实验教学示范中心建设的探索与实践

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  【摘要】通过几年的探索与建设,大连理工大学基础力学实验中心被评为省级实验教学示范中心,为建设国家级教学示范中心打下了良好的基础,其建设经验独具特色,具有一定推广价值。
  【关键词】示范中心 实验教学 建设
  【中图分类号】G642.0 【文献标识码】A 【文章编号】1009-9646(2009)02(a)-0106-02
  
  1 引言
  大连理工大学作为国家重点大学,本科教育是学校长远发展中最基础、最重要的工作之一,而实验教学是本科教育特别是工学学科教育的重要组成部分,是衡量学校教育质量的重要指标,是培养学生的实验能力以及实践与创新精神的重要过程,是培养高水平、创新型人才的重要手段,同时也是新时期高等教育本科培养质量工程的最重要内涵之一。大连理工大学高度重视本科生实验教学环节,将实验教学和理论课教学置于同等重要的地位,真正将实验教学作为促进学生知识、能力、素质协调发展的重要手段,在实验教学指导思想和具体实施中充分体现学生全面发展和创新型人才培养的目标要求。
  大连理工大学基础力学实验中心成立于1998年,主要负责全校本科一、二年级基础力学实验教学,开设课程包括基础力学实验、材料力学实验、理论力学实验、流体力学实验、光测力学实验和振动实验等,还负责相关专业的工程力学及断裂力学实验课教学。
  该中心2000年~2002年完成了大连理工大学“211工程”公共服务体系子项目,2000年~2004年承担教育部21世纪高等教育发展与改革项目(世界银行贷款项目,全国共有五所高校)。经过几年的建设,中心在教学改革、队伍建设、设备与管理等方面均取得迅猛发展。实验中心2000年开展多媒体教学,2003年实行开放式教学,2005年实施网络教学,2008年被评为辽宁省实验教学示范中心,为建设国家级实验教学示范中心打下了良好基础[1-5]。
  
  2 教学改革理念的探索
  基础力学实验中心始终坚持实验教学改革,以学生为主体, 从优化学生的知识、能力和素质的角度,以加强创新精神、提高实践能力和培养综合素质为目标,经过几年的探索实践,形成了自己的一套教学改革理念:立足于面向21世纪培养创新型高层次人才的需要,坚持“素质教育、工程教育、创新教育”紧密结合,加强基础,强化工程概念,激发创新精神;坚持 “理论教学、实验教学”相结合,提高学生分析和解决问题的综合能力;坚持相关课程的整合,形成系列化的完整教学体系,提高课程的教学效率。努力把实验中心建设成在实验内容、实验方法、实验设备和实验技术等方面都处于国内先进水平的开放型实验教学中心。
  
  3 教学体系与内容的建设
  长期以来,实验内容简单,缺乏思考性和创新性,且实验课只是理论课的“附属”,学生的学习积极性不高。为此,遵循上述教学改革理念,对传统实验教学内容进行了一系列的改革。建立起了多层次实验教学体系框架下的基础力学实验新体系,并编写出版了相应的实验新教材。新体系由四个层次构成:基础实验、综合实验、设计实验和研究型创新实验。
  (1)基础实验
  新体系中对一些纯验证性和缺乏思考性的实验,进行了内容上的更新和改造。精选几个基本的实验,对学生进行基本知识、基本概念、基本方法和基本技能的系统训练,该部分实验占总实验学时数的30%左右。
  例如,拉伸实验,多年来一直采用低碳钢和铸铁两种材料,现改用5~7种现代结构工程的材料,通过实验对比,让学生更好了解不同材料的不同力学性能。同时,学生可以根据自己专业选择相关的材料进行实验,引起学生们的极大学生兴趣。
  (2)综合实验
  作为基础实验的补充和延续,综合实验内容涉及面较广。学生可按自己的兴趣、特长和条件选做。综合实验不仅扩大了学生的知识面,而且培养了学生的综合运用基础知识分析问题的能力,占总实验学时数的20%左右。
  例如,组合梁正应力测定实验,选用了同种材料梁和不同材料的组合,选用了有楔块组合和无楔块的组合,还有加点力的变化等,学生不仅学到了电测法,而且必须用理论知识分析计算,并通过不同形式梁的对比,更深入掌握相关知识,达到实验教学和理论教学的融合,从而提高了教学质量。
  (3)设计性实验
  结合科研工作,将科研项目和工程课题提炼、抽象、简化,转化为实验内容,让学生运用学过的实验技术和理论知识自行设计实验方案和完成实验全过程。着重培养学生的想象力、创造力、动手能力和研究能力,该部分占总实验学时数的40%左右。
  例如,高强螺栓连接抗滑移系数的测定实验,由实际工程课题转化而来。在实验课上把这种连接的特点及工程应用性向学生介绍,并提出测试要求,然后让学生自己简化为力学模型,自行设计测试方案,最后动手完成测试工作。这种实验很好的培养了学生的动手能力、解决问题的能力,培养了学生的思考能力和协作精神。
  (4)研究型创新实验
  主要采用两种方法,其一是新材料,新的结构形式和新实验技术的力学实验,让少数优秀学生完成,具有探索性和研究性。其二是由学生自拟题目和内容,仍然具有探索性和前沿性。对这两种学生实行导师制,利于拔尖人才培养。该部分实验占总实验学时数的10%。
  例如:焊接缺陷损伤的超声检测法,残余应力测定法,结构损伤动态检测法等新技术,均被用来开展试验,取得了很好的教学效果。
  实验教学新体系包含的四个层次不是孤立的,而是一个有机的整体。在内容上不仅前后融合贯通、互相连接。而且逐步向更高层次上引导学生。例如从基础到综合,是补充和延续,从基础到工程模拟,是应用前面知识来解决工程实验问题。从工程模拟到设计实验则是从“用”又回到更高层次的“学”,包含自主性、研究性和创新性。
  有机整体还体现在把素质教育作为一条红线贯彻始终,不仅要具有科学的知识结构,而且还要把塑造学生素质的思想寓于教学之中。例如在每一个实验的前面有一“引子”。或说明问题的提出,或说明实验的工程背景,用以指出每个实验不是凭空想象出来的,使学生了解任何科学知识都源于生产实践并且有其历史发展形成过程,这是一种集成的过程,有益于激发学生对实验的学习兴趣与热情。
  
