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實踐教學體系形式多樣,總體分為實踐教學和實踐訓練兩部分,且占總學分的比例不少于25%。(1)實踐教學分為實驗、課程設計、實習和畢業設計四大類。與理論課程相結合的實踐教學有課程設計、專業基礎、專業技術綜合性和設計性實驗環節與實習環節;獨立的實踐教學有開放性實驗、認識實習、生產實習、畢業設計等。在校內進行的實驗,充分利用校內基礎實驗室和專業實驗室完成;企業實踐要達到35周。(2)實踐訓練包括書面寫作訓練、科研訓練、大學生創新性計劃項目、學科競賽、網絡模擬煉鋼競賽、社會實踐等。實踐類課程訓練加強了學生了解工程實際、綜合運用多學科知識、各種技術和現代工具及儀器裝備,通過實驗、分析研究、計算等手段解決實際工程問題的能力。
二、開放性實驗的定位及規劃
冶金工程專業卓越工程師培養計劃開放性實驗項目的建設,是冶金工程專業卓越工程師培養計劃實踐教學的重要組成部分,使參與的學生具有冶金實驗以及數據分析的能力,可運用實驗方法和數據處理的理論方法,獨立且優化完成實驗設計、操作、結果分析等環節,為產品開發和質量提升提供合理的數據支持。
實驗教學以培養學生能力為目標,教學內容分基礎部分和綜合提高部分,并突出在生產實踐中的應用。這部分實驗的考核成績是根據學生實驗操作情況和報告撰寫情況綜合給出。部分實驗課題的內容結合科技工程發展,具有較強的創新意識、創造性思維能力,并在編制冶金生產工藝、制定冶金企業標準、調查分析冶金企業實際生產、優化實際生產過程、控制生產過程、實驗以及數據分析、應用計算機及信息技術解決冶金工程實際問題的過程中得以體現。
冶金工程專業開放性實驗要求學生重點掌握冶金實驗室和生產實踐環節常用檢測儀器與設備的名稱型號、結構、工作原理、使用方法、注意事項、維護等,以及掌握在冶金實驗研究和生產工藝過程中常用的分析研究方法的原理與操作等。教學中教師應注重實驗技術的講解和歸納,實驗課題除安排基本部分外,還應有不同深度的選做內容,以啟發學生的思維和創新意識。所有實驗均要求學生獨立操作,選做內容和帶有設計性、綜合性的實驗課題由學生自己設計實驗步驟進行探索式實驗。要求學生掌握實驗目的、實驗原理、實驗數據處理和分析方法,掌握利用所學的實驗技術和研究方法在生產實踐中的運用,能夠按要求完成實驗報告。在實驗前,要求學生認真學習實驗指導書,了解實驗原理和方法,掌握實驗設備和儀器的使用方法。
1.開放性實驗教學內容與要求
在冶金工程專業卓越工程師培養方案中為提高本科生的工程實踐能力,在已經開設的“冶金專業實驗”(12個綜合性、設計性專業基礎、專業技術實驗,共計48學時)實踐課程的基礎上,開發了8個全新的綜合性開放專業實驗(32學時),實驗學時增加到80學時。
冶金工程專業開放性實驗教學利用基礎理論講授、實踐操作和實驗數據的分析與應用,加強和鞏固了參與卓越工程師培養計劃的學生的實驗基礎與操作技能,培養了學生綜合運用實驗技能去解決實際問題的能力、增強了工程實踐能力;利用開放性實驗培養了學生的創造性思維和科學創新的精神。開發的綜合性開放專業實驗項目有:
(1)鐵礦粉造球與球團礦抗壓實驗。球團礦是除燒結礦外另一種為高爐提供“精料”的造塊方法。球團法是將細磨精礦制成能滿足冶煉要求的塊狀物料的一個加工過程。通過實驗掌握鐵礦粉造球的原理,研究影響造球過程的諸因素,確定最適宜的因素;成球機理與固結機理的研究;掌握球團礦抗壓強度機理。(2)精密火花直讀光譜儀的應用與實踐。通過實驗了解和掌握METAL-LAB75/80J型精密火花直讀光譜儀的基本結構、工作原理、基本操作方法、試樣的制備、維護保養知識等。(3)紅外測溫儀和紅外熱像儀的應用與實踐。通過實驗了解和掌握3i-2MSC型紅外測溫儀與VST-H型便攜式工業紅外熱像儀的基本結構、工作原理和基本操作方法等。