論創新實驗教學平臺設計實現范文

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摘要：針對專業認證在優化工程教育人才培養體系和培養模式中對實踐教學環節的要求，結合我校石油工程專業以認證標準為基準的教育教學改革實際，介紹了以軟硬件相結合的創新實驗教學平臺的設計和實現，闡述了其作為石油工程專業認證中持續改進工作抓手的有益作用，為相關專業開展工程教育改革與創新提供了借鑒和參考。

關鍵詞：實踐教學；實驗平臺；管理平臺；專業認證；石油工程

作為工程教育人才培養體系和培養模式優化的一種有效途徑，專業認證已在檢驗專業的競爭力、重構系統的人才培養體系、形成持續的人才培養保障機制及全面提高人才培養的質量方面發揮著抓手性作用[1，2]。實踐教學作為支持人才培養目標達成的教學環節之一，其教學設計、教學方法、教學模式及最終的教學效果等直接支撐專業認證產出導向理念的貫徹和落實[3]。石油工程專業認證標準中也對包括實驗、工程設計、實習、科技創新、創業和社會實踐等在內的實踐環節提出了具體要求，尤其是在支持條件標準里就實驗條件明確指出：實驗室面積和實驗教學設備滿足教學需要，實驗室安全管理規范，安全警示標識清晰，裝備安全措施有效，實驗涉及的危險化學藥品均備有安全說明，存取有記錄，實驗項目有安全操作規程；基礎實驗每組學生數不超過2人，專業基礎實驗和專業實驗每組學生數原則上不超過4人；每位教師不得同時指導兩個以上不同內容的實驗[4，5]。這便為專業實驗教學的設計、運行及管理提出了更高的要求，同時也為實驗教學環節的持續改進提供了契機。

一、專業概況及認證背景

我校石油工程專業依托于石油與天然氣工程國家一級重點學科及油氣田開發工程和油氣井工程國家二級重點學科，目前為黑龍江省重點建設專業、國家第二類特色專業、教育部“卓越工程師教育培養計劃”試點專業、地方高校國家綜合改革試點專業[6]。本專業一直致力于培養具有扎實的自然科學基礎和良好的人文素養，掌握石油工程領域專業的基礎知識，具有社會責任感、創新意識和國際交流能力，能夠在石油與天然氣工程及相關行業從事工程設計與施工、科技開發和經營管理等方面工作或能夠進入相關專業繼續深造的石油工程領域高級專門人才[7，8]。在促成國際通行教育質量保障制度的專業認證背景下，我校石油工程專業正在申請工程教育認證，相關的教學改革及持續改進工作也在有序梳理并順利開展中。本文介紹的是創新實驗教學平臺設計與實現正是其中一個縮影。

二、搭建創新實驗平臺

以現有實驗教學中心和重點實驗室為依托，整合包括儀器設備、實驗場所等在內的各種硬件資源，考慮鉆井、油藏、采油及地面等石油工程專業領域，從基本參數測定、性能表征、工藝模擬，到方案優選，設計流體性能參數測試、流體性能評價、鉆采工藝模擬、驅油方案優選等小型一體化實驗臺，進而搭建了為石油工程專業大學生共享開放使用的創新實驗平臺，為本專業大學生開展創新性實踐活動提供了專門場所和優越環境條件，同時也豐富了“石油工程與地質”國家級實驗教學示范中心、“石油與天然氣工程”國家級虛擬仿真實驗教學示范中心的內涵建設。該創新實驗平臺在實驗管理層面上開放、實驗內容層面上開放、課內外科技創新活動層面上開放，滿足了學生個性化培養的需求，為實現課程基礎實驗、綜合設計實驗，尤其是探索創新實驗等層次教學目標提供了可靠保障。

三、開發創新實驗教學管理系統

為了提高所搭建創新實驗平臺的利用效率，并強化專業認證視角下創新實驗教學的信息化建設，開發了涵蓋網站系統和選課系統的創新實驗教學管理系統（校內訪問地址：http：//118.203.135.156：8080/open-lab/），并發揮其在教學過程中的網絡信息化功能。

（一）網站系統如圖1，創新實驗網站系統在設計時使用多層架構開發模式，包括持久層、業務層、表示層。持久層使用Hibernate框架實現，表示層使用MVCModel2模式。視圖（V）采用Freemarker，控制器（C）采用Struts2，通過使用Struts2來實現MVCModel2模式，可以讓系統程序數據的顯示與業務邏輯分離。此設計模式是目前比較流行的MVC模式之一，采用此種模式主要是考慮數據的安全性和用戶操作的方便性。后臺管理模塊開發基于Java語言，Java語言最大的特點是能夠在Windows、Linux服務器上進行部署。從網站的安全方面，Java語言運行時，Java類需要類加載器載入，并經由字節碼校驗器校驗之后才可以運行。Java類在網絡上使用時，對它的權限進行了設置，保證了被訪問用戶的安全性，從而保證了用戶在使用過程中數據的安全。基于以上的框架和語言，網站系統開發中使用目前比較流行的Tomcat作為應用服務器，Mysql數據庫作為存儲工具，同時Tomcat和Mysql也可以跨平臺進行部署，以便兼容后期服務器操作系統的變更。

