工科实验（精选12篇）
工科实验 篇1
工科创新人才培养要以工程科学为主线, 强化工程实践, 贯通本科和研究生的培养策略, 采取“扎实基础、专业学习、实践训练”的分段培养方式, 建立具有工科行业特色的创新人才培养体系。学习和借鉴国外先进的工程科学教育成功经验, 发扬我国高校工程科学教育的优良传统与优势。通过高校、行业、企业之间的相互合作, 改革传统的教学模式、制定优化的培养方案、构建合理的课程体系, 制定完善的管理制度, 以保证教学质量, 不断提高学生的工程素质、科学素质、实践能力和创新能力, 推进行业特色院校工科创新人才的培养。21世纪的竞争是人才的竞争, 尤其是创新人才的竞争, 本文讨论新形势下工科创新人才的培养。
一、工科创新人才的特点
工科创新人才应具备以下特点: (1) 知识结构合理、知识面宽广。工科创新人才既拥有人文、社会和自然科学知识, 又拥有相关学科和相关交叉学科的理论知识和实践技能。 (2) 素质较高、能力突出、善于创新。通过建构合理的知识结构, 使学生的创新能力与素质达到较高水平, 具有较好的发展潜能, 使学生能在本学科专业或相关学科专业内开展工作, 并具有较强的探索和创新精神。 (3) 适应快、后劲足。工科创新人才不仅具备扎实的专业技能, 能够快速适应工作的要求, 而且还需具有完备的知识结构以应对未来的工作需要。 (4) 通识与专才结合。一方面要注重学生专业技能的培养, 另一方面又要突出强调学生的知识结构和基本能力的培养。
二、工科创新人才培养
1. 设定培养目标。
工科创新人才培养的目标是要培养和造就信念执着、品德优秀、人格健全, 具备合理的专业知识结构、较强的工程实践能力、科学探索精神和创新意识的工科创新人才。
2. 制订培养方案。
工科创新人才培养方案的制定, 应遵循高等教育和人才培养的规律, 坚持“重品格、厚基础、强实践、善科研、求创新、国际化”的思路。[2]要充分体现培养目标的内涵, 科学把握所培养人才的知识、能力、素质要求, 体现教学体系及教学内容的科学性、系统性、和创新性。注重对学生高尚品格、综合素质、实践能力、科研能力、创新能力和国际化视野的培养。制定培养方案时, 要统一规划、分层设计, 注重本科生阶段和研究生阶段培养环节的衔接与融合, 保证课程体系及知识模块的层次性和完整性、教学环节的连续性和综合性, 将学生素质教育、创新教育和创业教育贯穿于教学全过程。
3. 完善培养模式。
根据新的形势, 改革原有工科创新人才的培养模式。按照本科生和研究生贯通培养的原则, 实行弹性学制, 将学生的培养分为本科—硕士 (学术型, 最短六年) 、本科—博士 (最短八年) ) 两种模式, 对创新人才进行既有阶段性又有连贯性的培养。本科—硕士培养模式是指将本科生和硕士研究生进行贯通培养的模式, 学生毕业后获硕士学位。本科—博士培养模式是指将本科生和博士研究生进行贯通培养的模式, 学生毕业后获博士学位。这两种培养模式可考虑将本科阶段部分专业课程适当后移至研究生阶段, 也可考虑将研究生阶段部分基础课程适当移至本科学习阶段。工科创新人才实践能力的培养, 采取校—企/科研院所联合培养的模式;国际化培养, 可采取走出去、请进来, 与国外知名院校进行合作交流和联合培养的模式;对特殊人才的培养要给予更多的关注, 应采取个性化的、灵活多样的培养模式;另外, 还可采取专管与共管相结合的培养管理模式, 如对大一、大二学生进行集中管理, 实施大类培养, 到了大学三年级以后至博士研究生培养阶段, 由学生的专业所在学院和学校教学管理部门对学生进行共同管理。
4. 建设师资强伍。
按照“工程教育回归工程”的理念, 实行“走出去、引进来”的策略, 建立专任教师与非专任教师相结合的业务水平高、工程实践经验丰富的教师队伍。教师采用“多聘制”, 以学校各学院骨干教师为主, 同时聘请国内外知名专家、教授为学生授课。建立一支专任与兼任教师相结合、校内与校外教师相结合、国内与国外教师相结合的高水平教师队伍。具体措施如下:选拔高水平的教师充实专任教师队伍, 聘请工程实践经验丰富的工程技术专家为兼职教师;制定具体管理办法, 建立教师工程背景培训的长效机制;利用校内岗位培训, 加强工程及科学研究人员的培训;选派部分教师到企业及科研机构挂职锻炼;选派部分教师赴国外进行科研及工程项目考察;鼓励教师参与工程和科学研究项目;选拔优秀教师担任学生的学习导师;真正贯彻实施企业和学校双导师制度。
5. 创新实践教学。
学生的主动自主探究能力, 是学生创新能力的重要部分。学术的本质就是探究创新, 因此学术训练是学生培养创新素质最重要的途径。提供学生能尽早了解学术前沿动态的机会, 激发学术的兴趣和创新潜能。在课程与专业活动以外鼓励学生参加各种实践活动, 使他们在广泛深入地接触大量不同的事物中发现问题, 学会观察与分析, 形成自己的认识。创新实践教学环节有《大学生创新实验计划》、《大学生学科与科技竞赛》、《科研项目训练》、《大学生创新业计划大赛》等。通过这些实践项目的训练, 提高学生的自主思考、自主探究能力。学生不但获得了奖项的鼓励与自信的过程, 自身的创新能力也得到了提高。在通识教育学习阶段将实验与理论教学结合起来, 实验以验证性、综合性的实验项目为主, 以理论知识为指导, 培养分析问题、解决工程实际问题的能力。鼓励学生设计并开展各类综合性、创新性实验项目。加强校内外实践基地建设, 为学生开展创新性实验和实践创造条件, 培养学生的适应能力、实践能力、自学能力和生存能力。另外, 参加社会实践活动, 学生在广泛深入接触不同事物的过程中学会观察与分析, 形成自己独创性的见解。通过社会实践活动, 对学生创新能力的培养方面起到了很好的推动作用, 是学生由校园通往社会的一座桥梁。
6. 强化工程能力。
开设化工原理、工程机械制图、生化反应工程、分离工程、生物工程设备及工厂设计等课程的课程设计, 可增加学生工程总体感观效果和提高工程技术能力。学生同时具备比较扎实的工程基础, 能较好地掌握上下游技术, 促进了产学研环节的连续性, 有利于应用型创新人才的培养。
7. 提升创新能力。
学校积极鼓励学生从二年级开始参与科研, 培养学生科研能力及创新能力。参与科学研究活动是培养创新人才的重要途径。学校实施了大学生创新计划, 通过学生参与教师的科研项目或自主立项, 在项目研究中开拓学生的创新思维, 培养学生自主学习和在实践中获取知识的能力, 让学生养成团队协作, 共同攻关的习惯。在教学计划的校级选修课程中设置奖励性的创新学分, 奖励具有创新精神、取得创新成果的学生。积极筹建学生创新平台, 把科研资源与创新人才培养紧密结合起来。
8. 制定管理制度。
建立学生优选机制, 从新入校的全校工科学生中选拔出优秀人才进行培养, 严把优秀人才入口关;引入优胜劣汰的竞争机制, 实行导师加辅导员制的学生管理;学生可自主选择专业课程进行学习, 实行个性化培养和弹性学制;同时, 组建教授团队以把握办学方向, 指导学生进行创新科研;建立科学的教学质量评价体系, 以保证教学质量。根据培养目标和培养方案, 需要进行关于培养内容、形式、管理组织、保障机制与措施、条件保障、指导教师配备以及运行机制等方面的制度建设。
9. 改革考核方式。
一是知识学习考核。工科创新人才的知识学习考核重在平时, 定期检测, 全面督促。二是综合实践考核。学生综合素质考评, 重点对创新实验班的学生进行实践创新能力的考核。三是创新考核。对学生参与的科研、创新性实验、创业计划等实践环境进行考核。以此来评价学生对所学知识的综合应用能力、迁移能力和创新能力等。
三、结语
工科创新人才的培养必须以获取知识为基础, 以提高素质为核心, 以发展创新能力、培养创新精神为最终目标。在此基础上, 最大限度地发挥自身知识潜能, 发展自学能力、科研能力、工程能力、组织管理能力、社交和生存能力。
参考文献
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工科实验 篇2
理工科大学物理实验课程教学基本要求
物理学是研究物质的基本结构、基本运动形式、相互作用及其转化规律的自然科学。它的基本理论渗透在自然科学的各个领域，应用于生产技术的许多部门，是其他自然科学和工程技术的基础。
在人类追求真理、探索未知世界的过程中，物理学展现了一系列科学的世界观和方法论，深刻影响着人类对物质世界的基本认识、人类的思维方式和社会生活，是人类文明的基石，在人才的科学素质培养中具有重要的地位。
物理学本质上是一门实验科学。物理实验是科学实验的先驱，体现了大多数科学实验的共性，在实验思想、实验方法以及实验手段等方面是各学科科学实验的基础。
一．课程的地位、作用和任务
物理实验课是高等理工科院校对学生进行科学实验基本训练的必修基础课程，是本科生接受系统实验方法和实验技能训练的开端。
物理实验课覆盖面广，具有丰富的实验思想、方法、手段，同时能提供综合性很强的基本实验技能训练，是培养学生科学实验能力、提高科学素质的重要基础。它在培养学生严谨的治学态度、活跃的创新意识、理论联系实际和适应科技发展的综合应用能力等方面具有其他实践类课程不可替代的作用。
本课程的具体任务是：
1.培养学生的基本科学实验技能，提高学生的科学实验基本素质，使学生初步掌握实验科学的思
想和方法。培养学生的科学思维和创新意识，使学生掌握实验研究的基本方法，提高学生的分析能力和创新能力。
2.提高学生的科学素养，培养学生理论联系实际和实事求是的科学作风，认真严谨的科学态度，积极主动的探索精神，遵守纪律，团结协作，爱护公共财产的优良品德。
二、教学内容基本要求
大学物理实验应包括普通物理实验（力学、热学、电磁学、光学实验）和近代物理实验，具体的教学内容基本要求如下：
1.掌握测量误差的基本知识，具有正确处理实验数据的基本能力。
（1）测量误差与不确定度的基本概念，能逐步学会用不确定度对直接测量和间接测量的结果进行评
估。
（2）处理实验数据的一些常用方法，包括列表法、作图法和最小二乘法等。随着计算机及其应用技
术的普及，应包括用计算机通用软件处理实验数据的基本方法。
2.掌握基本物理量的测量方法。
例如：长度、质量、时间、热量、温度、湿度、压强、压力、电流、电压、电阻、磁感应
强度、光强度、折射率、电子电荷、普朗克常量、里德堡常量等常用物理量及物性参数的测量，注意加强数字化测量技术和计算技术在物理实验教学中的应用。
3.了解常用的物理实验方法，并逐步学会使用。
例如：比较法、转换法、放大法、模拟法、补偿法、平衡法和干涉、衍射法，以及在近代
科学研究和工程技术中的广泛应用的其他方法。
4.掌握实验室常用仪器的性能，并能够正确使用。
例如：长度测量仪器、计时仪器、测温仪器、变阻器、电表、交／直流电桥、通用示波器、低频信号发生器、分光仪、光谱仪、常用电源和光源等常用仪器。
各校应根据条件，在物理实验课中逐步引进在当代科学研究与工程技术中广泛应用的现代
物理技术，例如,激光技术、传感器技术、微弱信号检测技术、光电子技术、结构分析波谱技术等。
5.掌握常用的实验操作技术。
例如：零位调整、水平／铅直调整、光路的共轴调整、消视差调整、逐次逼近调整、根据
给定的电路图正确接线、简单的电路故障检查与排除，以及在近代科学研究与工程技术中广泛应用的仪器的正确调节。
6.适当介绍物理实验史料和物理实验在现代科学技术中的应用知识。
三、能力培养基本要求
1.独立实验的能力——能够通过阅读实验教材、查询有关资料和思考问题，掌握实验原理及方法、做好实验前的准备；正确使用仪器及辅助设备、独立完成实验内容、撰写合格的实验报告；培养学生独立实验的能力，逐步形成自主实验的基本能力。
2.分析与研究的能力——能够融合实验原理、设计思想、实验方法及相关的理论知识对实验结果进
