高校熱工實(shí)驗教學(xué)管理模式的探索與實(shí)踐

實(shí)驗教學(xué)是培養學(xué)生實(shí)踐動(dòng)手能力和創(chuàng )新研究能力的關(guān)鍵教學(xué)環(huán)節，隨著(zhù)國家對高等教育教學(xué)改革的穩步推進(jìn)，一批的實(shí)驗教學(xué)示范中心和虛擬仿真中心在全國高等院校相繼成立，這些中心的成立極大地推動(dòng)和改善了高?，F有的實(shí)驗教學(xué)條件，為培養創(chuàng )新型的復合人才提供了強大的基礎保障。本文依據2013 年制定的“武漢理工大學(xué)章程”有關(guān)人才培養的目標定位，即適應能力強、實(shí)干精神強、創(chuàng )新意識強的“三強人才”，同時(shí)結合能源與動(dòng)力工程學(xué)院提出的“理論與實(shí)踐并重、基礎實(shí)驗與專(zhuān)業(yè)實(shí)驗相結合、技能訓練與創(chuàng )新培養并行”的實(shí)踐教學(xué)理念，在構建實(shí)驗課程開(kāi)放教學(xué)管理模式、提升實(shí)驗教學(xué)基礎條件、注重學(xué)生基本技能和創(chuàng )新能力的培養、完善教學(xué)管理評價(jià)機制四個(gè)方面進(jìn)行了深入的研究與探索，逐步形成了以學(xué)生能力培養為重心、以科技創(chuàng )新為中心的實(shí)驗室開(kāi)放教學(xué)管理體系。
1 借力網(wǎng)絡(luò )通信技術(shù)，探索實(shí)驗室動(dòng)態(tài)預約管理新模式
實(shí)驗室開(kāi)放是實(shí)驗室設備資源有效利用的主要途徑，也是本科教學(xué)過(guò)程中非常重要的一個(gè)環(huán)節。實(shí)驗室開(kāi)放面向的對象一般是高校教師、工程技術(shù)人員和在校大學(xué)生，目前大多數工科類(lèi)實(shí)驗室采用的預約管理模式可以歸納為以下兩種類(lèi)型: ①電話(huà)預約模式。由于實(shí)驗室某些儀器設備的價(jià)格比較昂貴或者儀器設備主要為科研項目服務(wù)，導致設備管理人員不愿意或者沒(méi)有時(shí)間進(jìn)行開(kāi)放管理，而其他需求人員只能采取打電話(huà)的方式進(jìn)行協(xié)商預約。此類(lèi)模式的缺點(diǎn)是信息不透明而導致實(shí)驗室開(kāi)放程度嚴重不足，設備資源利用率低。②網(wǎng)上預約模式。
實(shí)驗管理人員根據實(shí)驗室設備臺套數、學(xué)生人數和實(shí)驗項目等實(shí)際情況進(jìn)行預先排課，學(xué)生在規定的時(shí)間內以班為單位進(jìn)行選課，此類(lèi)模式由于時(shí)間段基本固定和實(shí)驗項目單一而缺乏靈活性，*不能滿(mǎn)足未來(lái)小批次、創(chuàng )新型、跨專(zhuān)業(yè)的開(kāi)放實(shí)驗教學(xué)需求。
針對熱工實(shí)驗室存在設備臺套數少、實(shí)驗人數多、實(shí)驗課時(shí)分散等實(shí)際情況，學(xué)院相關(guān)部門(mén)組織專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員設計開(kāi)發(fā)了一套基于手機微信的實(shí)驗教學(xué)管理系統，該軟件系統以PHP 作為后端框架、MySQL 作為后端數據庫， 前端采用AngularJS、jQuery 進(jìn)行頁(yè)面交互處理。管理系統充分利用手機微信用戶(hù)查收與發(fā)布信息便捷的特點(diǎn)，進(jìn)行實(shí)驗設備和實(shí)驗項目的動(dòng)態(tài)信息管理，整個(gè)信息板塊可以分為三大部分: 學(xué)生板塊、教師板塊和管理員板塊。教師、學(xué)生和其他授權的用戶(hù)可以實(shí)時(shí)地查看實(shí)驗室現有資源的使用情況，了解實(shí)驗室發(fā)布的資源狀態(tài)，并可結合個(gè)人的需求進(jìn)行設備和項目的預約申請，后臺管理員和指導教師也能在時(shí)間內進(jìn)行預約申請的回復，了解用戶(hù)各種反饋信息等內容，因此，可以將這種模式稱(chēng)之為“微信動(dòng)態(tài)預約模式”，學(xué)生利用這套教學(xué)管理系統進(jìn)行實(shí)驗預約的流程如圖1 所示。

