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工科大学生综合实践能力培养模式

欧阳静,杨华明

（中南大学资源生物学院无机材料系,湖南长沙,410083）

[摘要] 在综合分析国内大学工科学科专业教学特点的基础上,发现原有的教学体系对学生的实践教育水平与现代工科学生注重实际动手操作能力要求的巨大差距.介绍中南大学工科专业本科教学与实践教育经验,结合中南大学本科生导师制度和大学生创新训练和专业综合实验训练,探索并逐步改进教学过程中认识实习、生产实习和毕业实习“三大板块”的内容和方式,将有关制度的实施与“三大板块”的功能相结合,分析了具体的运作方式和有效的配套方法,总结出了一套有效改善学生实践能力的教学方法.实际情况显示,改革取得了较好的效果,获得了学生和外界的较好评价.

[关键词] 中南大学；大学工科专业；实践能力培养；创新实验；综合能力提升

[中图分类号] G647.38

[文献标识码] A

[文章编号] 1674-893X(2016)02-0071-04

[收稿日期] 2015-10-09；[修回日期] 2015-11-19

[基金项目] 国家自然科学基金(51304242)；高等学校博士学科点专项科研基金(20130162120011)；中南大学开放式精品示范课堂计划(2015012)资助；中南大学教学改革研究项目资助(2015-32)

[作者简介] 欧阳静（1980-）,男,湖南湘潭人,博士,中南大学副教授,主要研究方向：矿物材料,无机功能材料.

一、前言

在现代大学工科本科教育体系中,现在仍沿革的是传统教学方式,即以课堂教学为主,实践教学为辅,注重理论知识,对实际应用知识的教育尚待深入.但是工科学科的知识和理论注重的恰恰又是实际的应用,其知识和理论也主要来源于实际.工科专业毕业的学生主要走向工程、建设、机械、能源等产业领域,对实际生产、专业知识的实际运用等的要求高.因此,只注重对课堂理论知识的讲解,再加以专业实习的教学模式培养出来的学生,对知识的实际应用、现实操作能力等的掌握明显不够,而对实际生产的了解等则相差更远.对工科类专业本科生的实践教学环节的强化与提高,是目前本领域的一大共识[1-4].

工科专业本科课程一般需要讲解相关的工艺、原理、方法、测试技术等特点及相互制约关系,为本专业本科生开展相关的研究、生产、开发等工作提供重要的知识基础和基本的技能培养.因此,学生知识的摄取途径除课堂由教师认真、细致的讲解基础知识、学生努力扎实的学习相关知识以外,还有一个重要的内容,就是学生的实际生产意识、科学的研究技能的培养工作.但是这些与实际相关的技能、知识和经验,单单靠在课堂的教学,是远远比不上现场的生产或自己动手操作来得快、记得牢、学得好的.而且,只有让学生遇到了问题以后,再去参考、学习相关的基础知识,才会学到属于他们自己的永远都忘不了的知识[5-7].

中南大学是一所以工科著称的著名重点院校,在有色、冶金、材料等领域有自身的特色与长处.相关教师经过长期的摸索,并配合学校政策方针、学院的相应配套培养方案的实施,总结以前的实践教学经验,组织并实施了一系列实践教学改革,将常规教学实习任务与具体目标挂钩,结合本科生导师制模式下的实践工作,重点大规模开展大学生创新实验,形成了一套理论与实际相结合、注重实践与动手能力、具有典型性和代表性的实践教学模式.现将相关内容及实施方式介绍并总结如下,供各位同行讨论.

二、本科生导师制下的实践能力训练

从2012年开始,中南大学对所有本科生实施本科生导师制,即对大类招生的学生在确定专业后（大二第一学期初）,经双向选择确定自己的本科生导师,导师由系内各专业教师担任,各个专业教师担任指导的本科生有数量限制,本科生导师实行一贯制,即从确定开始直至本科毕业,无特殊原因时,学生与导师的关系不改变.在这一政策的带动下,所有大学二年级以上的本科生都有自己直接负责指导实践与培养的导师,让学生很快有了对专业的认识.特别重要的是学生从确定导师开始即有归属感,知道自己属于哪个课题组,由哪个教师直接管理实践训练.一般的导师都将为刚刚分配的大二本科生开展专业知识简介（这一部分内容也由全系教师共同承担）,然后即开始分配具体的实验或社会实践任务.由此,学生在进入大二后即开始接触和认识到本专业的前沿研究方向,获取相关的专业前沿信息,也开始进入实际动手接触实验、操作实验过程,有的还开始与实际的工程项目、工厂现场接触.这样一来,学生将很快进入专业学习的角色,通过与同学的交流,很快开始对本专业领域有初步了解,这对即将进一步开展的认识实习提供良好的专业信息基础,给学生提出了问题,可以让他们带着问题开展认识实习工作.

