基于学科交叉和学科集成的实验教学方法改革与创新

王 旭 白艳茹

北京科技大学 北京 100083

基于学科交叉和学科集成的实验教学方法改革与创新

王 旭 白艳茹

北京科技大学 北京 100083

目前高等教育以专业基础知识的灌输为主要教学方式，理论与实践脱离，使学生在接受理论时十分吃力，教学效果事倍功半，不利于培养创新型人才。本文结合教学实践，构建了基于学科交叉和学科集成的实验教学方法，具体介绍了在梯队建设、教学体系、课程建设和教材建设等方面所做的工作。通过近几年的实践与探索，该教学方法在培养创新型、综合型人才方面具有很好的效果。

教学方法改革；学科交叉；学科集成；创新实践

我国高等教育以培养专业人才为导向，使得学生在学期间大多只专注于本专业学习内容，对专业外的知识与技能很少涉及。当今社会迫切需要实用性、复合型人才，绝大部分高水平的科学研究都是跨学科、高集成的系统工程，传统的单一专长技能往往难以满足实际的需要。

针对以上问题，通过对学生科研实践项目开发的探索，提出构建“基于学科交叉、学科集成的实验教学方法改革”的模式研究，选择机器人技术领域作为研究载体，建立跨学院、跨专业、跨年级的学科交叉型学术梯队。在各学科导师的指导下，梯队内不同专业背景的学生通过同一项目载体，相互学习，相互合作，共同完成课题研究工作，使得培养出的人才既能“将学问做深”，又能“将学识做广”。

1 国内外对该问题的研究概况、水平及发展趋势

1.1 西方国家学生培养计划特色

(1)重视基础理论课程

国外研究型大学特别重视基础理论的教学，在规定学生必须大量参加各种类型科研工作的同时，针对各学科专业的不同情况，在培养计划中开设了许多基础理论课程，并辅之具体的落实措施，从而为提高研究型大学的培养质量和科研水平创造了基础性条件。

(2)强调文理渗透，增设跨学科课程

哈佛大学、麻省理工学院、普林斯顿大学等通过建立跨学科研究中心来设立和发展跨学科课程，允许学生跨专业、跨学科、跨学院进行学习，也可以跨学院甚至跨学校聘请教师。

(3)修习课程规定性和灵活性相结合

为了保证基础理论课、专业课能得到学生的重视并顺利完成修课，学生教育计划会明确规定哪些是必修课，说明一般的修习规则和应积累拿到的学分，并告诉学生修习课程应完成的时间段。

1.2 西方国家以质量为导向的培养方法

(1)遵循高等教育的本质要求，注重培养科学探索精神和从事创造性研究的素质。

(2)既抓好课程教学，又重视科学研究活动，提高培养质量。

(3)重视教学教育评估，不断改进和完善教育方法。

1.3 国内高校现状

从以上分析可以看出，国外的高等教育从本国国情出发，在组织结构、课程设置、培养方法等具体要素上，极大地丰富、创新了高等教育的内涵和手段。反观我国大学，在学生培养过程中存在教育的软硬件资源不足，特别是实验室环境的不足，且课程设置、研究选题偏于单一，不利于培养学生综合素质。

近年来，随着机器人研究等交叉学科领域技术的飞速发展，技术的进步既需要跨学科、多领域的专业人才通力合作，又需要参与者具备学科交叉、系统工程的意识与技能，这为我国高等教育培养交叉型、创新型、复合型人才提供了良好的机遇。

2 研究内容与方法

2.1 培养目标

着力培养高水平的研究型人才是学校建设成为高水平研究型大学的重要基础。在学生培养过程中，学校注重调动学生的主观能动性，从工程实践技能、系统工程观念，组织管理能力和强化市场意识等多方面对学生进行综合训练和交叉学科素质培养，打造具备“学风严谨，崇尚实践”特色的高水平研究型实用人才。

为此，学校把重点建设一批“跨学科、跨专业、跨年级”的有组织领导、有教师指导、有课题研究、有实践基地、有经费保障的大学生科技创新创业梯队作为学生培养工作的重要环节。