(4)煤粉爆炸性測定實驗。通過實驗了解和掌握高爐噴吹煤粉長管式煤粉爆炸性測定儀測定機理。(5)煤的著火溫度測定。通過實驗了解和掌握高爐用噴吹煤粉的著火溫度測定機理及試樣制備等。(6)氧氮氫分析儀的應用與實踐。通過實驗了解和掌握G8GALILEO氧氮氫分析儀的基本結構、工作原理、基本操作方法、試樣的制備等知識。(7)同步熱分析儀的應用與實踐。通過實驗了解和掌握STA449F3綜合熱分析儀熱重/差熱同步分析儀基本結構、工作原理、基本操作方法、試樣的制備等知識。(8)巖相顯微鏡觀察與耐火材料荷重軟熔點測定實驗。通過實驗了解和掌握巖相顯微鏡的礦物觀察方法,以及耐火材料荷重軟熔點測定設備的基本結構和工作原理。
本課程為實踐性環節,通過本環節的學習使學生在完成“冶金傳輸原理”、“鋼鐵冶金原理”、“鋼鐵冶金學”、“冶金原料處理與工藝”、“冶金實驗技術”等課程后,鞏固了所學的冶金理論知識和冶金工藝流程等知識,掌握了冶金工程技術的基本實驗研究技能,培養了動手能力、科學思維、工程意識,以及綜合應用知識解決冶金工程實際問題的能力。綜合應用知識解決冶金工程實際問題的能力包括制定冶金生產工藝、制定冶金工程相關標準、調查分析冶金企業實際生產、優化實際生產過程、控制生產過程、實驗以及數據分析、應用計算機信息技術及軟件解決冶金工程實際問題等的能力。例如鐵礦粉造球與球團礦抗壓實驗教學環節從實驗原理、實驗設備到實驗操作過程都是生產工藝的模擬,可以使完成實驗的學生掌握鐵礦粉造球的原理,針對物料特性研究制取生球團的方法和工藝,確定最佳工藝參數;研究影響造球過程的諸因素,確定最適宜的因素;成球機理與固結機理的研究;掌握球團礦抗壓強度機理等。以提高學生生產實踐和科學研究的綜合素質為根本目的。
2.實驗教學方式
本課程的教學過程包括理論知識講授、實踐操作、研討與分析和實驗分析報告四部分,是一門理論與實踐結合較強的課程,學時分配見表2。要求學生重點掌握冶金實驗室常用儀器、設備的名稱、型號、結構、工作原理、操作方法、維護保養等,掌握在冶金實驗研究與生產工藝過程中的實驗研究技術。
實驗前由指導教師講解實驗的目的、原理、任務、要求、實驗守則及實驗室安全制度等。學生根據各個實驗的任務,10人一個實驗小組,在規定時間內依據課前預習相關實驗指導書的情況獨立完成實驗測定、數據處理與分析,并撰寫實驗報告。實驗前,學生必須認真閱讀實驗指導書,理解實驗的目的和原理,明確本次實驗中的各參數、實驗方法、儀器操作規程、條件控制以及安全問題等。這些檢查合格后,方可進行實驗。實驗過程中,要求學生勤于動手、細心操作、敏銳觀察、全面的思考分析鉆研問題,準確記錄原始數據。教師要對出現的異常實驗現象向學生提問,引導學生深入思考并提出合理化的解決方案,提高綜合考慮問題的能力,使學生學會分析和研究問題的方法。
開放性實驗教學是與理論課程、生產實踐相結合的實踐教學環節,突出了實踐操作能力和創新精神的培養。在校內進行的實驗要充分利用校內專業實驗室完成,這樣既可以提高實驗儀器設備的利用率,又可以節約大量的實踐教學經費,同時還可以面向本專業和相近專業其他年級的學生開展開放性實驗教學,充分發揮多元化開放實驗室的作用。完善實驗教學質量評估體系,不斷提高實驗教學質量,使實驗課的內容以緊跟時代、緊跟現代化的生產實踐為目標,更多地開發出現代實驗、設計性、開發性實驗和綜合性研究實驗。
三、結束語
關鍵詞:實驗室建設;平臺;共享;科研訓練;創新人才
“十一五”期間,學校以“211工程”、“985工程”建設為契機,本著“拓寬基礎,重視創新,提高素質,強化能力”的原則,以“基本技能-現代技術、綜合應用-創新能力”為認知鏈條,將教學、科研、社會資源進行優化整合,重點投資,集中建設。完成了公共基礎實驗平臺的搭建,使有限資源發揮了較大的規模效益。
