工程教育专业认证背景下工程类专业实验教学改革探索

胡 标，刘振英，王庆平，徐子芳，郑林义

(安徽理工大学 材料科学与工程学院，安徽 淮南 232001)

我国于2016年6月正式成为《华盛顿协议》会员，自此全国高校众多专业在专业认证的大浪潮下积极参与工程教育专业认证，专业认证的实施势必推动我国工程教育专业改革，从而提升我国工程教育的质量和国际影响力。[1]专业认证的三大核心理念[2-3]是以学生为中心的教育理念(SC：Students-Centered)、“产出导向”的教育体系(OBE：Outcome-Based Education)和“持续改进”的质量关(CQI：Continuous Quality Improvement)，实现这三大核心理念的基础是课程体系的建设，其中实验教学环节对培养学生的工程实践能力和创新能力至关重要。因此，在安徽理工大学部分工程类专业申报工程教育专业认证的背景下，建立健全实验教学体系以满足工程教育专业认证对新时期工程类专业人才培养的新需求。[4-5]

安徽理工大学先后创建多个工程类专业，其中大部分专业入选国家级或省级“卓越工程师教育培养计划”试点、专业综合改革试点以及一流(品牌)专业。[6]工程类专业目标旨在培养适应社会及行业发展需要的具有较强工程实践能力和创新能力的工程技术人才。实验教学是培养工程技术人才实践和创新能力的重要环节，也是与理论教学相辅相成的重要组成部分。[7]工程教育专业认证标准要求通过实验教学培养学生的实验内容设计、仪器设备选择、测试结果分析等综合实践能力，而对这些能力的培养都依赖于实验室建设、师资队伍建设等。[4]进一步完善实验室建设、组建一支适应工程教育专业认证内涵的高素质专业化实验教师队伍对培养大学生综合实践能力尤为重要。此外，工程类专业是一个理论性与实践性紧密结合的专业，因而对该专业而言充分发挥实验室作用是培养本科生创新能力不可缺少的重要组成部分。[8]因此，要培养满足社会需求的工程行业高级应用技术人才，实验教学必须要加强。通过大量的实验训练，大学生一方面可以加深对基础理论知识的理解，另一方面能够掌握实验设备的操作、测试方法的应用和实验数据的分析处理，有助于培养他们的实践和创新能力。以安徽理工大学工程类专业为例，结合专业实验教学的现状和存在的问题，对实验室建设、实验内容整合优化、师资队伍建设、实验教学方法改革、实验成绩评价方式改革、实验教学信息交流平台建设等方面进行思考与探索。

一、实验教学现状及存在问题

工程类专业实验教学是培养学生实验操作能力和实践创新能力的重要途径。安徽理工大学工程类专业实验教学的构建主要包括基础实验和专业实验。基础实验包含物理和化学等相关实验，着重培养学生对物理和化学的认知和基本动手能力；专业实验主要是与专业及专业课程密切相关的实验，着重培养学生的专业综合能力、工程实践能力和创新意识。从专业实验项目可以看出，实验类型繁杂，缺乏综合性和连贯性，每类实验对人才培养目标的支持不够明确，无法体现其综合性和系统性。综合来看，当前工程类专业在实验教学环节中存在以下问题：

(1)实验场所小、实验经费不足、实验学时偏少。工程类专业虽然各有不同，但又有共性，所涉及的设备类型多，体积大，有些实验需要配置专门的实验室。然而，实验场所空间有限、实验经费投入不足，使得人均设备台套数不足，实验时出现实验室拥挤，多人共用一台实验设备现象。为了避免这种现象的出现，教师通常采用分组的方式，让学生分批进入实验室，导致教师的工作量成倍增加，教师无法在正常的教学时间里完成，打乱教学计划。另外，实验课设置的学时偏少，有些实验的实验周期长，占用学时多，但总学时一定，无法保障专业课涉及的所有实验均能开设，导致学生实验培训存在局限性。

(2)探索性实验偏少。当前各工程类专业设置的实验多数为演示性或理论验证性实验。通过开展这类实验虽然有助于学生加深对理论课程的理解训练，掌握一些基本实验技能，但实验内容较为陈旧，缺乏改革与创新，滞后于社会发展，不利于培养学生的创新能力。相对于理论验证性实验，探索性实验项目设置的偏少，致使学生动手能力、独立思考问题和解决问题的能力欠缺，很难达到专业培养目标。此外，教学方式较为死板，通常由实验指导教师为学生准备好实验器材和耗材，学生机械地按照实验步骤进行操作，对实验原理和目的缺乏全面深刻的认识，背离了工程教育专业认证要求的培养学生从实验内容设计、仪器设备选择到测试结果分析等综合实践能力的初衷。

