以实践教学为切入点提高学生研究性学习能力

牟 萍，丁杰雄，凌 丹，郭连忠，杜 丽，俸培福

（电子科技大学 机械电子工程学院，四川 成都 611731）

随着科技的发展，具备一定的科学基础和专业知识及探索新知识、创造性地分析解决问题能力的高质量人才愈来愈受到社会关注。这种能力便是研究性学习能力，也是自主探索式学习和未来可持续发展的综合能力。该能力的培养贯穿于人生的整个学习阶段，而最为重要并起决定作用的阶段是高等教育阶段。电子科技大学作为一所“211工程”和“985工程”重点建设高校，是以培养“基础知识厚、专业能力强、综合素质高、具有国际视野和社会责任感的拔尖创新人才”为己任的研究型大学。如何充分利用高校丰富的师资、图书馆藏资源和实验设备提高学生的研究性学习能力，是提高高等教育质量的关键。

1 以机械基础“多层次实验体系”渐进式培养学生研究性学习能力

机械基础是由机械原理、理论力学、材料力学、制造技术基础和机械设计等课程构成的机械学科的基础知识体系，在机械专业中占有较大的比重，是理论性、应用性、实践性很强的学科，与工程实际联系紧密。本院机械专业学生经过全校的基础课程学习和实践，大二下学期进入机械基础课程学习。机械基础教学团队在现代教育理论指导下，树立研究性教学理念，探究以机械基础实践教学培养学生研究性学习能力。

1.1 机械基础实践教学在人才培养中的作用及存在的问题

我国《高等教育法》规定：“高等教育的任务是培养具有创新精神和实践能力的高级专门人才。”近年来，高等教育界对实践教学重要性的认识也不断提高，并达成了基本共识：“实践教学是高等学校整个教学过程的重要组成部分，是培养高素质人才的重要环节，是培养学生实验技能、开发智力资源、孕育发明创造、丰富人类科技知识的重要手段。在深化教育改革、培养创新人才的今天，我们应该把实践教学环节放到重要位置。”由此可见，实践教学既是连接理论和实际的桥梁，也是研究性学习能力培养的重要手段［1－4］。

长期以来，机械基础教学由理论教学和课程实验组成，实验学时占总学时的12.5%，成绩占期末总成绩的10%。教学的重点在理论教学，学生把主要精力放在“听课”上。实践教学以验证性课程实验为主，没有启发学生创新思维和自主探索的内涵；学生按照指导书操作，被动地完成实验，机械地记录数据，抄写千篇一律的实验报告。这种传统的教学模式，导致学生被动接受知识、应付考试，难以激发起学生学习的主动性，使学生的动手能力、分析和解决问题能力及创新意识得不到锻炼，制约了研究性学习能力培养［5］。

1.2 “多层次实验体系”渐进式培养研究性学习能力的举措

（1）理论教学与实践教学、课内传授与课外科技创新、教师引领与自主学习有机结合，以问题探索为基础，在教师指导下，让学生通过以科学探究为主的实验教学和理论学习联动，来实现科学素质的综合培养［6］。

（2）以实践教学为手段，融合机械基础系列课程，将抽象的知识在实验教学中形象化，变枯燥的填鸭式教学为灵活有趣的互动式教学，培养学生发现问题、分析问题、探究求解的能力。

（3）强化学生的主体地位，减少验证性实验，提供更多的设计性、综合性乃至研究性实验内容和多样的实验形式供学生选择［7］。通过改革实验内容、开发实验项目，构建的由“基础层”、“拓展层”和“升华层”所构成“多层次实验体系”。

学生在机械基础学习阶段，除了完成规定学时的课程实验（项目可以选择），还需选修1～2设计性实验课程［8］，有兴趣的学生还可选择进行研究性实验。这种“多层次实验体系”的实质是渐进式培养学生的研究性学习能力。

