基于并行模式的工科實踐教學改革與探索

關(guān)鍵詞：工科實踐教學；并行模式；教學改革

0 引言

實踐教學是專業(yè)教學環(huán)節(jié)中重要組成部分之一。工科本科專業(yè)以培養(yǎng)應(yīng)用型人才為目標，工程實踐教學是科學理論應(yīng)用于工程實踐的橋梁，在培養(yǎng)工科學生工程實踐與創(chuàng)新能力環(huán)節(jié)起重要作用。實踐教學可幫助學生掌握與工程有關(guān)的理論知識，指導(dǎo)學生利用科學理論知識解決工程實踐中的技術(shù)問題，其實踐教學質(zhì)量直接關(guān)系學習的培養(yǎng)質(zhì)量和就業(yè)情況[1-4]。

并行模式是一種處理任務(wù)的方式，它能夠同時執(zhí)行多個子任務(wù)，以提高整體的效率和處理能力，多用于計算機領(lǐng)域。劉正偉等[5]闡述了基于有效融合理論，加拿大師范教育課程改革提出的實踐與理論并行的模式。秦向東等[6]采用多軌并行模式培養(yǎng)復(fù)合型人才，以調(diào)整培養(yǎng)方案為核心，在傳統(tǒng)的課堂教學與實踐的基礎(chǔ)上，并行引入科研實踐和素質(zhì)培養(yǎng)環(huán)節(jié)，提高學生創(chuàng)新實踐能力及其他素質(zhì)。付寶琴等[7]提出人才培養(yǎng)的評價指標，力爭接近人才市場的需求，并重點討論了并行模式下如何在人力、物力和公共資源共享條件下進行實驗教學改革。張敬宗等[8]針對目前工程測量理論和實踐教學存在的矛盾和不足，提出將理論和實踐并行的教學模式，二者時間上同步、內(nèi)容上互補，以模擬工程項目為驅(qū)動貫穿整個教學過程，實現(xiàn)以學生為中心的教學目標。董慶瑞等[9]探索了一種并行雙模式教學，教學活動可以在混合模式教學和全網(wǎng)絡(luò)模式教學之間進行平順切換，甚至可以兩種教學模式同時開展。目前學者的研究多聚集于人才培養(yǎng)模式中多個方面的能力或素質(zhì)的并行或課程理論知識與實踐教學的并行，對專業(yè)實踐教學或?qū)I(yè)間的實踐教學采取并行模式研究相對較少。

塔里木大學是一所普通二本院校，隨著西部大開發(fā)和國家教育強國各項政策的落地，學校在校學生人數(shù)由1999年的2500余人增加到2023年的31000余人，在校學生人數(shù)增加了11.4倍，本科專業(yè)由1999年的11個，增加到2023年的85個。在校學生人數(shù)的急劇增長導(dǎo)致用于實踐教學活動的場所、儀器設(shè)備相對不足的矛盾突顯。機械電氣化工程學院是塔里木大學工科二級學院，現(xiàn)有學生3100余人，設(shè)有機械設(shè)計與制造及其自動化、農(nóng)業(yè)機械化及其自動化、車輛工程和農(nóng)業(yè)電氣化及其自動化等9個本科專業(yè)，每個專業(yè)均有2～4個自然班（30～40人/班）。用于工科實踐教學儀器設(shè)備單臺價值高，對安裝場所要求高，更加突顯學生實踐教學的儀器設(shè)備不足的問題，嚴重影響了實踐教學質(zhì)量。同時，每一項實踐教學活動的安排在專業(yè)內(nèi)部或?qū)I(yè)與專業(yè)間均是獨立安排，造成理論教學頻繁停課，教學計劃被打亂。為破解此難題，本研究以塔里木大學機械電氣化工程學院農(nóng)業(yè)機械化及其自動化專業(yè)（以下簡稱農(nóng)機專業(yè)）實踐教學存在的問題為切入點，采用并行模式安排實踐教學活動進行了探索與實踐。

1 教學現(xiàn)狀

對于工科專業(yè)，實踐教學活動在整個教學環(huán)節(jié)中具有舉足輕重的作用，實踐教學的質(zhì)量直接影響到學生理論知識的理解，關(guān)系到學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力的培養(yǎng)和動手實踐能力的提升，同時與學生就業(yè)密不可分。近5年來，學院每年以10%左右速率擴大招生規(guī)模，部分實踐教學活動安排從第0周安排到學期末，甚至還占用寒暑假期。在實踐教學活動中，因班級和學生數(shù)量增加，每組實踐教學學生人數(shù)多，在有限的實踐教學時長內(nèi)，學生人均使用或操作儀器設(shè)備時間縮短，實踐教學設(shè)備使用頻率急劇增高，設(shè)備故障率增加，實驗員對實踐教學指導(dǎo)和對設(shè)備維護任務(wù)加重，各實踐教學活動場地學生人數(shù)超飽和，存在極大的安全隱患，因?qū)嵺`教學儀器設(shè)備臺套數(shù)受限和時間安排不合理，常常是1名學生操作，其他學生無事可干，實踐教學質(zhì)量較差。

