基于应用型人才培养的综合实验教学模式探索

李秋鹤　王刚　孙琪

【摘 要】材料成型及控制工程专业现有的实验教学不够系统，无法满足社会对应用型、创新型人才日益增多的需求，实验教学改革势在必行。综合实验教学改革设计了科学合理的课程体系，制定了定量全面的实验考核方式和灵活的实验管理模式。改进综合实验教学质量，还需要从教学方式、师资配备和硬件建设等方面实施保障。综合教学实验能够提高学生学习的主动性和积极性，在培养应用型和创新型的高素质人才方面具有积极作用。

【关键词】应用型人才；材料成型及控制工程；综合实验；教学改革

【Abstract】The existing experimental teaching of Material Processing and Control Engineering has not enough to meet the needs of the society for the applied and creative talents， the experimental teaching reform is imperative.In the comprehensive experimental teaching reform，a scientific and reasonable curriculum system was designed，Quantitative and comprehensive experiment examination way and flexible experimental management mode was designed. To improving comprehensive experimental teaching quality，some guarantee measures on the teaching method，staff arrangement and hardware construction have been put forward.Comprehensive experimental teaching is very important in improving the students quality roundly and have positive effect on training applied and creative talents.

【Key words】Applied talents； Material Processing and Controlling Engineering； Comprehensive experiment； Teaching reform

随着我国经济发展进入新常态，国家在“十三五”规划中提出了创新驱动发展战略。“中国制造2025”、“互联网+”、一带一路”等发展战略的提出，必将使得社会对应用型、创新型、复合型人才的需求日益增多，这对高校人才培养提出了新的要求和挑战。实验教学对提高教学质量、培养高素质应用型创新人才具有重要作用。营口理工学院作为辽宁首批10所转型试点院校之一，主动适应地方经济转型发展、产业升级要求和市场需求，结合应用型人才培养目标对各专业实验课程体系进行改进。建立一个涵盖多学科、多方向、学生自主实践的专业理论知识和实际操作技能相结合的“理实一体化”专业综合实验体系已成为实验教学改革的重要方向。材料成型及控制工程专业是一门集材料制备、机械与自动控制为一体的多学科交叉的综合性学科，对学生的实际操作能力和动手能力有很高的要求，综合实验教学势在必行。

1 综合实验教学的现状

根据中国科教评价网提供的有关数据，自1998年教育部开设材料成型及控制工程专业以来，全国目前共有211所大学本科院校设置了此专业，其中绝大多数高校的材料成型及控制工程专业沿着研究型大学的“厚基础、宽口径”人才培养模式发展。根据普通高等学校本科专业信息平台有关查询结果，辽宁省共有19所高校开设了此专业，研究方向集中在轧钢、铸造、模具、焊接等方向，除东北大学、大连理工大学等重点院校综合实力较强外，其它院校该专业发展时间较短、综合实力水平稍显薄弱，存在着学科专业趋同、教育内容相似、人才培养同质等问题。从企业用人需求来看，由于高校过于根据学科知识体系和自身发展诉求设置专业、构建人才培养模式，毕业生的素质与社会用人单位需求不匹配[1]。为此，国内各个高校积极改革和探索应用型人才培养模式，尝试从整体的人才培养目标、整个教学内容与课程体系的层面上来考虑改革实验教学[2-6]，建立多种材料专业实验教学的新体系和教学新模式，研发了一批新内容、新成果、新技术、新方法及现代实验技术与手段[7]。例如，东北大学构建了专业基本技能训练、专业实践等实验教学环节，并充分利用校内实验条件建设了材料研究全流程的校内实践基地，探索出一种校内外相结合的实践教学模式[8]。作为一所新建地方本科院校大学，营口理工学院于2015年新申请设立材料成型及控制工程专业，确立了培养应用型高素质工程技术人才的目标。与这一目标要求相比，目前仍存在一些亟待解决的问题：