本科生制是实施以后的创新训练、能力培养的重要基础和前提,只有实施了这一制度后,老师才可以名正言顺的管理学生,学生才可以理直气壮的向老师申请课题,为后续的实验和测试提供基本的人员、技术和资金保障.本科生导师制的实施,还将每一个学生与导师的关系确立并紧密联系,学校每学期检查本科生与导师的互动情况及学生的实验、动手能力学习情况,也检查导师对学生指导的情况.这样一来,学生有了明确的导师,而且这一导师将伴随大学以后的三年学习过程,这对学生来说有了明确的任务,将可以实施连续三年的实验计划和任务,这样也可以利用学生的部分课间时间,也可以避免出现学生无所事事的问题.对于导师来说,由于学生将实行一贯制的方式,不用担心研究计划不连续的问题,这样就可以将自己负责的学生作为助手进行培养,为其制定长期的研究计划,让学生在研究过程中学习更多的专业知识,认识到自己的不足,为学生的正常、健康发展,为其走上工作岗位打下坚实的知识、技能基础.

三、基于大学生创新计划的实验能力训练

中南大学非常注重对本科生的创新训练思维和能力的培养,现已形成一系列连续、有组织的本科生创新训练模式.目前已广泛开展并吸引了大量学生的创新训练类型有：高校基本科研业务－中南大学本科生自由探索计划、中南大学大学生创新实验项目、中南大学“启航”创新训练项目、米塔尔大学生创新训练项目、中南大学开放实验室基金项目,以及各种面向研究生的创新项目吸引的本科生参与项目、各学院自行组织的创新训练项目等.每年学校向本科生创新训练项目的单位内拨款就达3 000万元以上.一项有关中南大学大学生创新实验的调查显示：有90%以上的学生赞同开展大学生创新实验项目,绝大多数学生（不管是参与了还是未参与创新实验项目）都认为开展和参与创新训练项目很重要和有意义[8].

如材料学等工科专业的班级,每年向学校申报各类创新实验项目的学生占总人数的百分比一直都居高不下,约在60%以上.更有学生反映说：现在班里几乎人人都在参与创新实验.这种情况在以前是很少见的,当然也归因于以前根本就没有实施本科生导师制,也没有这些创新训练的机会.这样一来,大部分的本科生在经过认识实习后,就向学校申报创新实验项目、参与到导师的科研工作中来.他们从具体的实验目的出发,自行安排时间学习和领悟实验的原理,在实验室中不断探索实验方法,不断学习和训练实验技能,使得自己的动手能力大大提高,对科研的兴趣得到不断的提高,同时也对自己的能力有进一步的认识.正因为有了这些提高和认识,甚至是带着一些实验过程中的问题,他们再进行现场的生产实习,则是一种自我解决问题、自我提高、自我完善的过程.因为带着问题,学生们才会有意识的去学习、主动的学习、更多的提问、查资料和解决实验中遇到的问题.有一个学生曾经在毕业的时候说：创新项目的负责和参与以及整个完成的过程让我受益匪浅,让我认识到了我是适合做科研的.

学生在完成创新实验任务、完成实验报告的过程中学习到的很多知识,是不参加项目的学生根本想不到、也遇不到、更别说能解决的问题.如对XRD实验结果的分析、SAED斑点的计算、标示与分析等,教科书上只举例一二,对具体的实测结果的分析,则只有通过本科生自己在实验过程中,找到不懂的地方,或通过向学长请教、或通过查阅资料、或通过向老师提问等方式,可以从中学习到大量的技术.也有的学生参与的是实际应用的项目,他们能够学到的,将不光只是实验技能和科学知识的运用技能,还可以学到一些社会知识和经验,特别是与其他人合作完成一项任务的合作能力,这些都为学生以后踏入社会打下了坚实的基础.

