論高校實驗教學(xué)如何適應(yīng)學(xué)生的自主選擇要求

熊宏齊

（東南大學(xué) 研究生院，江蘇 南京 210096）

高校實驗教學(xué)應(yīng)注重基礎(chǔ)性［1－2］。鑒于基礎(chǔ)教育中實驗課程缺乏和學(xué)生入學(xué)時實驗基礎(chǔ)薄弱的狀況，大學(xué)實驗教學(xué)首先要立足于讓學(xué)生掌握常用儀器設(shè)備的基本使用方法、實驗操作的基本技能以及相關(guān)學(xué)科的實驗基本知識，培養(yǎng)學(xué)生利用科學(xué)實驗研究問題的基本意識和思維習(xí)慣，這是高校教學(xué)全過程的基本立足點。高校實驗教學(xué)同樣強調(diào)系統(tǒng)性［3］。作為高校最重要的教學(xué)環(huán)節(jié)，應(yīng)該立足給學(xué)生提供相對系統(tǒng)的基本知識體系，構(gòu)建由不同實驗項目或課程有機聯(lián)系的能力與素質(zhì)培育體系，以期有利于學(xué)生學(xué)習(xí)，并形成在相關(guān)領(lǐng)域繼續(xù)學(xué)習(xí)的穩(wěn)定的能力基礎(chǔ)和行為習(xí)慣。然而，長期以來，我國高校實驗教學(xué)中傳授驗證檢驗有余、綜合開放創(chuàng)新不足，統(tǒng)一要求和教師主導(dǎo)有余、自主選擇和個性培養(yǎng)不足，嚴(yán)重制約了學(xué)生創(chuàng)新實踐能力的培養(yǎng)。

針對目前我國高校實驗教學(xué)中存在的這些主要問題，我們應(yīng)創(chuàng)造適應(yīng)學(xué)生自主選擇和個性培養(yǎng)的實驗教學(xué)環(huán)境［4］，一是確保學(xué)生想做的實驗都在實驗室來完成，二是實驗室有條件保證學(xué)生完成各類實驗，進而在引導(dǎo)學(xué)生自主到實驗室做實驗的基礎(chǔ)上，發(fā)展到自主提出問題、自主設(shè)計課題、自主解決問題，在開放、寬松、自主的環(huán)境中，養(yǎng)成自主建構(gòu)知識、發(fā)展能力的習(xí)慣，從而改變統(tǒng)一要求和教師主導(dǎo)有余、自主選擇和個性培養(yǎng)不足的傳統(tǒng)模式。

我們認(rèn)為，層次性設(shè)置實驗教學(xué)內(nèi)容是適應(yīng)學(xué)生自主選擇要求的重要方式。在高等教育大眾化快速發(fā)展的進程中，大規(guī)模的教學(xué)群體彰顯出多樣化的生源、多樣化的需求和多層次的要求，這無法采用統(tǒng)一或單一的教學(xué)模式去適應(yīng)。因此，在實驗教學(xué)中必須貫徹因材施教的層次性原則。這其中包括普適的統(tǒng)一基本要求，多樣化、多類型、多層次的適應(yīng)性要求，以及在教學(xué)活動中體現(xiàn)出課程要求的層次性、實驗內(nèi)容要求的層次性和實驗過程要求的層次性。同時，為了適應(yīng)實驗教學(xué)層次性的教學(xué)要求，高校實驗室在設(shè)備條件、實驗指導(dǎo)模式、網(wǎng)絡(luò)環(huán)境等方面應(yīng)進行必要的改革與建設(shè)。

