高校实验教学体系建设探索

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摘要：从“新工科”的背景出发，以高校人才培养实际要求为导向，在认真总结归纳国内高校实验教学体系建设方面的优势与不足的基础上，全面分析“新工科”背景给高校带来的新趋势、新要求，从而提出高校实验教学体系建设的优化策略。

关键词：“新工科”；实验教学；教学体系

1“新工科”的内涵及其对高校实验教学的新要求

1.1“新工科”的基本内涵

我国具有完整的工业体系，也是一个工程教育大国，工科在校生数量占到了接受高等教育学生总数的1/3以上。从世界范围来看，我国工科毕业生要占到全世界工科毕业生的30%~40%，远超其他任何国家。从20世纪50苏联，到后来学习美国、西欧，到现在提出建设“新工科”，中国的工程教育走过了一个较为艰辛的过程。可以说，优质的工程教育，是新时代社会经济发展的现实需求，也是高等教育的重要使命。针对传统工程教育的理念滞后、人才结构不合理、知识体系不适应和培养模式固化等问题，“新工科”应运而生，更加注重学科的实用性、交叉性与综合性，尤其注重信息通信、电子控制、软件设计等新技术与传统工业技术的紧密结合[2]。“新工科”强调的是工科的“新生”和“新型”，“新生”就是要建设战略性与新兴产业相关的“新工科”专业，“新型”就是要升级改造传统工科专业，赋予其新的专业内涵。“新工科”以新经济、新产业为背景，是一个动态的概念。“新工科”的建设，一方面要设置和发展一批新兴工科专业，并加强建设、提高质量；另一方面要推动现有工科专业的改革创新，探索符合工程教育规律和时代特征的新培养模式[3]。“新工科”绝不是简单地开设新专业，必须突破5大瓶颈，即打破学科壁垒、越过专业藩篱、打通本研隔断、消除校企隔阂，必须关注教师和学生2个主体，着力培养工程创新和适应变化2个能力，融通线上和线下2个空间，协调校内和校外2个平台，打造工程教育的“贯通体”“交叉体”和“共同体”[4]。

1.2“新工科”对实验教学的新要求

在“新工科”的建设过程中，最为标志性的事件和成果就是前文提到的“复旦共识”“天大行动”和“北京指南”。“复旦共识”明确了“新工科”新范式的定义，也就是“新理念、新结构、新模式、新质量、新体系”；“天大行动”则提出了“六问”：即问产业需求建专业、问技术发展改内容、问学生志趣变方法、问学校主体推改革、问内外资源创条件、问国际前沿立标准；“北京指南”提出了“五个更加”的理念：更加注重理念引领、更加注重结构优化、更加注重模式创新、更加注重质量保障、更加注重分类发展[5]。在“新工科”背景下，工程教育的人才培养目标主要包括以下几项特征：一是工程和科技创新能力的培养；二是多学科和跨界领导力的培养；三是解决复杂工程问题能力的培养；四是人文和管理能力的培养；五是要引导学生树立对产品、系统和过程全生命周期的系统工程观；六是要有广阔的国际视野[6]。作为工程教育的本质特征，实验教学的主要作用，就是让学生通过动手实践的方式，更加深入地理解知识和创造知识，提升学生解决问题的能力。在“新工科”的总体理念和要求的背景下，必须对现有工科专业的实验教学体系进行深入改革，使学生具备多维度、综合性的知识、能力和素质。

2现有高校实验教学的不足和改革动向

2.1教学内容方面

实践教学是理论教学的重要补充，实验教学又是实践教学的重要组成部分。当前国内大部分高校、专业的实验教学内容依然较为陈旧，偏离工程实际，与学科发展前沿有所脱节。如一些核心课程的设置具有一定的系统性，但缺乏时代性，课程内容更新速度明显偏慢；实验教学课程体系较为单一，主要围绕固定的学科进行设计，缺乏跨学科的交叉融合；在实验教学中，研究传统典型案例较多，但缺乏对新理念、新领域、新技术的解析，也未能与企业需求有效对接。这样的教学内容，容易造成学生脱离工程实际、缺乏相应的工程实践，这显然无法满足学生成长的需要，也无法满足企业对人才的需要。

