新工科背景下高校實驗室教學模式創(chuàng)新研究

朱廣福 楊溯然

摘要：

結(jié)合新工科背景，研究新形勢下的高校實驗室教學創(chuàng)新模式，解決傳統(tǒng)教學模式中存在的問題。在新工科背景下實驗室建設體系支持下，以實驗室安全文化體系為基準，從通識教育、準入教育和專項教育三個方面對教育體系層次化分析。根據(jù)不同學科內(nèi)容，制定個性化實驗室安全教育模式，安排具體課程內(nèi)容，實現(xiàn)教育內(nèi)容模塊化。教育培訓與實戰(zhàn)演練相結(jié)合，開展實際演練，調(diào)整實驗方案內(nèi)在邏輯聯(lián)系，設計跨學科交叉課程，實現(xiàn)教育模式一體化。以“傳感器原理與檢測技術”課程實驗教學為例，進行實例分析。由分析結(jié)果可知，該教學模式學生適應度強、學生參與度高、學生考核成績好，成為實驗室安全教育有效解決路徑。

關鍵詞：

新工科; 高校; 實驗室; 教學模式; 創(chuàng)新; 課程內(nèi)容; 實戰(zhàn)演練; 培訓

中圖分類號： TP 212.11

文獻標志碼： A

Research on the Innovation of University Laboratory Teaching

Mode under the Background of New Engineering

ZHU Guangfu1， YANG Suran2

（Network Information Center， Chongqing City Management College， Chongqing 401331， China）

Abstract：

Under the background of new engineering， this paper studies the innovation model of laboratory teaching in colleges and universities， and tries to solve the existing problems in the traditional teaching model. With the support of the laboratory construction system， the laboratory safety culture system is used as the benchmark， and the safety education concept is integrated. The education system is hierarchically analyzed from three aspects： general education， admission education and special education. According to the content of different disciplines， this paper develops a personalized laboratory safety education model， arranges specific curriculum content， and achieves modularization of educational content. By combining education and training with actual combat exercises， we carry out practical exercises， adjust the internal logical connections of experimental schemes， design interdisciplinary and interdisciplinary courses， and realize the integration of educational models. Taking the experimental teaching of "Sensor Principle and Detection Technology" as an example， this paper analyzes the case. From the analysis results， it can be seen that this teaching mode has strong student adaptability， high student participation， and good student assessment results， which becomes an effective solution for laboratory safety education.

Key words：

new engineering; universities; laboratories; teaching mode; innovation; course content; practical exercises; training

0引言

隨著我國建設工程教育的改革創(chuàng)新，各大高校增加了許多新工科專業(yè)，在傳統(tǒng)工科專業(yè)的基礎上進行創(chuàng)新升級，提高我國智能制造、云計算、人工智能、機器人等新工科專業(yè)人才水平[1]，推動新興產(chǎn)業(yè)和新經(jīng)濟的快速發(fā)展。在新一輪教育教育模式中，各高校采取了在理論上創(chuàng)新、在實踐中積累經(jīng)驗的改革教學措施，開展理論教學與實訓教學相結(jié)合的模式[2]，通過建立實驗室、設置器件和材料讓大學生能夠?qū)嶋H動手操作和加工，培養(yǎng)學生獨立設計的能力。但是由于各高校在實驗室布局方面的投入受各方面因素的影響，存在許多現(xiàn)實問題：一是實驗室缺乏高水平的教學技術人才，影響實驗教學質(zhì)量，新體制下管理隊伍達不到標準要求，管理措施不當，導致實驗室設備損壞，不利于實驗教學研究成果的開發(fā)與拓寬，無法給學生提供良好的教學氛圍;二是實驗室教學與研究成果相關度不足，儀器設備閑置，技術含量落后;三是高校實驗室科研成果交流、共享機制不成熟，過于重視理論、少實踐現(xiàn)象依然大量存在，導致實驗室利用率無法提高[34]。為了適應人才培養(yǎng)模式改革需求，實驗室平臺建設迎來新的機遇，提出了新工科背景下高校實驗室教學模式創(chuàng)新研究。國家教育投資逐年增加，逐漸解決高校新工科建設過程的條件提升，促使實驗室建設水平不斷加強。