2 改革课程实验，构建“基础层”实验，启发学生研究性学习

“多层次实验体系”以每节2学时课程实验为基础，保证所有学生都能接受研究性学习的基础训练，淘汰已不适应研究性学习能力培养的验证性实验，保留有价值、可扩展的项目，对其改进、整合后作为新的课程实验。

淘汰内容单一、按部就班操作、涉及知识点过少、学生主动性差的项目，例如范成原理实验和液体动压滑动轴承实验。保留有价值、可扩展的项目，对其改进、整合后作为课程实验，主要以2学时材料力学实验为主：

（1）拉伸实验。内容饱满，实验现象生动直观，现加入弹性模量E的测试内容后保留。

（2）压缩实验。内容较少，实验现象生动直观，现与剪切实验合并。

（3）剪切实验。内容少，实验现象生动直观，现与压缩实验合并。

（4）梁的弯曲实验。实验内容单一，学生需动手操作内容少。设计了固定支座、活动支座及支架等零部件，开发设计了5项新实验：设计并搭建约束梁、简支梁的应力测试分析、悬臂梁的应力测试分析、静不定梁的应力分析及实验梁贴片及组桥等实验项目［9］，基本都为设计性实验。

课程实验项目应以学生为主体设计，既要在内容上尽可能综合相关课程的知识点，也要在形式上创新，切忌机械地记录数据，要留给学生自由操作的空间和分析数据的灵活度。淡化“标准答案”，突出实验过程及分析，这样每一小组的学生都专注于自己的实验和数据分析，避免了抄袭报告的现象。让学生充分自主实验，在实验中思考问题，带着问题再回到书本中解决。在实验过程中逐步增强学生主动实验和自主实验的意识，使其建立起用相关知识解决工程问题的思维习惯。

这种2学时课程实验可操作性强，容易实施，不打乱教学计划，可在理论课教学进程中适时进行，使学生开阔了视野，领悟了知识的重要性，活跃了课堂气氛，受到了学生的普遍欢迎。

经过大二下学期和大三的课程实验，学生逐步对专业有了认知，产生了好奇和兴趣，面对问题时能够建立思路分析研究，达到了启发学生研究性学习的目的。

3 设计实验课程，构建“拓展层”实验，引领学生进入研究性学习

以培养学生研究性学习能力为宗旨，以培养创新设计和解决工程实际问题的能力为目标，建设16学时创新设计性实验课程，例如机构创意拼接实验，由6个环节组成：开课2学时；方案创意2学时，还需要在课余时间查阅资料；搭建6学时；调试修改2学时；答辩2学时；结课2学时。要求学生自己命题、自拟运动方案，设计具有工程背景的机构，并用实验器件搭建成实物模型并加以驱动，使其按照设计要求运动，是完全意义上的创新设计。该实验的创新之处在于学生的思维不受限，只要求实现自己的设计，学生在答辩环节能充分表达自己的思想并听到来自老师和同学的观点和看法，推荐可申请专利的作品。该实验课程实施方案如下：

（1）作为专业选修课，为全院大三学生开出；

（2）作为跨专业选修创新学分课在全校为大二以上学生开出；

（3）在大学生机械创新大赛期间为参赛学生开出，以帮助学生开拓思维、制订方案。

这样有目的、有工程背景及应用的实验课，利于培养学生理论联系实际、细心观察思考和严谨求实的科学态度，使学生在创新的同时，能发现不足，及时回到理论中弥补，形成理论学习、实践创新、学习提高的良性循环和良好的学习氛围〔11〕，深受各专业学生喜爱。

经过大三的设计性实验课程，学生能从实验中发现问题、分析问题并利用所积累的理论知识解决问题，自主研究探索，独立思考创新，能将多门课程自然结合起来加以运用，逐步进入主动获取知识、探索问题、应用知识解决问题的自觉学习，达到了引领学生进入研究性学习的目的。