行分析、判断、归纳与综合。掌握通过实验进行物理现象和物理规律研究的基本方法，具有初步的分析与研究的能力。
3.理论联系实际的能力——能够在实验中发现问题、分析问题并学习解决问题的科学方法，逐步提
高学生综合运用所学知识和技能解决实际问题的能力。
4.创新能力——能够完成符合规范要求的设计性、综合性内容的实验，进行初步的具有研究性或创
意性内容的实验，激发学生的学习主动性，逐步培养学生的创新能力。
四、分层次教学基本要求
上述教学要求，应通过开设一定数量的基础性实验、综合性实验、设计性或研究性实验来实现。这三类实验教学层次的学时比例建议大致分别为：60%、30%、10%（各学校可根据本校的特点和需要，做适当调整，建议综合性实验、设计性或研究性实验的学时调整幅度分别不高于25%,并含有一定比例的近代物理实验）。
1.基础性实验：主要学习基本物理量的测量、基本实验仪器的使用、基本实验技能和基本测量方法、误差与不确定度及数据处理的理论与方法等，可涉及力学、热学、电磁学、光学、近代物理等各个领域的内容。此类实验为适应各专业的普及性实验。
2.综合性实验：指在同一个实验中涉及到力学、热学、电磁学、光学、近代物理等多个知识领域，综合应用多种方法和技术的实验。此类实验的目的是巩固学生在基础性实验阶段的学习成果、开阔学生的眼界和思路，提高学生对实验方法和实验技术的综合运用能力。各校应根据本校的实际情况设置该部分实验内容（综合的程度、综合的范围、实验仪器、教学要求）。
3.设计性实验：根据给定的实验题目、要求和实验条件，由学生自己设计方案并基本独立完成全过
程的实验。各校也应根据本校的实际情况设置该部分实验内容（实验选题、教学要求、实验条件、独立的程度等）。
4.研究性实验：组织若干个围绕基础物理实验的课题，由学生以个体或团队的形式，以科研方式进
行的实验。
设计性或研究性实验的目的是使学生了解科学实验的全过程、逐步掌握科学思想和科学方法，培养学生独立实验的能力和运用所学知识解决给定问题的能力。各校应根据本校的实际情况设置该类型的实验内容（选题的难、易，涉及的领域等）。
五、教学模式、教学方法和实验学时的基本要求
1.各学校应积极创造条件学校开放物理实验室，在教学时间、空间和内容上给学生较大的选择自由。
为一些实验基础较为薄弱的学生开设预备性实验以保证实验课教学质量；为学有余力的学生开设提高性实验，提供延伸课内实验内容的条件，以尽可能满足各层次学生求知的需要，适应学生的个性发展。
2.创造条件，充分利用包括网络技术、多媒体教学软件等在内的现代教育技术丰富教学资源，拓宽
教学的时间和空间。提供学生自主学习的平台和师生交流的平台，加强现代化教学信息管理，以满足学生个性化教育和全面提高学生科学实验素质的需要。
3.考核是实验教学中的重要环节，应该强化学生实验能力和实践技能的考核，鼓励建立能够反映学
生科学实验能力的多样化的考核方式。
4.物理实验课程一般不少于54学时；对于理科、师范类非物理专业和某些需要加强物理基础的工
科专业建议实验学时一般不少于64学时。
5.基础性实验分组实验一般每组1－2人为宜。
六、有关说明
1.本基本要求适用于各类高等院校工科专业和理科非物理专业的本科物理实验教学。
2.建议有条件的学校在必修实验课程之外开设1—2门物理实验选修课，其内容以近代物理、综合性、应用性实验为主，面可以宽一些，技术手段应先进一些，以满足各层次学生的需要。各校应积极创造条件，开辟学生创新实践的第二课堂，进一步加强对学生创新意识和创新能力的培养，鼓励和支持拔尖学生脱颖而出。
3.积极开展物理实验课程的教学改革研究，在教学内容、课程体系、教学方法、教学手段等各方面
进行新的探索和尝试，并将成功的经验应用于教学实践中。
教育部高等学校物理学与天文学教学指导委员会
物理基础课程教学指导分委员会
工科实验 篇3
关键词：PASCO系统；工科物理实验教学；创新思维能力
中图分类号：O4-4
1 引言
随着时代的发展，大学工科专业的教学越来越重视对学生创新思维能力和动手操作能力进行培养，以期造就出一大批能够根据生产需求研发新技术、新工艺和新产品的工程技术人员，从而满足现代化建设的需要。大学物理实验作为工科学生入校以来遇到的第一门实验课程，不是简单地对物理理论课程进行实验延伸，而是针对工科学生的实验技能和良好素质的培养而独立开设的，具有非常重要的作用。但由于条件的限制，我们长期以来一直采用传统的实验教学方式，即教师讲授实验原理和测量方法，学生按部就班地操作并完成实验报告。整个过程学生不需要多少思考，更不用说进行创新设计。同时，学生本身对这門课程也往往不够重视，多是抱着应付课程拿学分的态度，没有多少兴趣，积极性也不高。针对这种状况，我们积极响应学校关于加强实验教学的号召，开展了物理实验教学的创新改革。其中一个重要举措，就是引入了美国PASCO公司开发生产的专门用于物理实验的计算机数据采集与分析的系统，建立了PASCO物理实验室，开设了创新物理实验课程。
2 什么是PASCO物理实验系统
该系统设备主要由各类传感器、计算机接口系统和数据采集与分析软件三个部分组成。实验中各物理量的实时数据可通过传感器利用传感技术转化为电信号，再经过计算机接口系统传入计算机中，由此实现准确、高效的数据采集，最后通过Data Studio软件对数据进行分析、处理和呈现。目前可选用的传感器有力、运动、压强、温度、声级、光、电荷/电压/电流、磁场等50余种，采用纯数字化信号，传输速度快。数据采集接口可根据需要采用不同的采样速率，最高可达250kHz。而Data Studio软件以图表的形式可实时记录并显示物理量变化中的数据情况。除了与传统实验仪器结合使用，PASCO公司自身也开发了一系列配套的实验项目，从普通物理的基础实验到近代物理的拓展课题实验，涵盖了典型物理课程的大部分内容。相应的仪器配件具有很强的组合性，可与其它的部件灵活组合出多个不同的实验项目。
3 PASCO系统在教学上的优势
我们首先在13级电力专业学生的大物实验课程中采用PASCO系统来进行试点教学。和之前操作传统实验仪器相比，学生的兴趣明显增加。PASCO系统不同于以往实验的新仪器和新实验方法引起了学生的好奇。他们不自觉地想去弄明白这些仪器是做什么用的、怎么操作、怎样才能组合出一套完整的实验装置。但是，单纯地靠实验方法和仪器的新颖性只能短时间内让学生觉得新鲜。要激起他们对物理实验持续的兴趣并从中真正得到能力的锻炼，需要我们对PASCO系统如何应用于物理实验教学之中进行深入的探索和思考。
目前，我们已顺利搭建了PASCO系统物理实验室，可开设牛顿定律、理想气体定律、欧姆定律、光的干涉/衍射等几十个实验项目，包括了力、热、光、电、磁和近代物理各方面，也是传统物理实验课程中常见的实验项目。通过对比学生分别使用传统仪器和PASCO系统设备的情况，可以看到PASCO系统在教学上的功能主要体现在：
（1） PASCO系统改变了数据的采集方式，使物理量的测量变得简便
以往实验中我们用仪器直接只能测出一些基本的物理量，其它很多物理量需要通过与若干个能直接测出来的物理量之间的函数关系才能计算出来。在这个过程中，需要掌握多种测量工具的使用，相应的测量方案很复杂，数据计算过程也比较繁琐。PASCO系统改变了这样的测量方式，利用传感技术，借助各类传感器去直接采集实验中各物理量的数据。特别是对于随时间变化的物理量，能够做到实时测量。比如，使用了PASCO系统装置中的运动、位置和加速度传感器后，物体的位移、速度和加速度可以很方便地在运动全程中被监控。采用了PASCO系统后，不再需要诸多的仪器来配合测量，减少了对实验装置的要求，变间接测量为直接测量，简化了操作步骤，降低了实验操作的难度。
传统实验仪器很难或无法测量的物理量在采用了PASCO系统装置后能够很方便就测出来。这也拓宽了实验能够研究的范围。比如，传统的单摆实验主要是通过测量单摆周期和摆长来计算当地的重力加速度。而利用PASCO系统仪器中的力和转动传感器，可以直接并连续地测量单摆运动的向心力和角速度的大小，直观地看到向心力随时间周期变化的趋势，进而可研究向心力与质量、角速度、转动半径之间的关系。
（2） PASCO系统利用计算机软件对实验数据进行处理和显示，简化了数据处理的过程
传统实验中，学生课后还要花大量时间来数据处理。这个过程不仅繁琐耗时，还往往使学生形成了只要计算出最终结果实验就完成了的错误认识，造成对实验结果的分析和思考非常欠缺。采用PASCO系统后则可以改善这一状态。该系统利用Data Studio软件强大的分析工具来处理计算采集到的数据，最终的结果以图表的形式同步显示在计算机窗口中。这就使学生从繁重的数据处理工作中解放了出来。此时，可以引导学生将注意力转向对实验现象的观察和实验结果的分析上 ，培养观察和分析的能力。而且由软件处理得到的结果保证了计算过程的准确性，更有助于学生对实验结果作出正确的判断。
PASCO系统直接图表形式显示最后结果的处理方式，可以给予学生生动直观的感受。譬如，单缝衍射实验，学生可以很方便地当场观察到衍射图形，对实验现象的理解也更为深刻。又比如，牛顿定律的实验中，小车受到的外力和加速度之间的不仅有关系曲线描述，函数关系也直接被拟合出来。
（3） PASCO系统配套实验部件种类多，可灵活组合，有助于设计型创新实验的开设
PASCO系统开发的实验项目涵盖的物理范围比较广，配套的实验仪器种类非常丰富。这些仪器部件由先进技术制成，构造小巧精密，共用性强，单个部件可参与到同系列多个实验中。最常见的就是各类传感器的重复使用。例如，转动传感器可用在单摆向心力、转动惯量、扭摆等一系列实验中。此外，其它仪器的使用也不局限于单个实验中。例如电学实验中常用到的RC电路板，可用来研究电容器的充放电过程，也可用来验证欧姆定律，还可以考察LRC谐振电路的电流电压响应以及基尔霍夫定律有效性的证明。
一些PASCO系统部件本身结构设计得就非常精巧，集成度比较高，可以完成多种情况的测量。比如，PASCO系统提供的狭缝附件组，本身就包含了多种宽度和间距的单缝、双缝和多缝，以及不同形状的小孔。采用这一配件，不仅可以研究单缝衍射现象，还可以观察双缝和多缝的干涉现象。
PASCO系统部件强大的组合性，非常适合学生自己动手设计实验，有利于创新思维能力的培养。例如，利用PASCO干涉仪系统仪器，学生可以借助传统实验课上做过的迈克尔逊干涉仪实验的知识，去测量空气和玻璃片的折射率。这需要学生开动脑筋，查阅资料，制定测量方案，选择合适的仪器部件搭建实验装置。
4 采用PASCO系统教学的方法
我们认为在所有实验中都引入PASCO系统是不太现实且没有必要的。PASCO系统操作简便、仪器组合灵活的特点，更适合用于工科学生创新和实践能力的培养上。基于此，我们采取传统实验装置与PASCO系统仪器结合使用、传统实验为主与PASCO创新实验为辅的教学方式。学生在课程学习的前期需要以传统的方式和实验装置来完成大部分的实验，在后期则使用PASCO系统仪器来进行创新实验项目的设计操作。其中，采用PASCO系统进行创新实验教学的过程，我们大体上分为三步来实施：
第一步，让学生了解如何使用PASCO系统来进行实验操作，结合具体实物介绍PASCO系统各部件的工作原理和使用方法。再演示如何用PASCO系统完成一个简单实验的测量。通过这样的讲解和演示，使学生对PASCO系统有初步的认识。
第二步，让学生根据在前期传统实验中已完成的实验项目，结合现有的实验装置和PASCO系统设备，自主选择实验项目进行操作。通过动手操作来熟练掌握PASCO系统的使用方法，做到正确地采集和处理实验数据。经过这一步动手的训练，学生对PASCO系统加深了了解。
