科研项目驱动下实践“四结合”实验教学新体系

毋妙丽

摘  要：结合交通工程专业认证对毕业生各项能力培养目标的要求和“交通强国”的高层次专业人才对学生综合素质的要求，重点实验室对原有的教学体制进行了补充和完善，提出了“四结合”的实验教学新体系。为保障新体系的落实，实验室基于科研项目驱动下的实验以各种形式应用在教学中，大大拓展了常规实验内容的深度和广度，提高了学生的学习积极性和创造性。文章以基于科研实验开展的不同环境下驾驶行为影响实验为例，实践和完善了四个结合的精髓。探索表明新体系对学生的人文素养、科研能力和工程实践能力培养起到有积极的作用。

关键词：项目驱动;科教融合;开放实验;创新能力

中图分类号：G642         文献标志码：A         文章编号：2096-000X（2019）23-0055-03

Abstract： Adapting for the transportation engineering accreditation and "strong transportation power" strategy which purpose required the higher abilities of graduates than before， so we must to reform and the experiment system to following the requirements. According  the old experiment teaching structure， the four- combination is the new system which developed and consummated the experiment teaching system. In order to ensure the implementation of the new system， the laboratory-based experiments driven by scientific research projects are applied in various forms in teaching， which greatly expands the depth and breadth of conventional experimental content， and improves the students' enthusiasm and creativity. The article takes the experiment of driving behavior in different environments based on scientific research experiments as an example， and practices and perfects the essence of the four combinations. The exploration shows that the new system plays a positive role in the cultivation of students' humanities， scientific research ability and engineering practice ability.

Keywords： project driving; science and education integration; opening experiment; innovation ability

一、概述

交通工程專业认证的目标中提出培养可持续发展的专业精英与社会栋梁人才队伍，要求本科毕业需具有较强的动手能力和解决实际工程问题的能力，同时还须有国际视野解决独立一定的工程实践能力和较强的综合能力;在十九大的报告中对“交通强国”的建设，对高校的交通工程专业人才的培养提出更高的要求。道路与交通工程教育部重点实验室作为交通工程专业培养学生实践能力和创新精神的重要教学基地，为适应时代的发展需求，需要对原有实验教学体系和方法进行调整和完善。以立德树人根本，从“以本为本”的教学责任出发，对原有的实验教学大纲和方案进行调整，将学生综合素质的提升分为八个分支四个方面，结合实验室的现有资源和师资力量提出了“四结合”的实验新体系。新体系将充分利用本专业学科地位高、在同行业科研项目多技术装备优等特点，以科研项目驱动实验教学，加强该类实验在本科生教学中应用，加大开放实验教学的力度，训练学生的分析问题、解决问题的能力。开放实验使学生有更多的机会与教师沟通，在实验过程中不忘增加学生的思想教育，科研老师的钻研精神和言传身教对学生的科学素养和人格的影响是课堂教学无法比拟的。本文以不同能见度驾驶行为影响实验为例，以科研实验为载体，探讨新体系的各个环节对实验的指导，不同的实验类型对各环节也是一个验证。本案例模式对新体系每个环节均得到了体现，也展现了新体系对实验教学和开放实验指导作用。科研驱动下实验教学探索模式，对学科实施“六卓越一拔尖”计划和专业发展提供了重要的人才培养支撑。

二、实验教学体系的探索及内容

（一）“四结合”实验教学理念

重点实验室在改革教学理念时充分考虑了专业认证对毕业生能力的要求，紧跟时代的发展步伐，从实验教学的内涵和外延等方面进行探索。实验室充分利用专业优势如“211工程”、“985工程”重点建设学科、首批国家重点一级学科、上海市高峰学科和“世界一流”重点建设学科，“交通强国”战略面临着超级复杂的交通建设、运行、管理、控制和运维难题，需大批具有优秀实验实践能力的创新型人才。面对时代的需求，实验室在不断总结和完善原有的实验理念的基础上，我们提出了“四结合”的实验教学体系，概括起来为“人格与能力结合、共性与个性结合、传承与创新结合、理论与实践结合”。新体系结合KAP人才培养模式的知识、能力、人格三位一体和谐发展的人才培养模式[1]，我们通过深入挖掘实验室资源和分析人才培养的目标需求，结合专业特点提炼了实验教学新体系。“四结合”教学体系将四个结合从八个方面进行阐述，他们之间相互独立又相辅相成，其内容与相互关系如图1，全面诠释了人才培养的新要求和综合能力的新高度。新体系采取了全方位、多角度、多渠道的方式，更好地体现十九大精神的“三全育人”的教学方针[2]。