  4 教学方法与手段的建设
  (1)采用组合式教学方法
  追求科学性、系统性和融合性。科学性—知识学习由低到高螺旋式上升,学用结合,学以致用;系统性—把实验原理操作、应用和总结提高串起来,形成一个系统性的学习过程;融合性—把知识学习、技能训练、能力培养等融合在一起;采用“四多”的教学方法,即引导学生“多看、多想、多动、多用”。多看,就是观察实验现象。多想,就是动脑思考,培养思考能力。对观察的现象多问几个为什么,引导学生去联想,启发他们灵感、挖掘创造力。多动,就是培养动手能力。动手操作是实验课的特点之一,让学生操作,自己进行实验。多用,就是练习用学过的原理、技术、和方法解决工程问题。多用的另一含义是通过知识融合、贯通,达到知识创新。采用“四多”的教学方法追求的是对学生多种能力的培养,即观察能力、思考能力、解决实验问题能力和创新能力。
  (2)开展开放式教学
  实验采用开放式教学,不仅在时间上开放,而且在内容、空间上进行开放。做到学生随时可以上实验,随时有实验可选,随时可以选择实验。近似实验方法至少开设两个不同内容的实验,学生可以根据自己专业的相关性自由选择。
  (3)强化多媒体教学
  采用多媒体、电视片、幻灯片及网络等多种形式教学。丰富了实验教学内容,扩大信息量,增强学生的学习兴趣,提高教学效果。例如拉伸实验,很多材料的力学行为和现象需要学生掌握,采用多媒体动画形式教学,展示材料的屈服、滑移、硬化、颈缩等力学现象,使学生对这些现象印象深刻。又例如,电测法原理,这是让学生掌握的重点内容,需要操作的内容较多,如贴片工艺与防护,电阻应变仪的接线(不同的桥路连接)与操作等,采用电视教学片,把教师操作的过程全部演示给学生,就很容易掌握了。
  (4)积极开展网络教学
  充分利用信息技术手段和学校信息网络平台,建立实验中心的网站(http://jclxsy.dlut.edu.cn)。将FLASH虚拟实验、电子教案、思考题、答案、习题库等教学辅助资料通过网络供学生浏览和下载,还通过网络选择实验项目,网上答题和学习交流等,方便学生学习,提高他们的自主学习兴趣和能力。
  (5)以科研促教学
  在认真抓好教学的同时,努力承担科学研究和技术开发工作,通过教、研双挑达到教、研相长的目的。认真落实“三互”:实验教学与理论教学的人员互兼,实验教学计划和理论教学计划互通,教学与科技开发互联。
  大连理工大学力学学科是一级学科、国家重点学科,是“211”和“985”重点建设学科,师资队伍力量强,学术水平一流,承担了大量的国家级、省部级科研项目以及重大工程的科研课题。
  教师在高水平科研中提高素质,就会善于运用自身的经验,理解每个实验项目的本质和前沿,更好地给学生进行讲解,使他们不是照猫画虎地掌握技能,而是别开生面地培养能力。另外,教师能够从自己的科研开发项目中,不断提炼出新的创新性实验。坚持每年从课题中转化一、二项新的实验项目和内容,开展实验教学,鼓励学生写研究论文。几年来学生共写出研究论文68篇(已编辑成论文集),其中部分论文在《中国教育教学研究》、《环境与安全》等杂志发表。在实验课教学中开展写研究论文的尝试,让学生在实验教学中感受理论知识产生和发展的过程,养成科学精神和创新思维,同时还影响学生的世界观、思维方式和作风,如此达到对学生知识、能力和品质的综合素质的培养。
  指导部分优秀本科生参加科研课题,培养学生的多种能力,并取得了明显成效。例如刘维南等参加制作的多媒体CAI课件获辽宁省多媒体课件优秀奖。
  (6)实行多元化考核制度
  实行多元化的实验课程考核制度,以激发学生学习实验课程的主观能动性。实验课由课前预习、课上实验操作和课后实验报告三个环节组成。对于非单独设课的实验课程,采取每个实验分别打分,综合平均,最终实验课成绩以一定比例计入该门理论课成绩中,作为理论课总成绩的一部分。对于单独设课的实验课程,则以平时预习、动手、实验报告的正确性及规范性打分,并结合设计实验考试结果综合给出考核成绩,同时鼓励学生进行创新性设计及研究,对于特别优秀的,可以申请免试。
  
