基于工程认证的机电专业实验教学创新研究

李海燕，赵汗青，李海宝，闵振辉，万丰

（1.黑龙江科技大学 机械工程学院，黑龙江哈尔滨 150022，2.黑龙江科技大学 理学院，黑龙江哈尔滨 150022）

随着新时代的到来，社会对教育、教师及人才培养提出了许多新要求，实验教学真正回到实践能力的培养这个教学目标上来。实验教学要注重学生将理论应用于实践的能力[1，2]。在工程认证的要求下，实验教师要提高认识，深刻思考实验教学如何进一步创新，如何进一步确立“以学生为中心”的教学理念，研究如何使得自己的实验课在创新的同时向高阶努力[3，4]。

1 教学理念和教学形式的研究

1.1 “以学生为中心”的教学理念的思考

立德树人是教育的根本任务。培养什么样的人，是教育要解决的重要问题。实验教学的创新关键在于对“以学生为中心”的教学理念的创新，跟不上新的教育理念，就谈不上创新教育。新技术、新产业、 新经济的发展，直接影响着教育事业的发展。学生对知识的学习可以经过教师对相关内容的介绍和启发获得，也可以学生之间利用必要的学习资料进行研讨获得。教学应以学生为本，注重学生独立设计实验方案并完成实验的能力。如何践行这种“以学生为中心”的教学理念，就是实验教师应该深刻思考的问题。

1.2 “启发式”实验教学的研究与思考

实验教师要注重启发式教育，引导学生发现问题、分析问题、解决问题，在不断启发中让学生水到渠成得出实验结论。有时教师要辨清某个知识点学生是否听懂了，教师要想办法让学生学下去、学明白，学懂学会才是教师从事教育应有的思维理念。这个教学过程是以学生为中心的，学生是主体，教师将内容转变成问题提出，教师设计情景激发学生的积极性，运用教师的经验和判断力，引导学生进行研讨。

2 线下实验教学的创新研究

2.1 提高工程创新思维能力的实验教学内容设计

以本科机电专业实验课程为例，讨论实验教学内容的设计。首先，按照工程教育认证标准，要确定教学目标。其次，要明确专业课程实验对应的毕业要求指标点，接下来的教学活动都必须围绕这个教学指标点来进行。再次，对照指标点要求设计在实验课堂上要讲述的内容并渗透给学生本专业的思维方式。讲述的内容一定要紧扣指标点，加入已学的相关专业知识，以提起学生对实验的浓厚兴趣，会为学生接下来的实验提供思维路径、解决实验中遇到的问题，为学生完善自己的实验方案设计提供思路和探究方式，以解决实验中遇到的各种问题。最后，对不同实验内容采用不同教学方法。可以启发和鼓励学生在实验中主动完成实验操作，总结实验过程中所得技巧及实验中通常可能会出现的问题等。操作中一定要注意一些问题，例如：传感器的选择必须符合工程应用条件及精度等，在使用和安装时，必须符合测量范围和便于实验操作等，以此来确保实验准确度。此外，根据工程教育认证的标准，遵循安全第一的原则，强调实验安全事项。

2.2 提高工程创新思维能力的实验教学形式

课前学习环节，教师根据课程教学目标和教学计划，为学生安排课前预习任务。这一环节通过网络实现，学生选择通过QQ、微信号等下载实验指导书和实验报告的格式，对实验进行预习。具体内容有实验教学指标点、实验目的、实验内容及原理、方案设计、实验操作步骤等。在实验课上，实验教师可以鼓励学生对照相关专业知识和学习的相关内容及已有经验对实验任务进行进一步的设计，通过仿真对自己的方案进行论证，在确保没问题时可以进行实验操作，例如：本科机电专业《可编程控制器及其应用》这门课程的实验，就是学生自主进行实验方案的设计，通过仿真软件进行仿真，仿真合理后，进行实物连线、程序导入、程序运行等。在操作过程中避免丢步骤的现象，读取数据也是有标准要求的，所以为了确保实验的顺利进行和数据的准确，教师要向学生明确要求，必要时试操作。在学生用自己设计的方案进行实验时，教师要鼓励学生，特别是当遇到困难时，要引导、启发学生，必要时教师要帮助学生解决实验中遇到的问题，或者通过组织学生开展问题探究、协作学习、互动交流等方式来完成实验及相应的分析与研究[5]。

2.3 培养工程创新能力的高阶思考

实验教学的高阶思考源于实验内容又高于实验内容。一些不确定的测量、数据采集、特性测量等，即是我们进一步思考和研究的内容。例如： 某个颜色识别实验，观察到的颜色和测得的结果有时是对不上的，这就要思考是什么原因造成的，是否是环境问题、 温度问题、表面粗糙问题，有没有其他不确定性因素等，那么应该从几个方面考虑，并对测量程序进行改进。对于速度的测量，有时会出现波形不整的情况；对于计数的测量有时会出现采集到波形却没有计数的现象等，这些都需要鼓励学生去发现和分析，以此来提高学生的高阶思维能力，以更圆满地完成实验课程的学习任务，促进学生提高对知识或信息的获取能力，让学生的能力在实验中得到认可，从而提高学生的科研能力。