(3)教师队伍的实验能力有待加强。工程类专业是实践性很强的专业，理论与实验有效结合有利于培养创新型应用人才，因此，教师不仅要熟练掌握理论知识，还应具有丰富的实验经验。各工程类专业涉及的方向多，实验项目和实验设备差别大，专业课教师虽然能熟练掌握理论知识，但对大量的实验项目和多种类型实验设备的熟练程度有限，而实验教师也仅熟练掌握部分实验项目，且缺乏相应的理论知识，无法对探索性实验进行指导，急需提升自身的理论和实验能力。另外，学院设置的专业实验指导教师偏少，无法满足指导学生实验的需求。

(4)实验成绩评价机制有待完善。通常实验指导教师主要依据学生完成的实验报告对学生的实验成绩进行评定，缺乏客观的评价标准，这种做法无法反映学生在实验过程中的表现，如操作是否规范，实验是否认真，是否独立完成实验等，缺乏实验过程的监控，以致操作随意、伪造或抄袭实验数据时有发生。仅凭实验报告给出学生成绩的评价机制是单一且不科学的，易出现以偏概全，不公平的现象。因此，建立一个能够全面反映实验教学各个环节的科学评价体系迫在眉睫。

(5)实验教学信息化有待加强，实验室开放程度不高。工程类专业所涉及的实验室和实验设备较多，初入实验室的学生通常在老师和学长的帮助下熟悉实验室环境及相关设备，无法通过其他途径快捷地获得实验设备和实验耗材所处的位置、实验设备使用信息、实验室管理制度、实验室正在开设的实验项目信息等，缺少实验信息发布平台。此外，在通常情况下实验指导教师根据实验进度安排进行实验教学，此时实验室处于不间断运行，然而实验教学完成后实验室和实验设备处于长时间闲置阶段，实验设备利用率低，造成实验资源的浪费，因此急需建立实验室预约开放管理系统。学生可通过实验信息发布平台，选择合适的指导教师，加入教师科研课题，培养自己的创新能力，同时提高实验设备的利用率。另外，不同专业的实验设备共享率亦低，教师和学生通过实验信息发布平台了解其他专业实验设备运行情况，增强不同专业实验设备共享，可进一步提高实验设备的利用率。

二、实验教学的改革与创新

针对安徽理工大学工程类专业实验教学体系存在的不足，急需对实验教学体系进行改革，主要从以下方面进行着手：

(1)实验室建设。为进一步加强实验教学来满足人才培养和工程教育专业认证的需要，学校和学院层面加大了对实验室建设的投入。借助国家级或省级“卓越工程师教育培养计划”、“专业综合改革试点”、“一流(品牌)专业”等项目的大力支持，增加原有设备的台套数，购买涉及材料制备、结构和性能表征的多套实验设备。根据近年来实验课程的教学规律，整合实验设备，优化实验室布置，使有限的实验室空间得到充分利用。另外，积极与企业洽谈合作，共建校企实验室，为各工程类专业实验教学的顺利开展提供了保障。在发展本科教学实验室的同时，针对专业教师不同的科研方向，建立材料科研实验室来满足学生个性化发展的需要。总之，在实验室建设方面，根据实验教学计划，购置相关设备，加大资金投入；按照各专业方向，整合实验室，优化实验空间；筹备建立校企实验室，扩大实验场所。

(2)构建科学的实验教学体系，规范实验流程，提高实验效率和实验设备利用率。以人才培养目标为基础，修订和完善培养方案，[9]科学合理地选择和设计实验项目和内容，加大实验课程学时数，增加探索性实验，构建一个指导性——专业性——综合性——创新性前后衔接顺畅的实验教学体系，达到与理论教学相融合的目的；规范实验流程，为每个实验项目制定详细的实验运作方案或实验思路，确保实验顺利进行，提高实验效率；建立健全各个实验室的规章制度，学生进入实验室前，对其进行实验安全培训并加强实验过程监管，保障实验室安全；建立预约实验室管理办法，对学生开放实验室，使学生进实验室不再是难事，以“大学生创新创业训练”、“挑战杯大学生课外科技活动”等项目为锲机，积极引导学生走进实验室，提高学生做实验的积极性和实验设备的利用率；同时，积极将专业教师的科学研究项目转化为本科实验教学项目，提高综合性、探索性实验的比例，培养学生独立思考问题和解决实际问题的能力。总之，在构建实验教学体系方面，根据培养目标，修改实验教学计划，加大探索性实验项目，制定实验运作方案；完善实验室安全制度，按期对学生进行安全培训，加大宣传，引导学生参加教师科研项目。

