高校實驗教學體系建設探索

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摘要：從“新工科”的背景出發，以高校人才培養實際要求為導向，在認真總結歸納國內高校實驗教學體系建設方面的優勢與不足的基礎上，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體系建設的優化策略。

關鍵詞：“新工科”；實驗教學；教學體系

1“新工科”的內涵及其對高校實驗教學的新要求

1.1“新工科”的基本內涵

我國具有完整的工業體系，也是一個工程教育大國，工科在校生數量占到了接受高等教育學生總數的1/3以上。從世界范圍來看，我國工科畢業生要占到全世界工科畢業生的30%~40%，遠超其他任何國家。從20世紀50蘇聯，到后來學習美國、西歐，到現在提出建設“新工科”，中國的工程教育走過了一個較為艱辛的過程。可以說，優質的工程教育，是新時代社會經濟發展的現實需求，也是高等教育的重要使命。針對傳統工程教育的理念滯后、人才結構不合理、知識體系不適應和培養模式固化等問題，“新工科”應運而生，更加注重學科的實用性、交叉性與綜合性，尤其注重信息通信、電子控制、軟件設計等新技術與傳統工業技術的緊密結合[2]。“新工科”強調的是工科的“新生”和“新型”，“新生”就是要建設戰略性與新興產業相關的“新工科”專業，“新型”就是要升級改造傳統工科專業，賦予其新的專業內涵。“新工科”以新經濟、新產業為背景，是一個動態的概念。“新工科”的建設，一方面要設置和發展一批新興工科專業，并加強建設、提高質量；另一方面要推動現有工科專業的改革創新，探索符合工程教育規律和時代特征的新培養模式[3]。“新工科”絕不是簡單地開設新專業，必須突破5大瓶頸，即打破學科壁壘、越過專業藩籬、打通本研隔斷、消除校企隔閡，必須關注教師和學生2個主體，著力培養工程創新和適應變化2個能力，融通線上和線下2個空間，協調校內和校外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”對實驗教學的新要求

在“新工科”的建設過程中，最為標志性的事件和成果就是前文提到的“復旦共識”“天大行動”和“北京指南”。“復旦共識”明確了“新工科”新范式的定義，也就是“新理念、新結構、新模式、新質量、新體系”；“天大行動”則提出了“六問”：即問產業需求建專業、問技術發展改內容、問學生志趣變方法、問學校主體推改革、問內外資源創條件、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、更加注重結構優化、更加注重模式創新、更加注重質量保障、更加注重分類發展[5]。在“新工科”背景下，工程教育的人才培養目標主要包括以下幾項特征：一是工程和科技創新能力的培養；二是多學科和跨界領導力的培養；三是解決復雜工程問題能力的培養；四是人文和管理能力的培養；五是要引導學生樹立對產品、系統和過程全生命周期的系統工程觀；六是要有廣闊的國際視野[6]。作為工程教育的本質特征，實驗教學的主要作用，就是讓學生通過動手實踐的方式，更加深入地理解知識和創造知識，提升學生解決問題的能力。在“新工科”的總體理念和要求的背景下，必須對現有工科專業的實驗教學體系進行深入改革，使學生具備多維度、綜合性的知識、能力和素質。

2現有高校實驗教學的不足和改革動向

2.1教學內容方面

實踐教學是理論教學的重要補充，實驗教學又是實踐教學的重要組成部分。當前國內大部分高校、專業的實驗教學內容依然較為陳舊，偏離工程實際，與學科發展前沿有所脫節。如一些核心課程的設置具有一定的系統性，但缺乏時代性，課程內容更新速度明顯偏慢；實驗教學課程體系較為單一，主要圍繞固定的學科進行設計，缺乏跨學科的交叉融合；在實驗教學中，研究傳統典型案例較多，但缺乏對新理念、新領域、新技術的解析，也未能與企業需求有效對接。這樣的教學內容，容易造成學生脫離工程實際、缺乏相應的工程實踐，這顯然無法滿足學生成長的需要，也無法滿足企業對人才的需要。