1.1 实验教学课程体系尚不完备

多数专业实验依附专业课程设置，各个实验之间连贯性较差，学生没有综合应用所学理论知识与实验技能的平台。实验类型多是验证演示型，内容多是教学大纲中预先设定好的项目，多是由教师将实验原理、目的、操作方法及注意事项等进行详细地讲解或示范，学生按部就班的记录和验证实验结果[9]，不能激发学生的实验兴趣和求知欲。实验教学管理评价不规范，重结果、轻过程，往往简单的以实验报告成绩评价学生实验能力，缺少Matlab、Origin、AUTOCAD等相关软件的学习应用，缺少行业标准等内容，不利于培养学生的创新思维和分析解决问题的能力，学生无法通过系统训练获得全面专业知识和实验操作技能，制约了工程应用能力的培养。

1.2 实验教师队伍建设亟待加强

近年来，高校实验教师队伍结构明显改善，但仍落后于教师队伍的建设，队伍结构和业务水平需要进一步提升。以营口理工学院为例，我校35周岁以下专业教师和实验指导教师比例达到50%以上，硕士研究生以上学历教学人员占80%以上。虽然拥有较高学历，也经过经过教学能力培训、卓越工程师培训、辅助老教师教学等专业教学技能培训和实践，但青年教师相对来说仍缺乏深厚的理论研究和生产实践经验，指导学生开展实验的教学技能还有待进一步提高。

1.3 实验教学设备开放程度不够

目前，营口理工学院材料成型及控制工程专业已拥有轧钢生产仿真实训系统、轧钢生产仿真实训系统操作台、剪板机、热轧机、加热炉、化铅炉、高温电阻炉、台式磨样机、金相显微镜及分析系统、金相显微镜等先进的教学设备。由于实验设备价格不菲且数量较少，实验室仪器设备更多的是用于完成基本的教学任务和教师完成科研任务，整体对外开放程度不够。本科生除了能操作部分实验课程涉及的相关仪器设备外，几乎没有机会接触其它的实验仪器，设备闲置率较高，无法有效发挥它们辅助教学的功能。

2 综合教学实验改革方案

为了满足营口地区以冶金、装备制造、镁质材料等产业对应用型人才的需求，学院参考借鉴国内外高校实验教学改革的先进成果，以目前正在进行的应用型人才培养计划修订为契机，以“结构、性能、成形和使用状况”等四个材料专业研究要素为切入点，在整合材料科学基础、固态成型、液态成型、材料成型工艺、现代测试技术等专业课程原有的辅助性、验证性教学实验的基础上，整合相关度较大的课程群的实验，独立开设了具有自身特色的32课时综合实验课程。

2.1 实验内容一体化

作为培养应用型、技术技能型人才的高等院校，该课程设计突出实践性、技术性和高等性，强调材料属性、模具设计及成型工艺之间的紧密联系，是集冶炼、铸造、轧制、显微组织观察、材料性能测试等实验模块在内的“五位一体”综合性实验课程，涵盖了多门理论课知识和多项实验技能，架起了材料学、材料加工、机械制造等学科间的桥梁。该课程坚持从简单到复杂、从单点到多点的指导思想，设计了若干个综合实验项目，见表1。在注重实践教育的同时，重视专业基础理论知识及相关通用知识的综合学习与应用，不断拓展专业教育口径，有利于提高学生的综合素养。同时，每年根据行业发展和企业需求适时调整课程内容，及时更新新技术知识，并结合当前趋势加强信息化教育。

2.2 实验过程生产化

设计实验课程时，实验项目来源于校企合作企业的生产实践案例或教师在研的科研课题，使实验内容更加贴近实际，做到理论与实践相结合。每一实验项目都是以某一材料成分设计—加工制备工艺—组织和性能检测为主线进行，学生可以根据自己的兴趣爱好选择专业综合实验模块，在设计实验步骤、选择所需实验器材、收集实验数据、归纳并总结规律的整个过程中充分发挥自身的主动性。这种实验模式强调协同配合，与企业实际生产中上下工序配合有异曲同工之处。完成该实验内容既需要多学科知识的综合运用，也需要多种技能的综合使用；既需要独立思考实验方案与方法，又需要团队配合完成全流程实验，增强团队意识，有利于培养学生分析问题、解决问题和创新思维的能力。