四、基于课程综合实验的训练

本科生的课程综合实验是在学生们学完大部分的专业基础课程后,指定一组专门的设计或实验任务,要求在2周内完成一个完整的训练周期并提交详细的实验（训练）报告[9-10],这一训练一般安排在大三第一学期末,这个过程是对学生的课程学习效果的一次综合性训练和归纳性复习；将综合考查学生在本科生导师制下得到的动手能力训练培养、创新实验训练的效果、专业课程知识的学习和运用能力等,同时也对这一系统培养过程的效果进行综合评价.通过综合实验训练,学生可以多方面系统复习专业基础知识,同时也要求他们主动学习其他的相关科学知识和技能,如实验结果的分析、科技论文的标准格式与写法、专业英语表达习惯方式等.

学生们在经过两周的综合实验训练后,首次系统并完整的完成了一批实验任务,虽然时间不长、实验次数不多,但是给学生们留下了重要的科研工作模式的印象,特别是可为本科生导师制下指定的实验任务、大学生创新实验训练项目的结题报告的撰写提供重要的基础技能培训.专业综合实验训练是与本科生导师制、大学生创新实验等相辅相成、相互补充和相互促进的一个重要培养环节.

五、基于现场实习的实践能力培养

本科专业的“三大实习”是传统教学模式中主要的实践能力培养载体,主要通过在生产现场的教学与参观进行学习.中南大学的教师把三大实习的板块与前述的本科生导师制度、大学生创新实验训练任务等相结合,实习过程与训练能力的环节相互穿插、相互补充,达到取强补弱的协同效应.把本科生导师制度应用于实习过程则有利于学生的管理、分配具体任务,从而让学生进行有目的的学习；将创新实验训练的环节与实习相结合,则将有利于学生进行理论联系实际的思考和尝试；而三大实习则可为上述方式提供有利的平台,特别是循序渐进的培养了学生的工程思维、实际应用思维和动手实践能力.

(一)认识实习

认识实习安排在大二初期.学生确定进入本专业后,急需了解本专业的主要学习、研究内容是什么,认识实习的过程就是带领学生们在与各自专业有关的各种工厂（一般安排8~10家工厂）进行现场教学实习,让学生大体认识所在专业的生产、设计、研究范围、学习内容和重点,让学生对本专业的领域有更广泛的认识.结合本科生导师制下,指定给学生各自的研究任务,学生们将带着本科生导师指定的实验研究过程中、创新实验开展时可能存在的问题、研究的产品如何实现工业化、工业生产的设备与现实生产之间的差别等问题进行现场学习和自主学习,改变了以前认识实习时学生没有意识的走过场的现象,极大的提高了学生在认识实习中的积极性,带着问题看现场,学生提问多了,学习热情得到提高,学习的效果得到明显改善.

(二)生产实习

生产实习安排在大三结束后的暑假前期进行,是在学生经过系统的学习本专业的大部分必须的专业知识基本技能之后,进行的一项专门的深入一线生产现场、以跟班、代班等方式实习、体会、学习的过程.本专业的生产实习一般安排在本专业相关的高科技生产企业进行.

学生们在经过两年的专业课程学习,特别是学习了相关专业生产、设计与制造工艺等课程后,对本专业的一些基本的生产工艺有较清晰的了解,但缺乏的就是实际生产工艺的知识,也摩拳擦掌地想把学习到的知识与实际进行结合.生产实习则是弥补实际工艺知识不足的有效途径,是一次深入学习和深刻体会书本知识向实现生产工艺转化方法的过程.

