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实践教学体系形式多样,总体分为实践教学和实践训练两部分,且占总学分的比例不少于25%。(1)实践教学分为实验、课程设计、实习和毕业设计四大类。与理论课程相结合的实践教学有课程设计、专业基础、专业技术综合性和设计性实验环节与实习环节;独立的实践教学有开放性实验、认识实习、生产实习、毕业设计等。在校内进行的实验,充分利用校内基础实验室和专业实验室完成;企业实践要达到35周。(2)实践训练包括书面写作训练、科研训练、大学生创新性计划项目、学科竞赛、网络模拟炼钢竞赛、社会实践等。实践类课程训练加强了学生了解工程实际、综合运用多学科知识、各种技术和现代工具及仪器装备,通过实验、分析研究、计算等手段解决实际工程问题的能力。
二、开放性实验的定位及规划
冶金工程专业卓越工程师培养计划开放性实验项目的建设,是冶金工程专业卓越工程师培养计划实践教学的重要组成部分,使参与的学生具有冶金实验以及数据分析的能力,可运用实验方法和数据处理的理论方法,独立且优化完成实验设计、操作、结果分析等环节,为产品开发和质量提升提供合理的数据支持。
实验教学以培养学生能力为目标,教学内容分基础部分和综合提高部分,并突出在生产实践中的应用。这部分实验的考核成绩是根据学生实验操作情况和报告撰写情况综合给出。部分实验课题的内容结合科技工程发展,具有较强的创新意识、创造性思维能力,并在编制冶金生产工艺、制定冶金企业标准、调查分析冶金企业实际生产、优化实际生产过程、控制生产过程、实验以及数据分析、应用计算机及信息技术解决冶金工程实际问题的过程中得以体现。
冶金工程专业开放性实验要求学生重点掌握冶金实验室和生产实践环节常用检测仪器与设备的名称型号、结构、工作原理、使用方法、注意事项、维护等,以及掌握在冶金实验研究和生产工艺过程中常用的分析研究方法的原理与操作等。教学中教师应注重实验技术的讲解和归纳,实验课题除安排基本部分外,还应有不同深度的选做内容,以启发学生的思维和创新意识。所有实验均要求学生独立操作,选做内容和带有设计性、综合性的实验课题由学生自己设计实验步骤进行探索式实验。要求学生掌握实验目的、实验原理、实验数据处理和分析方法,掌握利用所学的实验技术和研究方法在生产实践中的运用,能够按要求完成实验报告。在实验前,要求学生认真学习实验指导书,了解实验原理和方法,掌握实验设备和仪器的使用方法。
1.开放性实验教学内容与要求
在冶金工程专业卓越工程师培养方案中为提高本科生的工程实践能力,在已经开设的“冶金专业实验”(12个综合性、设计性专业基础、专业技术实验,共计48学时)实践课程的基础上,开发了8个全新的综合性开放专业实验(32学时),实验学时增加到80学时。
冶金工程专业开放性实验教学利用基础理论讲授、实践操作和实验数据的分析与应用,加强和巩固了参与卓越工程师培养计划的学生的实验基础与操作技能,培养了学生综合运用实验技能去解决实际问题的能力、增强了工程实践能力;利用开放性实验培养了学生的创造性思维和科学创新的精神。开发的综合性开放专业实验项目有:
(1)铁矿粉造球与球团矿抗压实验。球团矿是除烧结矿外另一种为高炉提供“精料”的造块方法。球团法是将细磨精矿制成能满足冶炼要求的块状物料的一个加工过程。通过实验掌握铁矿粉造球的原理,研究影响造球过程的诸因素,确定最适宜的因素;成球机理与固结机理的研究;掌握球团矿抗压强度机理。(2)精密火花直读光谱仪的应用与实践。通过实验了解和掌握METAL-LAB75/80J型精密火花直读光谱仪的基本结构、工作原理、基本操作方法、试样的制备、维护保养知识等。(3)红外测温仪和红外热像仪的应用与实践。通过实验了解和掌握3i-2MSC型红外测温仪与VST-H型便携式工业红外热像仪的基本结构、工作原理和基本操作方法等。