“三性”实验在建环专业实验教学改革中的初探与实践

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　　摘 要：实验教学是大学教育的一个重要环节，“三性”实验在提高学生的动手能力和创新能力显得尤为重要。结合我校实验教学改革进程，对建环专业创新型“三性”实验的教学模式进行了有益的探索。通过创新性“三性”实验教学，培养了学生的创新意识和创新能力，学生解决问题的能力逐步得到加强和提高。
　　关键词：“三性”实验 综合性实验 设计性实验 创新性实验
　　一、概述
　　实践性教学是大学生教育中不可缺少的环节，是理论与实践之间的纽带，是学生掌握知识技能、培养动手能力、树立创新意识的重要手段。在实践性教学中实验教学又是重中之重，这也是社会就业需求要求加强毕业生动手能力的一个体现。以往传统的实验一般都以验证性实验为主，通过一个实验验证课堂上的一个知识点，学生只要按部就班的按实验步骤进行实验，即可得到实验要的数据或者结论。这也造成了所开设的实验不足以提高学生的动手能力，因为需要动手的地方太少，或者需要动脑思考问题的地方太少。为了提高学生的在实验教学中的动手及动脑思考能力，培养学生善于去思考问题并解决问题，我们结合建筑环境与能源应用工程专业实验教学提出了提高“三性”实验在实验教学体系中的应用[1]。
　　“三性”实验包括综合性实验、设计性实验及创新性实验。综合性实验是指实验内容涉及本课程的多个知识点或与本课程相关课程知识的实验;设计性实验是指给定实验题目、实验目的、要求和实验条件，学生自行设计实验方案并加以实现的实验;创新性实验是指给定研究方向或者题目，由学生自行去研究解决实验项目中的问题，并完成研究报告，创新性实验必须突出创新性[2]。
　　二、建环专业实验教学改革前状态
　　第一，教改前“三性”实验数量占比较低，仅占总专业实验数量的36%，并且质量不高。之前实验教学的内容都是根据理论课程内容设置一些验证性的甚至是演示性实验，存在实验内容陈旧，不新颖等问题，连续十来年没有更新实验项目。综合性实验中，也还是按照验证性实验的方式实施，实验过程中学生缺乏自主思考，学生的动手能力以及创新能力得不到发挥，实验课积极性不高。学生上实验课的目的就是为了得到实验数据结果，以便完成实验报告，实验报告是衡量实验质量的唯一标准。
　　第二，实验考核体系的不完整，缺乏实验环节的考核。之前实验课成绩考核主要以实验报告为中心，注重实验结果，却忽略了实验过程，这也势必会造成学生注重结果，而忽略实验过程。另外实验报告的抄袭率极高，实验报告的评分结果，实际上反映不出学生的实验能力，只是形式上对学生上实验课的一个评定，无法真正考评一个学生的具体动手能力以及创新能力。
　　第三，实验设备及配套设施的不完整。由于经费的紧张，实验设备不齐全，部分设备年久老化，也没有什么维修必要。另外一个方面专业扩招后，学生人数在增加，也进一步加剧了实验教学资源的紧张。
　　第四，实验室开放不到位，整体利用率较低。由于专业实验时间段比较集中，从整个学期来看，实验基本集中的每个学期的中间时间段内，开学初及期末时实验室的利用率极低。实验室开放不仅是对学生的技能训练，而且对培养学生的创新意识、创新精神和开拓能力都具有重要作用。实验室开放主要面对的项目有开放性实验项目、大学生创新创业项目、竞赛类项目等。实验室开放不到位，主要由两个方面原因引起的，一方面是学校的实验室开放项目的支持力度不够，继取消了校级实验开放项目后，大量的开放实验项目被取消，严重影响了学生的积极性;另外一方面是实验室自身资源的短缺，由于实验场地、实验人员、实验仪器设备等限制，也是影响了实验室开放不到位的因素[3]。
　　三、增加“三性”实验的途径探讨