在此基礎上,“十二五”期間我們提出“以人才培養為核心,堅持軟環境和硬件建設并重兩條主線,實現合理立項、科學管理、效益評估三段管理,構建公共基礎、學科大類、專業實踐、校企共建實踐創新四級平臺”的建設思路,以平臺建設促資源共享、促知識交叉融合、促學科資源和科研資源對本科教學的支持、促科研成果和先進技術在教學中的應用。進一步建立了完整的實踐創新平臺和管理制度,為培養拔尖創新人才提供了基礎條件和重要保障。
一、構建四級平臺,促進開放共享
為了進一步整合優質資源,為學生創新和開展科學研究提供實踐環境,學校在保障基本實驗教學條件的基礎上,對實驗室的創新功能、開放程度、建設效益提出了新的要求。同時,結合中國特色新型工業化對大批創新人才的需求,加強與研究院、大型國企、海外大型企業的合作。加強學科融合、資源共享,通過構建公共基礎實踐教學平臺、學科大類實踐教學平臺、專業實踐教學平臺和校企共建實踐創新平臺四級平臺,為培養拔尖創新人才提供支撐。
1.公共基礎實踐教學平臺。著重于基礎理論和基本技能的訓練,是創新能力和實踐能力培養的基礎[1]。作為研究型綜合大學,我校充分利用自身學科門類齊全、實力雄厚的優勢,打破專業和學科壁壘,進一步整合優化公共基礎實驗資源。依據人才培養的實際需要,依托我校現有的機械基礎教學實驗中心、工業訓練中心、電工電子教學實驗中心、物理教學實驗中心、化學教學實驗中心、數學教學實驗中心、機能學實驗中心、形態學實驗中心、細胞分子生物學實驗中心等公共基礎實驗中心,搭建一批大學生創新訓練基地,為開設綜合性、設計性和研究創新性實驗提供了條件保障,為學生開展創新性實驗、學科競賽等創新科技活動提供了條件,同時也為本科生早期參與科研提供了條件。受益面覆蓋全校3萬余名本科生。2011年,基于公共基礎實踐教學平臺,我校共改善37門實驗實踐課的教學條件,按計劃開出實驗項目117個,支持大學生創新性實驗計劃、自由探索計劃等項目104項,承擔校級以上學科競賽30場次,參與人數3090人次,極大促進了學生理論水平與實踐能力的提升。
2.學科大類實踐教學平臺。按照人才培養與學科建設相結合的原則,我校對相同學科或相近學科課程覆蓋面大、不同專業但學科相近的學生開展通用性的實驗教學活動。在此基礎上,對相近學科資源進行深度整合,建立以大類區分的實驗教學平臺,形成與學科大類培養相適應的實踐教學體系,重點建設了一批集實驗教學和創新訓練于一體的學科大類實踐教學平臺。
文科綜合實踐教學平臺將各文科院系的學科特色有機結合,用系統的思維構建實驗教學內容,建立模塊化和層次化的實驗課程體系。模塊之一的行為科學實驗中心通過開設有關的基礎課程和專業課程,揭示和演繹人文社會經濟活動中人的心理與行為規律,填補了學校無文科大類實踐教學平臺的空白,為實現文科教學形式多樣化、提高教學效果提供良好的實驗平臺。
信息與控制綜合基礎實驗教學中心跨越電子與非電子類學科界線,將電子技術運用于各種實踐類學科中,向電子類學生展現信息與控制類技術在各個領域的應用與實踐,向其他專業學生展現各學科特色課程的仿真模擬實驗。拓寬了學生的學習思路,提高學生的創新實踐能力,使之在交叉學科的實踐學習中全面系統地掌握各學科的學科特色及跨學科應用。
在醫學人才培養過程中,充分利用現有資源。依托我校湘雅二醫院,將國家級臨床技能實驗教學示范中心做實做強,進一步發揮其示范輻射作用;依托湘雅醫院,建設以加強理工文醫復合型知識培養為特色的高級醫學人才培養實踐中心;依托湘雅三醫院,建設以基礎醫學、生命科學和臨床融通為主要特色的轉化式實驗教學實踐中心,為培養拔尖創新的醫學杰出人才提供實踐條件。