2.3 考核方式多维化

作为一门综合实践性的课程，该课程改变了以往报告式定性评价方式，创新设计了包含实验方案答辩、综合答辩、实验报告、过程表现等四个维度的定量评价方式，每个评价内容实行百分制考核，按照2：3：3：2的比例综合计算学生实验总成绩，实现对学生综合表现的科学评价。这一方法注重对学习过程的考查和能力的评价，重点考察学生在各实验阶段表现及对实验技能的掌握情况，旨在引导学生摒弃盲目应付、害怕失败的心理，提高应用专业基础理论知识解决实际问题的能力。考核方式多维化有利于推动学生提高学习自主性，引导学生注重学习过程，促进学生实践能力和综合素质提高。

2.4 实验模式灵活化

该课程设置在学生学习完材料专业的基础理论课程并进行基础性实验之后。由于学生需连续独立完成从原料配比到产品制成的整个过程，在常规教学过程中很难合理安排，因此将实验集中在第7学期中3-4周时间内完成。此外，改变实验室管理模式和开放时间，学生可充分自主安排时间到实验室预约工作。这样的科学安排，不但有利于学生更好的完成各项实验内容，更有利于学生对材料专业知识的融合回顾和综合应用，为学生开展毕业设计奠定基础。

3 综合实验改革主要保障措施

3.1 持续改进教学模式，不断提高实验质量。

为保证实验有序开展，该课程按照图1所示步骤予以实施，划分时间节点，定期跟踪检查，使整个实验过程紧凑有序，有利于开展实验指导和评价。同时，组织教师团队围绕实验项目编写指导书，侧重讲清实验目标、重点及安全注意事项，力求引导学生自主设计、创新、分析和思考。由于综合实验内容工作量较大，学生实验采取自主选择、分组配合、一人一题的方式进行，即每名同学根据个人兴趣及需求选择一项综合实验项目，教师根据学生选择情况进行合理分组，每3-4人组成一个小组，由一个小组的同学各自完成其中一部分实验内容，然后集中对实验数据进行汇总和分析，得出最终实验结论。这样的安排能够同组学生密切合作、共同分析，制订实验方案，解决具体问题，最终均能完成实验目标。这样的安排在其它院校相关实验课中取得了良好的效果[8]。

3.2 利用现代教育工具，改进教学方法和效果

科学合理的运用信息化教育技术能够有效促进高校教学改革[10]。利用多媒体手段，与鞍钢、营口五矿等企业合作，录制现场生产工艺及过程，使学生直观感受和认识生产实践。引进金属材料轧制的计算机模拟与演示软件，既可结合材料成型工艺等基本理论课程，观看成型设备基本结构及动作的演示动画后就如何提高材料成型效率展开讨论，又可通过实物观摩和模型演示加深学生对设备结构的直观认识。通过采用启发式与互动式并重的教学方式，鼓励学生自我提出、设计并完成实验，使课堂理论教学与工程实际有机结合，提高了学生的创新实践能力。同时，与机械、电气等专业合作研发基于计算机技术、网络技术的模拟仿真实验模式，尝试从教学团队、内容体系和应用平台三个方面建设电子化实验教育培训体系，丰富培养应用型人才的手段。这种方法有助于引起学生对学习内容的思考，培养观察、发现问题的能力。

3.3 组建优秀教学团队，提高教师队伍素养

一支技术过硬、思想稳定、勇于创新的实验教学人员队伍是应用型人才教育落到实处的有力保障。学校组成了以相关方向的教授、副教授、博士、硕士等不同层次的教师和实验管理人员为骨干的教学团队，开展实验项目内容、实验教材、实验实施方案以及实验指导等一系列工作。学科骨干教师主要负责教学改革与项目内容、方案的制定，指导和培养青年教师；实验指导教师和实验管理人员主要负责实验课程的落实。同时，学校成立学科建设专业指导委员会，聘请营口地区材料类生产企业管理人员和技术专家指导专业学科建设。学校重视“双师双能型”教师队伍建设[11]，鼓励教师在提高自身教学能力的同时，积极参加工程类职称考试。每年选派任职教师到定点实习单位开展专题实习与学习，了解企业与行业发展新动态，提高教师综合素养和专业指导水平[12]。同时，邀请企业优秀专业技术人员和管理者到学校开展专题讲座和专业教育，使学生不出校门就能了解企业要求。