最后一步則是要求学生独立完成一个实验课题的研究，对学生的自主学习和创新能力进行训练。学生根据已掌握的物理知识以及自行查阅各种资料，结合已有的仪器设备，确定实验研究的对象，设计合理的实验方法，制定详细可行的实验方案。在此基础上动手操作，观察实验现象，获得正确的数据结果并进行思考分析，得出现象背后蕴藏的规律并撰写出完整的研究报告，最终完成课题研究。通过设计型创新实验的训练，学生不仅了解到科学研究的基本方法，而且化被动为主动学习，养成了独立思考的习惯，培养了探索的精神和创新的能力。
5 结语
PASCO系统不同于传统实验仪器的数据采集和处理方式，使得其在物理实验教学上表现出诸多的优势，有利于设计型创新实验的开设。一年多来的试点教学研究表明，PASCO系统给物理实验教学带来了极大的便利，有助于工科学生主观能动性的提升、科学探索精神和创新思维能力的培养。因而将PASCO系统引入物理实验教学当中是非常有必要且具有重要作用，符合现今教学改革的趋势要求。
参考文献
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工科实验教学模式化改革 篇4
一、本科实验教学模式改革
(一) 树立科学先进的教学理念
在传统实验教学理念中, 教师是知识的传授者, 因此, 传统实验教学以教学讲授与示范实验为主, 采用“灌输式”的实验教学方法, 忽视了学生自主学习在实验教学中的主体作用, 因此, 培养的学生实验能力较差。本科生实验教学的主体不应是教师, 而应是学生, 要靠培养学生主动学习的兴趣去实现。因此, 在新的实验教学改革中, 我们确立了以培养学生创新能力为核心、教师主导作用与学生主体作用相协调的教学理念, 在实验教学中注重培养学生的学习兴趣, 设法调动学生的主观能动性, 培养学生自觉、主动、独立的学习习惯, 变“让我学”为“我想学”, 从而激发他们的创造性潜质, 使知识传授与能力培养、素质提高协调发展。
(二) 建立完善的实验教学过程体系
在实验教学过程中, 我们结合工科专业实验教学特点, 在动手能力培养的同时, 把实验指导的重点放在强化学生“自主学习”的意识, 培养学生“独立思考”的能力上, 完善教学的各个环节, 将教学过程形成体系, 使学生将所学的知识更好地融会与贯通, 从而更好地提高学生的创新能力和实践能力。主要的实验教学环节包括以下几点。
1. 强化学生实验前的预习环节。
预习是培养学生自主学习、独立思考能力的重要手段, 强化学生实验前的预习是保证实验质量与效果的前提, 而大多数学生的预习过程是将实验的原理、目的、步骤等抄写一遍, 这样的预习效果很不理想, 因为大多数学生在抄写的过程中, 往往都是机械的复制, 抄完就算预习, 根本就不动脑思考, 这样抄写一遍后, 根本就留不下什么印象, 更不可能提出问题或形成思想, 这样的预习实际是“名存实亡”。为了克服这种问题, 我们采取由教师结合实验原理、操作、仪器设备、结果的分析整理等相关部分的知识点、难点, 以及容易出现问题的方面设计成预习题, 至少提前一周发给学生, 而题的答案都不是直来直去的, 要想回答好问题, 至少必须在通读相关资料的前提下进行分析与思考, 经过思考与分析的预习效果会比机械的复制要好, 而且思考与分析的过程本身也是对学生思维能力、分析能力、自学能力的锻炼, 所以这样的预习也为能力培养开辟新的途径。即使有些学生在实验前对问题的回答不尽完善, 那么至少也会使学生通过预习中的思考, 在脑海里形成若干个问号, 带着问题去实验, 如果问题通过实验得到了解决, 学生就会产生豁然开朗的感觉, 这样收获来得更加直接。预习的效果提高了, 可以更好地提高实验教学效果, 为更好实现知识传授与能力培养的协调发展创造良好的条件。这种预习方式便于对预习过程进行考核, 评价学生的预习水平。
2. 强化实验教学中的教师和学生互动环节。
在实验教学中, 强化教师和学生的互动, 采用启发式、讨论式等互动的教学形式, 让学生的思维参与到教学中来, 真正让学生成为教学的主体, 通过师生互动, 在教师的引导下, 学生实现对相关理论的梳理与总结, 使学生对相关知识的理解层次更深, 条理更清晰, 逻辑性更强, 其效果好于理论课上的知识总结和学生课后的复习。在实验教学中, 我们采用“小班分组授课”方式, 杜绝“大班集中授课”的教学方式, 每次实验的授课人数保证15人以下, 每组实验人数保证在3人以下。这种方式, 上课人数较少, 为讨论、启发互动教学形式创造了良好的条件, 在互助的学习氛围下, 可以激发学生的好奇心, 培养学生的兴趣爱好, 营造独立思考、自由探索、勇于创新的良好环境。这种实验教学过程, 有利于学生进行理论与实践的融合, 让学生思维发散, 较好地激活了学生一些潜在的能力, 强化了学生在教学中的主体作用, 实现知识传授与能力培养的协调发展。
3. 强化实验教学的考核环节。
实验考核环节是保证实验效果的有效手段, 客观完善的实验考核, 既可以鼓励和肯定优秀学生, 激发他们更高的学习热情与积极性, 同时也可以督促和帮助自觉性较差的同学, 抑制他们的惰性。在实验教学中, 我们建立多元化考核方式, 形成一套以衡量学生“自主学习意识”和“创新实践能力”为目标的客观考核体系。
实验成绩由预习成绩、出勤成绩、启发互动环节的口试成绩, 实验中团队协作能力、实验条理性, 实验操作规范性, 实验发现问题与解决问题的能力、实验报告成绩等内容组成的累加式考核体系, 为鼓励学生提高创新实践能力, 增设10分的“特殊奖励分”, 对实验过程中有突出表现的学生给予奖励加分。各项考核内容均有具体的评分标准, 并严格执行, 对预习成绩不合格者, 禁止预约或参加实验。累加式的考核办法提高了考核的客观性, 与相应的实验特点与要求相适应的考核内容, 也为保证实验的教学效果与质量创造了良好的条件。有效地改善学生的重视度, 为学生自主学习意识的培养注入动力。
二、多元化实验教学形式的探索
在几年的实验教学中, 形成必修与选修结合、开放教学与传统课堂教学相结合的多元化实验教学模式。
(一) 开放教学与课堂互动启发教学形式相结合
在教学形式上, 根据不同课程特点与教学培养目标, 确立了不同的教学形式。专业基础实验, 主要目标是在帮助学生理解相关理论知识的同时, 重点培养学生独立、规范操作能力, 因此, 形式上采用开放式的教学形式, 尽可能地创造更多的操作动手机会, 使每个同学都可以多次、独立进行实验操作, 最终掌握独立规范的分析操作技能, 得到准确结果。专业实验, 主要的目标是在巩固提高规范操作技能的同时, 重点提高学生理论联系实际、分析解决实际问题的能力, 所以, 采用的是强化预习考核, 建立学生为主、教师引导互动启发式的课堂教学形式。注重培养学生的自主学习意识、独立思维能力, 强化学生理论与实践的融合, 激发学生潜能, 提高学生解决实际问题的能力。
(二) 必修与选修相结合
必修实验每个同学必须参与, 其内容相对固定, 是基本的分析方法或理论, 必修实验的特点是与理论知识紧密联系, 具有代表性与广泛适用性。所以, 学生通过这类实验的学习, 不仅可以加深对相关理论知识的理解, 也可以熟悉实验的操作过程, 培养学生的动手能力。为了扩展学生的视野, 提高学生的能力, 设立了选修实验内容, 学有余力的同学可以选择学习。
由于实验场地和实验仪器设备台套数等方面的限制, 一般学生在实验室的工作只有取样和测样工作, 所以, 实验的作用只集中在了加深理论知识理解、培养动手能力和简单的数据处理等较基本的方面, 而实验过程中对能力培养更为重要的环节, 学生并没有参与, 这大大削弱了实验对学生综合能力的培养效果, 特别对于专业实验, 影响更大。如果学生能在教师指导下参与实验的各个环节, 这无疑大大增强实验的作用, 提高实验的效果。但是必须得承认, 由于学生的学习方法、理解水平、知识基础、兴趣爱好等方面存在的差异, 所以他们的学习能力与水平存在很大的差异, 基本的教学形式, 有些学生可能会感觉吃不饱, 而有些学生在现有水平下已稍显吃力。从这个角度来看, 对所有同学统一标准要求, 也会出现其他的问题。所以在实验教学中, 我们关注学生的不同特点, 尊重他们的差异, 创新地建立个性化的选修模式, 即实验内容以题目的形式给出, 学生自己添加内容, 学生可以自主选择参加, 在教师的指导下, 参加的学生独立搜集资料, 确立实验目标, 优化设计实验方案, 确定分析方法, 准备实验仪器, 配制实验药品, 调试实验设备, 制订实验计划, 确定人员分工, 规范进行实验操作, 独立分析处理数据, 得到实验结论等, 对参加实验的同学引入竞争机制, 最终完成实验的同学有加分奖励。自主个性的选择性实验形式, 考虑到学生的个体差异, 尽量做到因材施教, 人尽其才, 多方面的综合能力也有所提高, 为将来的科研及深造打下基础。
经过近些年的教学实践, 确立了以培养学生的创新能力为核心、教师主导作用与学生主体作用相协调的教学理念;在教学中强化预习过程, 完善考核体系, 注重学思结合, 采用启发式、探究式、讨论式、参与式教学方法, 真正让学生成为教学的主体, 强化学生的自主学习意识, 培养学生的独立思考能力;引入多元教学形式, 尽量做到因材施教, 有效提高学生的实践能力和创新意识。在实验教学过程中明显感觉到学生提出问题的深度显著提高, 有很多同学对实验的过程与设备提出自己创造性的想法。实验的教学效果有效改善, 实验的教学过程得到学生的认可。
参考文献
工科实验 篇5
工科院校本科专业不仅需要培养高级工程技术人才，同时也需要培养科学研究型人才，在本科教学过程中适当的开展双语教学符合社会的长远发展以及化学学科自身发展的需要。我校前身是武汉化工学院，是一所化工特色的学校，学生中重实验技能轻语言学习的思想比较严重，为加强学生的综合素质，提高学生英语特别是专业英语水平，从开始学校试点在有机化学理论及实验课程中使用双语进行教学。笔者自进校以来，即承担了部分班级的有机化学实验双语教学，在实践过程中对怎样开展好有机化学实验双语教学有了一定的体会，现总结如下。
1明确教学目的
双语教学是指利用外语和中文相结合的形式对专业知识进行讲述，目的是在学生掌握某门课专业知识的基础上提高学生的专业外语水平及应用能力。双语教学课不是外语课，其核心任务是在学生掌握专业知识的基础上，进一步掌握相关的英语知识，为培养综合性人才打下基础。理解了此点，笔者认为双语教学的教学方式与方法没有全国通用的模式，需要依据一个学校自身的教师结构、学生专业基础及英语水平采用不同的教学方法。
2精心准备教学
有机化学实验双语教学中教师至少需要精心准备以下几点：(1)适宜的教材。双语教学首先要有合适的教材，而目前国内还没有正式的英语实验教材出版，完全国外原版实验教材价格昂贵，且不一定适宜本校的实际情况。为此，本教研室在多年双语教学经验基础上编写了“有机化学及实验(双语版)”教材作为本校双语教学教材，这为顺利开展双语教学奠定了基础。(2)全新的讲义。双语教学与单一的母语教学特点不同，教师不能简单将以前母语的讲义翻译成英文。教师的英文讲义中要对实验中涉及到的专业英语单词及语法进行归纳总结。(3)激发学生学习的主动性。双语教学增加了学生的学习强度，部分学生有畏难情绪。在开课前，教师一定要花时间跟学生进行沟通，让学生认识双语教学的重要性，强调有机化学实验英语教学是一个难得的系统学习运用专业词汇的机会，对以后工作、科学研究及学术交流非常重要，让学生及时树立有机化学双语学习的信心。
3加强预习力度