3 线上实验教学的创新研究

在网络教学过程中，学生的认识是一个复杂的过程。学生与学生、学生与教师之间的信息交流是形成知识建构的有效途径[6]。新冠肺炎疫情环境下，教育部号召停课不停学，各高校理论教学相应开展线上教学，同时，实验教学也有相应要求，实验教师进行了线上实验教学研究。据了解，有三种形式的实验教学：第一种，把整个实验录一遍，给学生播放。第二种，录片段，结合实验内容和理论知识进行线上讲解。第三种，在操作环节与学生线上互动，教师同时扮演学生和教师两个角色。线上实验教学的建构重在课件内容的研究与精心制作、线上课堂的建立等[6]。

3.1 线上实验教学课件内容的研究与制作

课件的制作要符合人才培养目标的要求，机电专业以工程认证为标准，以培养学生实践能力、动手能力和创新能力为核心，形式多样化，考核过程化，符合应用型人才培养的要求。课件制作包括两部分，一部分要录制视频片段和拍摄照片，一部分要准备理论讲解的课件内容，讲解和图片、视频要配合来完成。因此，我们结合机电专业学生的工程教育认证标准，对实验教学内容进行了设计。

第一，安全教育是必不可少的，所以实验室的安全操作规程一定要讲，而且同时配有视频，边播放课件边讲解。同时要明确该专业课程实验对应的毕业要求指标点的内容，接下来的教学活动都应围绕这个教学指标点来进行，并要明确考核标准。

第二，对照指标点要求设计在实验课堂上要讲述的内容和渗透给专业学生本专业的实验思维方式。讲述的内容一定要紧扣实验，加入相关专业理论知识，以引起学生对实验的兴趣，专业实验的思维方式会为学生接下来的实验提供思维路径和操作过程及遇到问题的解决途径，为学生完善自己的实验方案设计提供思路和探究方式，以解决实验中遇到的各种问题。

第三，对不同实验内容采用不同教学形式。可以用启发和鼓励的方式让学生总结以往实验过程中所得的实验技巧、实验中通常可能会出现的问题等，以此来确保实验的完成。例如《可编程控制器及其应用》实验就用到了软件仿真，要引导学生应用软件及进行程序设计和相关知识的查阅。在实验中加入工程应用的介绍，并配有相关视频，能进一步激发学生的学习兴趣。

第四，强调注意事项，有数据处理分析的实验，要举例讲解实验的数据处理与结果分析，画图的部分要重点讲解画图过程要注意的问题及绘制标准。

3.2 线上实验教学课堂的建立

笔者请教了有关教师和学生，寻求有效良好的课堂环境以便上好线上实验。经了解，网课可以选用雨课堂、钉钉课堂、QQ 课堂、腾讯会议等。由于实验课有大量视频，需要选个不卡顿、不延迟的网络平台。如果用腾讯会议上课，最好是提前预约会议时间，预约后，把地址和密码发给学生，并告诉学生进入时间，让学生提前几分钟进入会议，以免上课时间到了，大家一起进入会议会出现卡顿，有时多人还容易登录不上去，影响上课进程。

3.3 本专业其他课程线上实验教学的思考

除了《机床电气》和《可编程控制器及其应用》课程外，《测试传感技术》《控制工程基础》《机电传动》等课程实验，需要测量数据的，可以按实验设备台套分组，给每组录制一个操作过程，在记录数据时适当停几分钟，等待学生记录完数据再继续播放视频。当然对于有软件仿真和实物操作的实验，比如《可编程控制器及其应用》，就可以先使用软件仿真，仿真后，指导教师按学生分析的方案和操作进行试运行，对实验中观察到的现象加以指导。

4 实验成绩的考核

4.1 线下实验成绩考核标准

按照工程教育认证标准，实验成绩要占总成绩的10%。其中，实验过程占实验成绩的50%，实验报告占实验成绩的50%。实验过程中动手能力占20%、解决问题能力占20%、团队合作能力占10%；实验报告中数据准确占20%、 实验分析处理占20%、 内容规范性占10%。对于实验过程，满分的要求是能够做到预习报告非常完整；熟悉仪器设备、熟练操作，团队协作高效运转；实验方案非常合理，准确流利回答问题；熟悉仪器设备、熟练使用，圆满完成分配任务、并能协助同组成员；全面深入了解实验的整个过程；熟悉仪器设备、熟练使用，团队协作高效运转。对于实验报告的考核，数据记录、处理分析完整和准确，报告非常规范完整的为满分。

4.2 线上实验成绩考核

线上实验，网络课堂占50%，实验报告占50%。结合线下标准，学生没有互动，进行减分；积极回答问题给满分；能根据教师的讲解，提出问题，并积极分析的给满分。学生分组，组长协同教师掌握出勤情况，在小组论时如果有不积极不参加等情况，视为课堂不积极，要减分。实验报告要有课堂关键部分的截图，要有实验过程分析总结。实验报告内容合理、 分析正确的给满分，内容总结不全面的要减分，结果分析不合理的要减分，分析问题有深度的要加分。

5 结语

坚持创新的教育教学理念，按工程教育认证的要求，对机电专业的线下和线上实验教学进行了创新研究和教学实践。该教学实践提高了学生工程创新思维能力，可为工程教育认证专业培养学生的创新思维能力提供参考。