综合性实验教学研究与实践

2022-09-10

根据教育部《关于进一步加强高等学校本科教学工作的若干意见》文件要求, 加大综合性实验的开设比例, 提高学生的实践能力和创新能力, 已经是高等学校本科教学工作水平评估实践教学指标的重要考察点。如何有效的构建并实施综合性实验, 培养学生运用理论知识分析和解决问题能力、独立设计能力、创新能力、查阅文献资料能力, 是目前很多院校讨论的热点问题。

1 什么样的实验是综合性实验

综合性实验是指实验内容涉及本课程的综合知识或与本课程相关课程知识的实验[1]。

一般而言, 综合性实验的综合特征应体现在以下几个方面。

(1) 实验内容的复合性:旨在培养学生知识综合能力及综合应用能力。对基础课而言, 实验内容一般为涉及本课程的知识综合或系列课程知识综合, 而专业课则常常涉及相关课程或多门课程的综合知识。

(2) 实验方法的多元性:即综合运用两种或两种以上的基本实验方法完成一个实验任务, 培养学生运用不同的思维方式和不同的实验原理, 综合分析问题、解决问题、掌握不同的实验方法, 这样的实验即综合性试验。

(3) 人才培养的综合性:培养综合考虑问题的思维方式、运用综合的方法、手段分析问题、解决问题, 达到能力、素质的综合培养, 这样就体现了人才的综合性。

2 综合性实验改革的必要性

(1) 教学是实践教学内容体系中的核心之一, 综合实验除了能将相关各门课程内容有机地融合在一起外, 还能通过解决意料之外的问题, 拓展所学的知识, 锻炼学生查阅资料、团队合作、积极探讨的能力。

(2) 目前工程教育的目标是培养学生解决工程实际问题。但事实上现在的本科毕业生距离直接胜任工程师的岗位还有一定的困难。这个问题的实质就是要解决好理论联系实际的问题。开设近似工程实际的综合训练实验内容, 是提高学生应用和实践能力最有效的方法。

(3) 本科教学工作水平评估的要求是有综合性、设计性实验的课程比例应占有实验课程门数的80%以上, 这是国家高等教育评价体系的要求, 综合性实验改革也势在必行。

3 综合性实验教学的思路与实践

3.1 综合性实验有赖于单项实验

单项实验的练习, 有助于学生掌握基本知识点, 为综合性实验打下基础。这些实验针对的是课程中相应知识点的学习, 对于课程掌握有重要的作用。深入、准确的理解了这样的教学单元内容, 才有条件完成综合性实验目的任务。

3.2 综合性实验体现知识的综合运用

开设综合性实验应该本着实事求是的态度, 真正含纳多个知识点, 对培养学生综合应用、工程实践能力有益的, 才可以被认定。例如我们开设的计算机原理及控制类系列课程某综合实验, 这项实验的完成需要对51系统硬件、系统扩展等内容非常熟悉, 又要掌握较复杂软件的设计。项目分为4个部分, 系统功能设定和硬件设计、软件结构设计、编程实现、系统调试。通过实验将知识内容贯穿起来, 有了整体的认识, 知道怎样用学过的方法实现一个控制系统, 至此清晰了课程全貌和应用方向。这样, 综合性实验在将知识综合运用过程中, 增强学生兴趣, 启发思维, 提高动手能力与实际操作能力。

3.3 综合性实验体现学生的自主性

将综合性与设计性相结合, 可以激发学生的自主性。使用设计性的方法来建立综合实验, 让学生自己去尝试和摸索, 设计实验步骤、安排实验用具, 每一个实验结果都需要自己去思考和总结。综合实验可以由学生自己提出项目具体要求, 并据此设计方案, 教师审核后作为最终检查完成情况的依据, 学生就可以自由发挥, 自主性得到了充分的发挥, 学习兴趣大大提高。

4 综合实验的问题研究

4.1 学生先期的培训和团队的形成

学生的能力和素质的培养是个循序渐进的过程, 分为基本技能的培训、综合能力培训、设计能力培训。在此工程中, 学生应在共同的目标下恰当地扮演自己的角色处理好个人与集体的关系, 要有强烈的责任感, 较强的耐挫折能力, 为解决问题做出自己的努力。

4.2 指导教师要多元化, 方法多样化

指导好综合实验对教师自身的多方面素质提出了更高要求, 指导教师可以是教师, 也可以请实习基地具有实践经验的工程师进行联合指导, 甚至可以在实习基地完成, 真正理论联系实际, 正如我们开设的材料成型综合实验, 将课程设计、生产实习、综合实验相结合, 调动理论教师、实验教师和实习基地教师共同参与指导, 在实践中取得了理想的效果。

4.3 要正确处理与科研的关系

综合实验以提高学生对知识的掌握和技能的综合运用为目的, 并不是在完成科研项目, 要符合教学实际, 因此题目不宜过大过难。参加过综合实验的学生也可将此课题经验应用到毕业设计内容并深化研究。所以综合实验又开拓了进一步研究的空间, 提供了科研的新内容。这样科研促进教学, 教学又为科研服务。

4.4 实验室的管理

实验室应成立以专业来划分的、跨多个实验室的中心, 负责设备的使用维护, 耗材的购置。同时实验室在时间、设备上都应开放, 学生以小组为单位, 按照课题, 随时来完成综合实验的各个内容[2]。但综合实验内容涉及到跨专业的实验室, 学校应考虑统筹协调安排。

4.5 实验结果的评价

对综合实验的结果应进行评价来确保质量。内容包括:实验题目难度, 实验的条件, 内容的创新性, 对学生能力和素质综合训练的收效, 以及教学过程的指导是否达到预期目的等。参加综合实验的学生需提交实验总结及最终运行结果或加工出的零件, 还可统一组织答辩, 评定成绩。综合实验的结果已经成为学生求职就业的相当有效的材料。