1 實驗教學(xué)內(nèi)容適應(yīng)學(xué)生的自主選擇要求

1.1 課程體系

高校實驗課程體系包括課程及相關(guān)實踐環(huán)節(jié)，實驗教學(xué)安排要突出早入門引導(dǎo)、突出課內(nèi)外一體、突出開放教學(xué)、突出綜合設(shè)計、突出研究探索、突出自主創(chuàng)新［5］等。課程體系應(yīng)具有層次性，包括設(shè)置基礎(chǔ)性、綜合性、研究性的系列實驗課程。課程類型要豐富，包括獨立設(shè)置的實驗課程、課程中設(shè)置實驗要求、開設(shè)基于實驗的研討課、基于項目實踐的項目課等。這些課程和實驗教學(xué)環(huán)節(jié)中，有必修和選修的要求，實現(xiàn)基本教學(xué)要求基礎(chǔ)上的自主選擇。

實驗室每門實驗課程要正常開出，提供給學(xué)生必修或自主選修［6］。為了提高層次性實驗課程體系的教學(xué)效益，實驗室應(yīng)積極創(chuàng)造條件，在基本教學(xué)要求基礎(chǔ)上，確保選修實驗課程的學(xué)生要多，同時實驗室被學(xué)生選修的課程要多。

1.2 實驗項目

1.2.1 合理設(shè)置實驗項目類型

實驗項目按基礎(chǔ)型、綜合設(shè)計型、研究探索型3類設(shè)置。建議基礎(chǔ)實驗室綜合設(shè)計型、研究探索型實驗項目的比例為50%左右，專業(yè)實驗室綜合設(shè)計型、研究探索型實驗項目的比例一般達到50%以上。實驗室實驗項目設(shè)置總數(shù)不僅要滿足實驗教學(xué)學(xué)時的基本要求，更要為實現(xiàn)學(xué)時自主選擇創(chuàng)造條件，要求實驗項目菜單化，實現(xiàn)學(xué)生自主選擇。

1.2.2 提高設(shè)計型、研究探索型實驗項目的利用頻度

基礎(chǔ)實驗和綜合實驗可通過項目菜單化，在選擇實驗項目、實驗時間等方面滿足學(xué)生的自主選擇［7－8］。部分實驗雖然是基礎(chǔ)實驗和綜合實驗，但若存在設(shè)計方面的實驗內(nèi)容和方法，也可以歸為設(shè)計型實驗。

設(shè)計型實驗在教師的指導(dǎo)下，學(xué)生根據(jù)實驗?zāi)康暮蛯嶒灄l件，自己設(shè)計實驗方案、自主選擇實驗方法、自主選擇實驗器材、自主擬定實驗操作程序、自主完成并對實驗結(jié)果進行分析處理。我們一般認(rèn)為，這類設(shè)計型實驗為實驗室設(shè)置的固有實驗項目，并非學(xué)生自主設(shè)立的研究探索型實驗項目，實驗結(jié)果具有定向性和重復(fù)性。這類實驗項目側(cè)重于培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、自主研究、綜合運用知識的能力和組織能力。

研究探索型實驗承擔(dān)的認(rèn)知任務(wù)是“研究”，包括對新理論的研究，對實驗方法、技術(shù)的改進和創(chuàng)新，自主立項，或直接參與教師的科研項目。學(xué)生在教師的指導(dǎo)下獨立自主地完成實驗，實驗結(jié)果具有非定向性。這類實驗要求學(xué)生自主選擇研究領(lǐng)域，自主遴選實驗研究項目，自己設(shè)計實驗方案、自主選擇實驗方法、自主選擇實驗器材、自主擬定實驗操作程序，自主完成并對實驗結(jié)果進行分析處理。從實驗內(nèi)容方面來看，這類實驗是綜合設(shè)計型實驗的范疇，其教學(xué)作用為激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新欲望、培養(yǎng)學(xué)生研究興趣和創(chuàng)新能力。

各類實驗項目教學(xué)過程中可以滿足學(xué)生自主選擇的要素見表1。因此，提高設(shè)計型、研究探索型實驗項目的利用頻度，是實驗教學(xué)中滿足學(xué)生自主選擇要求的重要方式。

表1 各類實驗項目教學(xué)過程中的學(xué)生自主選擇環(huán)節(jié)