2.2教學方法方面

教學方法要體現學生的主體地位和教師的主導作用，是實現教學目標的重要保證。現有的實驗教學，主要存在以下問題：輕視學生工程素質培養，對理論知識要求較多而對實踐訓練要求較少，缺乏系統性、專業化的指導；教學方法比較傳統和刻板，大多是給定實驗流程、實驗材料，學生只需要機械地操作，缺少主動思考，創造性偏弱，達不到啟發性教育的效果；教師投入教學的主動性和積極性不高，缺乏開發創新實驗項目，研制實驗設備及實驗器材的積極性，影響了實驗教學的創新性[7]。以上問題導致學生對實驗課程的學習興趣不高，制約了實驗教學的發展，不能滿足新形勢下人才培養的要求。

2.3管理體制方面

管理體制涉及教學過程的監管、教學質量的評價、實驗儀器設備的配置、校企協同平臺的構建、師資隊伍建設等。從教學過程的監管來看，目前還非常不嚴格，除了課堂教學外，幾乎沒有其他的師生交流方式，相應的制度建設也較為薄弱，對于實驗教學的教學效果也并不重視；從實驗儀器設備的配置來看，部分重要儀器設備無法及時添置，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學生幾乎不開放，公共實驗平臺建設亟待加強；校企協同平臺亟待完善，部分校企合作還停留在“牌子多、內容空”的階段，未能出臺操作性強的工作制度和規范；實驗教學教師隊伍水平參差不齊，部分教師缺乏工程實踐能力，對企業的需求感知能力較弱，相應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”背景下國內高校改革的新動向

由于“新工科”的新內涵和新要求，國內高校紛紛行動，推進實驗教學方面的相關改革。作為“新工科”建設的“高地”，天津大學建立產教深度融合機制，與40余家企業開展合作，共建新工科實驗班、師資培訓基地、人工智能平臺，面向全體學生開放國家級實驗教學示范中心、虛擬仿真實驗中心、實驗教學示范中心、學院創新實驗室；哈爾濱工業大學依托其工科與工程教育的優勢，推進多學科交叉、校企合作協同育人與國際合作聯合培養，并進行相應的教育教學改革；西安電子科技大學以“本科生科研訓練計劃”為核心，激發學生的科研興趣，促進師生交流；寧夏回族自治區針對當前區內高校師資隊伍工程實踐能力缺失的問題，開展了高等學校“雙師型”教師實踐鍛煉計劃；北方民族大學在機械工程材料課程教學過程中加入了市場調研及案例分組討論環節等。總體上來看，雖然國內高校已經根據“新工科”的趨勢，在實驗教學方面進行了一些調整和創新，但是依然無法完全適應新工科的要求，在教學內容、教學方法、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體系優化策略探索

在“新工科”的大背景下，要對高校實驗教學進行改革，重點是要明確實驗教學的理念和目標定位，并在教學內容、教學方法和體制機制方面進行改革，強化指導性、體現時代性、提高有效性、增強協同性。

3.1進一步明確實驗教學體系的目標定位，更好適應“新工科”背景的總體要求

高校實驗教學工作應該在“新工科”的大背景下，圍繞國家對人才培養的要求、社會對人才能力素質的需求，尤其是學校的人才培養目標來進行宏觀上的規劃，要尊重教學規律和學生成長規律。一是要堅持“以學生為中心”的理念，把激發學生的主觀能動性、提高學生知識視野和實踐能力作為出發點，優化教學內容，革新教學方法，改良體制機制；二是要以培養“新工科”所需要的創新型、復合型高素質工程科技人才為目標，發揮高校特色學科、高端師資、優質資源的協同效應和集聚優勢，構建全方位、全過程的實驗教學工作格局。