(4)煤粉爆炸性测定实验。通过实验了解和掌握高炉喷吹煤粉长管式煤粉爆炸性测定仪测定机理。(5)煤的着火温度测定。通过实验了解和掌握高炉用喷吹煤粉的着火温度测定机理及试样制备等。(6)氧氮氢分析仪的应用与实践。通过实验了解和掌握G8GALILEO氧氮氢分析仪的基本结构、工作原理、基本操作方法、试样的制备等知识。(7)同步热分析仪的应用与实践。通过实验了解和掌握STA449F3综合热分析仪热重/差热同步分析仪基本结构、工作原理、基本操作方法、试样的制备等知识。(8)岩相显微镜观察与耐火材料荷重软熔点测定实验。通过实验了解和掌握岩相显微镜的矿物观察方法,以及耐火材料荷重软熔点测定设备的基本结构和工作原理。
本课程为实践性环节,通过本环节的学习使学生在完成“冶金传输原理”、“钢铁冶金原理”、“钢铁冶金学”、“冶金原料处理与工艺”、“冶金实验技术”等课程后,巩固了所学的冶金理论知识和冶金工艺流程等知识,掌握了冶金工程技术的基本实验研究技能,培养了动手能力、科学思维、工程意识,以及综合应用知识解决冶金工程实际问题的能力。综合应用知识解决冶金工程实际问题的能力包括制定冶金生产工艺、制定冶金工程相关标准、调查分析冶金企业实际生产、优化实际生产过程、控制生产过程、实验以及数据分析、应用计算机信息技术及软件解决冶金工程实际问题等的能力。例如铁矿粉造球与球团矿抗压实验教学环节从实验原理、实验设备到实验操作过程都是生产工艺的模拟,可以使完成实验的学生掌握铁矿粉造球的原理,针对物料特性研究制取生球团的方法和工艺,确定最佳工艺参数;研究影响造球过程的诸因素,确定最适宜的因素;成球机理与固结机理的研究;掌握球团矿抗压强度机理等。以提高学生生产实践和科学研究的综合素质为根本目的。
2.实验教学方式
本课程的教学过程包括理论知识讲授、实践操作、研讨与分析和实验分析报告四部分,是一门理论与实践结合较强的课程,学时分配见表2。要求学生重点掌握冶金实验室常用仪器、设备的名称、型号、结构、工作原理、操作方法、维护保养等,掌握在冶金实验研究与生产工艺过程中的实验研究技术。
实验前由指导教师讲解实验的目的、原理、任务、要求、实验守则及实验室安全制度等。学生根据各个实验的任务,10人一个实验小组,在规定时间内依据课前预习相关实验指导书的情况独立完成实验测定、数据处理与分析,并撰写实验报告。实验前,学生必须认真阅读实验指导书,理解实验的目的和原理,明确本次实验中的各参数、实验方法、仪器操作规程、条件控制以及安全问题等。这些检查合格后,方可进行实验。实验过程中,要求学生勤于动手、细心操作、敏锐观察、全面的思考分析钻研问题,准确记录原始数据。教师要对出现的异常实验现象向学生提问,引导学生深入思考并提出合理化的解决方案,提高综合考虑问题的能力,使学生学会分析和研究问题的方法。
开放性实验教学是与理论课程、生产实践相结合的实践教学环节,突出了实践操作能力和创新精神的培养。在校内进行的实验要充分利用校内专业实验室完成,这样既可以提高实验仪器设备的利用率,又可以节约大量的实践教学经费,同时还可以面向本专业和相近专业其他年级的学生开展开放性实验教学,充分发挥多元化开放实验室的作用。完善实验教学质量评估体系,不断提高实验教学质量,使实验课的内容以紧跟时代、紧跟现代化的生产实践为目标,更多地开发出现代实验、设计性、开发性实验和综合性研究实验。
三、结束语
关键词:实验室建设;平台;共享;科研训练;创新人才
“十一五”期间,学校以“211工程”、“985工程”建设为契机,本着“拓宽基础,重视创新,提高素质,强化能力”的原则,以“基本技能-现代技术、综合应用-创新能力”为认知链条,将教学、科研、社会资源进行优化整合,重点投资,集中建设。完成了公共基础实验平台的搭建,使有限资源发挥了较大的规模效益。