1.3 項目內(nèi)容編排

很多實驗雖然是基礎(chǔ)型實驗，但其實驗內(nèi)容可以進一步拓展。同一個實驗項目可以按照基本內(nèi)容、提高內(nèi)容和設(shè)計內(nèi)容的不同層次要求進行編排。這種分層次編排實驗內(nèi)容與要求，可以確保在強化基礎(chǔ)訓(xùn)練的基礎(chǔ)上，學(xué)生可以根據(jù)自己的能力，選擇并努力完成更多的實驗內(nèi)容，從而使優(yōu)秀學(xué)生脫穎而出。東南大學(xué)“大學(xué)物理實驗”課程中，有10多個實驗采用這種分層次編排實驗內(nèi)容，教學(xué)效果顯著，適應(yīng)了不同能力學(xué)生的自主選擇要求。同時，教師以學(xué)生完成實驗內(nèi)容的質(zhì)和量作為成績評定的依據(jù)。如電位差計的原理與使用實驗，基本要求的實驗內(nèi)容為用電位差計測量干電池的電動勢；提高要求的實驗內(nèi)容為用電位差計校準(zhǔn)毫安表，要求學(xué)生自己畫出實驗電路圖，自擬實驗步驟，自主完成實驗過程；設(shè)計型實驗內(nèi)容為利用電位差計測量干電池的內(nèi)阻，要求自己設(shè)計實驗方案，自擬實驗步驟，在教師指導(dǎo)下，自主完成實驗過程。

1.4 實驗課外活動

實驗課外活動是實驗教學(xué)體系的重要組成部分，其主要內(nèi)容為學(xué)生選修實驗類課程、在實驗室開展科研訓(xùn)練、參加學(xué)科競賽和相關(guān)課程學(xué)習(xí)競賽等。這類活動鼓勵學(xué)生自主選擇學(xué)科領(lǐng)域，并提出實驗課題開展研究，推進研究性學(xué)習(xí)。對實驗類課外活動系列化建設(shè)，不斷豐富其類型，是滿足學(xué)生自主選擇需求的有效途徑。同時，學(xué)生開展實驗類課外活動的成效要納入課程考核，或單獨計算學(xué)分。學(xué)校的各類實驗室應(yīng)創(chuàng)新機制，吸引更多學(xué)生到實驗室開展相關(guān)學(xué)習(xí)和研究活動，逐步提高學(xué)生參加的各類競賽活動、自主進行項目研究等實驗教學(xué)量（人時數(shù)）占實驗室實驗教學(xué)總量的比例。

1.5 課程體系案例

東南大學(xué)突破課程壁壘和學(xué)科界限，對全校實驗課程和項目進行整合，系統(tǒng)重構(gòu)了從自主開放引導(dǎo)→基礎(chǔ)綜合訓(xùn)練→項目專題研究→自主研學(xué)創(chuàng)新的層次化、模塊化、項目化實驗課程體系，創(chuàng)建了由6種研學(xué)途徑組成的課外科研訓(xùn)練計劃，形成了立體開放、課內(nèi)外一體、適應(yīng)學(xué)生自主選擇的實驗教學(xué)體系，如圖1所示。該體系實現(xiàn)了實驗要求選擇、實驗項目選擇、實驗課程選擇、實驗課外活動選擇，為學(xué)生做學(xué)研結(jié)合、自主式個性化發(fā)展提供了廣闊的選擇空間。

圖1 東南大學(xué)適應(yīng)學(xué)生自主選擇要求的實驗教學(xué)體系框圖

2 適應(yīng)學(xué)生自主選擇要求的保障體系

2.1 儀器設(shè)備

為了滿足學(xué)生在實驗教學(xué)中的自主選擇要求，實驗室要建立相應(yīng)的儀器設(shè)備開放管理模式，體現(xiàn)“以學(xué)生為中心，面向?qū)嶒烅椖块_放、面向?qū)W生自主選擇開放”的開放式儀器設(shè)備管理理念。