在实施有机双语实验教学过程中，教师板书为英文部分内容采用英文讲授。而教学不是一个单方面的过程，需要学生的积极配合。班上学生英文水平参差不齐，专业背景也不一样，教学中部分学生在知识理解上可能会出现困难，为使教学顺利进行，学生实验前的预习就显得尤为重要。为加强预习力度，我们采用了以下几点措施：(1)预习报告全评全改，成绩占到总成绩的20%，让学生真正重视实验预习的意义。(2)采用中英文结合预习方式。预习报告中实验目的、要求、原理等用英文书写，但得用自己的语言归纳。同时针对实验内容教师提出若干个问题要求学生回答，学生只需在报告中用中文回答。这样，学生通过预习报告的书写熟悉了专业词汇，提高了应用英语的能力。教师给出的问题涵盖了实验过程中的关键点，学生通过各种途径回答这些问题，不但让他们对实验内容有了深入的了解，也培养了他们文献查阅能力，锻炼了学生的科研思维。通过这种方式，学生对实验预习非常重视，预习效果明显，教师在后续的实验教学中轻松很多。
4合理安排教学方式
要搞好有机化学实验课的双语教学，教学模式很重要，授课过程中英文讲述占多大比例，要依据各校的实际情况而定。依据我校特点，在有机化学实验教学中我们采用多种模式进行教学，具体做法是：(1)英文教学方式。系统总结专业词汇(包括实验用药品及仪器)，用英文讲解实验目的、要求以及实验原理，讲解中结合反应式，便于学生理解。(2)中英文结合教学方式。有机化学实验操作过程琐碎、细节多，为保证绝大多数学生听清楚，我们采用中英文结合的方式讲解，讲解过程中不时用英文提出问题，要求学生用英文回答，锻炼学生的英文思维及口语水平，加强师生的互动。(3)中文教学方式。为突出重点，保证实验能安全有序的开展，我们对实验中需要特别注意的地方仍然使用中文讲解。这样的教学安排学生易于接受，能保证学生在掌握专业知识的同时增强英语水平。
5重视实验总结
实验总结包括两点：(1)实验报告的书写，即学生的实验小结。在双语有机实验中要求学生用英文书写实验报告，因为是用英文书写，相对来说显得困难一些，学生有畏惧感，特别是实验报告中实验记录以及实验结果与讨论(records,resultsanddiscussion)两部分，书写过程中无英文段落可以参考，部分同学这两部分写的非常少，而这恰是我们实验报告的`核心部分。为此，我们给出了两部分中经常要用到的英语词汇，并且在每次实验结束后要求个别学生针对自己的实验情况，在黑板上对这两部分进行板书，教师再对其中存在的问题逐条讲解。经过几次这样的训练后，基本解决了学生实验报告书写不规范的问题。(2)教师自身的总结。一个单元实验从预习、讲解、操作及实验报告书写等全套都完成后教师有必要进行及时的总结。这样不仅可以理清单元反应中学生没弄懂或需要加强的地方，以利于后续实验的开展，还可以及时的纠正学生在英文书写材料中的错误，而且更重要的是有利于教师自身水平的提高，保证了双语教学长期有效的开展。
6实验双语教学的思考
总结两年来的双语教学实践，笔者有如下感想:(1)工科院校应积极开展双语教学：工科院校相对来说英语教学薄弱，加强双语教学可以让学生在专业学习过程中学习语言，能够学以致用，增强学生语言学习的积极性。(2)教师力量需要加强:回头看我们双语教学讲授，我们应用英语的比例仍然不够，课堂的活跃气氛还有待加强。为了提高双语教学质量，学校应在教师培训上狠下工夫，并加强与其它院校的交流。(3)打破常规班级建制，分班教学:双语教学对学生提出了更高的要求，而目前学校的实际情况是近年来招生数量增加，学生之间的差距较以往更大，有的学生听中文讲授都有困难，如果再对他们进行双语教学，就有可能是“拔苗助长”了。所以，笔者认为，在工科院校的有机实验双语教学中，应该打破行政班建制，事先对学生进行选拔，至少分成A，B两个班级，在A班中学生专业知识相对牢固，英语水平较高，可在双语教学中加大英文讲解力度。而在B班中，学生相对基础差些，在双语教学中英文讲解比例相对小，讲解速度相对慢，让他们在掌握实验技能的前提下，提高专业英语水平。(4)充分利用多媒体教学。当前，我们实验教学讲解主要是实验室板书讲解，存在一些弊端：首先讲解时间不够，教师很难展开，双语教学中教师不仅要讲实验原理、操作步骤、注意事项，还要总结专业英语词汇与语法，时间明显不够。其次，如此大的实验操作技能及专业英语知识信息量，学生在短时间内难以消化，再加上后续实验操作，课后再让学生回头学习很难。最后，完全利用板书讲解即耗时又难以讲解清楚，可谓事倍功半。笔者认为，可以尝试利用多媒体讲解、学生预习、实验前板书讲解的程序，多媒体讲解信息量大，教师易将问题讲清讲透，学生下去后再进行实验预习并对教师讲述内容进行总结，在实验前教师重新对重点知识点进行讲述，这样一个来回学生才可能很好的掌握有机实验的同时又学习了相关的专业英语知识。
工科类开放式实验教学模式的构建 篇6
关键词：开放实验教学实践能力创新能力
中图分类号：G642文献标识码：A文章编号：1007-3973(2011)009-162-02
1引言
在《普通高等学校本科教学工作水平评估方案(试行)》(以下简称《方案》)中，从2002年第一版《方案》与目前正在执行的2004年第二版《方案》评估指标要求看：有综合性、设计性实验占有实验的课程总数比例的底线从40％提高到50％，并要求“效果良好”；对实验室的开放从“应有开放性实验室”提升到要“有一定效果”；在开放范围上明确规定“包括科研(专业)实验室的所有实验室”。为了实施《方案》，各高校通过转变教育思想观念，实施了实验室的开放及开设综合性、设计实验性等探索性实验项目，在一定程度上促进了实验教学工作的发展，但在实验教学效果上仍存在很多问题，还有待进一步探索研究。
2目前实验教学中存在的问题
从时间上看：实验室开放的时间没有真正从学生学习需求的角度考虑，仅根据实验室正常工作时间来安排，实验教学是被限制在“半开放”实验室固定的时间内进行。从内容上看：仅按《方案》低标准地调整实验内容，把课程实验中实验项目可以组合的进行简单的整合，凑出一些综合性、设计性实验，而不是以培养学生实践能力和创新能力为出发点。从范围上看：实验项目开放有局限性，没有实现所有的实验面向全体学生开放。从措施上看；综合性、设计性实验项目的实施措施与保障措施仍不健全。
3开放式实验教学模式的构建
为了科学地构建实验教学模式体系，笔者参与了2004年淮阴工学院教学改革重点课题的研究——开放性创新教学实验的设计与开放式实验教学模式的探索及管理体系研究，2005年课题再次获江苏省高校教育教学改革课题立项，经过广泛调查、深入研究、提高认识和一系列的实践探索，总结出：以学生为中心、以问题为先导、以课题来组织、以规律为依据、以质量为生命的开放式实验教学指导思想，并构建了实验教学模式体系。
3.1项目系统的构建
为了能有效实施该项目系统，应有如下主要保障措施：(1)所有实验项目都要在校园网络上实验室工作平台里公示：(2)在此平台里要有学生预习实验的基于实验室开放式的实验指导资料，如实验指导书、各种仪器设备操作规程与安全事项、实际操作的录像、基于虚拟条件的多媒体教学课件等；(3)所有的项目不仅面向某专业开放，而且面向院校内所有学生开放，对选修实验超出学分的项目给予单项实验评定证书：(4)项目可来源于教师的纵横向科研课题及新开发的探索性实验项目、学生课程的疑点与难点以及学生大胆设想的自设实验项目、从网上搜集的高校精品课程及相关实验方面的探索性项目、社会企事业单位实践中的问题及事故处理等；(5)利用课程设计的契机加强高质量的实验项目开发，通过与科研挂钩、奖励挂钩等形式大力调动全体教师的开发积极性，且通过评比精选一批优秀项目纳入专业任选栏目；(6)建立实验项目审核制度，所有公示的实验项目皆要经过学院有关专家委员会严格审定，这也是保证实验项目质量的一个重要措施。
3.2流程系统的构建(见图2)
3.2.1“预习”模块
学生预习是指学生利用校园网络在实验室工作平台上任选或自选实验项目。且在电子卡上注册，预习该项目链接的相关资料。预习内容有两个板块，一是仪器设备操作方面，二是所选项目内容方面。预习完成后解答所预习板块随即提供的一份填空题试卷，板块一的试卷内容一般为仪器设备的操作规程、用途、操作步骤及操作中要注意的安全事项等：板块二的试卷内容一般为实验目的、所需的仪器设备、方法等。
预习评判是指校园网上的实验室工作平台里软件系统，根据学生预习提交的填空题试卷进行合格性评判。板块一中答题评判合格的，是学生进入“技能训练”模块的凭证。板块二中答题评判合格的，可作为学生进入“约定时间”模块的凭证。
3.2.2“技能训练”模块
实验室指导人员要按学生电子卡里已确认预习合格的项目准予仪器的操作训练，并给予必要的指导，对大精仪器设备的操作还应进一步进行理论与技能的严格考核，合格者颁发上岗证。
技能评判采用实验室指导人员面试的形式按合格性进行评判。评判合格的给予刷卡录入，此卡可作为学生进入“约定时间”模块的凭证；若不合格，由指导人员根据情况确定学生继续进行技能训练或返回“预习”模块重新预习。
3.2.3“约定时间”模块
预约时间是指学生凭在“预习”模块板块二和“技能训练”模块中已录入合格信息的电子卡，在校园网络上实验室工作平台里进行自由预约和参加实验学习的时间。时间可为在一周内自己安排实验学习的时间段。
约定时间是指实验室工作人员或实验指导教师对学生提交的时间段进行软件分析，确定合理的实验教学开出时间并在实验室工作平台里公示。学生应在公示日三天内进行确认。
3.2.4“实验教学”模块
指导教师应因人、因地、因事、因情地灵活采用“引导一发现、自学一指导、情境一陶冶、示范—模仿、传递一接受”等教学模式，与灵活采用“启发式、讨论法、研究法、发现法”等教学方法开展教学活动。对实验后学生提交的成果，要培养学生至始至终、严谨科学对待研究工作的态度，认真指导学生按工科类科研报告的形式书写实验报告，优质完成实验成果的提交：对希望进一步提高成果水平的学生应给予鼓励，让他们继续在实验室里进行探索性实验。
成果评定时，(1)注重学生的创新意识及创新能力的评价；(2)改变传统的五级记分制为三级计分制。其考虑是基于现代教学新理念，要以发展的眼光看待学生成果，对没有取得中等等级以上的学生，要帮助分析原因，找出不足之处，鼓励继续探索；对取得中等以上等级的学生又继续进行探索性实验提交的新成果，成果的评定取新成果。
以上四个模块的主要保障措施：(1)要精心设计一套基于校园网络上的实验室工作平台，其主要功能应具备工作流程的网上选课、资料及试卷库、时间的预约与约定、电子卡注册及项目存贮等：(2)建立实验室网站以便于介绍实验室相关工作信息、消息发布、面向网络的师生交流、与实验室工作平台兼容，对外交流等：(3)加强人员结构合理的实验室人力资源建设，要数励名师、教授、研究生兼职承担实验教学任务，以提高实验室教学水平：对应用性强的专业，可聘请企事业单位有丰富实际工作经验的技术人员进入实驗室指导实验：对人员紧缺的实验室，可选拔在校本科生通过勤工助学的形式协助实验室有关方面的管理工作等。
4小结
开放实验室是现代教育思想观念指导下实验教学改革的必然，要使实验教学更好地培养具有一定实践能力和创新能力的高级专门人才，仅开放实验室还不够，还要在新的开放实验室这个条件下深入研究实验教学中的问题，以先进的教育思想为指导，以现实存在的问题为切入点，从问题相关方面找改革的突破口，建立符合时代发展的实验教学新系统。传统的实验教学在一定的时期内发挥了重要作用，随着社会的不断进步，新的教育思想还会不断涌现，我们一定要解放思想，始终关注实验教学的新情况新问题，不断深化改革，实现人才培养更符合时代要求。
参考文献：
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工科实验 篇7
一、实验教学在培养工科大学生工程能力方面的作用
