐng)導(dǎo)力的培養(yǎng)；三是解決復(fù)雜工程問題能力的培養(yǎng)；四是人文和管理能力的培養(yǎng)；五是要引導(dǎo)學(xué)生樹立對產(chǎn)品、系統(tǒng)和過程全生命周期的系統(tǒng)工程觀；六是要有廣闊的國際視野[6]。作為工程教育的本質(zhì)特征，實驗教學(xué)的主要作用，就是讓學(xué)生通過動手實踐的方式，更加深入地理解知識和創(chuàng)造知識，提升學(xué)生解決問題的能力。在“新工科”的總體理念和要求的背景下，必須對現(xiàn)有工科專業(yè)的實驗教學(xué)體系進行深入改革，使學(xué)生具備多維度、綜合性的知識、能力和素質(zhì)。
2現(xiàn)有高校實驗教學(xué)的不足和改革動向
2.1教學(xué)內(nèi)容方面
實踐教學(xué)是理論教學(xué)的重要補充，實驗教學(xué)又是實踐教學(xué)的重要組成部分。當(dāng)前國內(nèi)大部分高校、專業(yè)的實驗教學(xué)內(nèi)容依然較為陳舊，偏離工程實際，與學(xué)科發(fā)展前沿有所脫節(jié)。如一些核心課程的設(shè)置具有一定的系統(tǒng)性，但缺乏時代性，課程內(nèi)容更新速度明顯偏慢；實驗教學(xué)課程體系較為單一，主要圍繞固定的學(xué)科進行設(shè)計，缺乏跨學(xué)科的交叉融合；在實驗教學(xué)中，研究傳統(tǒng)典型案例較多，但缺乏對新理念、新領(lǐng)域、新技術(shù)的解析，也未能與企業(yè)需求有效對接。這樣的教學(xué)內(nèi)容，容易造成學(xué)生脫離工程實際、缺乏相應(yīng)的工程實踐，這顯然無法滿足學(xué)生成長的需要，也無法滿足企業(yè)對人才的需要。
2.2教學(xué)方法方面
教學(xué)方法要體現(xiàn)學(xué)生的主體地位和教師的主導(dǎo)作用，是實現(xiàn)教學(xué)目標的重要保證。現(xiàn)有的實驗教學(xué)，主要存在以下問題：輕視學(xué)生工程素質(zhì)培養(yǎng)，對理論知識要求較多而對實踐訓(xùn)練要求較少，缺乏系統(tǒng)性、專業(yè)化的指導(dǎo)；教學(xué)方法比較傳統(tǒng)和刻板，大多是給定實驗流程、實驗材料，學(xué)生只需要機械地操作，缺少主動思考，創(chuàng)造性偏弱，達不到啟發(fā)性教育的效果；教師投入教學(xué)的主動性和積極性不高，缺乏開發(fā)創(chuàng)新實驗項目，研制實驗設(shè)備及實驗器材的積極性，影響了實驗教學(xué)的創(chuàng)新性[7]。以上問題導(dǎo)致學(xué)生對實驗課程的學(xué)習(xí)興趣不高，制約了實驗教學(xué)的發(fā)展，不能滿足新形勢下人才培養(yǎng)的要求。
2.3管理體制方面
管理體制涉及教學(xué)過程的監(jiān)管、教學(xué)質(zhì)量的評價、實驗儀器設(shè)備的配置、校企協(xié)同平臺的構(gòu)建、師資隊伍建設(shè)等。從教學(xué)過程的監(jiān)管來看，目前還非常不嚴格，除了課堂教學(xué)外，幾乎沒有其他的師生交流方式，相應(yīng)的制度建設(shè)也較為薄弱，對于實驗教學(xué)的教學(xué)效果也并不重視；從實驗儀器設(shè)備的配置來看，部分重要儀器設(shè)備無法及時添置，實驗室共享化的程度也較低，部分實驗室對本科生和外專業(yè)學(xué)生幾乎不開放，公共實驗平臺建設(shè)亟待加強；校企協(xié)同平臺亟待完善，部分校企合作還停留在“牌子多、內(nèi)容空”的階段，未能出臺操作性強的工作制度和規(guī)范；實驗教學(xué)教師隊伍水平參差不齊，部分教師缺乏工程實踐能力，對企業(yè)的需求感知能力較弱，相應(yīng)的考核激勵制度也不夠健全，教師的積極性偏低。
2.4“新工科”背景下國內(nèi)高校改革的新動向