2 影響分析

2.1 實踐教學任務(wù)繁重，場所緊張

人才培養(yǎng)方案是專業(yè)教學活動的指導(dǎo)性文件，對實踐教學活動的時間、地點、時長及學分等均做出明確的規(guī)定。各高等院校均按照專業(yè)人才培養(yǎng)方案執(zhí)行各實踐教學活動，當在校學生人數(shù)不斷增加時，實踐教學活動的任務(wù)隨之加重。以農(nóng)機專業(yè)金工實習為例，2019屆招生4個自然班，2020屆招生6個自然班，每2個自然班合班安排一次實習，時長3周，僅2020屆農(nóng)機專業(yè)金工實習工作量就增加了1/3。而學院9個本科專業(yè)中有6個專業(yè)須進行金工實習，實踐教學任務(wù)極其繁重。再加之，全校公共基礎(chǔ)課物理實驗，專業(yè)基礎(chǔ)課電子電工、機械原理、機械設(shè)計、液壓與氣壓傳動，專業(yè)課農(nóng)業(yè)機械學、汽車拖拉機學等課程的實踐教學，每個實踐教學活動場所學生人員過飽和，授課教師、實驗員教學任務(wù)極其繁重。

2.2 教學資源使用不合理，實踐教學質(zhì)量下降

根據(jù)專業(yè)人才培養(yǎng)方案，專業(yè)不同實踐教學活動有先后次序，由此造成實踐教學活動在大學二、三年級內(nèi)相對密集，實踐教學儀器設(shè)備使用頻率高，儀器設(shè)備故障率也高；而無實踐教學活動時間段內(nèi)實踐教學儀器設(shè)備則無人使用，教學資源使用不均衡，不合理。學生人數(shù)增加，同樣實踐教學時長，1名或1組學生操作使用儀器設(shè)備，其余學生較長時間等待，浪費了大量時間；為保證每位學生都能操作使用設(shè)備，在時長不變的情況下，學生人均操作或使用儀器設(shè)備的時間縮短，實踐教學質(zhì)量下降。

3 成因分析

學生人數(shù)急劇增加對實踐教學活動的影響客觀存在，其對實踐教學活動的影響成因有3個方面。一是學生人數(shù)的增加速率，遠大于學校實踐教輔人員引進培養(yǎng)、實踐教學場所建設(shè)和儀器設(shè)備購置的速率，是造成實踐教學活動場所緊張、儀器設(shè)備相對不足、實驗員工作量超負荷客觀因素，由此造成學生實踐教學質(zhì)量下降。二是各專業(yè)實踐教學活動安排相對獨立，均由承擔不同基礎(chǔ)課、專業(yè)基礎(chǔ)課和專業(yè)課所在的系或課程主講教師根據(jù)人才培養(yǎng)方案和授課的進度自行安排時間，各系的專業(yè)與專業(yè)之間、不同課程之間、專業(yè)內(nèi)部的實踐教學活動時間未統(tǒng)籌安排，致使部分實踐教學設(shè)備相對一個時段內(nèi)不足，而另一些實踐教學儀器設(shè)備因無實踐教學而閑置，無人使用。三是專業(yè)與專業(yè)間實踐教學活動時間安排的對沖，實踐教學資源使用不平衡不合理也是造成實踐教學活動場所緊張、儀器設(shè)備相對不足、實驗員工作量超負荷和實踐教學質(zhì)量下降的主觀因素之一。

4 改革思路與舉措

在分析成因的基礎(chǔ)上可以看出，在學生人數(shù)急劇增加的同時，學校應(yīng)投入更多的資金，大力加強實踐教學活動場所建設(shè)，加大實踐教學儀器設(shè)備購置力度，大力培養(yǎng)或引進教輔人員，以滿足增加后的學生人數(shù)對實踐教學場所和儀器設(shè)備臺套數(shù)需求，保證實踐教學的質(zhì)量，此為最佳方案。然而，建設(shè)和購置滿足學生人數(shù)增加后的實踐教學活動的場所和儀器設(shè)備需要大量的資金；同時，規(guī)劃、審批、建設(shè)和購置需要一個較長的周期。地方本科院校的財力有限，建設(shè)所用土地緊張，加之其他不可控因素限制，建設(shè)和購置與學生人數(shù)增加相匹配的實踐教學場所和儀器設(shè)備不可能在短時間內(nèi)完成，是一個相對周期較長的過程。