当今社会对人才的工程实践能力和创新能力的要求越来越高。大学生实践能力和创新能力的强弱,在很大程度上决定了学生的就业竞争能力、创业能力和发展能力。某项调查显示,当今大学生毕业后适应工作能力下降,相当多的毕业生在工作岗位上实际锻炼两三年后才能真正胜任岗位工作。在日趋严峻的就业形势下,用人单位越来越看重大学生的工程实践能力,毕业生实践经验欠缺、动手能力不强也是影响高校毕业生就业的一个重要原因。高校中,实验教学是巩固和应用课堂理论知识,培养学生实践能力、创新能力和综合素质的根本途径,在高等工程教育中更是起着关键性作用。
学生毕业后主要是到企业和生产第一线,以工程作为服务对象,从事设计、制造、运行、研发和管理等工程实际工作,因而实验教学对于学生工程能力的提高至关重要。学生在实验中的主动性、探索性和创造性是实验教学的主要特点,创新能力是在不断实验、解决实践问题的过程中培养和锻炼出来的,主要表现为实验教学向学生传授知识、验证理论、培养科学素养和实验技能;实验教学能激发学生学习的积极性和主动性,使学生得到科学实验方法和手段的训练,引导学生掌握科学的思维方式,培养其创造性思维和创新精神;实验教学有利于增强学生独立动手能力和解决问题能力,培养其严谨细致的工作作风,团结协作的团队精神。
二、当今实验教学存在的问题
研究调查显示,现今大学生毕业之后不能找到理想的职位多是由于没有实际工作经验,工程经验不足,很多学生必须在上岗后一段时间后才能逐步适应其新的工作环境,因而也不能及时发挥其作用,这在工科院校毕业的大学生身上尤为突出。而造成这种状况的直接原因在于工科院校实验教学环节的薄弱,主要表现在:
1. 实验教学受到削弱
近年来我国高校招生规模持续扩大,但教育投入并未同步加大,许多工科院校实验室面积不足,实验手段、仪器设备普遍陈旧落后,新办专业实验条件尤为短缺。
2. 实验教学从属于理论教学
许多高校的实验教学依附于理论教学,没有系统和相对独立的实验教学计划,实验内容也以验证性实验为主,设计性、综合性实验较少,研究创新性实验更少。
3. 实验教学方式不完善
目前,许多高校中实验教学一般由指导教师先介绍实验目的、实验原理以及所用的仪器设备,再对学生重点示范,最后才由学生动手操作实验,学生做实验是被动的,束缚了学生的思想、学生的积极性与主动性得不到充分发挥。
4. 考核方式不合理
由于实验教学从属于理论教学,与理论教学相比,对实验教学的重视未达到应有的程度,教师的指导能力和学生实验能力的高低,从课程体系的考核中几乎得不到反映,致使学生在学习过程中,对实验课往往未能给予足够的重视,更缺乏培养、锻炼自己的工程实践能力的意识。而且,由于实验设备有限,往往是几个学生共同完成一组实验,这必然导致了部分学生无实际动手操作的后果,达不到预期的实验效果。
此外,实验人员队伍结构不够合理和素质欠佳等问题也影响着实验教学质量的提高。
三、改革实验教学方法,培养学生的工程实践能力和创新能力
1. 单独设立实验课
实验教学是培养学生理论联系实际、分析问题、解决问题能力的重要教学环节,通过此环节可以培养学生深刻理会课堂内容并提高学生的动手能力和创新能力,因而在课程设置中应该改革实验教学附属于理论教学的传统模式,增加实验学时比例,另可进行独立设置实验课程,单独计算学分。我校环境工程专业对环境科学和环境专业本科生开设了污染控制工程实验、大气污染控制工程实验、水污染控制工程实验等综合性或创新性实验课程,并单独计算学分。以大气污染控制实验课程为例,到目前为止开设了有机废气吸收实验、酸雾吸附实验、电除尘器伏安特性实验、粉尘真密度实验等8个综合性或创新性实验,通过这些实验的开设,充分调动了学生动手学习的积极性,提高了其动手能力和学习能力。
2. 实验教学装置的改进
目前,实验教学装置的陈旧和缺乏是很多高校在开展实验教学所遇到的问题。以我校大气污染控制实验课程目前开设的实验为例,针对此种情况,自行研发设计了多个实验教学装置,如污染物吸收吸附装置、布袋除尘器教学装置等教学设备。其中污染物吸收吸附装置是在实验室老师结合科研工作的基础上开发出的一套小型工业废气处理实验设备。本实验设备主要用于本科生教学,与此同时又是一套小型工业化装置,是任教课教师从实践中总结出、并按照实际状况自行设计制造的,不仅考虑处理设备的单体,更加注重系统和实际的应用,将实验设备工程化、系统化,培养学生的实际工程能力。整套吸收吸附系统的主要构成为:气体吸收实验装置、气体吸附实验装置、S D G吸附剂、集气罩、管道系统、风机和噪音控制装置(消声器、减震器)。其中S D G吸附剂是北京工业大学自行研制成功的吸附剂,它可有效用于酸雾的治理,净化效率高,不产生二次污染,曾获“北京市科技进步奖”,并两次被收入国家环保局“最佳实用技术”。
此实验装置应用于环境工程与环境科学专业的本科实践教学中,包括大气污染控制工程课程的实践教学和课程设计、认识实习、毕业设计等过程。通过在课堂上教授基本原理、实验过程中结合具体装置进行讲解和拓宽、课后有兴趣的同学进一步探索设计和研究,让学生学会主动学习,培养了学生提取加工信息的能力,深入探索更多更有意义的设想方案,提升创新能力。很多外校来访的教师考察了该实验装置后,表示了极大的兴趣。
3. 改革实验考核方法
考试方法的改革是推动实验教学改革的一项有力措施。对实验成绩的评定不能简单地看实验结果是否准确,而要着重以实验方法、实验过程以及分析和处理问题的思路来评价实验成绩。我校环境工程创新实验课程中采用让学生自主设计、自行实验,独立完成实验,并采取了答辩的方式展示自己的实验内容和结果,并对老师和其他同学的提问进行回答。最终成绩的评定即是根据学生多方面的能力给出综合评价,不仅提高了学生学习的积极性和主动性,而且获得了较好的教学效果。
4. 实验教学和科研相结合,培养学生的创新意识
大气污染控制实验课程中向本科学生开设的实验课程中包括等离子体法去除挥发性有机物的实验和生物法去除有机物的实验,这两个实验均是目前该研究室的主要科研方向,通过向本科生开设这部分实验,可使学生接触目前科研的最新研究方向,提高学生科研主动性,其中一些学习成绩优异,富有创造能力的优秀学生,可到各实验室参加科研,成为科研助手。
四、结束语
学生工程能力的培养并非一门或几门课的任务,也并非只要加强实验教学就可以了,但是教学实验环节在提高学生工程能力方面起着不可或缺的重要作用。高校实验室肩负着培养人才的重要任务,要积极做好实验室建设,不断探索培养工程应用人才的新途径。同时,必须改革现有陈旧的教学方法,实现从应试教育向素质教育的过渡,培养当今社会所需的工程技术人才,是时代赋予每一位教育工作者的历史重任。
摘要：工程能力是工科大学生必备的重要能力,也是培养大学生创新能力的基础。本文分析了实验教学在培养工科大学生工程能力方面的作用,针对当前实验教学中存在的主要问题,提出了改革实验教学方法,培养学生的工程能力和创新能力的措施和途径。
关键词：实验教学,工程能力,创新能力
参考文献
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[2]杨春平,甘海明,吴婷,等.一个工业规模的多功能废气处理实验平台[C].大学环境类课程报告论坛论文集,2007,94～97
[3]陈小虎,刘化君,朱晓春,等.电气信息与电子信息类应用型人才培养体系的创新与实践[J].中国大学教学,2006,4:55～56
工科院校大学物理实验教学研究 篇8
关键词：大学物理实验,教学,问题,建议
物理学是一门以实验为基础的科学,物理学的创新和发展与实验密切联系。大学物理实验与大学物理理论教学相辅相成,其目的是通过实验丰富和活跃学生的物理思想,培养他们对物理现象的观察能力和分析能力,引导学生了解实验物理在物理概念的产生、形成和发展过程中的作用。大学物理实验是工科高校培养学生综合应用能力的重要基础课程,是大学生从事实践和科研工作的向导,在培养学生的创新能力、实践能力和研究能力上起着重要的作用。然而,目前大学物理实验教学中仍存在一些问题,影响了教学效果。在强调培养科研创新型人才的今天,这些问题越来越受到人们的重视,有不少物理学教育工作者已经对大学物理实验教学现状进行了剖析与探讨。
一、大学物理实验教学中存在的问题
1. 实验设备
由于近些年来高校的招生规模不断扩大,许多院校的教学软硬件资源跟不上学生数量的变化,再加上投入基础学科的经费有限,导致实验设备紧缺,设施陈旧。部分高校的物理实验课上多名学生共用一套仪器,甚至应该由学生动手操作的实验变成了演示实验,严重影响了教学效果。另一方面,许多院校在更新实验仪器时,盲目追求现代化、智能化仪器,简化实验者的操作,使大学物理实验趋于傻瓜化,几步简单的操作就能得出实验结果,忽略了更为重要的实验过程及其物理本质,导致学生在完成实验后都不明白自己在做什么,不利于培养学生的动手能力和对实验的理论背景理解。
2. 实验内容
目前的大学物理实验基本是以基础性、验证性实验为主,以巩固、加深物理理论知识的理解为主要教学目的,而作为物理实验教育环节重要组成部分的综合性、设计性实验数量极少,使得学生在分析问题、解决问题和创新能力培养等方面缺乏锻炼。并且科学技术领域的新发展以及工程技术领域的新应用,在日常实验教学中极少反映,不利于学生开阔视野、扩展知识面,也不利于为以后的专业课程实验与科研工作打好基础。
3. 实验安排
大学物理实验课通常是从大一下学期开课,持续两个学期,基本同大学物理课开课时间一致。实验所需的背景理论知识和理论课程并不完全同步,会出现实验用到的相关理论知识在大学物理课上还未学到的现象,导致学生在学习实验原理时很多理论基础无法理解,最后只管操作和记录数据应付了事,给大学物理实验教学带来一定的困难。
4. 实验教学方式
教学观念和方式落后,认为实验教学只是理论教学的附属环节,是为了巩固、验证理论课的知识而做实验,因此实验教学大多流于形式,不注重动手能力与创新能力的培养。实验课堂上仍是以教师为中心进行教学,由教师讲授实验原理、方法、步骤并演示实验操作,然后学生再按照教师的讲解演示重复一遍实验,由于实验过程缺乏思考与独立性,制约了学生分析与解决问题的能力培养,并使学生感觉到实验枯燥无味。目前的大学物理实验没有从学生的角度出发进行教学,无法调动学生学习的积极性与创造性。显然,这种步骤现成、结论已知、方法惟一、按部就班的实验教学模式已经抹杀了大学物理实验教学的本质,不能体现出物理实验所应具有的探索性与创新性。
5. 实验师资
部分高校的实验教师数量少,通常由理论课教师兼上大学物理实验课,缺乏专门研究大学物理实验及教学的人员。并且现有教师理论教学任务重,影响了实验教学水平的提高。还有一些教师重科研而轻教学,教学精力投入不足,在一定程度上也影响了大学物理实验教学效果。
二、大学物理实验教学存在问题的解决建议
以上提到的5个方面在目前大学物理实验教学所存在的诸多问题中具有一定的代表性,下面就自己的教学实践经验提出一些解决建议。
1. 实验仪器的选择
在选择、采购实验仪器时不仅要考虑品牌和仪器的质量,更要考虑是否有利于培养学生的动手能力和创新能力,是否有利于启发学生的思维,是否有利于让学生通过实验更好地理解理论知识。特别是对某些价格高昂、更新较慢的实验仪器,还要考虑其功能是否全面,是否能用于多种实验。因此,可拆装的组合式教学仪器和能进行多种实验的综合性仪器应当是实验仪器采购的理想选择。
2. 实验内容的改进