(3)师资队伍建设。师资队伍建设决定了专业实验教学水平，在一定程度上影响学生的工程实践能力。为解决理论课教师缺乏实验经验和实验教师缺乏理论知识的不足，安排理论课教师和实验教师共同参与实验教学，取长补短；为进一步提升实验教学水平，定期有计划、有目标地安排青年教师到企业参加科研合作和工程实践；将有丰富实践经验的现场人员请到学院举办讲座，与教师和学生进行充分交流，提高教师的现场实践能力；通过引进具有丰富工程实践经验的技术人员补充到实验教学团队或聘请企业人员担任兼职实验指导教师，可进一步优化实验师资队伍结构，打造一支既有扎实理论基础又有较强实验能力的实验教学团队。总之，在师资队伍建设方面，制定相关政策，实验教学任务由理论课教师和实验教师共同承担；有计划地安排教师到企业挂职锻炼；聘请企业兼职教师，共同指导实验教学和毕业设计(论文)。

(4)实验教学方法和成绩评定方式改革。工程教育专业认证是以学生为中心，考核学生学到了什么，而非老师教了什么。老师如何去教才能让学生更好的学一直是一个研究的热点问题。在传统的实验教学中，学生往往根据实验指导教师的讲解机械地重复实验，无法培养学生创新能力中独立思考问题和解决问题的能力，急需对传统实验教学模式进行改革。采用“以学生为主教师为辅”的教学模式，[10]通过指导教师的积极引导，学生查阅资料、自主设计实验步骤，根据实验内容自主选择实验设备，独立或合作完成实验项目，这不仅能调动学生实验的积极性，提高实验教学质量，还能培养学生思考问题和解决问题的能力，从而可培养学生的实践创新能力。此外，在实验教学的过程中，指导教师有足够的时间了解学生实验前准备是否充分、实验设计是否合理、实验操作是否规范、学生间是否有交流与合作等，同时指导教师可随机提问，了解学生对实验的掌握情况，从而达到对学生整个实验过程的监控，并及时记录。结合实验报告的撰写情况，如撰写是否认真、对实验原理理解是否透彻、数据分析是否合理等，给出学生最终的实验成绩。这种全流程成绩评价方式，既能保障学生成绩的公平公正，又能提升学生独立思考能力和创新能力。总之，在实验教学方法和成绩评定方面，改进教学方法，以学生为主导进行实验教学；对学生实验各部分成绩进行细分，制定实验成绩评定表，客观评价学生实验成绩。

(5)建立健全实验教学信息交流平台。充分利用学院网站，建立实验教学信息模块，实现实验信息的网络共享。首先要实时更新各实验设备所处的实验室、实验设备信息与运行情况以及相关设备负责人，实现实验设备的开放化管理，同时严格执行实验设备的使用登记制度，规范使用，这样既可以提高实验设备的利用率，又能减少仪器设备的损坏。其次建立健全实验耗材申领、购置、使用、放置等信息登记，加强实验耗材的管理，减少不必要的浪费，对危险药品的使用和存储进行实时监控，确保实验室安全。再次实时更新各实验室实验情况、教师科研课题以及研究方向，为有意愿参与实验科研任务的学生提供有效信息，他们可以根据自己的学习任务以及掌握的综合知识独立选择实验内容和合适的指导教师，合理安排自己课余时间进行实验研究，充分提高实验室的利用率。建立健全实验教学交流平台，有助于学生了解实验教学运行情况，熟悉实验室，选择自己感兴趣的科研课题，积极主动参与到科研中来。同时实验教学交流平台可以加强学生与教师之间的交流，了解学生学习和科研情况，给予学生线上指导，激发学生勇于探索未知的热情。总之，在建立实验教学信息交流平台方面，建立包含实验设备、实验耗材、实验室规章制度、实验教学任务等信息的实验教学交流平台，为教师和学生提供便捷。

高校实验室集中了主要的教学资源和技术设备，对教学、科研和技术开发提供了强有力的支撑，是实验教学、科学研究与社会服务的重要阵地，是培养创新人才必不可少的重要条件。[11]实验教学使学生更接近实际，更易启发学生的创新思维和培训学生的动手能力，是培养创新人才的重要手段。然而在实验教学过程中，安全事故时有发生，造成人员和财务的重大损失，因此保障实验室安全是头等大事。[12-13]建立健全实验安全保障制度，完善实验室建设，努力建设一支结构合理高水平的实验队伍，为培养适应社会及行业发展需要的具有较强工程实践能力和创新能力的工程技术人才提供发展空间。

三、结束语

工程类专业实验教学是培养学生实践能力和创新能力必不可少的重要环节。在工程教育专业认证背景下，急需对实验教学进行改革与创新，要不断完善实验室建设，优化实验内容和实验教学团队，完善实验教学方法和成绩评定方式，建立健全实验教学信息交流平台，以学生为中心，激发学生主观能动性，培养学生独立开展科学研究的能力，并根据学生培养情况，总结经验，持续改进。