创新设计性实验项目在工科类本科生培养中的作用

韩海燕 闫永亮

（1.河北工程大学数理科学与工程学院 河北·邯郸 056038；2.河北工程大学信息与电气工程学院 河北·邯郸 056038）

0 引言

面对新时期的发展需求以及工业4.0高科技战略计划的提出，我国的工业及制造业等行业领域急需大量有一定工程素养和工程实践能力的工科类本科毕业生参与到行业的发展建设中[1]。面对新的人才需求，教育部积极推动新工科建设工作，2017年教育部高教司发布了《关于开展新工科研究与实践的通知》，并在国内高等院校中大力发展和推进“新工科”教育建设，在高校工科类本科生培养过程中形成合理的课程体系和专业知识架构，突出课程对工科类本科生工程素养、工程思维和工程实践能力的培养[2]，形成新时期的工科构架，以满足新的科学技术形式下我国的工业及相关行业对优秀工程类人才的需求[3]。

在传统的工科类本科生的培养方案中，有很多实验课程的设置，包括课程内实验和单独开设的实验课程，但是这些课程的设置大多数属于验证性实验[4]，其中综合设计类实验开设较少，而且这些综合类设计的课程设置的目的仍然是对课堂知识的巩固和理解[5]。为适应发展新工科、培养新型人才的建设背景，也为提高工科类本科生的工程素养和工程实践能力；针对一些工科类本科生的专业设置特点，特别是实验实践类课程的设置内容，提出一种在课堂知识掌握的基础上的创新性设计类实验项目，通过该类创新性设计实验项目的设置，不仅能够促进学生对课堂知识进行进一步的理解和掌握、激发学生的创新能力和设计能力，更能够通过整体设计性实验的实施培养学生的工程思维，也能够实现对学生工程实践能力的培养。

1 工科类学生工程能力的缺乏

因为课程设置和教学模式的影响，传统工科类本科生培养过程中缺乏对学生工程思维、工程素养和工程实践能力的培养，使得工科类本科生毕业时并不具备较高的工程实践能力，也不能满足当前新的工业革命形式下我国工业及相关行业对优秀工程类人才的需求。

1.1 理论课程中对学生工程思维培养缺乏

当前工科类本科生的课程设置中理论课程的课时仍然占据一半以上的比例，但是理论课程的设置并不影响对学生工程思维的培养，相反在大多数的工科类本科生的培养方案中，虽然不同工科类专业设置的课程都很大区别，但是各专业的工科生的课程设置中有很多门专业课程都与实际应用或工程应用有着密不可分的联系。在这些与实际应用密切联系的课程设置中，虽然课程性质是理论课，但是学生仍然可以在这些课程的授课过程中获得工程思维和工程素养的培养。可惜的是大部分课堂授课者只是将该类课程的内容当作课堂知识讲授，并不能结合课程的特点，融入对学生工程思维有益的相关内容。因此在这些专业课程的学习过程中，学生获得的只是理论知识的内容，而不能获得工程素养的培养，更不能将转化为自身的工程实践能力。

1.2 实验实践环节对学生工程能力培养不足

在工科类本科生的课程设置中有较多的实验课程或实践环节的设置，这些课程实验和实践环节是锻炼工科类本科生工程实践能力的宝贵平台。但是由于传统实验教学模式的影响，目前大部分高校中的实验课程的设置及开设的主要目的是在于对相应理论课程的知识验证，或者是对于某些实验设备及实验方法的简单操作。在这些实验项目的实施过程中，实验手册已经很详尽的讲述了每一步实验步骤和预期的实验效果或数据，因此在该类实验过程中学生的实际参与度很小，更多的是根据实验手册进行的实验操作，没有创新性和设计性的工作融入到实验过程中，得不到工程实践能力的培养。