  5 特色
  经过几年的教学与改革实践中,依托大连理工大学力学这一强势学科,充分发挥自己的长处,形成了与工程实际、科学研究紧密结合的教学特色,为培养工程型、创新型、复合型人才发挥了非常积极的作用。
  (1)与工程实际相结合,培养学生的工程素质与创新意识
  中心每年坚持从工程课题中转化一、二项新的实验项目和内容,由于这些项目与内容贴近工程实际,使学生更早的接触实际工程问题,同时由于实验项目有非常强的工程背景,更能激发学生的学习兴趣,培养他们勤于思考、勇于动手解决实际工程问题。让学生感受工程、认识工程,从而达到培养学生的工程概念和工程意识,提高学生的创新意识。
  (2)与科研相结合,培养学生的研究与创新能力
  几年来坚持指导低年级学生参加科研或教改课题,鼓励学生撰写研究论文。通过参加课题研究达到理论知识和实验技能等相关知识的融合,增强实验能力和研究能力,培养科学精神,达到多种能力的训练和培养。
  
  6 结论
  基础力学实验中心通过几年的建设与教学改革实践探索,形成了一套基础力学实验教学的新体系;在实验室条件、仪器设备等硬件环境方面处于全国高校同类实验室的先进水平;教学改革、课程体系建设取得了显著的成效。近几年,示范中心建设三次获得辽宁省教学成果奖。部分成果已在大庆石油学院、昆明理工大学、山东工程技术学院等院校推广使用。
  同时,基础力学实验中心还向大连地区兄弟院校开放,实现资源共享,几年间大连大学、大连民族学院、大连交通大学、大连轻工业学院、大连水产学院等院校均在本中心进行实验教学或进行青年教师的培养,均取得了良好的实际效果。
  今后基础力学实验中心在现有基础上,将更加努力突出特色。将进一步发挥我校力学学科的强大优势地位,将力学科研和教学优势与基础力学实验教学有机的结合起来。同时,保持实验中心的建设与建设研究性大学目标相一致。使教学与科研两个中心在基础力学实验中心的建设中得到统一并能够协调发展,确保实验中心的发展具有可持续性,并争取建成为国家级实验教学示范中心。
  
  参考文献
  [1] 教育部.教育部财政部关于实施高等学校本科教学质量与教学改革工程的意见[S]. 2007.
  [2] 教育部.教育部关于开展高等学校实验教学示范中心建设和评审工作的通知[S]. 2005.
  [3] 教育部.关于加强高等学校本科教学工作提高教学质量的若干意见[S].2001.
  [4] 教育部.关于进一步加强高等学校本科教学工作的若干意见[S].2005.
  [5] 夏有为.建设教学实验室的“国家队”—读《教育部关于开展高等学校实验教学示范中心建设和评审工作的通知》[J].实验室建设与探索,2006,25(3):68-71.
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