基于PDCA 循环对车辆工程专业开放性实验教学的改革与探索

汪 震，郑晋军，王雨蒙，李 静

（吉林大学 汽车工程学院，吉林 长春 130025）

开放性创新实验作为培养学生实践能力、科研思维和综合素质的重要途径，在激发学生兴趣，培养学生积极性、主动性等方面发挥着重要的促进作用[1-3]。我校2013 年开创了“吉林大学开放性创新实验”，在培养学生科研思维、动手能力、创新意识等方面取得了一定的成效。然而，通过与学生的交流以及从反馈的教学意见发现，在开放性实验教学过程中仍有一些不足。在如何提高师资队伍水平、提升实验室仪器设备利用率、更好地培养学生的创新能力等方面，需要我们不断深入探索研究，以便能够持续提高实验教学质量，改善教学效果。

1 基于PDCA 循环的教学模型

PDCA 循环又称“戴明环”，是管理学中的一个通用模型。用于持续改善产品质量的过程，其主要包括4 个阶段，即计划（plan）、执行（do）、检查（check）、处理（action），基于PDCA 循环的教学模式如图1 所示。整个过程是按照PDCA 循环在指定的计划指导下进行周而复始地运转，每一个循环都会促使关键环节控制体系的持续改进，从而促进管理系统不断完善[4-6]。反思以往开展的开放性实验教学，多是自上而下的任务布置，缺少对学生科研思维、动手能力和创新意识培养需求的调查与培养结果的反思。对于持续改进实验教学质量，PDCA 循环的严谨科学的工作思路与流程便突显出其优势[7]。将PDCA 循环理念借鉴到车辆工程专业开放性实验教学模式中，运用其严谨的合乎逻辑的工作流程，对实验教学过程进行反思，分析学生培养过程中的问题，提出相对应的解决方案，检查实施效果并总结经验，以便促进教学质量的不断提高。

图1 基于PDCA 循环的教学模式

2 车辆工程专业开放性实验现状调查

结合文献[8]，我校教务处对 2017 年开放性实验问卷调查的统计分析结果，对我院车辆工程专业2018年参与开放性实验的学生进行问卷调查，发放调查问卷43 份，收回有效问卷41 份，调查结果如下。

（1）实验内容。实验结束后，有超过50%的学生认为实验内容“难度不够”；实验内容所设计的问题与课内实验有一些关联但不重复；有47%的学生认为开放性创新实验项目对学习理论课及课内实验有拓展和促进作用；有46%的学生对实验项目感到“很有兴趣”，有 30%的学生感到“一般有兴趣”，对实验项目有兴趣的学生超过70%，说明汽车实验室的开放实验项目得到了学生的肯定。

（2）实验条件。从调查问卷中看到，50%以上的学生对实验设备及实验条件的期待很高，但现有的一些仪器设备功能老化、使用不方便；有35%的学生反映对部分实验教学仪器设备并不知晓，导致不同程度的教学内容超出了认知范围。

（3）实验学习效果。在调查中发现，对“学习有收获”“拓展了知识”“分析解决复杂工程问题的训练”等选项的满意率均超过50%；但结合以往的学生课后提交的实验报告内容，我们发现超过60%的学生对实验的设计很感兴趣，但由于学生缺乏一定的科研能力及实践能力，在很大程度上依然有依赖授课教师的倾向，独立完成实验对大部分学生来说有一定难度。

此外，问卷中学生对“实验动手能力提高”“创新能力培养的满意度”“教学方式的多样化”以及“成绩评价方法的合理度”等选项的好评均不超过50%。

3 基于PDCA 循环的开放性实验教学模式探索

3.1 计划（P 阶段）

根据对车辆工程专业参与开放性实验学生的调查反馈，结合实验室现有条件，从学生、实验教师、实验题目、实验管理和考核评价方式等多方面进行了以下分析。

（1）学生。有些学生科研能力较弱，实验设计能力不足，甚至没接触过文献检索，因此独立完成实验设计有较大难度。在学习态度上，一些学生在实验中缺乏实验能动性和参与积极性，未理解开放性实验的教学目的及意义，只是为了完成学分而参与。在开放性创新实验选题及实验过程中，大部分学生依赖教师所设计的题目和实验方案，然后学生“照方抓药”，遇到问题直接向教师询问，缺乏自我思考和探索的过程，导致开放性实验在一定的程度上流于形式，达不到应有的教学效果。