4 开发研究性实验，构建“升华层”实验，培养学生的科研素养和研究性学习能力

为进一步培养学生的研究性学习能力，探索构建多层次实验体系的顶层，开发设计多项研究性实验项目，供有兴趣而学有余力的学生以小组形式选择，对大三和大四学生开放，学生根据自己的学习情况，在不同的时间对自己感兴趣的问题进行较为深入的研究，以此培养学生的研究性学习能力。项目包括：

（1）基于机械原理、机械设计等课程的机械传动装置设计及其性能研究（16学时）；

（2）基于理论力学、材料力学等课程的金属梁在不同约束下的力学性质研究（16学时）；

（3）基于理论力学、大学物理等课程的质点在复合运动过程中的运动分析研究（16学时）。

此外，大四学生在本科阶段进入科研团队，以科研内容进行自拟题目实验。学生已完成 “超声波应力状态研究”、“×××材料的黏合性能研究”及“电力传输检测设备力学性能研究”等自拟题目的科研实验。

研究性实验需要自主研究、归纳、整理出与实验相关的理论，遇到问题需要回到书本学习，甚至需要在已有知识基础上学习、探索新的知识，在此基础上才能理解实验项目、操作实验设备、制订实验方案、完成实验项目。实践与教学有机结合，在教师指导下，将该学科最前沿的动态引入教学内容，通过对学生实施科学研究训练，培养学生扎实的基础知识和良好的科学素质，改变了传统的知识教育模式。在遇到问题时主动回到理论中去寻找解决，让学生通过以科学探究为主的研究性学习来实现自主探索式学习和未来可持续发展能力的综合培养［10－11］。

经过大三或大四的研究性实验，学生能够主动获取知识、探索问题、应用知识解决问题，达到了培养学生的科研素养和研究性学习能力的目的。

5 结束语

研究性学习能力的培养是长期的过程，以团队方式组织学生实践，以工程应用引导学生思维，巧妙穿插基于问题的项目式教学法，培养学生的研究兴趣。从大二开始在“多层次实验体系”下对学生进行多元化的实践教学，引领学生逐步建立自主探索式学习习惯，进入研究性学习状态。所培养学生在亚太机器人大赛、全国机械创新大赛等各种赛事中取得佳绩，毕业生也受到用人单位普遍欢迎，而在知名高校继续深造的学生凭借其在校期间练就的综合实力，受到所在高校好评。

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［1］全国人民代表大会常务委员会.中华人民共和国高等教育法［EB／OL］.（1998－8－29）.http：／／www.people.com.cn／item／flfgk／rdlf／1998／111603199802.html.

［2］赵焱.高校应把实践教学环节放到重要位置［J］.中国高教研究，2000（7）：83.

［3］王源远，王丽萍.高校实践教学质量管理体系的研究与构建［J］.实验技术与管理，2012，29（7）：14－16.

［4］王源远，王丽萍.高校实践教学的理论认识与实践探索［J］.实验技术与管理，2013，30（1）：11－14.

［5］牟萍，文宁，凌丹，等.挖掘创新点，促进机械原理实验改革［J］.实验技术与管理，2010，27（4）：16－18.

［6］周乃新，杨亚非.借鉴国外先进教学理念，创建世界一流实验室［J］.实验技术与管理，2010，27（4）：153－158.

［7］吴天星，钟东.机械原理创意实验的实践与探讨［J］.实验技术与管理，2003，20（3）：66－67.

［8］任良玉，张吉维.实施大学生创新实验计划 探索基于课题的本科创新人才培养模式［J］.中国大学教学，2011（4）：26－27.

［9］苟文选，金宝森，卫丰，等.材料力学［M］.西安：西北工业大学出版社，2004.

［10］易红.高校实验教学与创新人才培养［J］.实验室研究与探索，2008，27（2）：1－4.

［11］方丽梅.“STS教育”指导下的研究型教学模式的探讨［J］.实验技术与管理，2008，25（3）：125－127.