工科专业本科生的生产实习还有一个重要作用就是,通过这一实习过程,可以让参与了长时间实验室设计、加工、实验、表征、工艺操作等小规模训练以后,学生体会从实验室的任务向现实生产力转化的方法和途径的过程,可以让学生产生一种思考,那就是：我们现在正在研究的课题能否进入现实生产？需要哪些设备？需要哪些条件？将有哪些不同之处？放大的工业生产过程是否能达到实验室的水平？这样一来,学生有了主动学习的动力,通常能够达到很好的现实生产方面的意识培养.特别是,有的生产实习的企业就是与本校有科研任务合作的,本专业的老师通过科研合作后,向企业输出的技术将直接应用于生产力的发展.这对学生来说是一种前所未有的诱惑,因为他们可以从现实的角度来了解科研为企业服务的过程,可以深刻体会到科学技术对生产力发展的影响.可能有的学生还参加过相关企业的科研任务,再到这一企业进行生产实习,将大大提高学生的自豪感和自信心,可以深入体会科研工作与现实生产之间的差别和联系,甚至还可以感受自己参与研发的技术向生产力转化过程中的艰苦和努力.实习过程中,学生们可以自主的向一线工人请教问题,可以对工厂的运营模式、整体布局、资源配置等进行现场学习,这对学生以后走上工作岗位将是一笔宝贵的经验和财富.

(三)毕业实习

毕业实习只限于部分在毕业环节选择设计的学生,安排在大四第二学期初,是为完成毕业设计进行的现场学习.学生们在毕业实习过程中需要具体了解实习单位的生产工艺过程、具体设备选型依据、设备参数、工艺流程、设备结构、设备连接、工厂布局、平面设计、物流走向等具体参数进行详细了解并记录,返校后根据不同工厂产量进行工艺、设备等的设计.要求学生们进行工艺参数计算、设计生产设备、工厂平面布置等,并用CAD画出具体的图纸,提交规范而详细的设计书.

毕业实习的过程是学生综合应用专业知识的又一次大检阅,需要用到大学学习过程中的绝大部分知识,甚至还要自主学习一些课堂没有学过的知识.学生在设计过程中对本专业的知识学习和运用将对学生以后的学习和人生规划产生深远而重要的影响.通过毕业及答辩过程的磨砺,学生们可以掌握很多与本专业有关的生产工艺的细节,强化生产实习过程中的知识,大大提高在专业工艺生产设计方面的能力和素养,甚至还需要经历承受一定压力的过程,这些都将为学生就业后的适应能力提供强有力的保障.

六、成效体现与思考

在经过中南大学工科专业教师的大量工作努力下,工科专业本科生的实践技术获得大幅提升,具体体现如下.

（1）近年来本校学生被保送北京大学、清华大学、中国科学院、浙江大学等国内相关专业一流院校,中南大学的学生能够在大量申请者中脱颖而出,除学生在校有优异的学习成绩外,其中最重要的就是学生本身在大学学习过程中经过了大量的实践能力培养,具有优良的实验技能,比未经过训练的学生有更好的适应能力,能更快的参与到团队中来,在短时间内理解和接受新的任务,这是任何一个研究院所、导师都看重的能力.因此,学生们在顶级院校的面试中能脱颖而出.

（2）经过创新实践训练的学生在本校的研究生研读阶段也有更优越的表现.因为在本科时即获得了扎实的实验、动手操作技能,因此在研究生学习过程中,同样具有优于未经训练学生的适应能力优势.特别是,当学生一直在某个导师的指导下进行创新训练,在研究生阶段继续从事相关研究工作时,则有连续工作的优势.在导师的指导下,这些学生在研究生一年级、甚至在本科毕业时即发表SCI英文研究论文,这对学生的发展具有重要影响,也对其他学生产生强大的正面带动效应.

（3）学生走上工作岗位后有更强的适应能力.现在的学生以独生子女居多,部分的学生有一定的懒惰习惯.而经过在学习过程中丰富的实践训练后,他们可以懂得书本知识与实际情况的差别,明白实际动手过程中有时候可能不是一帆风顺,特别是参与实际工程训练的学生,则可能还会懂得生产过程中的实际情况.因此在走上工作岗位后,能更快的适应新的角色,可以运用大学中学到的实际工作知识,快速融入新的团队,为自己的成长和在新环境中的发展打下良好基础.

综上所述,中南大学工科专业本科生在培养过程中,不光要传授学生的基础理论知识,还要特别注重对学生的动手能力、创新思维的培养.通过三大实习、本科生导师指导、综合实验训练、参与创新实验训练等过程,使大部分的学生获得了书本以外的实际技能和知识,对本专业学生的综合素质提高有重要贡献.各个环节相互配合、相辅相成,为学生的学业前途、工作发展提供了优异的平台.

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[编辑：汪晓]