（2）实验教师。在实验教学方面，开放性实验教学大纲及实验内容更新不及时，没有将最新的实验技术、理念等及时融入教学，导致实验教学内容比较陈旧，无法激发学生的兴趣。在教学态度方面，因学生的课余时间主要是晚上、周末、节假日，这就需要实验教师付出更多的精力与心血。由于是正常工作时间之外的指导工作，常导致部分教师未能付出相应的时间去指导学生，甚至不太愿意承担指导任务。此外，我们还发现同一实验不同教师的教学内容、教学方法因人而异，教学效果差别较大，缺少标准化流程和统一标准做参考。

（3）实验题目。对实验内容、实验难易度，以及实验性质的把握不够准确，并未根据学生的实际能力进行实验设计，导致学生不能很好地参与到实验中来；一些实验题目未能很好地体现实验教学目标，达不到应有的实验教学效果。

（4）实验室管理。实验室开放程度不够，资源设备利用效益较低。由于实验室仪器设备的采购渠道方式多样化，很多仪器设备往往只归属于某学科、某实验室，甚至是某课题组，导致这些实验仪器设备在完成某一课题之后，就被永久地搁置，完全没有投入到学生的创新实验中，这不仅造成了实验资源的浪费，还占据了大量的实验室空间，不利于实验室仪器设备资源的共享[9]。

（5）评价考核方式。以往的开放性实验教学的评价主要依据学生的课后实验报告，或授课教师所给出的实验成绩，评价形式和方法相对单一，缺少科学、系统、可量化的评价标准，存在诸多弊端[10]，导致学生只重视结果而忽略过程，未能达到良好的实验教学效果。

3.2 实施（D 阶段）

针对车辆工程专业开放性实验存在的上述问题，提出解决方案，对 2019 年的开放性实验进行教学改革，具体操作如下。

3.2.1 立足学生，因材施教

对于学生实验设计能力不足、科研能力弱的问题，有必要针对文献检索、科研设计进行指导，使其学会查阅专业文献，从最基本的国内外研究现状和背景开始检索，逐渐达到能够提出科学问题，独立拟定研究题目，最后达到能够制订详细的实验方案的水平[11]。

实验课题工作量的设定应符合学生个性化需求，要注重实验的趣味性，寓教于乐，激发学生的学习兴趣。同时实验难度、工作量设置应根据学年不同有所区别，如对高年级学生应注重专业探索，更多考核学生的专业知识，重视学生自主创新能力的培养。实验项目可适当延长，提高课题深度，但须确保实验内容在一个学期内完成，避免因实验周期太长使学生实验思路中断而失去兴趣，导致实验半途而废。

建立有效的师生交流渠道，选课后建立师生工作群，群里的学生可根据自己的年级、专业能力、兴趣和关注点自行分组，指导教师根据每个小组的实际情况，逐一分开进行指导。在开放性实验室的管理中，鼓励学生参与管理，提高学生的责任感，对于仪器设备申请、预约登记、记录使用和维护等，均可由学生自行管理，教师定期检查，如此可以使学生了解实验室的运行模式，培养学生的主人翁意识，提高学生的参与感[12]。

通过上述过程，使学生能够真正参与开放性实验项目，并从中认识到开放性实验与传统实验的区别和独立自主创新实验的重要性，通过参与提升其创新能力与科研素质。

3.2.2 规范设计方案格式

针对车辆工程这样的工科专业，需要规范开放性实验设计方案的格式，这样既能引导学生有条理地、逐步地解决复杂工程问题，又能培养学生的科研逻辑思维，增强其自主学习的能力。对于学生来说，规范格式主要体现在实验报告的形式与内容。考虑到既增加实验的灵活性，又提高自主学习和创新的能力，实验报告主要包含课前实验设计方案和课后实验结题报告两部分，开放性实验报告架构如图2 所示。

