网络映射模型在高校实验教学中的应用探究

摘要

为提高高校实验课程教学质量，对当前高校实验教学中存在的问题进行深度剖析和梳理，分别针对实验教学中的实验设计、实验教学和教学评价等关键节点提出解决方案，即搭建实验课程与专业工程能力需求相映射的“实验—能力”网络映射模型，并基于该模型建立过程双闭环调节机制，制定复合评价指标，最终实现以改促教、以改促学，有效提升高校实验教学的工程性、科学性和先进性。

Graphical abstract

关键词

高校实验教学 / 网络映射模型 / 双闭环调节机制 / 复合评价指标

《国家教育事业发展“十四五”规划》提出，深入推进改革创新，优化结构与布局，大力培养技术技能人才，推行“学历证书+职业技能等级证书”制度，推进部分普通本科高校向应用型转变，建设高质量本科教育^［1］。提升学生专业工程技能，培养真正适应行业发展的应用型人才，争取让学生从学校毕业就能胜任企业角色，是当前部分高校亟须实现的目标。

实验教学是高校专业培养方案中的重要环节^［2］，是学生实践课本理论、培养专业工程能力的最主要途径。实验教学管理水平直接影响学校的办学水平、教学质量和人才培养质量^［3］。优秀的教学实验应能够有效地实现实验教学目标，实验项目应来自本领域的实际问题且与专业教学相关，实验过程应涉及本领域的先进工程技能且能有效训练专业技能，实验教学目标达成应有全面科学的评价途径且具有可持续优化机制。笔者从实验项目设计、实验教学过程和实验教学评价三方面深度剖析当前高校实验教学存在的问题，提出搭建实验课程与专业工程能力需求相映射的“实验—能力”网络映射模型，基于该模型建立过程双闭环调节机制，引入复合评价指标，融合运用到高校实验教学中，以期提升高校实验教学质量。

1 高校实验教学存在的问题

1.1 基于经验设计实验项目

实验项目设计是高校实验教学的基石，对实验教学的最终效果起着决定性作用^［4］。以集成电路专业为例，对以广东石油化工学院为代表的粤西多所高校集成电路专业实验教学中实验项目设计来源的调研结果显示，集成电路作为近年来的新兴学科，实验项目主要来源：①高校间相互借鉴。部分高校在新建专业后，高度借鉴其他已建立集成电路专业高校的实验教学内容。这种借鉴模式虽然能够在短期内快速建立实验教学体系，但也存在一定的局限性。过度依赖外部经验可能导致忽视本校特色的实验项目建设，从而无法充分体现本校的学科特色和教学优势，难以满足地方性和行业特定的需求^［5］。②资深教师自主规划。鉴于电子工程技术与集成电路技术的密切关系，部分高校选择由资深电子专业教师自主规划集成电路专业的实验项目，然而教师受限于职业背景，难以基于行业最新技术需求设计符合实际应用的实验项目。这种模式可能导致设计的实验项目不能与行业的工程需求形成有效衔接，从而影响学生的专业工程能力培养。③采用企业实际项目。部分高校直接采用实验设备供应商的实际项目作为实验项目，这类项目虽然紧跟行业发展，但由于其实际难度较高，易使教师对项目的理解不够深入，进而影响教学效果。同时，学生在实验过程中也可能因为项目难度过大而感到压力，产生挫败感，影响其学习兴趣和积极性，导致实验教学效果大打折扣。

1.2 以结果为导向的实验教学方式

在当前高校实验教学实施过程中，部分教师存在将注重过程引导的教学实验和注重准确结果的科学实验相互混淆的情况，过于侧重以学生完成实验并得到正确结果为目的，而忽视了在实验教学过程中对学生实际能力的培养和创新思维的激发。每个实验都配有详尽的实验指导书，内容包括实验目的、设备配置、操作步骤及预期结果。对学生来说，实验课程的核心任务似乎仅仅是按照指导书中的步骤逐步执行，最终得到与指导书一致的结果。然而，这种教学方式容易将实验教学变成“机械执行”的过程，学生缺乏独立思考，没有对实验原理和方法进行深入理解，无法有效培养学生解决实际问题的能力和激发学生的创新思维^［6］。此外，此种实验模式还可能导致学生对实验的理解停留在表面，无法发展出灵活应对实际工程问题的能力^［7］，从长远来看，也可能为后续更复杂的实验课程或工程项目的开展埋下隐患，形成一种“混实验课”的局面，实验教学变得形式化，无法真正提升学生的综合素质和专业能力。

1.3 实验教学评价方法单一

实验教学评价作为当前高校实验教学的最终环节，同样也面临诸多问题，导致无法对实验教学效果进行全面、科学的评价。当前，实验教学多以学生的实验报告成绩作为主要的评价指标^［8］，侧重结果导向，忽视了教学过程中的动态性和学生的实际表现。这种评价方式未能充分反映实验教学的全过程，缺少对教师在实验教学过程中的指导效果及教学方法的深入评估。同样，教师对学生的评价也通常仅限于最终的实验报告，忽略了评价学生在实验过程中所展现出的思维方式、操作技能和解决问题的能力，最终对学生的能力成长难以形成准确的差异化评价。此外，基于实验报告的静态评价体系虽然能够为实验教学提供某种结果反馈，但缺乏对实验教学过程的有效追溯。一旦实验教学效果不佳，这种评价方式就无法准确识别问题的来源，缺乏对教学环节的细致分析与反思。由于无法有效溯源，问题难以得到及时的解决和改进，从而制约了实验教学质量的持续提升。因此，要实现科学、全面的实验教学评价，亟须构建更加动态、全面的评价机制^［9］，既注重结果，也要关注过程，以便为教学方法的调整和优化提供有力支持。