2.2教学方法方面

教学方法要体现学生的主体地位和教师的主导作用，是实现教学目标的重要保证。现有的实验教学，主要存在以下问题：轻视学生工程素质培养，对理论知识要求较多而对实践训练要求较少，缺乏系统性、专业化的指导；教学方法比较传统和刻板，大多是给定实验流程、实验材料，学生只需要机械地操作，缺少主动思考，创造性偏弱，达不到启发性教育的效果；教师投入教学的主动性和积极性不高，缺乏开发创新实验项目，研制实验设备及实验器材的积极性，影响了实验教学的创新性[7]。以上问题导致学生对实验课程的学习兴趣不高，制约了实验教学的发展，不能满足新形势下人才培养的要求。

2.3管理体制方面

管理体制涉及教学过程的监管、教学质量的评价、实验仪器设备的配置、校企协同平台的构建、师资队伍建设等。从教学过程的监管来看，目前还非常不严格，除了课堂教学外，几乎没有其他的师生交流方式，相应的制度建设也较为薄弱，对于实验教学的教学效果也并不重视；从实验仪器设备的配置来看，部分重要仪器设备无法及时添置，实验室共享化的程度也较低，部分实验室对本科生和外专业学生几乎不开放，公共实验平台建设亟待加强；校企协同平台亟待完善，部分校企合作还停留在“牌子多、内容空”的阶段，未能出台操作性强的工作制度和规范；实验教学教师队伍水平参差不齐，部分教师缺乏工程实践能力，对企业的需求感知能力较弱，相应的考核激励制度也不够健全，教师的积极性偏低。

2.4“新工科”背景下国内高校改革的新动向

由于“新工科”的新内涵和新要求，国内高校纷纷行动，推进实验教学方面的相关改革。作为“新工科”建设的“高地”，天津大学建立产教深度融合机制，与40余家企业开展合作，共建新工科实验班、师资培训基地、人工智能平台，面向全体学生开放国家级实验教学示范中心、虚拟仿真实验中心、实验教学示范中心、学院创新实验室；哈尔滨工业大学依托其工科与工程教育的优势，推进多学科交叉、校企合作协同育人与国际合作联合培养，并进行相应的教育教学改革；西安电子科技大学以“本科生科研训练计划”为核心，激发学生的科研兴趣，促进师生交流；宁夏回族自治区针对当前区内高校师资队伍工程实践能力缺失的问题，开展了高等学校“双师型”教师实践锻炼计划；北方民族大学在机械工程材料课程教学过程中加入了市场调研及案例分组讨论环节等。总体上来看，虽然国内高校已经根据“新工科”的趋势，在实验教学方面进行了一些调整和创新，但是依然无法完全适应新工科的要求，在教学内容、教学方法、体制机制等方面依然有很大的提升空间。

3“新工科”背景下高校实验教学体系优化策略探索

在“新工科”的大背景下，要对高校实验教学进行改革，重点是要明确实验教学的理念和目标定位，并在教学内容、教学方法和体制机制方面进行改革，强化指导性、体现时代性、提高有效性、增强协同性。

3.1进一步明确实验教学体系的目标定位，更好适应“新工科”背景的总体要求

高校实验教学工作应该在“新工科”的大背景下，围绕国家对人才培养的要求、社会对人才能力素质的需求，尤其是学校的人才培养目标来进行宏观上的规划，要尊重教学规律和学生成长规律。一是要坚持“以学生为中心”的理念，把激发学生的主观能动性、提高学生知识视野和实践能力作为出发点，优化教学内容，革新教学方法，改良体制机制；二是要以培养“新工科”所需要的创新型、复合型高素质工程科技人才为目标，发挥高校特色学科、高端师资、优质资源的协同效应和集聚优势，构建全方位、全过程的实验教学工作格局。