3.專業實踐教學平臺。在保障專業基本實驗教學的前提下,結合中國特色新型工業化對大批創新型領軍人才的需求,打造一批充分體現學科專業特色的實踐平臺,努力做到將研究型大學的科研實力轉化為培養創新人才的“核動力”[2]。學校重點建設了材料科學與工程、冶金工程、礦物加工工程、粉體材料科學與工程等14個專業實踐教學平臺。將教學與科研緊密結合,讓學生接觸最新的科研資訊,使學生學會探索研究新知識,鼓勵學生參與科學研究,通過參與科研加強學生的創新能力。
我校資源加工與生物工程實驗中心以礦物加工工程國家重點學科、生物冶金教育部重點實驗室以及湖南省重點學科——鋼鐵冶金和生物工程、湖南省鐵精礦直接還原工程中心等多學科平臺為依托,每年面向全校礦物加工、鋼鐵冶金、無機非金屬材料、生物工程4個專業、1500余名學生開出實驗課程33門,計劃內和自擬等各類實驗項目總數116項,實驗總學時達12萬人?學時,具有“專業性強、創新性突出、學生人數多、受益面大”的特點。我校材料科學與工程學院則以學院各研究所、科研室(課題組)為依托單元,結合國家和部省級科研項目或通過專題立項,讓學生自主選題、自主設計、自主實驗,培養學生的創新素質和實踐能力。
4.校企共建實踐創新平臺。國內外的實踐證明,產學研結合培養大學生的實踐能力和創新能力是一條成功經驗。我校以教育部卓越工程師教育培養計劃為契機,加強與研究院、大型國企、海外大型企業的全方位、多層次的交流與合作。將創新教育融入實踐教學當中,構建以教學、科研、培訓為一體的創新人才培養模式,推進校企共建實踐創新平臺的建設,培養滿足行業需求的拔尖創新人才[3]。
我校在數十家大中型企業建立了實習基地和工程訓練中心,通過校企合作,使學校教學緊跟社會需求,為學生開闊視野、啟迪創新思維提供了良好的學習條件。同時,在社會力量的支持下,學校設立了一系列獎學金和獎教金,每年獎金額度達2000~5000元/人,共計20萬元/年。通過社會各類獎學金的設立,加強了社會與學校的聯系,提高了學校在社會上的知名度,也為學生接觸社會提供了一個暢通的渠道。
二、實行三段管理,保障建設質量
1.合理規劃,立項建設。在“十二五”開局之年,積極組織并推動了校、院兩級實驗室建設發展規劃的制訂,要求明確人才培養目標,理清實驗室建設發展思路,規劃“十二五”期間的建設重點和分步建設內容。我校堅持以創新人才培養為目標,以轉變觀念為先導,以教學改革為主線,以項目投入為形式,以實驗教學平臺建設為內容,以管理體制改革和運行機制創新為重點[4],合理規劃,制訂分層次、分步驟的各級實驗平臺建設方案。
學校對各學院本科教學實驗室的建設實行項目管理,各學院每學年的實驗室建設項目必須以校、院實驗室規劃為指導,在充分調研和論證的基礎上提出具體建設內容和經費預算,由學校組織專家對項目進行進一步論證審核。
2.科學管理,過程監控。伴隨著實驗教學體系的改革,對傳統的實驗教學管理體制開展了一系列改革。我校成立了實驗室建設工作專家委員會,主管全校本科教學實驗室建設工作的校領導擔任主任,精心遴選了具備不同專業背景和科研方向的實驗室管理工作經驗豐富、德高望重的教授(博導)作為小組成員,負責各級平臺建設項目的立項審核、期中檢查和效益評估。專家組以項目建設規劃和效益考核為依據,通過實地考評、聽取意見、經費核查、敦促整改等措施,切實加大過程監控力度,保證項目建設實效;并對實驗教學體系、實驗室規劃、實驗教學管理、新開實驗課程、人才引進與考評晉升等方面的工作進行指導。
3.定期考核,效益評估。為了開放共享平臺的可持續發展,促進項目建設的科學化、規范化,保障建設項目順利、有效開展,提高資源的利用效益,我校以校、院兩級規劃和《中南大學教學實驗室建設立項管理辦法》為依據,在建設期結束之際,組織專家組對我校本科教學實驗室建設項目進行實地考核驗收和效益評估。專家組通過聽取匯報、實地考察、經費核實等環節,按照建設項目立項申請時提出的建設目標、預期效益進行評估,有效保障平臺建設實效。同時,嚴格獎懲制度,對評估效果不好的建設項目,從嚴控制或停止其下一年度的經費投入;對建設效益好的項目,在課題申報和職稱評審等方面給予傾斜。