由于“新工科”的新內(nèi)涵和新要求，國內(nèi)高校紛紛行動，推進實驗教學(xué)方面的相關(guān)改革。作為“新工科”建設(shè)的“高地”，天津大學(xué)建立產(chǎn)教深度融合機制，與40余家企業(yè)開展合作，共建新工科實驗班、師資培訓(xùn)基地、人工智能平臺，面向全體學(xué)生開放國家級實驗教學(xué)示范中心、虛擬仿真實驗中心、實驗教學(xué)示范中心、學(xué)院創(chuàng)新實驗室；哈爾濱工業(yè)大學(xué)依托其工科與工程教育的優(yōu)勢，推進多學(xué)科交叉、校企合作協(xié)同育人與國際合作聯(lián)合培養(yǎng)，并進行相應(yīng)的教育教學(xué)改革；西安電子科技大學(xué)以“本科生科研訓(xùn)練計劃”為核心，激發(fā)學(xué)生的科研興趣，促進師生交流；寧夏回族自治區(qū)針對當(dāng)前區(qū)內(nèi)高校師資隊伍工程實踐能力缺失的問題，開展了高等學(xué)?！半p師型”教師實踐鍛煉計劃；北方民族大學(xué)在機械工程材料課程教學(xué)過程中加入了市場調(diào)研及案例分組討論環(huán)節(jié)等?？傮w上來看，雖然國內(nèi)高校已經(jīng)根據(jù)“新工科”的趨勢，在實驗教學(xué)方面進行了一些調(diào)整和創(chuàng)新，但是依然無法完全適應(yīng)新工科的要求，在教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、體制機制等方面依然有很大的提升空間。
3“新工科”背景下高校實驗教學(xué)體系優(yōu)化策略探索
在“新工科”的大背景下，要對高校實驗教學(xué)進行改革，重點是要明確實驗教學(xué)的理念和目標定位，并在教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和體制機制方面進行改革，強化指導(dǎo)性、體現(xiàn)時代性、提高有效性、增強協(xié)同性。
3.1進一步明確實驗教學(xué)體系的目標定位，更好適應(yīng)“新工科”背景的總體要求
高校實驗教學(xué)工作應(yīng)該在“新工科”的大背景下，圍繞國家對人才培養(yǎng)的要求、社會對人才能力素質(zhì)的需求，尤其是學(xué)校的人才培養(yǎng)目標來進行宏觀上的規(guī)劃，要尊重教學(xué)規(guī)律和學(xué)生成長規(guī)律。一是要堅持“以學(xué)生為中心”的理念，把激發(fā)學(xué)生的主觀能動性、提高學(xué)生知識視野和實踐能力作為出發(fā)點，優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，革新教學(xué)方法，改良體制機制；二是要以培養(yǎng)“新工科”所需要的創(chuàng)新型、復(fù)合型高素質(zhì)工程科技人才為目標，發(fā)揮高校特色學(xué)科、高端師資、優(yōu)質(zhì)資源的協(xié)同效應(yīng)和集聚優(yōu)勢，構(gòu)建全方位、全過程的實驗教學(xué)工作格局。
3.2大力推進教學(xué)內(nèi)容改革，充分體現(xiàn)“新工科”背景的時代性
前文已經(jīng)指出了現(xiàn)有實驗教學(xué)內(nèi)容的不足，按照“新工科”的要求，筆者認為重點是圍繞國家戰(zhàn)略、社會需求、科技前沿進行改革，具體從以下幾個方面實施：一是完善課程體系建設(shè)，課程體系應(yīng)反映學(xué)科前沿與技術(shù)進步，體現(xiàn)行業(yè)標準與企業(yè)需求，培養(yǎng)工程思維與工程能力，增強學(xué)生的社會適應(yīng)性；二是注重文理知識的互相滲透和學(xué)科之間的交叉融合，在學(xué)科內(nèi)部貫穿文理滲透的教學(xué)內(nèi)容，讓學(xué)生既能掌握理工科的研究方法，又能培養(yǎng)文科的思維方式，提高學(xué)生多學(xué)科的知識儲備；三是課程內(nèi)容的設(shè)計，需從以教師為中心逐步轉(zhuǎn)向以學(xué)生為中心，擴大學(xué)生自主學(xué)習(xí)、設(shè)計的課時比例，強化學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力，提高學(xué)生的工程素質(zhì)及工程實踐能力。
3.3不斷推進教學(xué)體系方法改革，全面提高“新工科”背景人才培養(yǎng)體系的有效性