（1）學(xué)生實驗需求量大的儀器設(shè)備，要求組合優(yōu)化，功能配置要滿足學(xué)生自主設(shè)計實驗方案的要求。

（2）有針對性地對外開放儀器設(shè)備。為了適應(yīng)學(xué)生自主選擇實驗教學(xué)的要求，有針對性地對學(xué)生和教師開放一些設(shè)備，其開放的范圍是滿足學(xué)生自主實驗需要的、可供學(xué)生自主選擇的各種儀器設(shè)備。

（3）儀器設(shè)備開放管理的形式，既可以是集中型，也可以是分散型，還可以是集中分散結(jié)合型。不論采取哪種方式，都應(yīng)該以方便學(xué)生和教師選用為前提，實行有效的管理。

（4）開放形式要靈活多樣，對規(guī)模較大的實驗室而言，可采取集中開架式管理；對個性化、創(chuàng)新性實驗室，可采取分散開架式管理。讓學(xué)生可以像在圖書館書架上自由選擇圖書一樣選擇與自己實驗項目及實驗方法相關(guān)的儀器設(shè)備。

2.2 教學(xué)指導(dǎo)

為了滿足學(xué)生在實驗教學(xué)中的自主選擇要求，實驗室應(yīng)改革相應(yīng)的實驗教學(xué)指導(dǎo)模式，以滿足學(xué)生自主選擇研究領(lǐng)域，自主遴選實驗研究項目，自己設(shè)計實驗方案、自主選擇實驗方法、自主選擇實驗器材、自主擬定實驗操作程序，自主完成并對實驗結(jié)果進行分析處理的教學(xué)指導(dǎo)要求。

對于實驗室已有的實驗項目，由于學(xué)生自己設(shè)計實驗方案、自主選擇實驗方法、自主選擇實驗器材的要求，造成實驗方法和實驗儀器方面的不確定性，實驗室應(yīng)根據(jù)學(xué)生的需求配備適合的教師進行指導(dǎo)，這些教師必須熟悉學(xué)生所使用的實驗方法和實驗儀器。圖2比較形象地表達了一個設(shè)計型實驗項目。該項目是研究一種物體的性質(zhì)，6個學(xué)生選擇不同的研究方法的案例。每一種研究方法會涉及到不同的實驗儀器設(shè)備和相關(guān)的知識內(nèi)容。在這種情況下，實驗室必須分別配備了解這些實驗儀器設(shè)備和相關(guān)知識內(nèi)容的教師或TA進行指導(dǎo)。從另一方面來看，每一個學(xué)生用1～2種實驗方法研究所選定的課題，通過研究結(jié)果的集成，實驗研究則能得到較全面的結(jié)果，這也是研究型實驗教學(xué)的必然要求。

圖2 一個實驗項目采用不同的實驗方法示意圖

對于研究探索型實驗項目，由于學(xué)生選擇研究領(lǐng)域的不確定性，指導(dǎo)教師面對的挑戰(zhàn)則更大一些。要適應(yīng)這類項目的指導(dǎo)，實驗室可能需要跨學(xué)科領(lǐng)域組建指導(dǎo)教師隊伍，如物理學(xué)領(lǐng)域的實驗項目，往往需要化學(xué)或其他領(lǐng)域的研究方法，而化學(xué)領(lǐng)域的實驗項目，往往也需要物理或其他領(lǐng)域的實驗方法等。因此，跨學(xué)科組建實驗教學(xué)指導(dǎo)教師隊伍，是適應(yīng)學(xué)生的自主選擇要求，適應(yīng)研究型實驗教學(xué)的必然要求。

2.3 網(wǎng)絡(luò)環(huán)境

實驗教學(xué)的網(wǎng)絡(luò)管理不僅僅只在于實現(xiàn)學(xué)生選擇實驗項目、選擇實驗時間、進行實驗考勤、實現(xiàn)實驗成績管理等一系列的教務(wù)管理，還要實現(xiàn)一系列的實現(xiàn)信息資源和其他優(yōu)質(zhì)資源的有效利用，以適應(yīng)實驗教學(xué)的學(xué)生自主選擇要求。

