高校實驗教學現存問題分析與新授課方案的探索

李明杰

關鍵詞 實驗教學 熱工實驗 教學質量

中圖分類號：G424 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? DOI：10.16400/j.cnki.kjdkz.2019.09.063

Abstract Scientific experiment is an important key in the realization of the combination of theory and practice in college teaching. Aiming at the problems of students' poor subjective initiative， low learning enthusiasm and low learning efficiency in the process of experimental teaching， this paper puts forward a method with the guidance of teacher teaching， taking the students' independent experiment as the main body. The grade evaluation based on the group team performance assessment. This experimental reform method has shielded the traditional rigid teaching methods， improved the ability of students to communicate and communicate， deepened the students' understanding of the basic theory， and finally realized the improvement of the quality of experimental teaching.?

Keywords experimental teaching; thermal experiment; teaching quality

武漢科技大學能源與動力專業的實驗課程主要涵蓋了多個學科方向，分別是工程熱力學、傳熱學、流體力學、燃料與燃燒、制冷原理、熱工物理量的檢測、換熱器實驗、鍋爐原理等。從實驗的特點來說，分為演示性實驗、驗證性實驗、研究性實驗、創新性實驗。實驗教學的課時在整個教學大綱中的具有較高的比重，而且大部分是全員必修的課程。所有實驗課程均依托于專業課內容，力求對理論專業知識的全覆蓋，使學生獲得理論到實踐的升華。為了提高實驗教學質量，培養學生觀察、理解、操作的能力，本文首先針對本專業的教學現狀進行了分析，并提出了具有針對性的教學改革方法，最后提出了一種教師為輔、學生為主，激發學生自主提問、自主開發、自主創新的新型實驗授課方式。

1 本專業熱工實驗課存在的問題

武漢科技大學能源與動力工程專業于2008年建立。在11年的時間里，實驗室從當初的幾臺教學設備，發展到如今具備多學科實驗教學和科研實驗能力的多功能實驗平臺。目前實驗室存在的問題也是顯著的，首先，從硬件角度來說，一些使用10年以上的老舊設備，正面臨報廢需要換新。尤其是與傳熱學相關的實驗設備如導熱系數測定儀、非穩態導熱性能測定儀、換熱器、表面發射率測定儀等設備的電路元件老化嚴重，所得的實驗結果精度低下，有時甚至出現了與基本理論完全相悖的實驗結果，嚴重干擾了教師和學生的上課體驗。其次，學生的實驗熱情不高。體現為每次進行實驗課之前，大部分學生并沒有對實驗內容提前認真預習，而是完全依靠指導老師的講解來進行實驗。所提交上來預習報告，往往偷工減料，浮皮潦草，甚至有的同學在上課前還不知道實驗的具體名稱和內容。更嚴重的是，上述問題是普遍存在的而不是個案。[1]這種情況下，學生對實驗的理解難以透徹，往往只是像走過場一樣、機械性的完成任務，這種上課體驗是極其枯燥的。探究這種現象的根本原因在于：這是由傳統實驗教學方法的局限性所致。所有的實驗過程主要依靠教師的面授，甚至連具體的實驗參數、實驗方案、實驗操作步驟完全由教師直接包辦。這種傳統的授課方式忽略了學生對實驗本身的理解和認知，降低了學生對實驗本身的興趣，限制了學生個體的創造性思維。傳統的實驗課程教學，學生的角色，猶如一段已經被制定好的程序代碼，只需要依次按照設定好的程序執行即可，這一授課方式不僅忽略了學生的主觀能動性，還缺失了學生自身對于理論的思考、缺乏個體思想的充分解放。這種機械包辦式的教學方式也造成學生對上課的熱情下降，被動的學習方式難以達到良好的教學效果。最終體現在學生的實驗報告數據處理不認真、時常有報告雷同和抄襲情況的發生。這種教學模式最終導致了惡性循環，使教學質量嚴重下降。[2]

2 教學質量的改進方法

針對以上因素，本文從以下幾個方面提出解決辦法。首先，改進實驗教學質量的首要因素是加強實驗室教師的個人職業素養和工作技能。高校的實驗室人員除了肩負著教學和科研的雙重任務，還負責實驗室的管理和安全工作，包括儀器設備的采購、防水、防火、防毒工作，以及設備儀器的維修和保養工作。此外，除了管理和教學工作，實驗教師還要不斷提高自身的科研水平，因為只有科研水平提高了，才能對實驗過程和實驗方法有更深層次的了解，才能更好的服務于實驗教學。由于高校目前考核制度嚴格，為了提升實驗指導人員自身的職稱，發表文章和申請基金項目是高校教師不得不逾越的大山。因此，有些實驗教師把工作重點放在提高學歷、文章發表、項目申報等工作上，而疏忽了實驗教學和管理工作。使得相當一部分實驗人員的實驗授課態度是得過且過，日復一日，沒有任何改變和提高。這是實驗教學質量難以提高的人為因素。這種教學背景下，學生將是受害者。另一個原因是，有些高校對實驗室專業技術教學隊伍不夠重視，不考慮實驗室人員未來長期的發展。實驗室人員無法得到培訓、在工作崗位上缺乏激勵機制，影響了實驗室人員的工作熱情，導致了實驗室人員心態上的不平衡。[3]

