浅议教学改革从设计为主线面向能力培养实验教学革新探索与实践

摘 要：针对我国高等教育传统的实验教学方式不能有效提高教学质量问题，提出了以设计为主线、以实践能力培养为核心的实验教学改革思路、方式方法和实施方案，并在一系列课程的实验教学过程中进行了深入的探索与实践，取得了较好的成效。
关键词：高等教育 教育质量 实验教学改革 探索与实践
传统的实验教学方式一般为演示性、验证性和操作性实验，基本上能够使学生达到对知识理解和掌握的目的，但也存在着学生上实验课的积极性不高、实验教学流于形式、实验操作走过场等问题，很难达到真正的实验目的，对学生实践能力的培养较为不利，严重地影响了高等教育的成效。对如何解决这些问题，在近几年的教学改革过程中，我们提出了以设计为主线、以实践能力培养为核心的实验教学改革思路、方式方法和实施方案，并在一系列课程的实验教学过程中进行了深入的探索与实践，取得了较好的成效。

一、以设计为主线，以实践能力培养为核心的实验教学改革思路

从实验的性质来看，可分为演示性、验证性、操作性实验和综合性、设计性、创新性实验两大层次。前者主要是理解实验原理、进行实验操作、综合分析讨论和论文报告（或称实验报告）的撰写的过程，是对知识的理解和掌握，基本上属于继承和接受前人的知识、技能，重复前人的工作范畴，这是科学实验入门的基础训练；后者是当学生经过一定数量的基础实验训练之后，有必要对学生进行具有科学实验全过程性质的设计性、创新性实验的训练，科学实验的基本程序大体包括：选择课题、课题调研、制定方案、实验过程、综合分析讨论和论文报告的撰写等。后者的综合性实验是介于两层次之间的，设计性实验才是培养实践能力和研究能力的，而创新性实验则体现了实验效果的最高境界。
以设计为主线、以实践能力培养为核心的实验教学突出的是设计为主线、以实践能力培养为核心，其宗旨是：实验教学以设计性实验和创新性实验为主，通过实验，充分调动学生学习的主动性、积极性和创造性，使学生在掌握了一定理论知识和实验技能的基础上，在教师适当的引导下，完成从实验设计到实验操作、书写论文式的实验报告的全过程，从而不断提高学生设计能力、实践能力、研究能力及创新意识，树立严谨的工作、科研作风和培养创新精神，有助于加强学生的综合素质教育。

二、以设计为主线，以实践能力培养为核心的实验教学改革的主要方法

1、由任课教师根据所学课程有关内容制定实验课题、实验内容及设计要求。在任课教师的指导下，学生利用本课程前面所掌握的系统设计工具及系统设计知识，对本实验进行系统分析，制定并完善实验设计技术路线，保证实验具有一定的创新性与可行性；
2、学生根据本实验课题、实验内容及设计要求，利用课外时间，查找相关资料，在任课教师的指导下，进行系统设计、仿真测试与完善；
3、在仿真测试完成后，在实验教师指导下，在实验室完成系统电路板及元器件的焊接、调试及完善等，进行实验数据的测试，并做好实验记录，及时整理、统计处理数据，分析实验结果；
4、最后按照科研论文的格式与要求书写实验报告，每人一份，锻炼每个同学的归纳、总结、综合分析能力与写作技巧，再由任课教师审阅、评分。

三、以设计为主线，以实践能力培养为核心的实验教学改革的作用和意义

1、由于实验的全过程是由学生独立自主完成的，实验的主动权在学生，不可能存在等待、依赖思想，能充分发挥学生的主观能动性和积极性，这是培养学生实践能力和创新精神的前提基础。
2、本方案实验的要求不是通常验证性、演示性实验的简单综合，而是更多地贴近工程实际、综合运用所学知识进行项目的设计和实现，含有创新因素，因此对学生既有挑战性又有压力，能激发学生的兴趣，这是培养学生实践能力和创新精神的动力源泉。
3、学生通过实验中的任务分析、方案制定、电路构思、硬件设计、软件编写、分步试验、制作实施、系统调试、指标测试、性能改进和报告撰写等全过程的实践和攻关，既能把所学的理论知识加以综合运用，又能把研究视野扩展到相关的知识领域，接触一些先进的元器件并加以运用。动手实践的能力得到实实在在的训练，发现问题和处理问题的能力会有实质性的提高，创新素质在这种潜移默化的过程中得以形成和提升。
4、由于实验的实施必须独立经历从第一步到最后一步的全过程，每个人的方案和实施方式各异，从学生的整体来看，充分发挥了各人的原创能力、设计能力和实施能力，由此也萌发出来不少对工程和社会有实际贡献的创作思路。实验的要求和技术指标也有利于促进学生之间在实施过程中的技术交流和问题的探讨、相互启发和取长补短，这种团队合作解决问题的氛围和条件是实验指导老师的能力所无法提供和满足得了的。
5、本方案在加强对学生素质和实践能力培养的同时，有助于快速地、高质量地把学生培养成为全面型、综合型、实用型的复合人才，对“卓越工程师教育培养计划”的实施，对拔尖创新人才的培养等具有积极的作用；