（二）新体系内涵对实验教学的指导

在“四结合”的理念中，人格和能力的结合，要求学生在学会做事前先学会做人。在京剧界有传统，学艺前师傅说的第一句话就是“做戏先做人”[3]，这句话对各行业均适用。重点实验室人才培养目标是未来的专业领军人物，做人和做事是相辅的，一个完善的人格对每个人一生都受益，也能在专业领域能力的发挥锦上添花，故将能力和人格作为专业学习的第一要素，也是对重点实验室的专业文化的继承和传播;个性和共性的结合体现在根据学生个体差异和个性化需求，每个学生的个体之间存在差异，学生根据自己的能力和兴趣爱好可进行个性化的选择。实验室考虑个性化的需求，提供不同的实验资源，一方面要满足所有学生的普遍受益，同时为学有余力的同学根据个体需求，因材施教满足学生的好奇心;交通工程专业作为一个传统专业，在传统知识积累的同时，需要不断掌握新型技术在本专业的应用，培养学生敏锐的洞察力，使其不断完善成为一个综合能力较强具有传承和继承力的专业人才;理论和实践的结合是培养学生能力的重要手段，也是本科阶段学习的基本要求。以上的四个结合，只在课堂上的理论学习是远远达不到的，必须引导学生进入实验室，结合科研项目和科研平台为学生提供更大的创新舞台。四方面的结合应用在实验教学中，将加大传统实验项目的深度和广度，在教学相长的推动下形成一个闭环的、开放式实验教学模式[4]，为培养学生的全面发展提供有效的保障。

三、基于项目驱动的实例对新体系的实践

道路与交通工程重点实验室科研项目的驱动下实验教学将理论课程和实验教学进行深度融合，补充了原有实验内容的不足，为学生跨学科实验设计提供可能。《道路安全与管理》课程的实验，是在实验室国际一流仪器的支撑下对近几年的科研项目的总结和分解的基础上以多种形式开放的实验项目，通过几届学生实践对学生各种能力均得以锻炼，凸现了“四结合”新体系对实验教学的指导的显著效果，以下也从四结合的各方面进行解释。

（一）整理科研实验项目，分解个性和共性化的实验项目

传统实验类型有验证实验、设计及综合类实验，原则上由教师制定实验方案，学生按部就班的完成规定内容即可，对学生的学习积极性影响很有限。在科研项目的驱动下指导教师分解出个性化和共性实验项目，将不同环境下的驾驶行为实验应用在《道路安全与环境》课程中，改变以前纯理论的教学，使学生能直观感受到不同驾驶环境下的驾驶行为。通过设置共性实验，如雾霾天不同能见度的驾驶环境、不同雨量的驾驶环境影响，使所有学生熟悉先进设备的运行原理。在科研项目研究建立的不同能见度的实验场景数据库供学生选择实验，使学生掌握理论知识在实际工程中的应用;同时，根据学生的个体需求，用于学生课外创新的开放实验，指导教师会分解一部分科研实验，如不同驾驶环境下的驾驶员的心理生理分析实验，吸引学生主动参与科研实验，通过调研咨询、查询相关资料，激发学习兴趣，指导学生独立完成实验，并撰写实验报告，鼓励学生积极参加交通科技大赛。每年都有多个组参加大赛，并取得了一定的成绩。

（二）科教融合，巩固基础

本科实验教学的目的是让学生掌握实验手段、验证理论知识，并能利用知识开展理论思维，验证和解决理论知识的过程[6]。基于科研项目实验教学，完成基本的实验目的，同时学生可较早接触工程和高端专业设备，巩固基础知识并开拓新的技能。

为加强学生对《道路安全与环境》课程的感性认识，任课教师和实验指导教师围绕课程目标对学生工程能力的要求，将成熟的科研实验应用到本科教学中;如道路安全性评价规范的理解，结合科研实验已搭建的路侧安全设施，学生通过模拟实验实验，可以感知路侧安全设施的不同位置、大小、颜色、明亮度对驾驶行为的影响。大大改善了以前只是在课堂上给学生看图片或实地考察的不足，而且，通过软件的调整，可以改变影响因素的位置、大小、明亮度等，这些无法在实际中进行的实验，在科研平台和科研项目的驱动下，使学生有了直观的感受，也加强了学生的严谨的科学态度，即每一个设施的设计都是经过一个严密的实验得出来。通过实验，学生巩固了专业知识，也可参加个性化的实验将已所学的相关课程知识前后贯通，避免了学完一门课程就忘记的弊端。