3.2大力推进教学内容改革，充分体现“新工科”背景的时代性

前文已经指出了现有实验教学内容的不足，按照“新工科”的要求，笔者认为重点是围绕国家战略、社会需求、科技前沿进行改革，具体从以下几个方面实施：一是完善课程体系建设，课程体系应反映学科前沿与技术进步，体现行业标准与企业需求，培养工程思维与工程能力，增强学生的社会适应性；二是注重文理知识的互相渗透和学科之间的交叉融合，在学科内部贯穿文理渗透的教学内容，让学生既能掌握理工科的研究方法，又能培养文科的思维方式，提高学生多学科的知识储备；三是课程内容的设计，需从以教师为中心逐步转向以学生为中心，扩大学生自主学习、设计的课时比例，强化学生自主学习能力，提高学生的工程素质及工程实践能力。

3.3不断推进教学体系方法改革，全面提高“新工科”背景人才培养体系的有效性

“95后”“00后”学生具有鲜明的个性，对于传统的“灌输式”教学方法接受程度不高，在现有的实验教学中，教学方法的改革势在必行。（1）改革教学考核方式。探索建立更加开放性的考核模式，不设标准答案，加强对学生实践经历、动手能力的过程考察；采用“敏捷教学”等形式，发挥其高度灵活性和动态适应性的特点，通过教学资源配置由面向大中规模向面向中小规模的转变，应对新时代教学目标多元化和人才需求个性化等需求[8]。（2）加强网络平台建设。用信息技术改造传统的课堂教学和实验操作，线上学习和线下学习相结合，对实验教学进行时间上有效延伸和空间上的有效拓展。（3）实施“翻转课堂”。充分体现学生在教学中的主体地位，通过翻转式的教学方法，加强课堂讨论与互动式教学，提高学生学习的主动性[7]。（4）加强校企协同。通过建立从理论、实践到探索学习的教育链条，实现理论教学和实验教学的交叉螺旋进行，重点培养学生应用专业理论开展系统分析和应用设计的能力，有目的地融入企业实际工程项目，使学生获得有意义的综合设计体验，培养未来工程师的综合品质和工程能力[4]。

3.4继续加大体制机制改革力度，持续增强实验教学体系的协同性

良好的体制机制对于实验教学目标的实现具有重要的保障作用，应该包括师资队伍建设、实验平台建设、教学评价、校企协同等方面。（1）加强师资队伍建设。一是把好“源头关”，招聘理论和实践能力俱佳的优秀师资；二是把好“培养关”，出台相关文件，鼓励和要求实验教师深入企业、参与企业项目、为企业提供技术咨询等[9]。（2）加强实验室平台建设。一是要扩大实验资源尤其是高水平实验室的开放共享，同时要与时俱进地配置、更新实验仪器设备；二是要把握多学科交叉的重大项目研究、高水平师资团队引进等契机，加快建立多学科交叉实验平台。（3）改革教学评价和考核方式。根据实验教学的不同特点，调整教学评价机制，出台符合实验教学教师工作实际的考核制度，形成激励创新人才培养的良好氛围。（4）完善校企协同育人机制。高校要建立和完善与其他高校、科研院所、行业单位等之间的协同育人体系，实现实验教学与经济社会发展的有效“耦合”[10]。

4结语

众多科学理论的源头都是实验，牛顿、开普勒、伽利略、爱因斯坦、普朗克等自然科学领域的大科学家几乎都是实验方面的大师。在“新工科”背景下，要回答著名的“钱学森之问”，要培养更多杰出的工程人才，与时俱进地对高校实验教学进行改革创新，有着重要的现实意义。同时，实验教学体系改革是一个系统工程，与学科发展、企业需求、教学方式调整、学生特点、教师素质能力、配套机制等紧密相关。本文通过分析“新工科”对实验教学的新要求，对实验教学体制改革进行了初步思考。在未来的教学实践中，实验教学应更好地体现时代性、有效性、系统性，激发学生学习的主观能动性，提升学生的实践能力和创新意识，进而培养更多的高素质工程人才。

作者：刘宇雷 佘明 单位：南京航空航天大学