在此基础上,“十二五”期间我们提出“以人才培养为核心,坚持软环境和硬件建设并重两条主线,实现合理立项、科学管理、效益评估三段管理,构建公共基础、学科大类、专业实践、校企共建实践创新四级平台”的建设思路,以平台建设促资源共享、促知识交叉融合、促学科资源和科研资源对本科教学的支持、促科研成果和先进技术在教学中的应用。进一步建立了完整的实践创新平台和管理制度,为培养拔尖创新人才提供了基础条件和重要保障。
一、构建四级平台,促进开放共享
为了进一步整合优质资源,为学生创新和开展科学研究提供实践环境,学校在保障基本实验教学条件的基础上,对实验室的创新功能、开放程度、建设效益提出了新的要求。同时,结合中国特色新型工业化对大批创新人才的需求,加强与研究院、大型国企、海外大型企业的合作。加强学科融合、资源共享,通过构建公共基础实践教学平台、学科大类实践教学平台、专业实践教学平台和校企共建实践创新平台四级平台,为培养拔尖创新人才提供支撑。
1.公共基础实践教学平台。着重于基础理论和基本技能的训练,是创新能力和实践能力培养的基础[1]。作为研究型综合大学,我校充分利用自身学科门类齐全、实力雄厚的优势,打破专业和学科壁垒,进一步整合优化公共基础实验资源。依据人才培养的实际需要,依托我校现有的机械基础教学实验中心、工业训练中心、电工电子教学实验中心、物理教学实验中心、化学教学实验中心、数学教学实验中心、机能学实验中心、形态学实验中心、细胞分子生物学实验中心等公共基础实验中心,搭建一批大学生创新训练基地,为开设综合性、设计性和研究创新性实验提供了条件保障,为学生开展创新性实验、学科竞赛等创新科技活动提供了条件,同时也为本科生早期参与科研提供了条件。受益面覆盖全校3万余名本科生。2011年,基于公共基础实践教学平台,我校共改善37门实验实践课的教学条件,按计划开出实验项目117个,支持大学生创新性实验计划、自由探索计划等项目104项,承担校级以上学科竞赛30场次,参与人数3090人次,极大促进了学生理论水平与实践能力的提升。
2.学科大类实践教学平台。按照人才培养与学科建设相结合的原则,我校对相同学科或相近学科课程覆盖面大、不同专业但学科相近的学生开展通用性的实验教学活动。在此基础上,对相近学科资源进行深度整合,建立以大类区分的实验教学平台,形成与学科大类培养相适应的实践教学体系,重点建设了一批集实验教学和创新训练于一体的学科大类实践教学平台。
文科综合实践教学平台将各文科院系的学科特色有机结合,用系统的思维构建实验教学内容,建立模块化和层次化的实验课程体系。模块之一的行为科学实验中心通过开设有关的基础课程和专业课程,揭示和演绎人文社会经济活动中人的心理与行为规律,填补了学校无文科大类实践教学平台的空白,为实现文科教学形式多样化、提高教学效果提供良好的实验平台。
信息与控制综合基础实验教学中心跨越电子与非电子类学科界线,将电子技术运用于各种实践类学科中,向电子类学生展现信息与控制类技术在各个领域的应用与实践,向其他专业学生展现各学科特色课程的仿真模拟实验。拓宽了学生的学习思路,提高学生的创新实践能力,使之在交叉学科的实践学习中全面系统地掌握各学科的学科特色及跨学科应用。
在医学人才培养过程中,充分利用现有资源。依托我校湘雅二医院,将国家级临床技能实验教学示范中心做实做强,进一步发挥其示范辐射作用;依托湘雅医院,建设以加强理工文医复合型知识培养为特色的高级医学人才培养实践中心;依托湘雅三医院,建设以基础医学、生命科学和临床融通为主要特色的转化式实验教学实践中心,为培养拔尖创新的医学杰出人才提供实践条件。