（1）要實現(xiàn)選課派位管理。選課與派位管理是為滿足學(xué)生實驗教學(xué)自主選擇要求提供技術(shù)支持的信息化平臺，可以實現(xiàn)網(wǎng)上選做實驗項目、選擇實驗時間、選擇實驗設(shè)備等功能。同時，通過實驗桌位電源管理，或進出實驗室的時間管理，為優(yōu)化實驗項目內(nèi)容編排提供依據(jù)，進一步促進實驗教學(xué)滿足學(xué)生的自主選擇要求。

（2）要實現(xiàn)師生互動管理。一般情況下，在實驗室的教學(xué)網(wǎng)絡(luò)平臺，通過E－mail、QQ群、通知平臺等，實現(xiàn)教師與學(xué)生之間的溝通和交流，包括答疑、討論、指導(dǎo)等。

目前，很多實驗室建立了實驗教學(xué)網(wǎng)絡(luò)實時監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以進一步拓展為實驗教學(xué)師生實時互動系統(tǒng)。如東南大學(xué)物理實驗中心利用計算機TA教學(xué)模式（通過實驗項目電子課件或仿真軟件實時輔導(dǎo)學(xué)生現(xiàn)場實驗），輔之以網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控與答疑系統(tǒng)，建立了基于網(wǎng)絡(luò)的四重答疑與指導(dǎo)系統(tǒng)，如圖3所示。該系統(tǒng)包括計算機TA與學(xué)生之間的交流互動、教師現(xiàn)場對學(xué)生的個性化指導(dǎo)、教授在控制中心對各實驗室的助教和學(xué)生進行實時指導(dǎo)和教學(xué)監(jiān)督以及專家遠(yuǎn)程通過互聯(lián)網(wǎng)的實時答疑和指導(dǎo)。該系統(tǒng)同時也為跨學(xué)科組建實驗教學(xué)指導(dǎo)隊伍，適應(yīng)學(xué)生的自主選擇要求，提供了可借鑒的經(jīng)驗。

圖3 東南大學(xué)物理實驗中心基于網(wǎng)絡(luò)的四重答疑與指導(dǎo)系統(tǒng)實景

3 結(jié)束語

東南大學(xué)在通過實驗、實踐教學(xué)培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神和實踐能力的過程中，堅決貫徹“教師為主導(dǎo)，學(xué)生為主體”的教學(xué)原則。尊重學(xué)生的獨創(chuàng)精神，創(chuàng)建實驗教學(xué)大平臺，提倡學(xué)生在“做中學(xué)、學(xué)中研、研中創(chuàng)”，取得了好的效果。本文介紹為適應(yīng)學(xué)生自主選擇實驗項目、實驗時間、實驗儀器設(shè)備、實驗指導(dǎo)教師等的需要，開展實驗教學(xué)改革的思路和措施，力求使我校的實驗教學(xué)質(zhì)量提高到更高的水平。

（References）：

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［3］鄭家茂.對大學(xué)實驗教學(xué)若干問題的厘析［J］.實驗室研究與探索，2007，26（10）：1－2.

［4］鄭家茂.對大學(xué)實驗教學(xué)若干問題的厘析［J］.實驗室研究與探索，2007，26（11）：1－3.

［5］鄭家茂.構(gòu)建“做學(xué)研”相結(jié)合的創(chuàng)新實踐平臺，促進學(xué)生“做中學(xué)、學(xué)中研、研中創(chuàng)”［J］.實驗技術(shù)與管理，2010，27（1）：1－4.

［6］熊宏齊.實驗教學(xué)示范中心網(wǎng)絡(luò)平臺建設(shè)方案［J］.實驗室研究與探索，2006，25（7）：988－989.

［7］戴玉蓉，熊宏齊.通識教育理念下的普適性實驗課程體系改革與探索［J］.實驗技術(shù)與管理，2008，25（10）：5－8.

［8］戴玉蓉，熊宏齊.適應(yīng)開放式創(chuàng)新性實驗教學(xué)的信息化建設(shè)與管理［J］.實驗技術(shù)與管理，2008，25（10）：9－12.