圖1 微信平臺學(xué)生在線(xiàn)預約流程圖
2 加強實(shí)驗室建設，提升實(shí)驗室開(kāi)放管理的基礎條件
專(zhuān)業(yè)實(shí)驗室的全面開(kāi)放必然會(huì )出現實(shí)驗工作量加大、指導教師人數不足及設備維護費用增加等實(shí)際問(wèn)題，伴隨著(zhù)現代科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，高校教學(xué)管理部門(mén)和實(shí)驗室管理人員必須著(zhù)眼于專(zhuān)業(yè)未來(lái)的發(fā)展和社會(huì )需求，做好專(zhuān)業(yè)實(shí)驗室建設的中長(cháng)期規劃。普通高校對于通用性較強的實(shí)驗室( 如計算機實(shí)驗室) ，一般是通過(guò)增加設備臺套數或及時(shí)淘汰舊設備來(lái)滿(mǎn)足開(kāi)放實(shí)驗的需求，但對于相關(guān)專(zhuān)業(yè)基礎實(shí)驗室和專(zhuān)業(yè)實(shí)驗室，如果頻繁地增加或更新實(shí)驗設備顯然會(huì )遇到較大的問(wèn)題，究其原因主要是由于實(shí)驗場(chǎng)地有限、設備購置費或維護成本較高和專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員不足這三個(gè)因素造成的。針對上述問(wèn)題，能動(dòng)學(xué)院熱工實(shí)驗室的條件建設主要從以下三個(gè)方面進(jìn)行了改進(jìn)。
( 1) 整合現有的房屋資源，擴大實(shí)驗室的使用面積。學(xué)院在2014 年底通過(guò)合并相關(guān)實(shí)驗室、調整有關(guān)辦公用房，使熱工實(shí)驗室的房間數量由原先的3 間( 約220m2 ) 增加到現在的6 間( 約450m2 ) ，極大地改善了實(shí)驗室的教學(xué)環(huán)境。
( 2) 爭取學(xué)校的本科實(shí)驗建設經(jīng)費，購置符合專(zhuān)業(yè)發(fā)展的實(shí)驗設備。熱工實(shí)驗室技術(shù)人員和專(zhuān)業(yè)教師通過(guò)一年左右的調研，先后采購了34 臺( 套)新設備，其中的18 臺( 套) 設備是次購置，這些設備的購置不僅拓寬了實(shí)驗教學(xué)的內容，而且為本科生的自主創(chuàng )新和科學(xué)研究提供了一個(gè)很好的試驗平臺，圖2 所示為新購置的太陽(yáng)能集熱器性能測試試驗臺。

圖2 太陽(yáng)能集熱器性能測試試驗臺
( 3) 引進(jìn)專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員，優(yōu)化熱工實(shí)驗室的教
師隊伍。能動(dòng)學(xué)院熱工開(kāi)放實(shí)驗室在成立前僅有3名實(shí)驗專(zhuān)職教師，他們每學(xué)年需要承擔17 個(gè)自然班的實(shí)驗教學(xué)任務(wù)和相關(guān)的實(shí)驗管理工作，通過(guò)測算得知實(shí)驗室開(kāi)放后，實(shí)驗教學(xué)工作量是實(shí)驗室未開(kāi)放前的兩倍左右。為了應對實(shí)驗室開(kāi)放后的大量工作需求，提高開(kāi)放性實(shí)驗教學(xué)的效果，同時(shí)解決實(shí)驗教師老齡化的問(wèn)題，熱工實(shí)驗室通過(guò)學(xué)校人事部門(mén)公開(kāi)招聘了2 名相關(guān)專(zhuān)業(yè)的碩士研究生，在一定程度上改善了現有實(shí)驗室的教師室通隊伍結構。