3.2大力推進教學內容改革，充分體現“新工科”背景的時代性

前文已經指出了現有實驗教學內容的不足，按照“新工科”的要求，筆者認為重點是圍繞國家戰略、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，課程體系應反映學科前沿與技術進步，體現行業標準與企業需求，培養工程思維與工程能力，增強學生的社會適應性；二是注重文理知識的互相滲透和學科之間的交叉融合，在學科內部貫穿文理滲透的教學內容，讓學生既能掌握理工科的研究方法，又能培養文科的思維方式，提高學生多學科的知識儲備；三是課程內容的設計，需從以教師為中心逐步轉向以學生為中心，擴大學生自主學習、設計的課時比例，強化學生自主學習能力，提高學生的工程素質及工程實踐能力。

3.3不斷推進教學體系方法改革，全面提高“新工科”背景人才培養體系的有效性

“95后”“00后”學生具有鮮明的個性，對于傳統的“灌輸式”教學方法接受程度不高，在現有的實驗教學中，教學方法的改革勢在必行。（1）改革教學考核方式。探索建立更加開放性的考核模式，不設標準答案，加強對學生實踐經歷、動手能力的過程考察；采用“敏捷教學”等形式，發揮其高度靈活性和動態適應性的特點，通過教學資源配置由面向大中規模向面向中小規模的轉變，應對新時代教學目標多元化和人才需求個性化等需求[8]。（2）加強網絡平臺建設。用信息技術改造傳統的課堂教學和實驗操作，線上學習和線下學習相結合，對實驗教學進行時間上有效延伸和空間上的有效拓展。（3）實施“翻轉課堂”。充分體現學生在教學中的主體地位，通過翻轉式的教學方法，加強課堂討論與互動式教學，提高學生學習的主動性[7]。（4）加強校企協同。通過建立從理論、實踐到探索學習的教育鏈條，實現理論教學和實驗教學的交叉螺旋進行，重點培養學生應用專業理論開展系統分析和應用設計的能力，有目的地融入企業實際工程項目，使學生獲得有意義的綜合設計體驗，培養未來工程師的綜合品質和工程能力[4]。

3.4繼續加大體制機制改革力度，持續增強實驗教學體系的協同性

良好的體制機制對于實驗教學目標的實現具有重要的保障作用，應該包括師資隊伍建設、實驗平臺建設、教學評價、校企協同等方面。（1）加強師資隊伍建設。一是把好“源頭關”，招聘理論和實踐能力俱佳的優秀師資；二是把好“培養關”，出臺相關文件，鼓勵和要求實驗教師深入企業、參與企業項目、為企業提供技術咨詢等[9]。（2）加強實驗室平臺建設。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、更新實驗儀器設備；二是要把握多學科交叉的重大項目研究、高水平師資團隊引進等契機，加快建立多學科交叉實驗平臺。（3）改革教學評價和考核方式。根據實驗教學的不同特點，調整教學評價機制，出臺符合實驗教學教師工作實際的考核制度，形成激勵創新人才培養的良好氛圍。（4）完善校企協同育人機制。高校要建立和完善與其他高校、科研院所、行業單位等之間的協同育人體系，實現實驗教學與經濟社會發展的有效“耦合”[10]。

4結語

眾多科學理論的源頭都是實驗，牛頓、開普勒、伽利略、愛因斯坦、普朗克等自然科學領域的大科學家幾乎都是實驗方面的大師。在“新工科”背景下，要回答著名的“錢學森之問”，要培養更多杰出的工程人才，與時俱進地對高校實驗教學進行改革創新，有著重要的現實意義。同時，實驗教學體系改革是一個系統工程，與學科發展、企業需求、教學方式調整、學生特點、教師素質能力、配套機制等緊密相關。本文通過分析“新工科”對實驗教學的新要求，對實驗教學體制改革進行了初步思考。在未來的教學實踐中，實驗教學應更好地體現時代性、有效性、系統性，激發學生學習的主觀能動性，提升學生的實踐能力和創新意識，進而培養更多的高素質工程人才。

作者：劉宇雷 佘明 單位：南京航空航天大學