3.4 系统整合实验资源，全面开放实验设施

学院非常重视实验室建设，将其作为学生开展自主实践的主要平台，在管理体制及经费投入上给予充分保障。近两年，学院购置的设备仪器和教学软件等已基本满足教学要求。由于实验教学、实验室建设涉及面广，学院成立了实验室建设管理的综合主管部门。为充分挖掘实验中心资源的利用效能，学院组织教师根据仪器设备的台套数情况、实验场地大小情况，分析确定每个实验模块所能接纳的学生人数，协调不同实验模块间仪器设备及实验场地的交叉使用时间段，采取一系列措施保证实验中心在专业综合实验阶段的全面开放。同时，注重教学与科研的关系，既利用教学寻找有价值的科学问题，为科研提供有利素材，也能够将科研成果引入课堂教学、实践教学中，开展创新型教学实践，在教学中夯实自身理论基础和创新能力的同时，加深学生对学习专业理论知识的认识[13]。

4 结束语

基于应用型人才培养的材料成型及控制工程专业综合实验教学改革，使学生由“被动”变为“主动”，学习主动性和积极性得到极大调动；使教师由“传教”变为“指导”，能够有效引导学生在实践中掌握专业知识。综合实验教学改革的组织与建设满足了转型为应用型大学的现实需求，完善了现有的实验课程体系，在培养创新意识强、实践能力强的应用型和创新型高素质人才方面具有一定现实意义。综合实验教学改革是一项系统工程，目前所得到的各项成果总体来说还是初步尝试，我们还将在今后的改革实践过程中不断修正和完善，真正实现实验教学改革的总体目标。

【参考文献】

[1]王旭辉.我国高等教育若干典型供求关系研究[J].中国高教研究.2016（1）：21-29.

[2]杨明波.基于材料科学和材料加工有机结合的新型实验课程体系[J].实验室研究与探索，2008，27（10）：106-110.

[3]吴丽娟，赵宏音，杨镔.多层次实验教学模式的构建与研究[J].沈阳师范大学学报（自然科学版），2008，26（4）：509-512.

[4]吴文秀，杨雄，徐小兵.材料成型及控制工程专业创新实验探讨[J].长江大学学报（自然科学版），2009，6（3）：302-304.

[5]王永东，李柏茹，赵霞，党振乾.应用型本科材料科学基础实验教学改革[J].中国冶金教育，2014（2）：47-48.

[6]史泰冈，高丹.实施卓越工程师培养计划提高学生实践创新能力[J].实验室研究与探索，2012，31（10）：316-318.

[7]孙桂芳，朱世敏，汪应玲，韩秀梅，齐西伟.材料专业实验教学改革的探索[J].教学研究，2013，36（3）：98-100.

[8]蒋敏，田妮，沙玉辉，赵刚，刘常升.材料科学与工程专业实验教学改革[J].中国冶金教育，2010（1）：63-65.

[9]江民红，陈国华，唐艳平，陈旭，刘心宇.材料物理性能实验的教学现状分析与教改思路[J].桂林电子科技大学学报，2008，28（2）： 143-145.

[10]白璐. 以信息化教育技术推进高校教学改革[J].产业与科技论坛，2014，13（11）：127-128.

[11]李尧，余五新，左志江.应用型高校“3+1”人才培养模式的实践探索[J].教育与职业，2010，（26）：24-25.

[12]王晓南，候纪新，章顺虎.金属材料工程专业教学改革[J].中国冶金教育，2014，（4）：13-15.

[13]马立新.新建本科院校青年教师科研能力提高的途径[J].职业时空，2011，7（2）：66-67.

[责任编辑：杨玉洁]