高校热工实验教学管理模式的探索与实践

实验教学是培养学生实践动手能力和创新研究能力的关键教学环节，随着国家对高等教育教学改革的稳步推进，一批的实验教学示范中心和虚拟仿真中心在全国高等院校相继成立，这些中心的成立极大地推动和改善了高校现有的实验教学条件，为培养创新型的复合人才提供了强大的基础保障。本文依据2013 年制定的“武汉理工大学章程”有关人才培养的目标定位，即适应能力强、实干精神强、创新意识强的“三强人才”，同时结合能源与动力工程学院提出的“理论与实践并重、基础实验与专业实验相结合、技能训练与创新培养并行”的实践教学理念，在构建实验课程开放教学管理模式、提升实验教学基础条件、注重学生基本技能和创新能力的培养、完善教学管理评价机制四个方面进行了深入的研究与探索，逐步形成了以学生能力培养为重心、以科技创新为中心的实验室开放教学管理体系。
1 借力网络通信技术，探索实验室动态预约管理新模式
实验室开放是实验室设备资源有效利用的主要途径，也是本科教学过程中非常重要的一个环节。实验室开放面向的对象一般是高校教师、工程技术人员和在校大学生，目前大多数工科类实验室采用的预约管理模式可以归纳为以下两种类型: ①电话预约模式。由于实验室某些仪器设备的价格比较昂贵或者仪器设备主要为科研项目服务，导致设备管理人员不愿意或者没有时间进行开放管理，而其他需求人员只能采取打电话的方式进行协商预约。此类模式的缺点是信息不透明而导致实验室开放程度严重不足，设备资源利用率低。②网上预约模式。
实验管理人员根据实验室设备台套数、学生人数和实验项目等实际情况进行预先排课，学生在规定的时间内以班为单位进行选课，此类模式由于时间段基本固定和实验项目单一而缺乏灵活性，*不能满足未来小批次、创新型、跨专业的开放实验教学需求。
针对热工实验室存在设备台套数少、实验人数多、实验课时分散等实际情况，学院相关部门组织专业技术人员设计开发了一套基于手机微信的实验教学管理系统，该软件系统以PHP 作为后端框架、MySQL 作为后端数据库， 前端采用AngularJS、jQuery 进行页面交互处理。管理系统充分利用手机微信用户查收与发布信息便捷的特点，进行实验设备和实验项目的动态信息管理，整个信息板块可以分为三大部分: 学生板块、教师板块和管理员板块。教师、学生和其他授权的用户可以实时地查看实验室现有资源的使用情况，了解实验室发布的资源状态，并可结合个人的需求进行设备和项目的预约申请，后台管理员和指导教师也能在时间内进行预约申请的回复，了解用户各种反馈信息等内容，因此，可以将这种模式称之为“微信动态预约模式”，学生利用这套教学管理系统进行实验预约的流程如图1 所示。

图1 微信平台学生在线预约流程图
2 加强实验室建设，提升实验室开放管理的基础条件
专业实验室的全面开放必然会出现实验工作量加大、指导教师人数不足及设备维护费用增加等实际问题，伴随着现代科学技术的不断进步，高校教学管理部门和实验室管理人员必须着眼于专业未来的发展和社会需求，做好专业实验室建设的中长期规划。普通高校对于通用性较强的实验室( 如计算机实验室) ，一般是通过增加设备台套数或及时淘汰旧设备来满足开放实验的需求，但对于相关专业基础实验室和专业实验室，如果频繁地增加或更新实验设备显然会遇到较大的问题，究其原因主要是由于实验场地有限、设备购置费或维护成本较高和专业技术人员不足这三个因素造成的。针对上述问题，能动学院热工实验室的条件建设主要从以下三个方面进行了改进。
( 1) 整合现有的房屋资源，扩大实验室的使用面积。学院在2014 年底通过合并相关实验室、调整有关办公用房，使热工实验室的房间数量由原先的3 间( 约220m2 ) 增加到现在的6 间( 约450m2 ) ，极大地改善了实验室的教学环境。
( 2) 争取学校的本科实验建设经费，购置符合专业发展的实验设备。热工实验室技术人员和专业教师通过一年左右的调研，先后采购了34 台( 套)新设备，其中的18 台( 套) 设备是次购置，这些设备的购置不仅拓宽了实验教学的内容，而且为本科生的自主创新和科学研究提供了一个很好的试验平台，图2 所示为新购置的太阳能集热器性能测试试验台。

