王承鑫 徐龍軍 張?zhí)靷?/p>

摘要：針對當下傳統(tǒng)實驗中心建設(shè)和實驗教學模式的不足，以土木工程實驗中心及土木工程材料實驗課程為例，討論了“新工科”背景下工程實驗中心與傳統(tǒng)工程實驗中心的差異，提出了建設(shè)大型多學科綜合實驗中心的意見。在實驗教學模式改革方面，提出了設(shè)置創(chuàng)新型實驗課程、實驗課程單獨設(shè)置、提升實驗教師教學素質(zhì)等一系列改革措施，從而提升學生對實驗環(huán)節(jié)的重視程度，培養(yǎng)出更多

“新工科”人才，適應(yīng)社會的快速變革。

關(guān)鍵詞：新工科;實驗教學;土木工程;教學改革

中圖分類號：G642.423 文獻標志碼：A 文章編號：1005-2909（2019）02-0101-05

當今世界，新一輪的科技革命正在進行，綜合國力的競爭日趨表現(xiàn)為科技的競爭。“一帶一路”“中國制造2025”等一系列重大項目的實施必然要求工程科技人才具備很強的實踐能力、創(chuàng)新能力和跨界整合能力[1]。因此，工科教育越來越受到重視。同時，社會對傳統(tǒng)的人才培養(yǎng)模式也提出了挑戰(zhàn)。相對于傳統(tǒng)的工科人才，未來社會更需要的是實踐創(chuàng)新能力強、具備國際競爭力的復合型“新工科”人才，他們不僅專注某一學科領(lǐng)域，更加具有“學科交叉”的特征;他們不僅能運用已有的知識去解決問題，也有能力學習新知識、新技術(shù)去解決一些在社會發(fā)展過程中新出現(xiàn)的問題，對未來技術(shù)和產(chǎn)業(yè)起到引領(lǐng)作用[2]。當下對人才提出的新目標定位與需求為“新工科”提供了契機，社會的進步和發(fā)展需要“新工科”[3]。

統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，工科在校生數(shù)約占全國高校學生總數(shù)的35%左右，這顯示出中國社會經(jīng)濟發(fā)展對工程科技人才的需求量較大[4]。同時，也從側(cè)面印證了在知識經(jīng)濟時代培養(yǎng)工程科技人才的重要性。工程類人才的培養(yǎng)離不開理論與實踐，學生在學習理論知識的同時，實踐經(jīng)驗越來越受到重視。學生的實踐經(jīng)驗獲得主要通過實驗中心或企業(yè)實地學習，而實驗教學更容易激發(fā)學生的創(chuàng)新思維，這就突出了實驗中心對工科類學生的重要性[5]。因此，建設(shè)一個完善的創(chuàng)新型實驗中心對學生的培養(yǎng)及今后的發(fā)展尤為重要。

一、“新工科”工程實驗中心與傳統(tǒng)工程實驗中心的差異

以哈爾濱工業(yè)大學（威海）土木工程專業(yè)實驗中心為例，實驗中心主要承擔本科實驗教學任務(wù)以及少部分的科研任務(wù)，實驗設(shè)備都是本專業(yè)的專用實驗設(shè)備，相對單調(diào)，忽視了對學生“學科交叉”的創(chuàng)新能力和實踐能力的培養(yǎng)。在這種傳統(tǒng)實驗教學模式下，難以培養(yǎng)復合型的“新工科”人才，因此，為適應(yīng)“新工科”背景下的社會需求，必須把實驗中心建設(shè)提高到重要的地位 [6]。

“新工科”工程實驗中心與傳統(tǒng)工程實驗中心的差異在于其更加注重對學生“學科交叉”實踐能力的培養(yǎng)。

整合傳統(tǒng)土木工程實驗中心、交通工程實驗中心及海洋工程實驗中心，建設(shè)一個全方位的開放實驗中心。原因有三：一是交通工程與土木工程本來就有很強的相關(guān)性，可激發(fā)學生在實驗過程中的創(chuàng)新能力，在學科交叉點產(chǎn)生新突破;二是土木工程與海洋工程的結(jié)合是當下的研究熱點，以此激發(fā)學生對新事物的興趣，研究復雜海洋環(huán)境對建筑物的影響，拓展學生對專業(yè)認識的寬度及廣度;三是建設(shè)大型聯(lián)合實驗中心可以節(jié)約資金，實現(xiàn)校內(nèi)資源共享。只有這樣才能培養(yǎng)出具備競爭力的復合型“新工科”人才。

二、“新工科”背景下實驗教學模式改革

圍繞“新工科”理念，實驗教學需要改進傳統(tǒng)的教學模式，培養(yǎng)的人才應(yīng)更具有創(chuàng)新能力和實踐能力，而不是拘泥于本專業(yè)、本領(lǐng)域[7]。

（一）實驗教學內(nèi)容改革

以培養(yǎng)學生的實驗創(chuàng)新能力和快速學習新事物的能力為改革目標[8]。目前，實驗中心開展的土木工程材料實驗如表1所示。

雖然表1的基本實驗[9]能加深學生對理論內(nèi)容的進一步理解，但是學生只是根據(jù)教師制定的實驗方案操作，忽視了學生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。實驗課程應(yīng)根據(jù)實際情況，及時調(diào)整教學模式，實現(xiàn)實驗課程向設(shè)計型、創(chuàng)新型和創(chuàng)造型過渡[10]。因此，設(shè)計了與海洋工程、交通工程專業(yè)等學科相關(guān)的創(chuàng)新實驗，如表2所示。創(chuàng)新實驗的實施流程如圖1所示[11]。

