開放性實驗對提高大學生創(chuàng)新能力的實驗教學改革探討

白泉+謝騏+王高升

摘 要：應用型本科院校是以培養(yǎng)應用型、創(chuàng)新型人才為其教育教學的主要目的。開放性實驗教學有利于調動學生的主觀能動性，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力。本文闡述了開放性實驗教學改革的意義，針對應用型本科院校實驗教學存在的問題，對開放性實驗教學模式的實施進行了探討。

關鍵詞：開放性實驗;創(chuàng)新能力;實驗教學改革

在知識經濟時代，必須加強對創(chuàng)新人才的培養(yǎng)，而培養(yǎng)創(chuàng)新人才的核心在于創(chuàng)新能力和創(chuàng)新意識的培養(yǎng)，因此，加強對學生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，將是廣大教育工作者必須密切關注的重大課題。特別是對于應用型本科工科院校來說，培養(yǎng)應用型、創(chuàng)新型人才是其教育教學的主要目的，因此實驗教學改革迫在眉睫。傳統(tǒng)的實驗教學主要是驗證性實驗，這種教學模式與現(xiàn)代教育模式相悖，明顯不能滿足新形勢發(fā)展的需求，因此，開放性實驗教學是實驗教學發(fā)展的趨勢，它能夠激發(fā)學生學習的積極能動性，并為大學生培養(yǎng)創(chuàng)新能力和綜合能力提供了最合適的教學實驗環(huán)境。

一、開放性實驗的意義

開放性實驗，不只是打開實驗室大門，讓學生自由地在實驗室獨立完成實驗，而是由學生根據(jù)所掌握的理論知識，自行擬定實驗題目，選定實驗中所需要的實驗器材和儀器設備，制定實驗方案、設計實驗步驟，處理和分析所得實驗結果以及數(shù)據(jù)，最后以報告的形式寫出來。實驗室教師在此過程中只充當“服務”的角色，為學生提供服務，比如需要參考的實驗資料，審查學生制訂的實驗方案以及幫助和解答學生在實驗過程中遇到的問題。應用型本科工科院校旨在培養(yǎng)應用型和創(chuàng)新型人才，而傳統(tǒng)的實驗教學是驗證理論學習的一個環(huán)節(jié)，只是教會學生能使用儀器，記住實驗操作技能和驗證實驗原理，其結果并沒有達到教學目的，因此必須進行實驗教學改革。

開放性實驗教學模式是一種新型的實驗教學形式，以學生自主學習為中心，注重培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力;采取開放實驗室、開放實驗項目和開放實驗課題，充分挖掘實驗室潛力和提高實驗設備的效益。讓學生通過研究熱點和了解前沿學科發(fā)展的知識，學生與教師共同討論確定實驗方案，使實驗課程真正成為創(chuàng)新教育不可缺少的部分，使學生真正形成自主學習、合作學習和研究學習的方式，這對于培養(yǎng)學生主動性與創(chuàng)造性的實踐能力有重要的影響。

二、應用型本科院校實驗教學存在的問題

1.傳統(tǒng)實驗教學多為演示性和驗證性實驗，缺乏綜合性和設計性實驗

長期以來，傳統(tǒng)的實驗多為驗證性和演示性實驗，這種實驗教學的目的是讓學生通過課程中開設的實驗進一步理解、掌握和驗證理論學習的知識點，也就是教師“灌輸”知識，使學生在實驗中掌握了最基本的實驗技能和方法，驗證了理論知識，但卻忽略了對學生的創(chuàng)新能力和綜合能力的培養(yǎng)。對于目前的應用型本科來說，課程設置了一些基礎實驗課、專業(yè)基礎實驗課、實習實訓、課程設計和畢業(yè)設計等，但互相關聯(lián)度不大，沒有有機結合。雖然有一定的綜合性，但還是多以實驗驗證為主。此方式毫無疑問制約了學生表現(xiàn)、發(fā)揮自我的機會，無法調動學生的主動性，始終處于被動學習的地位。