6、本方案的实施推广将会显著提高我国高等教育的成效，推动我国高等教育的发展。

四、以设计为主线，以实践能力培养为核心的实验教学改革的显著特点

　源于：论文参考文献格式www.618jyw.com
　1、本实验是上学期所学知识的继续，使系统设计由仿真设计进展为实物设计，与前面所学知识无缝链接起来，保持实践锻炼的连贯性，通过一年的系统设计锻炼，使学生完全能够掌握系统设计的精髓；
2、每一个实验都是一个完整的系统设计，培养学生查找资料、分析问题、解决问题等实践能力；
3、简单的一门实验课，学生的查阅资料能力、学习能力、设计能力、沟通能力、创新能力等都得到很好的培养和锻炼，为将来毕业设计、寻找工作、顺利踏入社会、成为栋梁之材奠定了良好的根基；

4、如果每一门课都是如此，我们培养的学生将会怎样呢？

五、以设计为主线，以实践能力培养为核心的实验教学改革的成效 1、由于实验的全过程是由学生独立自主完成的，实验的主动权在学生，不可能存在等待、依赖思想，能充分发挥学生的主观能动性和积极性，这是培养学生实践能力和创新精神的前提基础。
2、本方案实验的要求不是通常验证性、演示性实验的简单综合，而是更多地贴近工程实际、综合运用所学知识进行项目的设计和实现，含有创新因素，因此对学生既有挑战性又有压力，能激发学生的兴趣，这是培养学生实践能力和创新精神的动力源泉。
3、学生通过实验中的任务分析、方案制定、电路构思、硬件设计、软件编写、分步试验、制作实施、系统调试、指标测试、性能改进和报告撰写等全过程的实践和攻关，既能把所学的理论知识加以综合运用，又能把研究视野扩展到相关的知识领域，接触一些先进的元器件并加以运用。动手实践的能力得到实实在在的训练，发现问题和处理问题的能力会有实质性的提高，创新素质在这种潜移默化的过程中得以形成和提升。
4、由于实验的实施必须独立经历从第一步到最后一步的全过程，每个人的方案和实施方式各异，从学生的整体来看，充分发挥了各人的原创能力、设计能力和实施能力，由此也萌发出来不少对工程和社会有实际贡献的创作思路。实验的要求和技术指标也有利于促进学生之间在实施过程中的技术交流和问题的探讨、相互启发和取长补短，这种团队合作解决问题的氛围和条件是实验指导老师的能力所无法提供和满足得了的。
5、本方案在加强对学生素质和实践能力培养的同时，有助于快速地、高质量地把学生培养成为全面型、综合型、实用型的复合人才，对“卓越工程师教育培养计划”的实施，对拔尖创新人才的培养等具有积极的作用。

6、为后续实验教学改革和本项目的完善奠定了较好的基础。

通过“以设计为主线，以实践能力培养为核心”的实验教学改革，许多学生的设计能力、实践能力及其它各方面能力得到大幅度的提升。本实验教学改革也受到了学生的广泛好评。许多同学评价认为：这种实验教学改革无论是改革方案还是实际实现的过程，不得不说至少是在我所经历的课程改革中最成功的一次，很多同学学会了很多能实实在在用得上的东西。也是这次改革，向我们证明了大学的课程并非一无是处，并非只是为了考试而学习。绝大多数同学把握住了机会，利用单片机课程所学的系统设计知识设计自己的系统并做出实物，并不断大胆地设计自己的系统，并且完全可以在实际中应用，完全从书本的理论知识中走了出来，可以把理论的东西很好地应用在实际开发中，在课程改革中受益匪浅，能力得到质的飞跃。
本文为教育部人文社会科学研究“工程科技人才研究专项”成果（10JDGC011）、2012年度辽宁省普通高等教育本科教学改革研究项目成果。
作者简介：
张东阳，沈阳理工大学装备工程学院教师，副教授；张景异，沈阳理工大学卓越工程学院院长，教授。
参考文献：
郭广生、李庆丰：《培养创新人才呼唤教学方法大变革》，《中国高等教育》，2011年第18期。
林健：《面向卓越工程师培养的研究性学习》，《高等工程教育研究》，2011年第6期。
[3]浩 歌：《给力教育教学改革，创新人才培养模式》，《中国高等教育》，2011年第7期。
[4]别敦荣：《大学教学方法创新与提高高等教育质量》，《清华大学教育研究》，2009年第8期。