根据大学物理课程的教学现状,应该有针对性地对大学物理实验的内容做一定的调整。以素质教育和创新能力培养为目标,建立完善3种实验教学体系:(1)基本实验。让学生了解基本的实验仪器原理,并掌握基本的实验理论和操作方法。此类实验应以基础为主,难度较低,例如:单摆实验与密度测量实验,有利于学生打好大学物理实验的基础并完成从中学物理实验到大学物理实验的过渡。(2)提高型实验。以验证性、应用性实验为主,让学生通过实验加深对理论课程所学知识的理解,并启发学生积极思考,应用所掌握的理论知识观察、分析一些实际的工程技术问题。此类实验应有一定的难度,是大学物理实验的主体部分。(3)创新型实验。以综合性、设计性实验为主,以培养学生的独立开展科研能力为目标,对提高整体大学物理实验教学质量和培养学生的创新能力有重要作用。此类实验应在教师指导下由学生自主完成,并可让学生尝试通过发表论文方式整理、总结实验结果。以上3类实验在大学物理实验教学体系中应以提高型实验为主体,三者相辅相成,共同促进实验教学效果的提高。
3. 合理的实验进度安排
针对大学物理实验和大学物理同时开课的弊端,有的实验原理在理论上还没有学习,根据大学物理的课程进展,应重新调整大学物理的实验项目顺序,合理安排,尽量使大学物理实验的项目与大学物理理论课程同步,这样就使学生能够在学习理论的同时结合实验现象来更好地理解物理原理。
4. 改善实验教学方式
对原先以教师为主导、学生模仿的灌输式教学方式做一定的改进。在教学上采用以学生为中心,自主学习、独立研究为主的教学模式。要调动学生学习的积极性,就要充分了解并照顾到每个学生的基础和兴趣所在。基础实验可以仍以教师讲解演示为主,而提高型实验则要将更多的时间留给学生,教师应当少讲解、不演示,这样可能会延长学生的实验时间,但是对培养学生的独立思考能力和钻研精神大有裨益。对于创新型实验,主要靠学生自己查阅资料和熟悉仪器,教师只负责在宏观上给予引导。
5. 加强实验师资力量
为了取得良好的实验教学效果,实验教师要花大量的时间与精力在实验备课、仪器准备和教案编写等方面,由理论课教师兼职实验课必然在精力和时间上投入不足,因此必须要有专职的实验师岗位,这样有利于大学物理实验分层次教学,也有利于实验室教学的全天候开放,增加实验课安排的灵活性。
6. 应用仿真实验软件与计算机辅助教学
在实际教学中,由于课程学时的限制,某些难度较高、操作复杂的实验不便于安排学生进行实验。针对这种情况,许多软件公司开发出了一系列的实验仿真软件,仿真软件为物理实验教学提供了另一种形式。学生在计算机上就能学习实验原理、熟悉实验仪器、掌握实验方法并处理实验数据,提高了学生做实验的效率,并且能达到同实际操作相近的效果。
另外,实验数据的处理和数据作图是大学物理实验中的一个重要环节。部分实验的数据繁多、处理复杂,手工绘图误差较大,同样的实验数据由不同实验者处理,其结果可能大相径庭。由于大量的数据和繁杂的数学运算,可能会使学生纠缠于数据的计算而忽视了实验本身的物理意义,甚至丧失了对实验的兴趣。因此,在大学物理实验教学中引入相关软件(Excel、Origin、Matlab)就显得十分有意义,笔者也在这方面做过一些有益的尝试并引入教学中。
三、结束语
大学物理实验教学是一项系统工程,目前还存在许多问题有待改善,需要在实验内容、教学方式、师资培养等方面不断改进,才能形成合理的、适合本校特色的大学物理实验教学体系。
参考文献
[1]张勇,邢红宏.大学物理实验教学的现状与对策[J].中国现代教育装备,2009,1:89～91
[2]杨小静,季诚响,张民.提高大学物理实验教学质量的几点建议[J].大学物理实验,2009,22(2):106～108
工科实验 篇9
一工科院校实验技能竞赛的开展现况及其积极影响
高等教育要重视培养大学生的创新能力、实践能力和创业精神。当前, 为满足社会发展对人才的需求, 全面提高大学生的整体素质、培养学生的实践能力和创新能力已成为人们的共识。实验技能不仅能反映实验教学质量和学生能力水平的高低, 也是评估本科教学质量的评价指标。[2]很多工科院校已经意识到培养学生实验技能的重要性, 并且结合实际情况开展了一系列内容多元、形式多样的竞赛活动。
1工科院校学生实验技能竞赛的开展现况
国内外高校均在研究和探索更加有效的实验教学手段, 国内的大连理工大学、广东工业大学、华南农业大学、安徽理工大学、长江大学等开展了各种形式的实验技能竞赛, 如化学实验竞赛、物理实验竞赛、电工电子竞赛、机械加工技能竞赛等。[3]
以广东工业大学为例, 学校学生实验技能竞赛经过五年的沉淀和积累, 至今已成为该校加强实验教学, 培养学生实验技能, 打造强势本科教育的一项品牌赛事。实验技能竞赛每年举行一届, 每届于上半年和下半年分别以公共基础实验和学科基础实验来组织竞赛。实验技能竞赛还设置个人赛和团队赛、单项赛和综合赛等。来自中山大学、华南师范大学、广州大学、广东药学院、仲恺农业工程学院等十几所高校参加了竞赛。[4]
总地来说, 很多工科院校都非常重视实验技能竞赛的开展, 将其放在学校或者更高的层面予以谋划布局。成立专门的竞赛委员会, 下拨竞赛专款, 在政策、后勤等方面充分保障赛前动员、队伍组建、赛事宣传和竞赛设备准备等工作的顺利进行。
2工科院校学生实验技能竞赛的积极影响
首先, 提高了学生对实验教学的认识, 营造了浓厚的创新氛围。五年来, 实验技能竞赛设置了涵盖全校61个本科专业的50个竞赛科目和120多竞赛项目, 直接参加学校决赛的学生达到2.3万人次。实验技能竞赛在全校掀起了学技能、练技能、比技能的热潮。许多参赛选手为参加比赛, 挤时间查资料、学理论、练操作。在竞赛的促动下, 学生自发地进行技能训练, 到实验室的次数和频率大大增加。学生普遍反映, 竞赛为大家提供了一个互相学习、展示自我的舞台, 通过竞赛, 学习实验技能的兴趣和热情大大增强。
其次, 培养了学生创新实践能力, 强化了强势本科的实验教学成果。在竞赛过程中, 学生拿到的竞赛题目并没有现成的实验步骤, 需要自己设计并完成。在此过程中, 提高了学生的逻辑思维能力、动手能力, 运用基本理论、基本知识和基本技能解决问题的能力[5], 其创新精神和实践能力得到了很好的锻炼。据统计, 五年来, 在实验技能竞赛“大练兵”的基础上, 选拔学生参加“挑战杯”竞赛等各类全国、全省的专业和科技竞赛, 共有5560多人次获得2830多项奖, 其中国家级奖810余项, 充分显示出学生通过实验技能竞赛的历练后, 具有较强的创新精神和实践能力。实验技能竞赛的全面实施, 与第一课堂实验教学形成了互补和良性互动, 优化了学生的创新精神和实践能力的培养, 为打造强势本科教育奠定了坚实的基础。
第三, 发现了实验教学中的不足, 促进了实验教学的改革。在实验技能竞赛中, 参赛学生所产生的诸多失误, 直接反映了实验教学中存在的问题, 各参赛学院的教师都及时地将情况反馈到各学院、实验教学部等, 并通过召开研讨会对实验教学改革相互交换意见。各学院、实验室都以实验技能竞赛为契机, 在竞赛的准备过程中, 还专门对实验室人员进行了培训;学校加大了对实验设备的投入, 更新实验仪器, 使本科生的实验教学设备总资产超过4亿元。同时, 建立全天候实验室开放制度和创新实验室, 为学生进入实验室从事实验操作、科研活动提供了便利条件。
二工科院校学生实验技能竞赛存在的问题
1竞赛项目以验证性的实验为主, 缺乏设计性和创新性实验的竞赛项目
目前很多的实验技能竞赛项目主要是以验证理论课的相关实验内容为主, 过分强调了实验的验证性。这种做法一定程度上是“照方抓药”, 书上怎么写, 学生就怎么做。整个实验教学过程中, 学生往往是被动的, 没将这种实验过程当成自己独立去思考、研究的过程。面对当今高科技的创新发展, 这种传统的教学方法无疑束缚了对学生进行全面素质的培养。尽管学生参与热情高涨, 但是绝大多数学生钟情于课本中“短、平、快”的实验课题, 做完后就匆匆交差;不去思索综合性实验题目, 更不会将实验总结成学术论文发表, 这也是阻碍大学生设计性和创造性的培养。另一方面, 由于大学生长期以来接受“重理论, 轻实验”的教育模式, 没有得到综合性技能训, 实际动手和组织协调能力没有得到系统的培养。所以。习惯于选择一些“小打小闹”的课题。[6]
2竞赛项目以教学内容为主, 缺乏与实际问题的结合
正如上文所述, 学生们喜欢教科书中“短、平、快”的实验题目, 而且在操作过程中一定程度上是“照方抓药”, 书上怎么写, 学生就怎么做。没有思索理论知识与实际应用之间区别的问题。而且, 每一届竞赛的题目大同小异, 都是教科书上经典实验一类的东西, 没有结合当前热点问题或者企业工厂实际应用而设计竞赛命题。学生们始终未能冲出“象牙塔”里面的“经典验证”去探索理论知识在实际应用遇到的种种问题。
3以校内竞赛为主, 缺乏引进校外企业资源
很多工科院校的实验技能竞赛都是“自己搞自己的”, “各顾各的”, 最多就是邀请其他院校的队伍参赛或者与其他院校一起合办竞赛。但是, 这些竞赛的参与人员与所用资源都是院校内的, 都是在“象牙塔”之内的“自娱自乐”, 缺乏与社会中企业工厂的合作与交流。没有交流与合作, 就不能共享校外企业的资源, 就很难向学生们引进解决实际生产问题的经验和方法。这不利于工科院校培养实践能力强、创新能力强的应用型人才。
三工科院校学生实验技能竞赛的发展路径
1依托校企合作共建竞赛平台
随着高校的连年扩招, 学校的教学资源跟不上高校发展的速度, 充分利用和改善提高现有的实验室条件及师资力量, 是高校在培养人才实践创新能力方面共同关注的问题[7]。高校校内资源毕竟是有限, 如何开发校外资源, 共建平台, 为实验技能竞赛的发展提供广阔的天地, 显得尤为突出。工科大学要积极整合地方政府、企业单位、校友基金会等多种社会资源, 联合创建大学生科技创新活动基地、科技成果孵化基地、创业实践基地。通过开展多元化的校企合作共建实验 (实训) 项目, 搭建了校企联合育人的平台, 也为企业提供了展示技术和产品的窗口, 建立了互利共赢的合作机制, 逐渐形成了特色鲜明的校企合作办赛特色。
2组建优秀指导教师团队
实验技能竞赛始终是将第一课堂实验教学与第二课堂教学活动相结合的一项竞赛活动, 需要指导教师来指导学生从事实验制作、科学研究。因此, 实验技能竞赛的进一步发展和提升, 需要吸引优秀教师参与到实验技能竞赛的指导教师行列中, 组建雄厚的指导教师团队, 这是实验技能竞赛良性发展的保障。遴选指导教师的标准应该是以教学经验丰富、责任心强、有一定科研成果的教师为主体。学校和二级学院应充分重视实验技能竞赛指导队伍的建设, 选拔并培养一批科研能力强、技术水平高、责任心强的教师, 组成实验技能竞赛指导小组, 为学生参与实验技能竞赛提供强有力的知识指导和技术支持。[8]
3竞赛项目设置要贴近社会实际
工科院校实验技能竞赛的可持续发展、办赛水平的不断提升, 需要紧密结合当前经济社会发展的热点、难点问题, 进行科学的设计竞赛项目。应逐步减少只是简单验证教学计划内基本理论和基本知识的竞赛项目, 有计划、有步骤地提高设计性和创新性的实验技能竞赛项目。竞赛项目的设计要紧跟当前经济社会发展的热点、难点问题, 才能在大学生中引起了强烈的反响, 学生的参与才能热情高涨, 才能有效地检验第一课堂教学的质量和水平;才能体现办赛对社会的贡献, 也体现学生自身的价值。这也非常符合高等教育培养的时代性和科学性。
实验技能竞赛为工科院校学生提供了一个探索科学、创新实践, 展示当代学生聪明才智的广阔舞台。虽然目前实验技能竞赛还存在着上述的一些问题, 但通过在实践中不断总结经验, 整合校内外资源, 提升办赛水平, 实验技能竞赛依然促进了实践教学改革的深化和实践教学质量的提高, 推动了高素质的创新型应用人才的培养的有效途经之一。
参考文献
[1]陈浪城, 鲍鸿.理工科院校学生实验技能竞赛体系的探讨[J].实验室研究与探索, 2009 (6) :267-269.