3.专业实践教学平台。在保障专业基本实验教学的前提下,结合中国特色新型工业化对大批创新型领军人才的需求,打造一批充分体现学科专业特色的实践平台,努力做到将研究型大学的科研实力转化为培养创新人才的“核动力”[2]。学校重点建设了材料科学与工程、冶金工程、矿物加工工程、粉体材料科学与工程等14个专业实践教学平台。将教学与科研紧密结合,让学生接触最新的科研资讯,使学生学会探索研究新知识,鼓励学生参与科学研究,通过参与科研加强学生的创新能力。
我校资源加工与生物工程实验中心以矿物加工工程国家重点学科、生物冶金教育部重点实验室以及湖南省重点学科——钢铁冶金和生物工程、湖南省铁精矿直接还原工程中心等多学科平台为依托,每年面向全校矿物加工、钢铁冶金、无机非金属材料、生物工程4个专业、1500余名学生开出实验课程33门,计划内和自拟等各类实验项目总数116项,实验总学时达12万人?学时,具有“专业性强、创新性突出、学生人数多、受益面大”的特点。我校材料科学与工程学院则以学院各研究所、科研室(课题组)为依托单元,结合国家和部省级科研项目或通过专题立项,让学生自主选题、自主设计、自主实验,培养学生的创新素质和实践能力。
4.校企共建实践创新平台。国内外的实践证明,产学研结合培养大学生的实践能力和创新能力是一条成功经验。我校以教育部卓越工程师教育培养计划为契机,加强与研究院、大型国企、海外大型企业的全方位、多层次的交流与合作。将创新教育融入实践教学当中,构建以教学、科研、培训为一体的创新人才培养模式,推进校企共建实践创新平台的建设,培养满足行业需求的拔尖创新人才[3]。
我校在数十家大中型企业建立了实习基地和工程训练中心,通过校企合作,使学校教学紧跟社会需求,为学生开阔视野、启迪创新思维提供了良好的学习条件。同时,在社会力量的支持下,学校设立了一系列奖学金和奖教金,每年奖金额度达2000~5000元/人,共计20万元/年。通过社会各类奖学金的设立,加强了社会与学校的联系,提高了学校在社会上的知名度,也为学生接触社会提供了一个畅通的渠道。
二、实行三段管理,保障建设质量
1.合理规划,立项建设。在“十二五”开局之年,积极组织并推动了校、院两级实验室建设发展规划的制订,要求明确人才培养目标,理清实验室建设发展思路,规划“十二五”期间的建设重点和分步建设内容。我校坚持以创新人才培养为目标,以转变观念为先导,以教学改革为主线,以项目投入为形式,以实验教学平台建设为内容,以管理体制改革和运行机制创新为重点[4],合理规划,制订分层次、分步骤的各级实验平台建设方案。
学校对各学院本科教学实验室的建设实行项目管理,各学院每学年的实验室建设项目必须以校、院实验室规划为指导,在充分调研和论证的基础上提出具体建设内容和经费预算,由学校组织专家对项目进行进一步论证审核。
2.科学管理,过程监控。伴随着实验教学体系的改革,对传统的实验教学管理体制开展了一系列改革。我校成立了实验室建设工作专家委员会,主管全校本科教学实验室建设工作的校领导担任主任,精心遴选了具备不同专业背景和科研方向的实验室管理工作经验丰富、德高望重的教授(博导)作为小组成员,负责各级平台建设项目的立项审核、期中检查和效益评估。专家组以项目建设规划和效益考核为依据,通过实地考评、听取意见、经费核查、敦促整改等措施,切实加大过程监控力度,保证项目建设实效;并对实验教学体系、实验室规划、实验教学管理、新开实验课程、人才引进与考评晋升等方面的工作进行指导。
3.定期考核,效益评估。为了开放共享平台的可持续发展,促进项目建设的科学化、规范化,保障建设项目顺利、有效开展,提高资源的利用效益,我校以校、院两级规划和《中南大学教学实验室建设立项管理办法》为依据,在建设期结束之际,组织专家组对我校本科教学实验室建设项目进行实地考核验收和效益评估。专家组通过听取汇报、实地考察、经费核实等环节,按照建设项目立项申请时提出的建设目标、预期效益进行评估,有效保障平台建设实效。同时,严格奖惩制度,对评估效果不好的建设项目,从严控制或停止其下一年度的经费投入;对建设效益好的项目,在课题申报和职称评审等方面给予倾斜。