“95后”“00后”學(xué)生具有鮮明的個性，對于傳統(tǒng)的“灌輸式”教學(xué)方法接受程度不高，在現(xiàn)有的實驗教學(xué)中，教學(xué)方法的改革勢在必行。（1）改革教學(xué)考核方式。探索建立更加開放性的考核模式，不設(shè)標準答案，加強對學(xué)生實踐經(jīng)歷、動手能力的過程考察；采用“敏捷教學(xué)”等形式，發(fā)揮其高度靈活性和動態(tài)適應(yīng)性的特點，通過教學(xué)資源配置由面向大中規(guī)模向面向中小規(guī)模的轉(zhuǎn)變，應(yīng)對新時代教學(xué)目標多元化和人才需求個性化等需求[8]。（2）加強網(wǎng)絡(luò)平臺建設(shè)。用信息技術(shù)改造傳統(tǒng)的課堂教學(xué)和實驗操作，線上學(xué)習(xí)和線下學(xué)習(xí)相結(jié)合，對實驗教學(xué)進行時間上有效延伸和空間上的有效拓展。（3）實施“翻轉(zhuǎn)課堂”。充分體現(xiàn)學(xué)生在教學(xué)中的主體地位，通過翻轉(zhuǎn)式的教學(xué)方法，加強課堂討論與互動式教學(xué)，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性[7]。（4）加強校企協(xié)同。通過建立從理論、實踐到探索學(xué)習(xí)的教育鏈條，實現(xiàn)理論教學(xué)和實驗教學(xué)的交叉螺旋進行，重點培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用專業(yè)理論開展系統(tǒng)分析和應(yīng)用設(shè)計的能力，有目的地融入企業(yè)實際工程項目，使學(xué)生獲得有意義的綜合設(shè)計體驗，培養(yǎng)未來工程師的綜合品質(zhì)和工程能力[4]。
3.4繼續(xù)加大體制機制改革力度，持續(xù)增強實驗教學(xué)體系的協(xié)同性
良好的體制機制對于實驗教學(xué)目標的實現(xiàn)具有重要的保障作用，應(yīng)該包括師資隊伍建設(shè)、實驗平臺建設(shè)、教學(xué)評價、校企協(xié)同等方面。（1）加強師資隊伍建設(shè)。一是把好“源頭關(guān)”，招聘理論和實踐能力俱佳的優(yōu)秀師資；二是把好“培養(yǎng)關(guān)”，出臺相關(guān)文件，鼓勵和要求實驗教師深入企業(yè)、參與企業(yè)項目、為企業(yè)提供技術(shù)咨詢等[9]。（2）加強實驗室平臺建設(shè)。一是要擴大實驗資源尤其是高水平實驗室的開放共享，同時要與時俱進地配置、更新實驗儀器設(shè)備；二是要把握多學(xué)科交叉的重大項目研究、高水平師資團隊引進等契機，加快建立多學(xué)科交叉實驗平臺。（3）改革教學(xué)評價和考核方式。根據(jù)實驗教學(xué)的不同特點，調(diào)整教學(xué)評價機制，出臺符合實驗教學(xué)教師工作實際的考核制度，形成激勵創(chuàng)新人才培養(yǎng)的良好氛圍。（4）完善校企協(xié)同育人機制。高校要建立和完善與其他高校、科研院所、行業(yè)單位等之間的協(xié)同育人體系，實現(xiàn)實驗教學(xué)與經(jīng)濟社會發(fā)展的有效“耦合”[10]。
4結(jié)語
眾多科學(xué)理論的源頭都是實驗，牛頓、開普勒、伽利略、愛因斯坦、普朗克等自然科學(xué)領(lǐng)域的大科學(xué)家?guī)缀醵际菍嶒灧矫娴拇髱?。在“新工科”背景下，要回答著名的“錢學(xué)森之問”，要培養(yǎng)更多杰出的工程人才，與時俱進地對高校實驗教學(xué)進行改革創(chuàng)新，有著重要的現(xiàn)實意義。同時，實驗教學(xué)體系改革是一個系統(tǒng)工程，與學(xué)科發(fā)展、企業(yè)需求、教學(xué)方式調(diào)整、學(xué)生特點、教師素質(zhì)能力、配套機制等緊密相關(guān)。本文通過分析“新工科”對實驗教學(xué)的新要求，對實驗教學(xué)體制改革進行了初步思考。在未來的教學(xué)實踐中，實驗教學(xué)應(yīng)更好地體現(xiàn)時代性、有效性、系統(tǒng)性，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動性，提升學(xué)生的實踐能力和創(chuàng)新意識，進而培養(yǎng)更多的高素質(zhì)工程人才。
作者：劉宇雷 佘明 單位：南京航空航天大學(xué)