3 改革實(shí)驗教學(xué)手段，注重學(xué)生基本技能和創(chuàng )新能力培養
傳統的實(shí)驗教學(xué)過(guò)程主要體現在“講解”和“演示”兩個(gè)方面，以課時(shí)數為2 學(xué)時(shí)的一次普通實(shí)驗教學(xué)為例，由于課程實(shí)驗課( 非獨立實(shí)驗) 往往不被學(xué)生所重視，為了實(shí)驗設備和操作人員的安全，指導老師一般會(huì )占用15min 左右的時(shí)間講解實(shí)驗原理、實(shí)驗步驟和實(shí)驗數據處理等內容，然后進(jìn)行實(shí)驗設備的演示操作。一般簡(jiǎn)單的驗證性實(shí)驗大概需要10min 左右才可以完成演示操作，而綜合性實(shí)驗的演示操作時(shí)間會(huì )更長(cháng)，如果實(shí)驗小組分配的人數過(guò)多，就會(huì )出現學(xué)生在實(shí)驗室“看實(shí)驗而不做實(shí)驗”的怪現象，極大地削弱了實(shí)驗室實(shí)踐動(dòng)手能力培養的功能。針對上述問(wèn)題，熱工實(shí)驗室主要從
以下三個(gè)層次進(jìn)行了改革。
(1) 將原有“集中少批次”的分組教學(xué)模式改
為“分散多批次”的開(kāi)放教學(xué)模式，實(shí)現實(shí)驗項目的全面開(kāi)放。譬如實(shí)驗項目“穩態(tài)平板法測定絕熱材料導熱系數”在人數為35 人的自然班中可分為9個(gè)批次，每批次安排4 人( 確保一人一臺設備) ，學(xué)生可以根據自己的時(shí)間安排，通過(guò)手機微信平臺預約該項目的實(shí)驗，這種開(kāi)放教學(xué)模式不僅增加了學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐的機會(huì )，同時(shí)也提高了實(shí)驗設備的利用率。
(2) 將原有“教師主導，學(xué)生模仿”的被動(dòng)教
學(xué)模式改為“學(xué)生操作，教師指導”的主動(dòng)教學(xué)模式，提高實(shí)驗室開(kāi)放的教學(xué)效果。為了減少實(shí)驗課堂中教師的直接指導次數，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習興趣，通過(guò)微信網(wǎng)絡(luò )平臺提供的豐富學(xué)習素材( 包含實(shí)驗指導書(shū)、實(shí)驗操作錄像、實(shí)驗虛擬動(dòng)畫(huà)等) ，加強學(xué)生在實(shí)驗預習階段的檢查與考核，通過(guò)考核的學(xué)生，實(shí)驗操作可以由學(xué)生本人來(lái)完成，指導教師僅僅起到“助手”的作用，從而強化了學(xué)生自主學(xué)習的能力。
(3) 積極開(kāi)展本科生科技創(chuàng )新活動(dòng)，擴大實(shí)驗室在學(xué)生群體中的影響力。熱工實(shí)驗室結合學(xué)校的相關(guān)政策和激勵措施，以“一師一團隊”的模式鼓勵相關(guān)專(zhuān)業(yè)教師參與指導大學(xué)生的科技創(chuàng )新，通過(guò)學(xué)校組織的大學(xué)生創(chuàng )新創(chuàng )業(yè)訓練計劃、本科生自主創(chuàng )新研究基金項目和大學(xué)生節能減排社會(huì )實(shí)踐與科技競賽項目等活動(dòng)，不僅促進(jìn)了大學(xué)生創(chuàng )新能力的培養，而且使學(xué)生充分認識到實(shí)驗室在科技創(chuàng )新過(guò)程中發(fā)揮的重要作用。近三年來(lái)，熱工實(shí)驗室指導
的大學(xué)生科技創(chuàng )新等競賽活動(dòng)獲得獎2 個(gè)、校級獎3 個(gè)，極大地鼓舞了同學(xué)們參與實(shí)驗課程學(xué)習的熱情，部分科技創(chuàng )新的作品如圖3 所示。