通過實驗室建設項目的嚴格、科學管理,為拔尖創新人才的培養提供了充足的實踐教學保障條件,滿足了學生求知識、求創新的愿望,發現和培養了個性化、創造性的人才,實現了資源效益的最大化。
三、注重三個融合,實現知識能力素養全面發展
1.平臺建設與創新教育相融合。各級實驗平臺在建設過程中既要保證學生能夠在課內實驗教學中掌握扎實的基本實驗技能、消化理解理論課中的教學內容,同時還應該注重分層次開放創新實驗環境,為學生開展課外科技創新活動提供實驗平臺。
為了培養學生從事科技創新的能力與興趣,我校電工電子實驗教學中心設計了分層次開放實驗室環境的方案,推出了以實踐內容為主的系列課程。允許學生在課外利用該環境完成自己感興趣的實驗,同時設有專項資金支持學生的選題,鼓勵學生自行結成課題組,以培養其協作與團隊精神。建立健全以創新為本的實驗教學質量控制體系,通過制訂科學合理的質量評價標準引導創新意識和能力的培養。學生通過開放式的創新實驗,課內與課外結合,理論與實踐結合,不但鞏固了所學的知識,還掌握了很多相關學科知識和技能,更重要的是啟發了創新思維、培養了創新意識、調動了創新積極性。創新實踐平臺的開放為學生創新實驗研究課題和學科競賽提供了有力的保障。2011年,我校學生在各類學科競賽中獲國際級獎項27人次、國家級獎項568人次、省級獎691人次。
2.平臺建設與科研訓練相融合。實踐教學的目的之一是要為學生早期參與科研創造條件。平臺建設注重實踐教學內容與科學研究密切聯系,基礎與前沿、經典與現代有機結合,形成良性互動,促進科研資源、學科資源為本科教學服務。制訂了一系列激勵措施鼓勵科研實驗室向學生開放,使學生在直接參與科研實踐的過程中與導師共同探索創新;設立學生創新基金,提供科學研究工作機會,使學生在本科學習階段就能夠進入課題組進行研究學習。
比如我校的資源加工與生物工程實驗中心結合科研特點,把創新人才培養與科技成果結合起來,將其融入實驗教學體系中,貫穿平臺建設,促進了將科研成果轉化為實驗教學項目。我校醫學機能學實驗教學中心以科研課題形式促進研究性學習,中心設立了國家、學校和機能中心三級大學生創新實驗課題研究基金,通過基金支持,鼓勵更多學生進行研究性學習。這些科研成果的加入豐富了實踐教學內容,有利于實現教學內容緊跟學科前沿,提升了實驗教學的水平,提高了本科教學質量。
3.平臺建設與工程實踐相融合。實驗教學的內容必須與工程實踐、科學研究緊密結合,這是實驗中心建設過程中應予以充分考慮的問題之一。
我校資源加工與生物工程實驗中心按照“突出工程訓練,體現培養特色”的要求,提高學生的工程實踐能力,在第二課堂,通過學科點建立的礦物加工、直接還原和礦物材料等中試基地,讓學生直接參加科研成果產業化的前期研究工作和工程實踐訓練。另外,該中心以學習工藝知識、增強工程實踐能力、提高綜合素質、培養創新精神為教學目標,在校內建設了5個工程試驗基地,為學生的工程實踐提供了良好的環境和條件。從小型試驗、連續試驗到擴大試驗,學生熟悉了科研項目完成的全過程并提前參與了工程實際訓練。通過這些訓練,培養了學生的實際動手能力、工程實踐能力、創新意識,拓寬了學生的視野,提高了學生在企業的競爭力。這種工程實踐的開展與推廣,深受師生、企事業單位的青睞,并取得了良好的效果。
參考文獻:
[1] 顧秉林,王大中,汪勁松等. 創新性實踐教育——基于高水平學科建設的創新人才培養之路[J]. 清華大學教育研究,2010,31(2):1-5.
[2] 李文星,陳薇. 研究型綜合性大學創新人才培養的平臺構建與機制創新[J]. 四川師范大學學報(社會科學版),2007,34(3):97-100.