图2 开放性实验报告架构

开放性实验设计方案主要依据实验大纲，通过学生自主学习相关专业文献，并根据个人能力、兴趣，通过分组方式完成和提交的设计方案，即实验预习报告。提交报告后，指导教师评价学生所设计方案的合理性、可行性，并对方案提出结论。如果合理可行，则同意按方案实施，并对操作细节、注意事项等实验问题提出意见、建议；如果方案合理但不可行，指导教师提出对实验方案的修改意见；若方案不合理或根本无法实现，不同意该实验方案，指导教师说明原因并给出更改意见[11]。

开放性实验结题报告是对实验过程、实验数据的梳理与总结。以流程图等形式简要概括实验的方法和步骤，以表格的形式记录实验过程中出现的实验现象和数据。结合实验原理、公式、模型等方面，对实验数据进行分析与讨论，如果与实验预期相符，利用已知的专业理论知识进行解释；如果不符，结合实验现象，分析原因并给出改进措施。最后反思整个实验教学过程，总结实验中的收获与不足，向授课教师反馈需要改进或调整的建议。

3.2.3 提升教师队伍，完善教学方法

实验技术人员是保证实验教学质量的关键，他们的综合素质和教学水平直接影响开放性实验的设计水平和实验教学的顺利开展[13]。

首先，实验教师应深刻理解实验教学目标，注重创新实验项目，将新技术、新方法引入实践教学。对于实验题目的选择应注重激发学生的兴趣，并通过科研项目使学生能够了解新的理论知识以及前沿研究课题；同时在实验中尽可能使用新设备，科学地设计实验课程、实验项目、实验类型，使学生能够积极有效地参与到实验中[1]。其次，实验教师应能够综合运用各学科知识，在多学科理论课程的基础上，注重各专业知识点的衔接和综合应用，使学生通过实验可以比较完整、系统地将汽车专业的基本理论运用于实践。通过开放性实验的应用，达到知识点的融会贯通。此外，实验教师还应能够不断改善实验教学方法，严格要求学生。在实验方案设计、文献检索，以及实际操作过程中，实验教师应能够起到抛砖引玉的作用，“授之以渔”，而非“授之以鱼”，尽可能突出学生“学”的作用和地位[14]。在学习过程中遇到问题时，鼓励学生提出疑问甚至是质疑，培养学生的独立思考和解决问题的能力。在实验过程中教师应能够严厉督促和灵活掌握指导方法，避免学生过度依赖教师，导致开放性实验流于形式。

3.2.4 规范标准流程，建立管理制度

规范并建立标准化流程，加强实验教学质量管理，开放性实验重点在于教学模式的开放，不等于教师教学流程的开放。统一教学流程，可以有效避免不同教师上课教学内容、教学步骤偏差较大，为教师提供指导方向，确保教学质量。图3 为改革后的开放性实验教学流程。

图3 开放性实验教学流程图

在规范开放性实验教学流程的同时，还要做好实验室管理工作，其中最重要的是对实验仪器设备的管理。首先，要对实验设备进行清查，依据关系及设备种类列出清单，进行资产统计，避免有些新进设备尚未登记，影响了其使用率。然后，针对现有实验设备进行资源整合，由实验中心统一管理，可以将实验设备按照功能、实验项目进行分组，如整车项目、零部件总成项目、电动车项目等。每台设备规定使用上限，促使学生选课时可以均匀利用各种设备，避免大部分设备闲置，小部分设备高速运转，这样既能提高设备使用率，又能有效保养设备，延长使用寿命。扩大汽车实验室开放对象，面向全校各专业开放，在不影响正常上课的前提下，为有需求的学生提供更多合理的开放时间和实验内容。

3.2.5 改进考核方式，形成评价体系

有效的教学评价考核体系直接决定了学生成绩评定是否公正、客观，同时也是指导教学改革方向的重要内容。改进后的评价体系不再仅参考课堂表现成绩与实验报告，还增加了课前实验方案设计与讨论（包括预习报告与文献调查）、课后实验总结与团队合作打分环节，其中课前预习方案设计与讨论、课堂表现、实验总结报告和团队合作成绩在总成绩中的占比分别为 20%、30%、40%和 10%。需要指出的是，由于实验是以小组形式进行的，那么各小组内可能存在少数学生“搭便车”的现象，小组讨论与团队协作占比相对较低，可有效避免不积极思考、不参与讨论的成员与其他成员得分差异不显著的情况[15]。