[2]李传引.高校理科专业实验技能体系的构建与实践[J].实验室科学, 2009 (3) :3-5.
[3]全腊珍, 熊耐新, 邹运梅, 等.大学生三性实验技能竞赛与创新能力培养的研究[J].机电产品开发与创新, 2009 (6) :198-199.
[4]张育广, 邓俊, 李彦旭, 等.实验技能竞赛与创新实践能力培养的探索[J].实验室研究与探索, 2010 (8) :207-209.
[5]孟晓龙, 赵子娟, 崔晓峰, 等.开展大学生实验技能竞赛的实践与认识[J].中国现代教育装备, 2007 (6) :81-82.
[6]沈剑敏, 陈强, 管利萍.培养大学生创新实践能力的探索与思考[J].实验室研究与探索, 2009 (10) :104-105.
[7]徐辉, 郁汉琪, 褚南峰.依托校企合作共建平台提高大学生学科竞赛水平[J].实验室研究与探索, 2010 (12) :153-155.
工科实验 篇10
关键词：化学实验,教学模式,科研,创新人才
科研与实验教学的相互结合,已经成为当前大学工科教学模式改革创新的重要特征。化学是实验科学,实验教学在整个化学教学环节中占有特殊的地位,不仅能使学生加深对化学基本理论和概念的理解,训练学生熟练的实验技能,更是提高学生综合素质,培养学生创新精神和实践能力的重要手段和途径[1]。传统的实验教学中演示性和验证性实验较多,实验教学内容简单、陈旧,教学手段相对落后,学生缺乏对大型科研仪器必要的操作训练和反复使用的机会,压抑了大学生的想象力和积极主动探求知识的主观能动性。显然,传统的实验课程教学模式不利于培养学生的创新意识和创新能力。经过几年的探索,我们以大学三年级的学生为研究对象,探索出一套新的大学工科化学实验课程教学模式:实验教学应该是以培养学生的创新能力为中心,走科研与实验教学相结合的道路,让科研的优势发挥到实验教学中来,通过让学生参与科研提高他们的综合实验能力,同时科研经费又是实验教学经费的有力补充,带动实验教学的发展。
我院教师的科研项目大都来自于国家自然科学基金、地方基金及与企业合作的横向课题,这些课题均是目前的热点研究领域。通过安排大三学生参与上述重要科研实验,教师能够把国内外最新学术理论和研究动态,尤其是自己的科研成果和学术思想传授给学生, 启迪他们的探索精神,让其尽早感受科学研究的文化氛围,激发学生的研究兴趣,培养学生的创新性思维和创新能力。
1 学生参与科研实验的过程管理
1.1 师生双向选择
学期伊始,教师将自己的在研课题进行针对性介绍,让学生从该课题的研究背景、研究内容及应用领域进行全面了解,从而选出自己感兴趣的课题。学生可以进行多个选择,按照兴趣排出第一、二、三志愿,反馈给教师,每个题目优先选择第一志愿的学生。通过这样的双向选择,改善了以往教师指定实验题目,学生被迫选择的状况,这样充分调动了学生的学习兴趣,发挥了主观能动性。
1.2 开题报告
学生进入课题组后,第一步就是在教师的指导下去图书馆查阅期刊资料和专业书籍,或使用网上国内外数据库进行文献查阅,对课题的背景、国内外研究现状和应用领域进行详细了解,并撰写开题报告。开题报告包括文献综述和实验方案的制定两大部分。文献综述一般要求3000字左右,参考文献不少于20篇,其中英文文献不少于5篇,这样的训练不仅锻炼了学生的文献检索能力和阅读中外文献的能力,还锻炼了他们科研论文的写作能力,更使他们加深了解研究课题的国内外动态,为制定实验方案打下理论基础。教师会对优秀的文献综述加以修改,并鼓励学生向杂志社投稿,这样极大鼓励了学生对科研论文的写作热情。
各课题小组以学生作报告的形式阐述实验方案,并进行可行性分析,达到让学生积极开动脑筋,充分发挥主动性的目的。通过与教师、研究生进行广泛的交流,启发学生从新的角度和更高的层次去思考问题,完善实验方案。学生有机会自己设计实验,制定实验方案,而不是按照实验课本,简单重复前人做过的实验。这个教学环节激发了他们的想象力和积极主动学习的意识。想象力是创新人才最重要的素质,而积极主动的学习是创新的驱动力。
1.3 中期报告
经过一段时间的实验,学生初步掌握了实验的基本方法,得到了初步的实验结果,在此基础上,要求各课题小组的学生写中期报告,上交工作总结,主要内容包括前期实验的总结、遇到的问题及拟解决方案和下一步的工作计划。这样使学生养成良好的分析问题、解决问题的习惯,接受潜移默化的科学研究方法,为将来从事科学研究打下基础。
1.4 科研实验的成绩评定
科研实验的成绩考核重点测试学生理解、掌握、灵活运用所学知识的能力和实践动手的能力,其应成为学生创新能力的有效评价手段。我们对学生的成绩实行综合评定,以实验方法是否独特新颖,是否有创新性观点及其平时实验的操作能力、查阅文献能力、表达能力、英文文献翻译能力等方面综合评定学生。
做完实验仅是完成实验教学环节的一半,余下更为重要的工作是分析实验现象,整理实验数据,把直接的感性认识上升到理性思维阶段。因此,我们的综合评定更侧重于学生分析实验,解决实验中出现问题的能力,而不仅仅是能否得到令人满意的实验数据。这样可以激发学生学习的潜能和创新意识,也是实验教学模式的新尝试。
2 科研实验促进教学的优势
2.1 科研实验有利于加深学生对课本理论知识的理解
我院教师绝大部分具有博士学位或高级职称,具备丰富的科研经验,他们所承担的科研项目具有前沿性、综合性、研究性和应用性的特点,使学生通过实实在在的研究内容、研究方法, 加深了对课本理论概念的理解和巩固,也使学生更充分地了解学科发展前沿,将所学的理论知识转化成学生的实际应用能力。
2.2 科研实验有利于培养学生独立思考和解决问题的能力
通常的实验课堂往往容量较小,时间过于集中,且以教师讲授为主,而科研实验的时间则很灵活,在学生没有课的时候,包括晚上和假期都可以来实验室做实验。学生在做科研实验的过程中,不可能是一帆风顺的,要经历多次失败,教师引导他们仔细观察实验现象,寻找失败原因,直至成功,这样培养了学生独立思考和解决问题的能力。
2.3 科研实验给学生创造了使用大型仪器的条件
传统的实验课,由于课上的学生多,大多采用教师进行仪器操作,给学生演示的实验教学方式,学生没有亲自操作的机会,对现代化的分析仪器接触很少。科研实验室的大型仪器都有仪器原理、使用说明和操作步骤等的简要介绍,在教师指导后,由学生独立操作这些仪器,学生可对实验中合成的化合物随时进行结构表征。通过这个训练同学们不仅有机会自己操作红外、核磁、质谱等大型仪器,锻炼了实际操作能力,还要通过仪器分析课上学到的知识,学以致用地对谱图进行分析,看是否已合成出理想结构的化合物。
2.4 科研经费是实验教学经费的有力补充
培养具有创新能力的高素质人才是一项艰难的系统工程,需要充足的财力支持,在目前高校普遍存在本科实验教学经费紧张的情况下, 如何实现实验资源利用的最大化,是一个迫切问题。根据我校化工学院的实际情况,我们树立科研为教学服务的科学理念,实行科研与教学资源的共享。2010年, 我化工学院到校科研经费突破2000万元,各科研项目组在实验室改造和仪器设备采购上,尽可能地兼顾教学与科研的共同使用, 大大提高了仪器设备和实验室的利用率。实验教学条件改善了,营造了良好的实验氛围,增强了学生动手、动脑的能力,激发了学生的学习兴趣及创造性。
3 实践效果
通过参与科研实验,学生普遍感觉到从中受益匪浅,无论在理论知识、实验操作能力,还是对大型仪器设备的使用等方面,都得到了锻炼,综合素质明显提高。在多次天津市高校举办的大学生化学实验竞赛中,我院学生取得了优异成绩;在考研复试中,绝大部分的院校都有实验操作考核,我院学生则展现了过人的实验设计能力和仪器操作能力,赢得了在场各位导师的好评;从对已就业学生所在企业的追踪反馈情况来看,我院学生在工作岗位上都具备了较高的科学研究素质,能够独立分析和解决专业技术问题,成为企业的核心力量。
4 展 望
要搞好工科化学实验课教学,既要有现代化的实验室和先进的仪器设备,更要有高素质的教师队伍,这都离不开科研的推动作用。21世纪的化学正在与生命科学、材料科学、信息科学、环境科学、能源科学、海洋科学相互交叉、相互渗透和相互促进中共同发展[2],在这样的背景下,我们要坚持走科研促进实验教学的道路,让学生积极参与科研实验,提高实验教学质量,打破传统的分割式实验课程体系,实现各学科的快速协调发展,使素质教育和创新人才培养可持续地向前发展。
参考文献
[1]王志伟,张田梅.构建多层次模块化开放式的实验教学体系[J].黑龙江高教研究,2008(5):162-163.