（二）選課系統如圖2，選課系統包含創新實驗教務管理、創新實驗教學管理、創新實驗平臺開放預約管理、創新實驗過程智能指導與報告提交等功能。1.教務管理的設計與實現。教務可直接導入學期課程表或者對教學計劃和開課管理進行詳細管理。其中教學計劃主要包括課程計劃、培養計劃及開課計劃，開課管理主要包括選課日期設定、學期日期設定、開課審核及開課查詢。2.教學管理的設計與實現。教師編制并開課計劃，學生在教務后可查看開課計劃并進行選課。教師可自主添加創新實驗，并可根據實際情況進行安排。3.開放預約管理的設計與實現。學生登錄系統后點擊“預約工位”，單擊已選實驗室信息，彈出信息提示框按鈕，點擊提交，該實驗工位預約成功。工位預約成功后，可在“我的預約”下查看預約的工位。另外，實驗室管理員點擊每個工位下的“操作”按鈕，頁面彈出當前工位的操作層，用戶可點擊“添加儀器”按鈕，即進入附屬于工位的儀器設備添加頁面。4.過程智能指導與報告提交。教師可點擊向導圖中的“考勤管理”按鈕完成對相應學生的考勤管理，學生點擊“提交報告”按鈕，可進入填寫實驗報告頁面。教師點擊批改按鈕，進入批改實驗頁面，完成對實驗報告的批改，并可以在下側輸入該學生的實驗成績及評語。另外，系統還可以實現創新實驗平臺的資產管理、互動交流通知管理等。四、創新實驗教學運行實踐基于創新實驗平臺硬件和創新實驗教學管理系統軟件，在專業認證背景下面向石油工程專業開展了創新實驗教學運行實踐。其中，在共享開放環節中，實驗管理層面的開放主要用于實驗教學課程內必做項目的時間開放，學生通過實驗教學管理網絡系統自主選擇實驗時間。實驗內容層面開放主要用于實驗教學課程內選做項目的實驗，主要為綜合設計實驗，通過網絡預約、實驗方案設計提交、批準等程序實施。科技創新活動開放，研究內容、實驗方案、實驗時間均由學生自主設計和安排，有利于學生創新能力及個性化培養。大學生創新實驗平臺提供必要的設備和實驗耗材，主要任務是保證學生科技創新活動的進行。在運行實踐中，平臺的軟硬件日常由研究生作為助理教師監督維護，實現平臺的全天候開放。實驗教學效果得到了大幅度提升，大學生創新能力的培養得到了加強，大學生的工程實踐能力也得到了強化，實驗教學質量和學生綜合素質明顯有了提高，在人才培養目標達成度及持續改進方面顯現出一定的優勢。

五、結語

在當前我國高校“雙一流”建設戰略形勢下，專業認證已成為高校人才培養體系進一步梳理、人才培養質量進一步提高、教育質量保障機制進一步改進的有效途徑，而實踐教學作為一項主要的教學環節，在“以學生為中心”、“以產出為導向”及“持續改進”三大理念的再現與培植中扮演著重要作用。創新實驗教學平臺的設計與實現促進了石油工程專業人才培養目標的達成，保障了大學生創新實踐能力的培養，為石油工程專業認證創設了有力支撐，尤其是作為專業認證中持續改進工作的抓手，其為相關專業開展工程教育改革與創新也提供了有益參考。

參考文獻：

[1]李志義.解析工程教育專業認證的持續改進理念[J].中國高等教育,2015,(Z3):33-35.

[2]孫晶,張偉,崔巖,等.工程教育專業認證的持續改進理念與實踐[J].大學教育,2018,(7):71-73.

[3]戴紅玲,胡鋒平,彭小明,等.工程教育認證視閾下專業實踐教學體系的構建與實踐[J].實驗技術與管理,2017,(11):225-228.

[4]張浩,史慶.美國工程專業認證標準與高校石油工程專業目標的設定[J].石油教育,2008,(1):86-88.

[5]楊二龍,逯廣東,張繼紅,等.內陸高校建設海洋油氣工程專業的思考[J].石油教育,2016,(1):21-24.

[6]劉義坤,鐘會影,尹洪軍.基于國家精品課建設的滲流力學課程教學體系設計[J].石油教育,2013,(3):30-32.

[7]王志華,曹廣勝,張立剛.教育信息化視角下的虛擬仿真實驗資源建設[J].實驗科學與技術,2017,15(4):152-155.

[8]劉炎,張若青,徐宏海.工程教育專業認證視角下我國工科高等教育質量提升研究[J].教育教學論壇,2018,(34):16-17.

作者：鐘會影 單位：東北石油大學