1新工科背景下高校實驗室教學模式創(chuàng)新

在新工科背景下，高校實驗室建設將不能適用以往建設模式，必須重新規(guī)劃實驗室建設體系，如圖1所示。

傳統(tǒng)實驗室教學模式基本上都是理論教學與實踐相分離，學科交叉融合勢必會帶來實驗室綜合化，教育模式也隨之改變[5]。

1.1教育體系層次化

高校實驗室安全教育應以實驗室安全文化體系為基準，明確教學目標，注重實驗安全，加強理念引領，積極培養(yǎng)新模式下人才的實踐能力、創(chuàng)新能力，是高校實驗平臺人才培養(yǎng)的主要部分[67]。

新工科背景下高校實驗室教育體系主要分為三個層次，分別是理論教育、實驗教學和專項技術教育，如圖2所示。

理論教育是從我國經(jīng)典教育理論中將多元智能理論融為一體，提倡教育要適合學生本性，適當增減教育量。該教育主要遵循三個準則，分別是丟不得、比不得和急不得。其中丟不得教育要適應個人形象，應依據(jù)學生自身個性，給予不同教育模式;比不得就是教育要適量，秉性不同的學生每個人所擁有的學習容量也不同，教育也就更有現(xiàn)實意義;急不得是一種循序漸進的工作，這是學生成熟度需要考慮的問題，不能為了求速而拔苗助長，選擇實時的學習方式最好。根據(jù)學生的專業(yè)學習開設全校性公選課程，重點在于培養(yǎng)全校師生的實驗安全意識;

實驗教學主要是通過各個學院開設針對性安全教育課程，對實驗室?guī)熒M行強制性安全教育，培養(yǎng)師生遵照儀器規(guī)程培訓，安全使用實驗室化學藥品;專項技術教育主要是針對特定的某個專業(yè)進行教學實驗，并開展專項實驗項目來培訓學生，提高學生操作技能和安全使用技巧，提高教學方式與手段[810]。

1.2教育內(nèi)容模塊化

新工科教學模式下應根據(jù)不同教學需求開展理論與實訓的教學內(nèi)容，具體課程體系安排如表1所示。

對于四年制本科院校來說，可進行循序漸進的教學模式，在大學一年級時做好學生的基礎知識教育，培養(yǎng)學生安全實驗意識;大學二年級安排學生開展實驗操作，讓學生掌握安全使用設備和實驗試劑的重要性;到了大學三、四年級時就進入具體實驗教學內(nèi)容，加強對學生操作技能和安全技能的全方面教育，使學生畢業(yè)后能成為合格實驗室使用者[1112]。

1.3教育模式一體化

教育培訓與實戰(zhàn)演練相結(jié)合，相比于傳統(tǒng)教學模式，教育模式一體化更有利于學生學習的熱情，提高安全教育活動[13]。實戰(zhàn)演練不僅僅是停留在演練基礎上，更多是結(jié)合當前大學生各個學科專業(yè)實際情況，開展實際演練。在化學類實驗室進行濃硫酸泄漏實踐過程中，針對生物類實驗室應開展生物標本實驗演練，訓練師生自防自救技能，教育師生正確使用安全防護用品。

教育模式一體化框圖如圖3所示。

實驗室文化素養(yǎng)也是教育模式一體化的重要環(huán)節(jié)，其中包括學生學習習慣養(yǎng)成、實驗室規(guī)章制度傳承、實驗結(jié)果共享等方面。其中學習習慣養(yǎng)成指的是學生或教師在實驗室內(nèi)必須養(yǎng)成相關規(guī)章制度，保留實驗記錄結(jié)果及人員財產(chǎn)安全;實驗室規(guī)章制度傳承指的是實驗室以往設立的規(guī)章制度，在實驗室團建過程中，學生應嚴格遵守該制度，安安全全進行實驗分析;實驗結(jié)果共享主要體現(xiàn)在不同學院之間的利益均衡，以此幫助學生信息共享。