圖3 空調系統節能控制實(shí)物裝置
4 直面教學(xué)實(shí)際問(wèn)題，完善教學(xué)管理評價(jià)機制
實(shí)驗教學(xué)管理涉及到教師、學(xué)生、實(shí)驗室、教務(wù)部門(mén)及后勤部門(mén)等諸多方面，而在實(shí)際教學(xué)過(guò)程中總會(huì )遇到這樣或那樣的問(wèn)題，為了及時(shí)有效地解決問(wèn)題，確保本科實(shí)驗教學(xué)的教學(xué)質(zhì)量，引入合理的評價(jià)機制是非常必要的。目前，多數高校對實(shí)驗課程的評價(jià)方法采用如圖4 的指令性評價(jià)模式，這種評價(jià)模式一般是每學(xué)期末進(jìn)行一次，由于填報的信息不及時(shí)或不客觀(guān)，加上高校對實(shí)驗教師的偏見(jiàn)，導致實(shí)驗教學(xué)設備出現“罷工”或“帶病工作”的現象，相關(guān)指導教師也缺乏上課的激情，*不能滿(mǎn)足實(shí)驗室開(kāi)放的基本要求。為了強化實(shí)驗室的開(kāi)放教學(xué)管理，提高教學(xué)管理水平和教學(xué)效果，采用如圖4 所示的三位一體評價(jià)模式是非常必要的，這種評價(jià)模式由于采用了閉環(huán)相互監督的機制，極大地提高了教師、學(xué)生和教學(xué)管理部門(mén)的參與度，通過(guò)與課程同步的“在線(xiàn)意見(jiàn)反饋”信息欄，教學(xué)管理部門(mén)、指導教師和學(xué)生就能及時(shí)發(fā)現各自存在的問(wèn)題，并在學(xué)校相關(guān)政策的激勵和正確引導下及時(shí)有效地解決問(wèn)題，為實(shí)驗室的開(kāi)放教學(xué)管理工作提供了強有力的保障。
圖4 實(shí)驗教學(xué)管理評價(jià)模式
為了客觀(guān)地評價(jià)每一位學(xué)生的學(xué)習效果，熱工實(shí)驗室采用了多環(huán)節多方位的評價(jià)方法，即網(wǎng)上預習占總成績(jì)的20%，實(shí)驗前測試報告占總成績(jì)的20%，實(shí)驗操作占總成績(jì)的30%，實(shí)驗總結報告占總成績(jì)的30%。該方法覆蓋了學(xué)生的實(shí)驗預習、課堂紀律、實(shí)驗操作、實(shí)驗結果與實(shí)驗報告的全部過(guò)程，因此，能全面、客觀(guān)地評價(jià)學(xué)生實(shí)驗課程的學(xué)習效果，其中暴露出來(lái)的問(wèn)題對實(shí)驗教學(xué)管理提出了更高的要求，極大地促進(jìn)了教學(xué)改革的良性循環(huán)。
5 結語(yǔ)
高校實(shí)驗教學(xué)管理的改革往往會(huì )涉及到多方面因素，我們依照學(xué)校相關(guān)政策對熱工實(shí)驗室進(jìn)行了開(kāi)放教學(xué)管理的實(shí)踐研究，得到了一些成功的教學(xué)管理經(jīng)驗，為學(xué)校其它專(zhuān)業(yè)實(shí)驗室的教學(xué)管理改革提供了參考依據。為了擴大專(zhuān)業(yè)實(shí)驗室參與開(kāi)放教學(xué)管理的積極性，發(fā)揮已有開(kāi)放實(shí)驗室的示范作用，高校及其二級學(xué)院的教學(xué)主管部門(mén)必須建立著(zhù)眼于未來(lái)的長(cháng)效管理機制，包括實(shí)驗室開(kāi)放過(guò)程中定期的經(jīng)費投入、一線(xiàn)指導教師的激勵政策和合理的評教策略等。伴隨著(zhù)社會(huì )信息化的快速發(fā)展，教學(xué)資源共享和“虛實(shí)”結合的教學(xué)方法必然是未來(lái)實(shí)驗教學(xué)發(fā)展的主要趨勢，而以學(xué)生技能訓練和創(chuàng )新能力培養為主要目標，在教師主導下的實(shí)驗教學(xué)管理改革一定會(huì )發(fā)揮巨大的作用。