另一方面，實驗教學的改革與實踐是提高教學質量的關鍵。首先要改善設備硬件條件，整合現有資源。對于有橫向項目和科研項目的實驗設備，要在實驗教學工作中推廣和運用。加大大學生創新實驗教學的力度，讓學生勇于提出問題和解決問題，將創新思想引入到實踐教學中。另外，還要合理設置實驗內容，對多年的老舊設備盡快報廢，對內容過時或者有重大設計缺陷的設備給予刪減，避免設備層面的因素，導致實驗教學質量的下降。

再者，提高實驗教學質量要從考核的層面出發，提高學生對實驗教學的重視程度?？己伺c成績評定是評價實驗授課效果的重要手段。建立多元化的考核指標，細化考核項目，對學生在課前預習準備情況、課上提問情況、規范化的操作執行情況、實驗參與程度、數據記錄嚴謹性、對實驗過程誤差的把控情況以及實驗報告的數據處理和誤差分析等方面做全面的考核。提高學生對實驗課程的重視?？梢?，單純的實驗報告分數已經不占評價的主導因素，學生需要從預習、操作、數據記錄與處理的全流程保持較高專注度才能獲得較高的課程分數。這樣做可以提高學生的動手實踐能力，提高實驗教學質量。

最后還有一點需要補充，由于大部分的實驗設備也是由學生或教學設備生產廠商獨立開發而成，有些設備在設計思路上就具有很大的局限性，例如：針對換熱器綜合實驗臺這個設備來說，該設備集成了套管式換熱器、管殼式換熱器、板式換熱器、熱管式換熱器四種間壁式換熱器，在實驗過程中，必須保證冷熱水箱溫度恒定才能獲得高精度的測量結果。而現實情況是該設備的熱水箱的溫度可由多組加熱器和繼電器閉環自動控制，但冷水箱的溫度卻無法保持恒溫。這就會對實驗過程造成影響，隨著換熱時間的提高，冷水箱整體溫度的上升會導致通過實驗計算得到的傳熱系數的精度變差，冷熱流體進出口溫度的測量值偏離了正常范圍。因此，在實驗前，學生應通過預習，在充分了解實驗裝置的基礎上，有能力對現有設備提出質疑，并提出解決或補救方案，最大程度的保證實驗精度。這一過程可以開拓學生主動思考的能力和解決問題的能力。另外，對于燃料與燃燒的相關實驗，要求非常高的實際動手操作能力，對此，應提倡該類型的實驗方案不再由教師給定，而是僅由教師給定實驗測量的目標，學生們利用現有設備自主規劃實驗方案，組織實驗步驟，通過自主思考，自主動手，自主解決問題，最終獲得實驗結果和結論。以這樣的方式授課，就能夠提高學生對實驗的興趣，教學質量自然而然得到了提高。這對培養實踐創新型人才也具有重要意義。

3 探索新授課方式的具體實施

通過調研本地區其他高校實驗室教學的基本情況，我們發現，各大高校以“教學為主，實驗為輔”的情況是非常普遍的，并且很多高校開設的實驗課內容大部分是以基礎性實驗為主，而跨學科、綜合性、交叉性的實驗較少。長此以往，學生的創新能力難以得到鍛煉。在這樣一種背景下，本文提出以“引導式教學為主，命令式教學為輔”的授課思想，讓學生主動思考，主動構建解決實際問題的方法。在實際執行方式上，摒棄了傳統的以小組為單位的實現方式，采用了以學生分組團隊為單位，以自由實驗選題的方法，即學生可以在若干實驗課題中任意選擇實驗內容，各個分組團隊通過分工協作完成實驗既定目標，并且各團隊之間采取相互監督的機制。[4]實驗成績認定將分組團隊的成績作為評價和考核的依據，這樣就能激勵學生們的團隊合作、協調、分工的能力以及上課熱情、從而調動了學生的積極性。教師則作為指導員為學生提供技術支持和安全監督。利用這種新的授課方案可以避免傳統教學中以“教師為主，學生為輔”的授課困境。

4 結語

本文針對武漢科技大學能動專業實驗教學中實際存在的問題，分析了當前教學模式下，教學質量低下，學生上課熱情不高的主要原因，并提出了優化改進的方法。具體來說，對教學硬件的更新與淘汰、對實驗內容的優化刪減、對實驗指導教師個人素質的提高和心態的調整、對考核指標的細化，將主動權交給學生，充分發揮每個學生的主動能動性、激發學生探索和求知的熱情，通過開展團隊自由實驗試點課程的具體實施，實現了授課方式由傳統死板方式向“學生為主體，教師為輔助”的新型授課方式的轉變。轉變后的熱工實驗課程的學生滿意度逐年上升，教學質量穩步提升，得到了學生的廣泛好評。

參考文獻

[1] 嚴大煒，鄒琳江，許詩雙.能源動力類專業實驗教學改革研究與實踐[J].安徽工業大學學報（社會科學版），2015.32（03）：120-121.

[2] 徐長松，路勇，宋福元，陳躍進.改進“熱工實驗”教學 加強自主實驗能力培養[J].實驗室科學，2016.19（02）：148-151.

[3] 吳寶華，程宮.高校實驗技術人員如何兼顧教學與實驗室管理[J].科教導刊（上旬刊），2018（10）：16-18.

[4] 王宗山，袁鵬麗，端木琳.建筑環境與能源應用工程專業自主研究型實驗教學模式的實踐[J].實驗室研究與探索，2018.37（10）：219-222.