1.3 专业教育过程中对学生创新能力要求欠缺

在当前大力发展新工科的建设背景下，从学校到学院，从学院到专业系室都应该对学生的专业教育中增加对学生创新能力的宣传教育，提高学生对创新能力的理解和培养创新能力的动力。但是目前大多数院校对学生的专业教育中缺乏对学生创新能力的要求和培养，因此导致学生对创新能力的重要性认识不足，也很难在课程学习过程中积极主动的培养自身的创新能力。

2 创新设计性实验项目对工程素养的培养

为改变于传统教学模式的影响，针对一些工科类本科生的专业设置特点，特别是实验实践类课程的设置内容，提出一种在课堂知识掌握的基础上的创新性设计类实验项目的授课方式，其设置的目的在于促进学生对课堂知识的理解和掌握、激发学生的创新能力和设计能力，通过整体设计性实验的实施培养学生的工程思维，也能够实现对学生工程实践能力的培养。

2.1 创新设计性实验项目对创新能力的培养

创新设计性实验项目首先是对学生创新能力的培养，在这一实验项目实施过程中，利用学生对理论知识的掌握，采用引导的方式激发学生利用已有的理论知识进行新的构思，能够将所学知识进行创新发现和拓展。在这一过程中，创新不仅仅是指知识或技术上的创新，也可以是已有的知识或技术在应用领域的创新、应用方法的创新、应用指标的创新等等。学生根据自身的优势和知识掌握的能力在不同层次上开展创新项目的实现，充分发挥学生的创新思维和创造能力。

在该类型的实验项目实施过程中，鼓励学生除了在实验授课教师所给出的实现项目之外，在结合实验室经费和已有设备的基础上自行提出相关的实验项目。在自行提出实验项目时，需要满足几点要求：首先是与本专业课程设置相一致，不能偏离本专业的课程设置内容；其次要求所提出的实验项目有可实施性和可操作性，不能是凭空臆想的实验项目；最后要求学生提出的实验项目有创新性，并能够指出其创新之处。满足这三点的实验项目可以列为拟实施的实验项目进行开展。

2.2 创新设计性实验项目对工程思维的培养

创新设计性实验项目的开设除了对学生创新能力的培养，更注重学生工程思维的培养。学生在课堂中学习的理论知识不仅需要在实验室中通过实验项目来验证，更需要在将来应用的实际需求中。因此在该创新设计性实验项目实施过程中，结合实际生活中的应用场景和应用需求，要求学生以工程师的思维来考虑和解决问题，对所提出的实验项目不仅进行实验操作，更是从工程思维的角度出发对实验项目进行综合因素的考虑，分析实验项目要求，提出设计方案，并在实验结束后对自己的工程思维能力进行总结和分析。

2.3 创新设计性实验项目对工程实践能力的培养

创新设计性实验项目除了注重学生的创新能力和工程思维的培养，还强调对学生进行工程实践能力的培养。在学生进行项目实施的过程中，要求学生从工程师的角度出发，以实际应用为指标进行实验完成工作。在实验项目实施过程中对应用场合、应用领域、应用环境、应用人群等因素进行充分的考虑，真正按照工程设计的标准进行实验项目的完成。在这个过程中可以将邀请其他同学或授课教师对项目进行模拟使用和模拟鉴定，根据鉴定者给出的意见对项目的实施过程进行完善和完成。通过这样反复的训练过程达到培养学生工程实践能力的培养。

3 结语

本文结合多年的实验教学经验，针对高校传统实验课程目的性单一、实验项目设置不灵活、不能够充分发挥学生创新和设计能力的特点，提出一种在课堂知识掌握的基础上的创新性设计类实验项目，通过该类创新性设计实验项目的设置，不仅能够促进学生对课堂知识进行进一步的理解和掌握、激发学生的创新能力和设计能力，更能够通过整体设计性实验的实施培养学生的工程思维，也能够实现对学生工程实践能力的培养。该类型实验项目的实施高校工科类本科生教育培养的发展研究探索了一条新的途径。