2 高校实验教学改进方法

2.1 基于“实验—能力”网络映射模型的实验项目设计

为解决当前高校实验项目设计中普遍存在的经验性较强、缺乏适应性和特色的问题，提出将专业工程能力需求明确作为实验教学达成目标的重要组成部分，通过在实验项目设计中建立实验课程与专业工程能力需求相映射的“实验—能力”网络映射模型，建立各实验项目与专业能力之间的紧密联系。该模型的核心是根据工程专业能力的要求，精准界定课程定位，细化实验教学内容，实现实验项目与专业工程能力需求的有效对接^［10］。在此模型框架下，教师在授课过程中可以根据明确的目标和依据进行教学，确保教学内容与毕业要求、专业工程能力的一致性和连贯性。同时，学生能够根据自身职业发展方向，强化相关知识和技能的学习。通过这种方式，学生能在实验开始前明确学习目标，进而提升学习的积极性，增强其学习动力，并有效提升学习效率。这种设计不仅增强了实验教学的适应性与特色性，也为学生的职业能力发展奠定了更为坚实的基础。以集成电路专业实验为例，“实验—能力”网络映射模型如图1所示。

2.2 基于双闭环调节机制的实验过程调节

为解决教师在实验教学中重结果轻过程，忽视学生过程能力培养的问题，基于“实验—能力”网络映射模型，提出构建实验教学的双闭环调节机制，即实验课程进程闭环和实验课程评估闭环，强调过程控制和持续改进，具体实施流程见图2。首先，针对不同的实验项目，基于“实验—能力”网络映射模型中企业对相关职业能力的需求，设置“基本达标”和“进阶达标”两个评判标准。学生可依据“实验—能力”网络映射模型，自我评估该实验项目是否符合其职业发展目标和能力要求，并据此选择适合自己的评判标准。若未能满足对应的标准，学生需根据反馈制定附加训练计划，进行针对性能力提升。每完成一个实验项目并达到达标要求后，方可进入下一个实验项目。通过这一重复评判与达标的过程，逐步形成完整的实验流程闭环，确保学生在逐步推进中不断提升其实验技能与能力。其次，在整体实验课程结束后，针对各个实验项目的实施效果，进行教师评价与学生评价的综合反馈，形成实验课程评估。教师评价侧重对学生实验操作、问题解决能力和创新意识的考核，学生评价则侧重自我感知与对实验内容理解的深度。根据评估结果，及时调整和改进实验教学内容与方法，优化教学设计。该方案强调教师和学生的反馈交织互动，为教学方法的创新与调整提供坚实依据。最终，在双闭环调节机制的持续作用下，实验教学能够根据学生的个性化需求和发展目标进行动态调整，实现针对性的能力培养。通过持续的教学过程反馈和改进，促进课程建设的不断优化，使学生在实验教学中得到更符合其发展需要的个性化培养，进而提高实验教学的整体质量和效果^［11］。

2.3 基于复合评价机制的教学目标评价

为解决实验教学目标评价单一、缺乏层次性的问题，提出引入复合评价机制，结合静态与动态评价，提升实验教学的科学性、实用性与可持续发展性。首先，设置静态评价指标，保证实验教学的基本质量和操作标准，提供扎实的教学基础。静态评价指标涵盖实验方案的科学性、实验设备的先进性、观测参数的准确性以及是否形成有效的数据处理和技术文档等方面，确保实验教学整体流程的规范。同时，设置动态评价指标，关注实验过程中的效率、实验技能的提升、学生的参与感及满意度等因素，旨在使教学更具灵活性和适应性，能有效回应学生需求与教学环境的变化。通过动态评价，实时反映学生的学习进展与能力提升，及时调整教学策略和课程方案，推动实验教学的持续优化与更新。此外，增设拓展评价指标，鼓励教师积极参与各类教学竞赛，不仅促进学术交流与教学创新，也为教师提供获得奖励和职业发展的机会^［12］。教师通过竞赛积累经验，不断提升自身教学水平，并将竞赛中的优秀教学方法和创新内容融入实验教学，进一步丰富实验课程内容，激发学生学习兴趣与创造力，全面提升学生的实验操作技能和解决实际问题的能力。通过该复合评价机制的实施，不仅能够实时监控教学质量，还能实现长远的课程优化与教师发展，推动实验教学的科学性与实用性向更高标准迈进，促进教育质量的全面提升。

3 结语

基于“实验—能力”网络映射模型，将课堂实验与专业工程能力需求紧密相连，通过实验项目设计、实验教学过程以及实验教学评价的全方位优化，构建一个科学、完善且可持续发展的高校实验教学体系。该模型充分挖掘并利用高校实验教学在培养学生专业工程能力方面的核心作用，致力于不断提升教师的专业素质和学生的专业能力。在实验项目设计阶段，依据专业工程能力的要求设计实验项目；在实验教学过程中，通过双闭环调节机制，不断优化教学策略，提升学生的自主学习能力；在实验教学评价时，引入复合评价指标，通过多维度、多层次的评价机制，为课程改进提供依据。未来，需要在实际教学实践中不断完善和优化“实验—能力”网络映射模型。同时，也期望该模型能够为其他课程的教学体系提供有益的参考和借鉴，推动更广泛的教学改革与实践创新。

参考文献

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基金资助

广东石油化工学院校级科研项目（人才引进类）(2024rcyj1038)