图2 太阳能集热器性能测试试验台
( 3) 引进专业技术人员，优化热工实验室的教
师队伍。能动学院热工开放实验室在成立前仅有3名实验专职教师，他们每学年需要承担17 个自然班的实验教学任务和相关的实验管理工作，通过测算得知实验室开放后，实验教学工作量是实验室未开放前的两倍左右。为了应对实验室开放后的大量工作需求，提高开放性实验教学的效果，同时解决实验教师老龄化的问题，热工实验室通过学校人事部门公开招聘了2 名相关专业的硕士研究生，在一定程度上改善了现有实验室的教师室通队伍结构。
3 改革实验教学手段，注重学生基本技能和创新能力培养
传统的实验教学过程主要体现在“讲解”和“演示”两个方面，以课时数为2 学时的一次普通实验教学为例，由于课程实验课( 非独立实验) 往往不被学生所重视，为了实验设备和操作人员的安全，指导老师一般会占用15min 左右的时间讲解实验原理、实验步骤和实验数据处理等内容，然后进行实验设备的演示操作。一般简单的验证性实验大概需要10min 左右才可以完成演示操作，而综合性实验的演示操作时间会更长，如果实验小组分配的人数过多，就会出现学生在实验室“看实验而不做实验”的怪现象，极大地削弱了实验室实践动手能力培养的功能。针对上述问题，热工实验室主要从
以下三个层次进行了改革。
(1) 将原有“集中少批次”的分组教学模式改
为“分散多批次”的开放教学模式，实现实验项目的全面开放。譬如实验项目“稳态平板法测定绝热材料导热系数”在人数为35 人的自然班中可分为9个批次，每批次安排4 人( 确保一人一台设备) ，学生可以根据自己的时间安排，通过手机微信平台预约该项目的实验，这种开放教学模式不仅增加了学生动手实践的机会，同时也提高了实验设备的利用率。
(2) 将原有“教师主导，学生模仿”的被动教
学模式改为“学生操作，教师指导”的主动教学模式，提高实验室开放的教学效果。为了减少实验课堂中教师的直接指导次数，激发学生的学习兴趣，通过微信网络平台提供的丰富学习素材( 包含实验指导书、实验操作录像、实验虚拟动画等) ，加强学生在实验预习阶段的检查与考核，通过考核的学生，实验操作可以由学生本人来完成，指导教师仅仅起到“助手”的作用，从而强化了学生自主学习的能力。
(3) 积极开展本科生科技创新活动，扩大实验室在学生群体中的影响力。热工实验室结合学校的相关政策和激励措施，以“一师一团队”的模式鼓励相关专业教师参与指导大学生的科技创新，通过学校组织的大学生创新创业训练计划、本科生自主创新研究基金项目和大学生节能减排社会实践与科技竞赛项目等活动，不仅促进了大学生创新能力的培养，而且使学生充分认识到实验室在科技创新过程中发挥的重要作用。近三年来，热工实验室指导
的大学生科技创新等竞赛活动获得奖2 个、校级奖3 个，极大地鼓舞了同学们参与实验课程学习的热情，部分科技创新的作品如图3 所示。

图3 空调系统节能控制实物装置
4 直面教学实际问题，完善教学管理评价机制
实验教学管理涉及到教师、学生、实验室、教务部门及后勤部门等诸多方面，而在实际教学过程中总会遇到这样或那样的问题，为了及时有效地解决问题，确保本科实验教学的教学质量，引入合理的评价机制是非常必要的。目前，多数高校对实验课程的评价方法采用如图4 的指令性评价模式，这种评价模式一般是每学期末进行一次，由于填报的信息不及时或不客观，加上高校对实验教师的偏见，导致实验教学设备出现“罢工”或“带病工作”的现象，相关指导教师也缺乏上课的激情，*不能满足实验室开放的基本要求。为了强化实验室的开放教学管理，提高教学管理水平和教学效果，采用如图4 所示的三位一体评价模式是非常必要的，这种评价模式由于采用了闭环相互监督的机制，极大地提高了教师、学生和教学管理部门的参与度，通过与课程同步的“在线意见反馈”信息栏，教学管理部门、指导教师和学生就能及时发现各自存在的问题，并在学校相关政策的激励和正确引导下及时有效地解决问题，为实验室的开放教学管理工作提供了强有力的保障。
图4 实验教学管理评价模式
为了客观地评价每一位学生的学习效果，热工实验室采用了多环节多方位的评价方法，即网上预习占总成绩的20%，实验前测试报告占总成绩的20%，实验操作占总成绩的30%，实验总结报告占总成绩的30%。该方法覆盖了学生的实验预习、课堂纪律、实验操作、实验结果与实验报告的全部过程，因此，能全面、客观地评价学生实验课程的学习效果，其中暴露出来的问题对实验教学管理提出了更高的要求，极大地促进了教学改革的良性循环。
5 结语
高校实验教学管理的改革往往会涉及到多方面因素，我们依照学校相关政策对热工实验室进行了开放教学管理的实践研究，得到了一些成功的教学管理经验，为学校其它专业实验室的教学管理改革提供了参考依据。为了扩大专业实验室参与开放教学管理的积极性，发挥已有开放实验室的示范作用，高校及其二级学院的教学主管部门必须建立着眼于未来的长效管理机制，包括实验室开放过程中定期的经费投入、一线指导教师的激励政策和合理的评教策略等。伴随着社会信息化的快速发展，教学资源共享和“虚实”结合的教学方法必然是未来实验教学发展的主要趋势，而以学生技能训练和创新能力培养为主要目标，在教师主导下的实验教学管理改革一定会发挥巨大的作用。