3.3 检查（C 阶段）

在实施实验教学改革的过程中，开展质量控制，从学生、教师、教务处三个层面逐级动态监控，反馈实施效果，实现“三位一体”的实验教学质量监控循环（见图4）。这三个层面贯穿实验教学改革全过程，具体可分解为实施前、实施中、实施后等三个阶段开展实验教学质量控制，确保实验教学顺利有效地进行。

图4 “三位一体”的实验教学质量监控循环图

3.3.1 质量前控

为保证所开设的实验项目能满足专业设置要求，教务处在课程申报前，收集上学期学生的反馈信息，结合学生的需求和建议，在教学开始前设置合理的教学目标、学习目标，从实验内容是否规范、新颖，实验目的是否明确等方面决定本学期要开设的开放性实验项目，并指导教师针对上一学年出现的问题、新一年的教学要求进行教学改革。

3.3.2 质量中控

通过学生评价、专家评价、院系主管教学领导听课和同行评价等多种措施，促进教师在教学过程中的严格要求，并对教学过程进行认真评估分析，将教学评测结果反馈给授课教师，指导实验教师实时进行教学改革，为提高教学质量提供可靠保障[6]。

3.3.3 质量后控

在实验课程结束后，对教师的教学效果、学生的学习成果进行评价。通过综合成绩评价学生的学习效果，同时建立反馈机制，对于达不到基本要求的学生将被退回到上一环节，重新做实验，直至达标。这种反馈机制的应用，能够有效防止部分学生“随大流”“搭便车”，提高学生的自我要求，确保学习质量。教务处通过学生对教学体验的反馈，考核教师的实验教学效果，及时收集学生反馈意见，指导教师进行改革。同时教师也可以就教学改革过程出现的管理方面的问题以及具体实施过程中的意见和建议反馈到相关职能部门，形成“教管相长”的良性循环[10]。

3.4 反馈处理（A 阶段）

反馈处理是PDCA 循环中决定质量能否持续改进的关键环节。在开展开放性实验的过程中须及时发现问题，总结经验，对现存的、潜在的问题进行反馈，以促进教学质量的持续改进。在实施过程中出现了新的问题，如缺乏信息中心配套建设，实验设备、场地的预约缺乏智能化手段，没有实现实验室全校范围的开放与便捷管理；实验技术人员与理论课教师沟通较少，实验设计未能实时跟进理论课进度，导致无法全面考查学生理论课的掌握情况，没有发挥实验课应有的效能；理论课教师参与实验较少，在讲授理论知识时未能结合实验课进行讲解，导致学生在上实验课时无法将已有理论知识进行应用，拖延了实验进展效率；评价方法缺少可量化的指标，有待建立一套行之有效的考核体系，未能结合实验量和实验质量的权重进行考核量化评价；有些学生对开放权限认知不足，认为实验室开放就意味着可随意进出实验室，随意使用各种设备，造成开放实验室秩序比较混乱，影响了开放实验室的有序管理等。所有发现的问题都将转入下一轮PDCA 循环中，将形成持续改进、不断提高教学质量的良性循环。

4 改革初见成效

基于PDCA 质量控制循环，从学生能力、实验教学方法、实验管理流程、考核评价体系等几个层面进行分析，针对问题提出教学改革措施，分阶段实现质量控制。通过2019 年一系列的教改措施，结果表明，与2018 年度相比，2019 年度开放性实验课程的课时数、申报题目数、大型设备的使用频次、申报开放实验的学生人数、学生对课程的满意度、学生的成绩中优秀所占的比例均有明显提升，具体见表 1，这说明改革初见成效。

表1 改革前后效果对比

5 结语

本文以车辆工程开放性实验课程为研究对象，基于PDCA 循环理论，从计划、实施、检查、处理等4个阶段解决教学过程中存在的部分问题，改进了教学方法，修定了教学内容，提高了开放性实验教学质量，为创新教学管理提供了一定的借鉴。开放性实验教学改革虽已取得了一定的成绩，但在实践过程中，仍发现了一些新的问题，需要进入下一个循环持续改进。接下来，我们将进一步贯彻落实学校的“拔尖创新人才培养计划”，拓宽实验室开放范畴，加大开放力度，以期最大限度地发挥开放性实验室的作用，实现创新型人才培养的目的。