（三）基于项目驱动实现学科交叉和一专多能的训练

学科间知识体系的交叉融合是科技创新的重要途径，已经成为科学发展的必然趋势[7]，在知识爆炸的时代，尤其是信息技术对传统的交通专业的支撑发展的必然趋势。实验室在八自由度的驾驶模拟平台进行的科研项目，是集交通、电子技术、机械、数据分析统计等知识为一体。为把这个开放探索型的实验项目做到一定深度，学生需自学查找各个方面的知识，如结合眼动仪测试不同能见度驾驶员的生心理反应，需掌握眼动仪的原理和心理知识和脑电波测试信号的提取及分析方法。基于科研项目驱动下的开放实验，学生与指导教师定期的讨论和汇报，锻炼了学生的文字组织和口头表达能力;实验的每一步需要学生自己操作仪器，并能初步判断出仪器故障的原因，锻炼了学生的动手能力;海量数据的提取及大数据分析处理能力，锻炼了学生解决问题和处理问题的能力;以小组为单位的协同创新实验，训练学生团队精神。由此可见，科研驱动对多学科交叉知识面得到拓展，各种能力都会有一个质的飞跃。

（四）培养科研精神，提高人格素养

一个成功的科研实验都会经历多次失败的实验和探索。基于科研驱动的开放实验区别于课内的验证或设计实验，无固定的实验方案。一般以多人组队，每个学生有分工，这样可激发各自的积极性，也逐步挖掘出各成员的潜力。一个得到认可的实验方案，都是大家的智慧结晶，不仅从老师身上学习知识，更重要大家之间互相学习。严谨的态度，碰到困难的解决问题的手段和方案，对学生的人格素养培养比纯说教效果要明显得多。如在道路安全与环境课程不同能见度影响实验中，从道路环境的设置、海量的记录数据中心选择对比数据，不同的学生有不同的角度，年轻人的集思广益也给科研项目注入了关注点。在科研驱动下实验过程中不断发现问题、解决问题，攻克每一个困难的锲而不舍的精神对学生进行的都是一堂生动的思想教育课程，永不放弃的科研精神对学生今后的工作和继续深造都会有深远的影响。

四、基于项目驱动的实验教学成效

教学是立业之本，科研是立说之道，在科研项目驱动下，将案例实验、问题实验和探究式以课内实验和开放实验的方式应用在学生培养方案中，“四结合”的实验教学新体系指导下逐步形成现象-问题-理论-验证-思考的阶梯递升、又相互紧扣的实验教学新方法。通过科研项目的工程现象，引导学生发现问题，并结合已掌握的理论对现象和问题进行分析，使学习向“问题发掘”与“自主创新”延伸;为解决工程问题，促使学生通过不断向新领域探索，丰富了已有的理论和专业内涵，加强了知识的深度和广度，领略专业知识在实际中应用及解决问题的自豪感，使毕业生有一个完善的人格素养，更好地为交通专业的发展和“交通强国”的战略服务。在“四结合”新体系的指引下，科研驱动的实验教学探索和实践对学生的各种能力培养效果很明显，后续进一步加强该模式在其他教学中的应用。

参考文献：

[1]李珊，郭光普，陈士超，等.实践教学在KAP人才培养中的推动作用——以“生物学野外实习”为例[J].科教文汇，2014（34）：51-53.

[2]王习胜.“三全育人”合理性的逻辑诠释[J].思想理论教育，2019（3）：52-56.

[3]陈红民.戏曲演员需加强思想品格的修养[J].剧影月报，2015（2）：61-62.

[4]汪东风，王富龙，孟祥红，等.基于“科研一教学连接体”的创新实践体系的构建与实践[J].实验技术与管理，2015（3）：21-24.

[5]李旭，张为公.基于科研项目的数字电路创新型实验教学改革[J].实验室研究与探索，2015（1）：168-171.

[6]于兵川，吴洪特.实验教学与科研的有机结合，培养学生的创新意识和能力[J].实验室研究与探索，2010（7）：270-271.

[7]朴莹，唐建斌，刘祥瑞，等.学科交叉型實验室的运行与管理[J].实验室研究与探索，2019（1）：262-264.