塔里木大學機械電氣化工程學院對以并行模式統(tǒng)籌安排各專業(yè)實踐教學活動的思路進行了探索與實踐，打破按專業(yè)人才培養(yǎng)方案依序安排實踐教學活動的常規(guī)思路[10-16]。在學期初，根據(jù)專業(yè)人才培養(yǎng)方案，對本學期所有專業(yè)的各類實習、實驗的班級、人數(shù)、時間等信息進行統(tǒng)計，將各類實習、實驗采用并行模式統(tǒng)籌安排，即在一個時間段內(nèi)某個班本學期的不同實習或課程實驗同時安排，將學生分成若干個組，一部分學生進行實踐教學A活動，另一部分學生進行實踐教學B活動，待實踐教學A組和B組學生完成規(guī)定的時間和內(nèi)容后，實踐教學A組與實踐教學B組的學生進行交換，繼續(xù)完成相關(guān)實踐教學內(nèi)容。具體思路如圖1所示。

并行模式的實踐教學在實施時，需滿足的必要條件：一是同一學期，二是同一個班級，三是同時安排的2個實踐教學活動時長需相差不大，便于后續(xù)換組。

5 改革實踐與成效

2019—2023學年第1學期農(nóng)機專業(yè)具體做法：根據(jù)人才培養(yǎng)方案，該學期農(nóng)機專業(yè)有拖拉機汽車學課程實習Ⅰ（拆裝）2周和拖拉機汽車學課程實習Ⅱ（駕駛）2周，依據(jù)改革的思路，對拆裝實習和駕駛實習統(tǒng)籌并行同時安排，2021屆農(nóng)機專業(yè)2個班共62名學生，1班先進行拆裝實習，1周后與駕駛實習1周的2班對調(diào)交換，繼續(xù)進行相關(guān)實習；2020—2021學年第1學期，該班級的數(shù)控加工與編程實習1周與拖拉機汽車學課程實習Ⅲ（修理）實習1周同樣采取了上述方法安排實踐。實習后，對學生進行隨機調(diào)查，學生普遍反映：并行模式安排實習的方法，操作和使用儀器設(shè)備的時間較原來長，實習期間工作量很飽滿。對認課教師隨機調(diào)查，教師反映：理論教學秩序有保證，無須再利用寒暑假進行實踐教學，有更多的時間用于教學和科學研究。

根據(jù)改革思路與實踐，針對學生人數(shù)急劇增加和實踐教學場所及儀器設(shè)備相關(guān)不足的矛盾現(xiàn)狀，打破常規(guī)的按專業(yè)人才培養(yǎng)方案依次安排實踐教學活動思路，采用并行模式統(tǒng)籌安排一學期專業(yè)內(nèi)部各類實踐教學活動，可有效解決學生人數(shù)增加和儀器設(shè)備相關(guān)不足的矛盾，大大增加了學生操作和使用儀器設(shè)備的時間，提高了學生實踐教學質(zhì)量。雖從表面上看，并行模式安排實踐教學活動“壓縮”了實踐教學活動的時間，但增加了學生有效使用或操作儀器設(shè)備的時間，實踐教學儀器設(shè)備資源得到了合理的均衡利用，場地緊張得到了解決，實踐教學活動并行模式的安排壓縮了時間，改變了傳統(tǒng)方式跨學期、甚至是假期增設(shè)實踐教學任務(wù)現(xiàn)象，有效緩解了實驗員超負荷工作現(xiàn)狀。由此可看，并行模式安排實踐教學活動的改革是成功而有效的。

6 結(jié)束語

在高校擴招背景下，學生人數(shù)的急劇增加與實踐教學實驗員不足、工作量超負荷，以及實踐教學活動場所緊張、儀器設(shè)備相對不足的矛盾在很多地方院校普遍存在。為解決或緩解這一難題，塔里木大學機械電氣化工程學院農(nóng)業(yè)工程系探索嘗試采用了并行模式統(tǒng)籌安排專業(yè)內(nèi)部一學期各項實踐教學活動，并對2021屆農(nóng)機專業(yè)進行了實踐，通過對學生、教師的調(diào)查，并行模式統(tǒng)籌安排各項實踐教學活動的改革得到了學生和教師的認可。

改革與實踐效果可有效解決學生人數(shù)增加和儀器設(shè)備相關(guān)不足的矛盾，大大增加了學生操作和使用儀器設(shè)備的時間，從而提高了學生實踐教學質(zhì)量。雖然并行模式安排實踐教學活動“壓縮”了每項實踐教學活動的時長，但增加了學生有效使用或操作儀器設(shè)備的時間，實踐教學教輔人員、場地和儀器設(shè)備等資源得到了合理的、均衡的利用，有效緩解了實驗員假期帶實踐教學的超負荷工作現(xiàn)狀。此改革經(jīng)驗與做法值得在類似高校推廣和應(yīng)用。