新工科課程、軟件合作上的實踐主要體現(xiàn)在培養(yǎng)方案之中，根據(jù)綜合實驗方案研究方向，調(diào)整內(nèi)在邏輯聯(lián)系，鼓勵教師打破固有學科壁壘，跨學科開設本科交叉課程，文理工滲透，教學內(nèi)容要進行統(tǒng)籌整合，避免知識體系不完整現(xiàn)象發(fā)生，加深建立與產(chǎn)業(yè)鏈的開放式對接，實現(xiàn)實驗教育創(chuàng)新平臺的構(gòu)建。

2實例分析

針對新工科背景下高校實驗室教學模式創(chuàng)新研究合理性，進行實例分析。以“傳感器原理與檢測技術”課程實驗教學為例，進行實例分析。

采用傳統(tǒng)教學模式，學生對實驗裝置認知度較低，只能實現(xiàn)理論上的接線正確性，而對于信號變換情況下的精準接線卻無法實現(xiàn)。以五等級為最優(yōu)適應度，分別采用兩種方法對比學生適應度，如圖4所示。

由圖4可知：使用傳統(tǒng)教學模式在學生人數(shù)依次為5、10、15、20、25、30、35時，學生適應度依次為三等、二等、二等、三等、一等、二等、一等;使用新工科背景下教學模式在學生人數(shù)依次為5、10、15、20、25、30、35時，學生適應度依次為四等、四等、五等、四等、五等、四等、四等。因此，應用新工科背景下教學模式學生適應度較高。

2.1學生參與度

以大一學生的5個班級，每班40人為基準，分別采用兩種方法對比學生參與度，如表2所示。

由表2可知：采用傳統(tǒng)教學模式每個班級實際參與人數(shù)大都小于班級人數(shù)的一半，只有在1號班級下，傳統(tǒng)教學模式參與人數(shù)達到22人。新工科背景下教學模式下學生參與人數(shù)最高可達到40人，最少也可達到38人，學生參與度超過95%。因此，應用新工科背景下教學模式學生參與度較高。

2.2學生考核成績

以學生150分為基準，分別采用兩種方法對比學生考核成績，如圖5所示。

由圖5可知：傳統(tǒng)教學模式下學生平均考核成績都小于等于60分，而新工科背景下教學模式下學生平均考核成績都大于等于133分。因此，使用新工科背景下教學模式學生考核成績較高。

依據(jù)上述內(nèi)容，也應加強高校實驗室教學模式管理，由此設計創(chuàng)新新工科背景下高校實驗室教學模式管理制度，如表3所示。

3總結(jié)

在分析當前實驗教學過程中存在的不足，以新工科為背景，構(gòu)建了以工程問題為驅(qū)動的新工科背景下高校實驗室教學模式創(chuàng)新研究。這種項目驅(qū)動進行創(chuàng)新的教學模式，將課堂教學環(huán)節(jié)與實踐活動緊密結(jié)合，激發(fā)學生做實驗的興趣，鞏固了學生基礎理論知識，培養(yǎng)了學生創(chuàng)新能力。

新工科實驗室教學模式為未來新興產(chǎn)業(yè)培養(yǎng)了大批實踐能力強、創(chuàng)新能力強的高水平技術人才，推動了我國新經(jīng)濟的快速發(fā)展。

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（收稿日期： 2020.04.15）

基金項目：

重慶市教委科技處項目（KJ1731426）

作者簡介：

朱廣福（1985），男，碩士，實驗師，研究方向：軟件工程，大數(shù)據(jù)處理。

楊溯然（1984），男，碩士，實驗師，研究方向：大數(shù)據(jù)處理。

文章編號：1007757X（2020）08005104