　　为了增加“三性”实验，让学生主动参与进来，提升实验效果，我们提出了以下几点途径。一是在现有实验教学基础上改进现有实验项目，部分实验项目加强了实践环节，增加实验动手能力环节，将原有验证性实验整合成综合性实验，尽量减少演示性实验，或者演示性实验不占实验学时，作为课堂内容的补充，真正地做到让学生独立去完成实验，在实验中思考问题并解决问题。二是增加设计性实验，不仅仅要培养学生增强动手能力，还要培养学生在实验中主动去思考问题。设计性实验的设置可以结合某课程多个知识点或者多门课程的知识点，让学生自己设计实验，并且完成实验过程。设计性实验在设计过程中，应该多设几个题目，让学生可以做到每组不一样的设计题目，这样不仅可以避免实验结果或报告出现雷同的问题，还可以做到让每组学生真正一起去合作完成课题，培养学生的团队合作精神。三是增加创新性实验，针对学生不同的兴趣爱好或者特长，有针对性地开展创新性实验，我们根据专业特点，结合校级、省级、国家级大学生创新创业训练计划项目，鼓励学生积极申报，经专业指导教师的指导，学生自主完成项目课题，取得了良好的效果。最近两年我们专业学生每年都申报参与了不同级别的大学生创新创业训练计划项目，其中2019年一组学生参与了国家级大学生创新创业训练计划项目智能化导热系数测定仪的研究与应用，设计制作了性能良好的智能化導热系数测定仪，不仅仅增加了创新性实验数量，也为实验室增添了新的实验设备，该实验设备目前也正准备在实验教学中进行推广应用。四是结合应用型专业特点，在实验室建设过程中，加强实验设备自主研发。目前我们专业实验室自制设备资产占到了35%以上，其中大型实验设备均为自行设计的设备。让学生积极参与研发过程，如水源热泵空调性能测定实验机组、地源热泵中央空调系统、水泵综合工况实验平台等实验设备等均有学生参与的创新性实验项目或参与一些比赛进行的项目，而且目前这些设备已经在实验教学中得到了应用，实验效果良好。五是独立开设专业实验，这样可以最大限度地将实验独立出来开设，不受理论课程的影响，可以自由的开设与专业相关的课外实验，并且可以根据专业技术的发展的需要自由灵活的调整实验项目。建环专业实验最近两年我们做了一系列的调整，专业实验共32学时，分两个学期开设，每个学期16学时，数量由原来的9项，一直调整到了目前的14项，一些陈旧的、演示性的、验证性的实验，逐年淘汰。新增的实验均为综合性或者设计性实验，并且根据实验效果及技术发展的需要，每年更新淘汰一部分实验项目。 　　四、提升“三性”实验教学质量
　　在推广“三性”实验在建筑环境与能源应用工程专业实验教学实践中，我们深刻认识到让学生真正参与进来，主动去进行实验研究，不能靠死板的制度约束，也不能靠老师耐心的讲解，而是要调动学生内心深处的兴趣。兴趣是最好的老师，无论干什么事情只要有了兴趣，就会千方百计想办法将其干好。实验室应该开设一些专业结合实践的 “三性”实验，而不是为了增加“三性”实验数量而新增“三性”实验，要注重提升实验的教学质量与效果。
　　“三性”实验与验证性实验的认定，应该有一套全面的认定机制，从实验过程及实验结果等多方面进行考核，不符合综合性、设计性或创新性实验的要求，需降级到验证性实验。当然验证性实验也可以通过实验的改进，升级到综合性或者设计性实验。从制度上保证“三性”实验的教学内容质量[4]。
　　实验设备的选择对提升“三性”实验的教学质量至关重要。在我们的专业实验中，有一个热泵性能测定实验，这是一个综合性实验，主要测量制冷量、制热量、压缩机输入功耗，制冷系数及制热系数等。原来我们采用的设备是采购的实验教学仪器，在实验过程，我们发现测量的数据极其不准确，误差率达到了30%以上，而且由于压缩机输入功耗本身就小，压缩机机械损耗功特别大，测量出来的制冷系数只有1.2左右，这个系数仅相当于冰箱的制冷系数，与实际制冷空调的制冷系数相差甚远，不符合工程实际，这样的实验结果也容易误导学生。因此我们根据实验要求，自行设计了2套水源热泵空调性能测定实验机组，并且这个过程学生全程参与，让使用者来提出一些合理的概念去设计并制作机组。目前该设备已经开始实验应用，不仅价格便宜，约为原设备50%左右的价格，还大大地提高了实验测试数据的精度，制冷效率测量中制冷系数测量可以达到4.5。该实验设备还新增了制冷剂循环运行参数的测量，测量参数的显示与设备的控制采用了计算机触摸屏技术，不仅使设备的先进性提高了，也使学生在实验过程中接触到了新技术，大大提升了实验研究学习的兴趣。对于一些年代相对久远的设备，可以根据技术发展的需要，逐步完善设备装置或升级系统，以满足实验的需要。