工科实验 篇11
关键词：实验设备 汽车 专业实验 设备改造
中图分类号：G64 文献标识码：A 文章编号：1673-9795（2013）05（b）-0181-01
目前，各高校使用的电喷发动机等汽车电子控制类实验设备中，有相当数量的设备是属于示教系统（示教板），主要用于学生对汽车电喷发动机电子控制装置结构组成的感性认识、电子控制工作原理的理解，以及故障诊断与排除训练，性能上很难满足本科生实验教学要求，直接影响教学效果，导致设备利用率低下[1]。对这类专业实验设备进行合理的改造，改善实验性能，增强实验功能，以提高专业实验设备利用率，做到物尽其用。
1 汽车专业实验设备改造的目的和意义
汽车专业实验设备，单台价格一般在几万元到十几万元，也有更贵的，同时结构尺寸较大，需要较大的实验室空间，因此，提高设备的利用率，最大程度地发挥已有设备的使用效益，具有现实意义。
1.1 增强设备实验功能，提高设备利用率
汽车专业实验设备基本上是非标准的，各生产厂家根据自己的理解进行设计制造，在使用性能上与现实实验教学的要求有一定差距。单台设备的使用功能单一，由于工科院校的专业实验课时一般较少，专业实验课结束后，仪器设备就处于闲置状态，要等到下一年才再次使用，造成设备使用率低[2]。
根据实验教学的实际情况，对现有实验设备的结构、性能和功能进行研究分析，进行合理的改造，改善性能，增加实验功能，开发不同层次的实验内容，实现一机多用，从而提高专业实验设备的利用率。
1.2 改善设备实验性能，提高设备使用效益
随着汽车技术的快速发展，原有汽车专业实验设备的某些性能会显得落后，不能满足当前实验教学要求，影响设备利用率，甚至导致设备的闲置。适时地对这些专业实验设备进行改造，恢复或增强其性能，从而延长这此设备的使用寿命，提高使用效益。
1.3 锻炼师资队伍，提高教学水平
参加设备改造的教师和实验技术人员，必然要对设备的结构性能和功能充分了解，通过实验设备改造实践过程，学习掌握汽车新技术，熟悉实验设备的结构与功能，便于开发新的实验项目，提高实验教学水平。
2 汽车专业实验设备改造应注意的问题
2.1 设备改造原则
在专业实验教学过程中，要注意对设备的使用情况进行观察记录，结合当前汽车技术的发展，总结设备使用中存在的问题与不足，提出切实可行的设备改造方案。改造方案要尊重原实验设备，注意小改、少改，以最小投入获得最大收益为原则。选择改造的设备在技术性能方面要具有一定先进性和代表性，保证设备改造后具有较高的使用价值。
2.2 设备改造资金
对专业实验设备进行改造，需要更换或新增一些电气元件各零部件，必须要有资金保障，通过学校实验室管理部门的设备改造立项或学校实验室开放基金立项，获得资金支持。
2.3 设备改造时间
在普通高校里，汽车专业实验设备的台套数一般较少，对设备改造必然影响设备在一定时间段内的正常使用，为了不影响专业实验教学使用实验设备，设备改造宜安排在实验设备使用间隔期内或安排在假期没有实验教学的时间内。
2.4 设备改造人员
实验设备改造要组建一个课题组，人员包括专业教师、实验技术人员和高年级本科学生或研究生，这样，既锻炼了师生的能力，又便于实验设备的管理，便于针对实验设备开发新的实验项目。
3 汽车电子点火与燃油喷射实验系统的改造
3.1 实验系统改造的必要性
汽车电子点火与燃油喷射实验系统选用时代超人电控发动机的电子控制系统，广泛应用于现在的汽车上，技术性能比较先进，具有代表性。实验系统采用桌子加直立面板的结构形式，可视性好，便于示教。
但是，该实验系统在模拟发动机的工作过程中，节气门开度和空气流量与发动机转速之间的关系没有反映出来，与发动机工作的实际控制过程不符。一是发动机的模拟转速不是通过调节节气门的开度来改变，而是由调速电动机的调节旋钮来实现；二是节气门不能控制进气量的变化，没有反映出发动机转速与进气量和喷油量之间的控制关系。
因此，有必要对该实验系统进行改进，提高其仿真度，扩展其实验功能，提升实验水平。
3.2 实验系统的改造方案
该实验系统改造项目得到了学校实验室开放基金的支持，组成了有教师、实验技术人员和汽车专业学生参加的课题组，对实验系统实施改造。
第一，加装节气门操纵机构。节气门操纵机构包括节气门开度与转速调节联动机构和节气门开度控制机构。前者实现节气门开度调节，同时通过转速调节联动机构实现调速器调节电机转速与节气门开度相一致，实现发动机模拟转速的调节。后者主要由节气门开度指示板和节气门开度锁定器组成，指示节气门开度大小的百分值，并能锁定节气门开度保持在所设定的百分值。发动机曲轴转速由电动机模拟，电动机的转速快慢可通过汽车加速踏板调频控制调节[3]。
第二，实现空气流量检测。为了使空气流量计能检测到进气量随着节气门开度的变化，要把节气门体与空气流量计连接在一起。原来实验台上节气门体和空气流量计的安装位置基本不变，用一根进气管将节气门体与空气流量计连接起来，同时在节气门体一端加装一台可调转速的微型风机，模拟发动机气缸进气。
4 结语
汽车电子点火与燃油喷射实验系统改造后，提高了技术性能，充分发挥实验系统良好的示教特点，同时，增强了实验系统的实验功能，可针对不同层次的学生开展结构和工作原理的演示性实验、工作原理分析和故障诊断与排除方面的综合性实验、结合汽车电子技术实验系统平台进行喷油量及点火提前角控制方面的设计性创新性实验，实现一机多用。因此，在实践教学中，针对某些专业实验设备进行合理改造，改善技术性能，增强实验功能，达到提高设备的利用率和使用效益是可行的。
参考文献
[1]魏俞涌，陈开考.桑塔纳3000电控发动机实训教学系统开发[J].实验室研究与探索，2011，30（4）：195-198.
[2]姜丽伟.教学实验设备使用与管理优化[J].实验技术与管理，2011，28（10）：206-208.
工科实验 篇12
按照以往的教学模式, 实验课程教学内容随理论课同时开设, 其有利方面是学生能紧密结合课堂理论知识, 便于理解实验原理。但同时存在许多难于克服的缺陷, 主要表现在以下四个方面:
1.按照传统的教学体系, 各类专业基础课程分别在三个学年中完成。如此课程安排, 把原本相互联系的化学实验基本操作、基本技能培训被人为的分开来, 每一门实验课所学的实验操作没有足够的时间反复训练, 时间间隔长了, 学生容易遗忘, 达不到教学效果。
2.老师和学生往往重视理论学习而忽视实验训练, 加上有些实验附属于理论课程, 不便进行单独考核。
3.受到实验场地、台套数不足的限制, 同一实验往往需要分组在不同的时间进行, 但是在教学安排上却难以解决教师不足和与学生上课时间冲突的矛盾。
4.同样由于实验室空间的不足, 目前大多数实验存在未讲授理论课程就已经开始作相关内容实验的现象。虽然要求学生预习实验, 但大多数学生做实验时仍然一头雾水, 造成学生对实验没有兴趣, 敷衍了事。造成基本的化学实验操作和实验技能得不到很好的练习和培养, 不仅影响到学生后续课程学习, 而且严重影响到学生素质能力的培养。
目前许多高校都在进行实验教学改革, 如减少验证性实验, 增加综合性实验及探索性实验[2,3,4,5]。但大都只局限在实验内容的改革, 还没有形成多门化学实验课程的教学体系, 无法从根本上解决上述存在的问题。因此改变附属于传统理论课的实验课程, 形成相对独立、系统的和科学合理的基于化学一级学科平台上的基础化学实验课程体系非常必要和迫切。
基于目前化工学院基础化学实验教学的现状, 参考其他院校改革的方法和经验[6,7], 从方法论的高度建立新型的实验教学体系。基本思路是把四大化学的实验课内容从理论课程中脱离出来, 形成一门独立的实验课程, 撤销专门化实验, 构建基础实验-综合实验-研究性实验多层次实验教学体系。具体改革措施为:
一、实验内容的改革
按照《规范》的要求, 将实验独立设课, 形成独立的教学体系。在实验内容安排上, 不再按照四大化学分类, 而是按实验内容的等级及性质进行分类, 将基础化学实验内容分为基础型、提高型和研究型三个层次。基础型实验为基本操作练习, 解决学生在中学阶段化学实验操作少而造成的基本操作不熟练和错误。提高型实验为多种操作综合练习实验, 包括化学合成实验和化学测量与计算实验。研究型实验为学生独立设计、多门化学课程实验操作综合运用的设计性实验。
经过基础型实验内容的学习, 提高型实验内容的重复训练, 增加了学生基本实验技能的训练时间及重复次数, 能进一步规范学生的实验操作, 牢记实验要领, 确实提高学生实验动手能力;通过研究型实验培训, 培养学生实验兴趣, 锻炼学生的思维, 提高学生应用所学理论知识和实验技能去分析和解决实际问题的综合能力。
作为单独一门实验课程, 实验教学内容系统化、规范化, 有利于教师实施教学, 也方便对学生进行实验考核;另外按照实验内容的等级划分实验室, 将有效地改善学生的实验条件, 提高实验室利用率, 为提高教学质量打下坚实基础。
二、实验课程实施和考核方式的改革
实验课程独立于理论课程, 但又不能完全脱离与理论课程的联系。有些基础性的基本操作训练可安排在理论授课之前完成, 有些与理论课授课知识密切相关的实验应放在理论学习之后开设。
实验前, 要求学生利用网上资源进行预习。实验课上改变传统的老师先讲实验的方式, 而是通过提问的方式考查学生的预习情况, 了解学生对实验原理和意义的理解情况, 然后再针对性进行讲解。这样的预习和提问方式, 可以改变学生应付预习, 只是简单抄写讲义, 而不动脑思考的弊端。学生参加实验, 应有规范、准确的原始实验数据记录并经教师签字认可, 完成实验报告。基础化学实验中的基本实验操作1人1组, 仪器实验的操作可多人1组, 但学生须独立操作完成实验训练。
分别建立基础验证实验学生实验成绩的评价体系和创新性、设计性实验的评价体系。例如, 对单个基础验证性实验项目设立评分标准, 再根据每个实验项目的难易确定相应的权重因子, 最后的实验成绩则为各个单个实验项目的成绩乘以相应权重的加和。而创新性和设计性实验的评价体系则包括文献调研和论证、实验设计和分析、工作总结报告等成绩的加和为最后的实验课程成绩。在考核形式上课采取多种方式, 如笔试+综合考评;学生答辩+综合考评;实验技能考核+研究实验的汇报与演示等。
三、实验室管理的改革
首先建立完整规范的管理体制, 制定严格的岗位责任制及考评方法。其次搭建高效率的资源共享平台, 统一安排实验室资源, 最大化地利用实验室的空间和仪器设备, 解决目前基础实验室空间不足、仪器设备各实验室重复摆放但利用率低的矛盾。再次, 搭建合理的实验室构架, 将实验室分为化学基础实验室、化学合成实验室、化学综合实验室和中级仪器实验室。最后完善先进的实验室管理和实验教学信息平台。目前化工学院已经具备学生实验网上预约系统、仪器预约系统和试剂认领系统, 还需加强网上预习实验系统的建设, 为实验室的进一步开放打下基础。
多途径开放实验室, 培养学生的化学实验兴趣, 提高实践能力和自主创新能力。例如, 让学生参与青年教师的科研课题, 既可以解决青年教师参与科研工作却没有实验室的困扰, 调动青年教师参与科研的积极性, 又培养了本科生的实验兴趣, 学生得到的科研成果还可以作为毕业论文的组成部分, 实现教师和学生“双赢”。另外开放实验室还为全校各专业的本科生参与学校的科技创新项目提供了很好的平台, 起到一定的示范和辐射作用。
四、实验教材的建设
结合已有的四大化学实验讲义, 剔除内容重复和陈旧的实验内容, 并结合实际情况, 有选择的补充较为新颖的实验项目, 特别是综合性和设计性实验, 并有一定量的备选实验项目, 方便学生选择自己感兴趣的实验项目, 也为实验室的开放教学做些基础工作。同时制作电子版教材, 以供学生上网预习或后续课程学习时查阅。
五、实验教师队伍的建设
实验室人员由实验指导教师和实验技术人员组成。实行主讲教师责任制和课前集体备课制度。例如, 每学期开课前进行集体备课, 主讲教师预做实验;指定每个班级的开课时间、地点和指导教师。在学期末全体教师根据本学期实验教学中存在的问题进行讨论, 并提出改进意见。对实验课进行教学质量评价, 由自评、教师互评、教学督导小组评价和学生评教等几个部分组成。经常开展学校和学院的实验教学经验交流会和实验教学改革研讨会, 不定期派出教师参加全国性的实验室管理和教学改革研讨会, 到国家实验示范中心进行参观和交流。采取多种鼓励措施, 促进高素质人才加入实验教师队伍, 积极争取学校在职称评定和薪金待遇方面对实验技术人员的政策支持, 稳定和规范实验教师队伍, 建立完善的实验教学质量保证体系。
新教学模式建立后, 通过对不同专业、不同层次的学生设立不同种类和级别的实验项目, 让非化学专业的学生也能感受到化学实验的魅力, 甚至吸引文科类学生走进化学实验室, 拓宽化学视野。另外, 通过设立研究型实验项目和鼓励学生参与教师的科研项目等多种模式, 提高学生自主学习的积极性。培养学生科研思维和独立操作能力, 促进教学质量的提高, 为相关专业人才的培养提供实践创新平台。
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