這類實驗在實際的教學過程中取得了良好的效果，學生在實驗過程中或?qū)嶒灲Y(jié)束后對實驗數(shù)據(jù)進行分析和思考，引導學生在實驗中討論，培養(yǎng)了學生的科研創(chuàng)新能力，學生在各類重大賽事中屢獲佳績。

（二）實驗教學方式改革

實驗課程在高校中多為附屬性課程，實驗課程的考核計入學生課程總成績，占20%左右。據(jù)資料顯示，國內(nèi)10所高校土木工程材料實驗單獨設(shè)置的情況[12]如表3所示。

以上10所高校中土木工程材料實驗單獨設(shè)課的僅有3所，占比較少，全部為重點高校。單獨設(shè)課有助于實驗教學水平的提高，引起學生對實驗的重視，培養(yǎng)學生的實踐能力和創(chuàng)新能力。

（三）實驗教學方法改革

傳統(tǒng)的實驗教學是實驗教師講解實驗原理及操作步驟后讓學生開始動手操作實驗，在實驗操作過程中遇到不明白的問題及時向教師詢問，最終在教師的指導和學生的具體操作下完成實驗。這種教學方式無法調(diào)動學生的實驗興趣和主觀能動性，在實驗教學中采用“翻轉(zhuǎn)課堂”的教學模式，讓學生先去自主學習，在實驗課上只討論一些問題，亦可以在實驗課上隨機選擇學生講解本次的實驗內(nèi)容，教師只給予指導。這樣更能提高學生的實驗興趣，加深對實驗的理解。

（四）實驗考核方式改革

至于考核方面，以往的實驗考核方式基本以最后提交的實驗報告為主，而實驗往往是分組完成，組內(nèi)的實驗數(shù)據(jù)、實驗結(jié)果相同，無法區(qū)分學生是否認真參與了實驗，沒有必要的區(qū)分度會挫傷認真做實驗學生的積極性[13]。考核方式應(yīng)改為卷面考試和實驗報告或論文提交相結(jié)合的方式，分別占一定的比例。卷面考試應(yīng)為閉卷考試，主要考察學生對所做實驗的實驗原理、實驗步驟及實驗儀器的掌握，同時，也可在卷面上出一些創(chuàng)新性的題目，讓學生自己設(shè)計實驗，教師最后批卷，給出合理的分數(shù)。對于無法出試卷的實驗科目應(yīng)讓學生考試時隨機抽取一個實驗，自己獨立完成，最終考試成績應(yīng)為抽考實驗成績與平時實驗報告相結(jié)合。

三、“新工科”背景下實驗教師隊伍建設(shè)

在實驗教學過程中，實驗教師的水平尤為重要。因此，實驗教學改革必須建設(shè)一支高素質(zhì)的實驗教師隊伍。

（一）加強實驗教師本身的實踐能力

高校實驗教師一般具有較高的理論水平，但是與實踐結(jié)合的能力往往欠缺。只有經(jīng)常深入企業(yè)考察學習才能真正了解企業(yè)的需求，這樣才能在以后的實驗教學中有所改變和創(chuàng)新，緊跟時代步伐，改變實驗教學模式和方向，面向企業(yè)的重大需求著重培養(yǎng)學生的實踐和創(chuàng)新能力[14]。以土木工程專業(yè)為例，只有到企業(yè)中深入了解當下施工的新方法、新工藝、新理念，才能按照當下的新方式做實驗，以便培養(yǎng)學生的實踐能力，以后更好地適應(yīng)工作[15]。

（二） 加強相關(guān)實驗教師之間的交流

實驗教師應(yīng)多與本校相關(guān)專業(yè)實驗教師交流，著重交流學科交叉點的知識。土木工程專業(yè)和交通工程專業(yè)的實驗教師可交流一些實驗教學的心得體會，針對學科交叉點共同設(shè)計一些創(chuàng)新型實驗，以便兩個專業(yè)共同開展，激發(fā)學生的實驗興趣，培養(yǎng)學生多學科的專業(yè)實踐技能。同時，學校的實驗教師應(yīng)與兄弟院校相同專業(yè)的實驗教師多交流，學習先進的經(jīng)驗。比如，哈工大（威海）土木工程專業(yè)的實驗教師應(yīng)多同哈工大本部土木工程專業(yè)的實驗教師進行交流，也可同其他兄弟院校土木工程專業(yè)實驗教師進行交流，參觀兄弟院校的實驗室，學習先進的教學經(jīng)驗及實驗室管理經(jīng)驗，取長補短。

（三）提升實驗教師的科研水平

實驗教師應(yīng)積極主動參加科研課題研究和實驗工作，不斷提升自己的科研水平和教學能力，把握當下的學科前沿問題，更好地為實驗課程服務(wù)，進而為實驗教學創(chuàng)新、激發(fā)學生創(chuàng)新能力等做出貢獻。

四、結(jié)語

在“新工科”背景下，實驗中心建設(shè)和實驗教學改革是培養(yǎng)學生實踐能力和創(chuàng)新能力的重要環(huán)節(jié)。建設(shè)跨學科綜合實驗中心、建設(shè)更加完善的實驗課程體系、提升實驗教師教學能力，才能培養(yǎng)出新形式下國家需要的復合型人才。

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