建环专业实验室15年前自行设计的一套全空气中央空调实验系统，从当年来看，该实验系统确实比较先进，采用了专业的DDC监控系统，但毕竟是15年前的技术了，无论是DDC控制器，还是整个监控体系的结构，都已经无法满足现代中央空调的控制要求，也满足不了专业实验的教学要求。因此，我们对系统进行了改造升级，前端控制系统采用了最新DDC控制系统，引入了嵌入式触摸屏加计算机监控体系，完善了整个空气质量的测量系统。焕然一新的实验设备重新开设了新的综合性实验，实验教学方法上也有了很大的改变，引入了计算机监控在线动态展现的整个系统的设备运行状态，可以很好地提高学生的专业技术能力，同时也使学生实验积极性有了很大的提高。对于经费紧张的应用型专业实验室完全可以采用这么的模式，不仅可以节约大量实验室经费，也可以使实验建设符合专业发展的需要，可以有效地提升实验教学的质量。
　　实验教学手段的改进，有利于提高“三性”实验教学质量，实验教学过程中，指导教师应尽可能地采用比较先进的教学方法，如采用模拟演示、动画、仿真等多种技术手段，尽可能地调动学生的做实验时的积极性，引导学生善于思路实验过程中遇到的一些问题，自己去分析并解决问题。实验教师应根据实验要求，安排好实验前预习，认知检查学生的预习情况，可以根据实验需要提出实验可能遇到的问题，让学生自己去分析问题，实验过程中应引导学生自己去动手，解决实验过程中的问题。
　　提高“三性”实验的教学质量，应提高对实验学生的管理水平，要善于放开学生，让学生自己去做实验，同时也应该加强对学生实验组的管理，通过实验教学改革，我们采用了小班型法，即每次实验来半个班学生，约15人一次实验，每次实验分四组，每组实验学生最多不超过4人，这样做虽然给实验教师增加了不少工作量，但是对提高实验教学质量大有好处，也使部分学生告别了一大班级做实验可以浑水摸鱼的状态。小班型实验的引入也使实验室设备的配套资源相对紧缺状态得到了一定缓解。
　　“三性”实验也要引入淘汰更新制，实验项目的淘汰更新可以有效地提升实验的教学质量。现代专业实验应该和专业的社会发展需求相结合，一些过时的老旧实验，应该根据专业教学需要逐步淘汰，不断地更新实验项目，只有这样才能源源不断的补充新的实验技术，为专业实验教学注入新的活力。最近两年，我们通过开始新课程及整改专业实验，淘汰实验项目多项，新增实验项目达到了十多项。淘汰的项目基本都是验证性实验，新增加的项目包括综合性及设计性实验[5]。
　　增加实验室的开放时间有利于提高“三性”实验教学质量。我们在满足本科实验教学的基础上，鼓励学生开展创新性实验，特别是通过创新创业项目或者比赛类项目，开展一些自主创新类实验，增加实验室开放时间，让学生有足够的时间在实验完成复杂的实验项目，提高创新实验的质量，也有利于提高实验室的利用率。开放实验室可以让更多的学生进入实验室，发挥他们的专长，增强其动手能力及创新能力。
　　结语
　　通过“三性”实验比例及质量的提升，有利于学生更加深入地思考实验及探讨实验，提高了学生做实验的兴趣及积极性，也使实验教学質量有了很大的提高。“三性”实验的进一步开展促进了学生主动申报了很多创新创业类项目，丰富了学生的课外活动，有效地提高了学生的思维、创新、动手等各方面能力。“三性”实验的开展也同时促进了实验室的利用率，使很多学生可以利用课余实验在实验室完成自己的项目。“三性”实验的进一步开展也促进了实验在设备设置及教学方法上有了很大的改进，进一步促进了实验室建设。
　　参考文献
　　[1]李永存.基于社会需求的建环专业教学体系改革研究[J].高等建筑教育，2019，28（05）：30-34.
　　[2]徐峰等.符合应用型人才培养需求的实验教学模式的探索与实践[J].实验技术与管理，2019，36（06）：214-215+224.
　　[3]徐宏敏.高校实验教学现状与对策分析[J].课程教育研究，2018（22）：175-176.
　　[4]李海霞等.实验教学工作中的现状及改进措施[J].教育教学论坛，2017（45）：276-278.
　　[5]郭鹏.高校实验教学与管理理念的创新与探索[J].教育现代化，2017，4（46）：101-102.
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