2.2 研究内容

2.2.1 组建以机械、电子、材料、设计等跨学院、跨学科学生有机结合的机器人技术型科研梯队

以工程训练中心为基础环境建立面向全校的实验室和实习基地，提供硬件条件，并建立起以自主移动平台实验室、遥控操作平台实验室、数码设计实验室、创业孵化中心等为代表的一批“跨学科、跨专业、跨年级”的学生创新技术梯队。在多学科导师团队的指导下开展工作，形成交叉学科优势。

工程训练中心教学体系的“创新制作训练”阶段，实行全方位开放，学生自主选题、自主设计、自主管理、自主创业的方式完成全部教学训练环节。依托实验室研究课题建设，吸纳不同专业、学院、年级的学生组成各个项目研发团队，在项目完成过程中，摸索出一套学生自我管理的科技创新团队管理模式。各实验室依托“挑战杯”、机器人大赛、电子设计大赛、机械创新设计大赛等科技创新赛事，结合学校SRTP(大学生科研训练计划)，通过自拟、自选创新项目课题研究与开发，组成“跨学科、跨专业、跨年级”的技术梯队，开展综合创新制作训练。

2.2.2 创新教学体系的改革

把学科交叉型、综合型竞赛辅修课程、竞赛实践环节纳入教学培养计划，要求参赛的同学选修辅修课程，制作作品，其成绩按竞赛成绩、作品的知识应用、技术报告进行综合评定，完成作品可获得3～5学分的创新必修学分，形成培养面向竞赛学生的体系。根据《北京科技大学“本科生科技创新和学术实践”教学工作管理办法》，规定在各类不同等级科技竞赛中获得奖项的学生可获得2～14个创新学分。参赛的大四同学可以竞赛题目作为毕业设计课题。形成创新普及教育与拔尖人才重点培养的教学模式。

2.2.3 学科交叉课程建设

针对机器人技术应用及竞赛，我们逐年增设了5门面向全校各专业学生的公共选修课，见表1。

表1 课程设置

2.2.4 教材建设

结合课程和实践的需求，编写了6部教材，这些教材对深化实践教学的改革、提升学生创造性思维和增强跨专业知识技能的掌握有重要效果。

(1)《缔造传奇—机器人大赛揭秘》机械工业出版社，2004。

(2)《长城圣火—第四届亚太大学生机器人大赛解析》机械工业出版社，2006。

(3)《机电系统原理及应用》机械工业出版社，2007。

(4)《大学生科技创新教程》机械工业出版社，2007。

(5)《机电系统原理及应用(第二版)》机械出版社，2007。

(6)《机器人导论》机械出版社，2010。

3 结束语

为构建“基于学科交叉、学科集成的学生培养机制”的教学模式研究，建立跨学院、跨专业、跨年级的学生实验室学术梯队。选择机器人技术领域作为机械、电子、材料、设计、管理等学科交叉的研究载体，建立与逐步完善实践基地、实践课程、配套教材建设，在提高学生本专业领域研发能力的同时，通过交叉学科团队的合作研发，拓展专业以外知识，提高综合能力，达到培养高水平复合型人才的目的。

[1] 吴宜灿.学科交叉与创新型人才培养的实践与思考[J].中国科学院院刊，2009，24(5)：511～517

[2] 惠记庄，曹杰，纪真，等.现代工程训练中心创新实验区的探索与实践[J].高校实验室工作研究,2009,4：93～95

[3] 韩德强，邵温，张丽艳.实验室创新教育的探索与实践[J].实验技术与管理，2010，27(3)：280～281

[4] 安连锁，王秀梅，杨红霞,等.将工程训练中心建成大学生创新实践的乐园[J].实验技术与管理，2010，27(3)：1～4

Reform and innovation of method of experiment teaching based on disciplines crossing and integration

Wang Xu, Bai Yanru
University of science and technology Beijing, Beijing,100083, China

The higher education teach the students more about professional basic knowledge at present, theory is far from practice, which makes it hard to understand for students, duplicating the efforts of teaching effectiveness, and hindering the cultivation of creative talents. The paper constructs the method of experiment teaching based on disciplines crossing and integration according on the teach practice, introduces some jobs on echelon building, teaching system, courses construct, and teaching material writing in detail. Through the practice and research these years, this teaching method produces very good results in cultivating innovative and integrated talents.

reform of teaching method; disciplines crossing; disciplines integration; innovation practice

2010-12-02 稿件编号：1012020

王旭，硕士，工程师，工程训练中心副主任。白艳茹，硕士，工程师。