通过实验室建设项目的严格、科学管理,为拔尖创新人才的培养提供了充足的实践教学保障条件,满足了学生求知识、求创新的愿望,发现和培养了个性化、创造性的人才,实现了资源效益的最大化。
三、注重三个融合,实现知识能力素养全面发展
1.平台建设与创新教育相融合。各级实验平台在建设过程中既要保证学生能够在课内实验教学中掌握扎实的基本实验技能、消化理解理论课中的教学内容,同时还应该注重分层次开放创新实验环境,为学生开展课外科技创新活动提供实验平台。
为了培养学生从事科技创新的能力与兴趣,我校电工电子实验教学中心设计了分层次开放实验室环境的方案,推出了以实践内容为主的系列课程。允许学生在课外利用该环境完成自己感兴趣的实验,同时设有专项资金支持学生的选题,鼓励学生自行结成课题组,以培养其协作与团队精神。建立健全以创新为本的实验教学质量控制体系,通过制订科学合理的质量评价标准引导创新意识和能力的培养。学生通过开放式的创新实验,课内与课外结合,理论与实践结合,不但巩固了所学的知识,还掌握了很多相关学科知识和技能,更重要的是启发了创新思维、培养了创新意识、调动了创新积极性。创新实践平台的开放为学生创新实验研究课题和学科竞赛提供了有力的保障。2011年,我校学生在各类学科竞赛中获国际级奖项27人次、国家级奖项568人次、省级奖691人次。
2.平台建设与科研训练相融合。实践教学的目的之一是要为学生早期参与科研创造条件。平台建设注重实践教学内容与科学研究密切联系,基础与前沿、经典与现代有机结合,形成良性互动,促进科研资源、学科资源为本科教学服务。制订了一系列激励措施鼓励科研实验室向学生开放,使学生在直接参与科研实践的过程中与导师共同探索创新;设立学生创新基金,提供科学研究工作机会,使学生在本科学习阶段就能够进入课题组进行研究学习。
比如我校的资源加工与生物工程实验中心结合科研特点,把创新人才培养与科技成果结合起来,将其融入实验教学体系中,贯穿平台建设,促进了将科研成果转化为实验教学项目。我校医学机能学实验教学中心以科研课题形式促进研究性学习,中心设立了国家、学校和机能中心三级大学生创新实验课题研究基金,通过基金支持,鼓励更多学生进行研究性学习。这些科研成果的加入丰富了实践教学内容,有利于实现教学内容紧跟学科前沿,提升了实验教学的水平,提高了本科教学质量。
3.平台建设与工程实践相融合。实验教学的内容必须与工程实践、科学研究紧密结合,这是实验中心建设过程中应予以充分考虑的问题之一。
我校资源加工与生物工程实验中心按照“突出工程训练,体现培养特色”的要求,提高学生的工程实践能力,在第二课堂,通过学科点建立的矿物加工、直接还原和矿物材料等中试基地,让学生直接参加科研成果产业化的前期研究工作和工程实践训练。另外,该中心以学习工艺知识、增强工程实践能力、提高综合素质、培养创新精神为教学目标,在校内建设了5个工程试验基地,为学生的工程实践提供了良好的环境和条件。从小型试验、连续试验到扩大试验,学生熟悉了科研项目完成的全过程并提前参与了工程实际训练。通过这些训练,培养了学生的实际动手能力、工程实践能力、创新意识,拓宽了学生的视野,提高了学生在企业的竞争力。这种工程实践的开展与推广,深受师生、企事业单位的青睐,并取得了良好的效果。
参考文献:
[1] 顾秉林,王大中,汪劲松等. 创新性实践教育——基于高水平学科建设的创新人才培养之路[J]. 清华大学教育研究,2010,31(2):1-5.
[2] 李文星,陈薇. 研究型综合性大学创新人才培养的平台构建与机制创新[J]. 四川师范大学学报(社会科学版),2007,34(3):97-100.