高校熱工實驗教學管理模式的探索與實踐

實驗教學是培養學生實踐動手能力和創新研究能力的關鍵教學環節，隨著國家對高等教育教學改革的穩步推進，一批的實驗教學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和改善了高?，F有的實驗教學條件，為培養創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“武漢理工大學章程”有關人才培養的目標定位，即適應能力強、實干精神強、創新意識強的“三強人才”，同時結合能源與動力工程學院提出的“理論與實踐并重、基礎實驗與專業實驗相結合、技能訓練與創新培養并行”的實踐教學理念，在構建實驗課程開放教學管理模式、提升實驗教學基礎條件、注重學生基本技能和創新能力的培養、完善教學管理評價機制四個方面進行了深入的研究與探索，逐步形成了以學生能力培養為重心、以科技創新為中心的實驗室開放教學管理體系。
1 借力網絡通信技術，探索實驗室動態預約管理新模式
實驗室開放是實驗室設備資源有效利用的主要途徑，也是本科教學過程中非常重要的一個環節。實驗室開放面向的對象一般是高校教師、工程技術人員和在校大學生，目前大多數工科類實驗室采用的預約管理模式可以歸納為以下兩種類型: ①電話預約模式。由于實驗室某些儀器設備的價格比較昂貴或者儀器設備主要為科研項目服務，導致設備管理人員不愿意或者沒有時間進行開放管理，而其他需求人員只能采取打電話的方式進行協商預約。此類模式的缺點是信息不透明而導致實驗室開放程度嚴重不足，設備資源利用率低。②網上預約模式。
實驗管理人員根據實驗室設備臺套數、學生人數和實驗項目等實際情況進行預先排課，學生在規定的時間內以班為單位進行選課，此類模式由于時間段基本固定和實驗項目單一而缺乏靈活性，*不能滿足未來小批次、創新型、跨專業的開放實驗教學需求。
針對熱工實驗室存在設備臺套數少、實驗人數多、實驗課時分散等實際情況，學院相關部門組織專業技術人員設計開發了一套基于手機微信的實驗教學管理系統，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 進行頁面交互處理。管理系統充分利用手機微信用戶查收與發布信息便捷的特點，進行實驗設備和實驗項目的動態信息管理，整個信息板塊可以分為三大部分: 學生板塊、教師板塊和管理員板塊。教師、學生和其他授權的用戶可以實時地查看實驗室現有資源的使用情況，了解實驗室發布的資源狀態，并可結合個人的需求進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間內進行預約申請的回復，了解用戶各種反饋信息等內容，因此，可以將這種模式稱之為“微信動態預約模式”，學生利用這套教學管理系統進行實驗預約的流程如圖1 所示。

圖1 微信平臺學生在線預約流程圖
2 加強實驗室建設，提升實驗室開放管理的基礎條件
專業實驗室的全面開放必然會出現實驗工作量加大、指導教師人數不足及設備維護費用增加等實際問題，伴隨著現代科學技術的不斷進步，高校教學管理部門和實驗室管理人員必須著眼于專業未來的發展和社會需求，做好專業實驗室建設的中長期規劃。普通高校對于通用性較強的實驗室( 如計算機實驗室) ，一般是通過增加設備臺套數或及時淘汰舊設備來滿足開放實驗的需求，但對于相關專業基礎實驗室和專業實驗室，如果頻繁地增加或更新實驗設備顯然會遇到較大的問題，究其原因主要是由于實驗場地有限、設備購置費或維護成本較高和專業技術人員不足這三個因素造成的。針對上述問題，能動學院熱工實驗室的條件建設主要從以下三個方面進行了改進。
( 1) 整合現有的房屋資源，擴大實驗室的使用面積。學院在2014 年底通過合并相關實驗室、調整有關辦公用房，使熱工實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 ) ，極大地改善了實驗室的教學環境。
( 2) 爭取學校的本科實驗建設經費，購置符合專業發展的實驗設備。熱工實驗室技術人員和專業教師通過一年左右的調研，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驗教學的內容，而且為本科生的自主創新和科學研究提供了一個很好的試驗平臺，圖2 所示為新購置的太陽能集熱器性能測試試驗臺。

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

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