2.傳統(tǒng)實驗教學無法體現(xiàn)創(chuàng)新能力和學生主體性

傳統(tǒng)實驗教學受到多方面限制。比如：傳統(tǒng)的實驗教學在做實驗時都是要求學生必須在規(guī)定的時間內把教師要求和布置的實驗內容完成;傳統(tǒng)的實驗指導書中，幾乎每個實驗的實驗目的、內容、要求和方法、實驗步驟以及處理數(shù)據(jù)表格等都已規(guī)定擬好;傳統(tǒng)實驗較注重于實驗過程和實驗結果的準確性，因此實驗成績只需要根據(jù)考勤情況和實驗報告給出，這些只作為理論教學的附屬品。以這種方式的傳統(tǒng)實驗內容來組織教學，是無法啟發(fā)學生的創(chuàng)新意識和發(fā)揮學生的主觀能動性的，更談不上培養(yǎng)他們的創(chuàng)新能力。

三、探討開放性實驗教學改革的實施

1.開放性實驗教學內容

開放實驗教學內容并不是意味著學生想做什么樣的實驗就做什么，想怎么做就怎么做，而是需要在教學大綱的統(tǒng)一規(guī)范下，將實驗教學內容和課堂教學內容相結合。實驗內容具體可分為演示性、驗證性、綜合性和設計性四個層次，考慮到學生在開放式實驗教學是主體，實驗的設計和安排就需要根據(jù)學生的認知水平，體現(xiàn)出分層次和個性化教學。將實驗內容難度從淺到深，逐步推進，由驗證性到綜合設計性，逐步形成符合各個專業(yè)特點的實驗體系，培養(yǎng)學生解決實際問題的能力和創(chuàng)新能力。

對于剛步入高校的大學生，教學重點是專業(yè)知識的積累和課內實驗操作技能的訓練，開設的多為演示性和驗證實驗，指導教師同時可以提出課內實驗之外的拓展實驗，鼓勵學生參加各種知識競賽（如力學競賽、數(shù)學建模大賽等）和獲取校外專業(yè)證書（如應用軟件方面等）等。對于高年級的學生來說，以培養(yǎng)學生實踐能力、綜合設計能力和創(chuàng)新意識為主要目的，更注重如何將所學的知識綜合運用起來進行創(chuàng)新和設計，這個階段則以設計性和綜合性的實驗為主。首先，實驗題目的設計是綜合開發(fā)性實驗的關鍵。題目的擬定要充分體現(xiàn)內容形式的新穎，難度層面要適中且可操作性強，同時，還要考慮學生能夠掌握實驗的具體的理論知識和基本技能，會熟練使用到哪些實驗儀器設備的操作方法，實驗創(chuàng)新的可能性等方面。其次，根據(jù)現(xiàn)代教學模式，實驗內容可以是教師自己的科研課題的一部分，有利于培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力。對于將要畢業(yè)和準備考研的學生來說，提前接觸科研，他們探索知識能動性更高，同時他們會積極主動地提出實驗設想，為教師的科研工作拓展思維空間;還可以針對大學生科技創(chuàng)新、全國挑戰(zhàn)杯等大賽開設綜合設計性實驗項目;也可以將企業(yè)中的項目引進實驗室，作為畢業(yè)設計的題目來源。學生通過科研課題、課外科技創(chuàng)新和企業(yè)實際實驗課題，可以提高專業(yè)綜合實踐能力、團隊協(xié)作能力、產學結合能力和創(chuàng)新意識。

2.開放性實驗教學模式的實施

（1）實施過程

①教師公布實驗項目，學生提交實驗方案

教師可在每個學期開學之初，把實驗項目向學生公布。對于基礎性的實驗項目就在少數(shù)幾個專業(yè)實驗室完成;對于綜合性和設計性的實驗項目，需要學生通過查閱文獻資料，了解實驗背景（國內外研究狀況）、實驗目的和實驗內容后，根據(jù)實驗設備和實驗要求，提出切實可行的具體實驗設計方案，包括實驗所需要的儀器清單、實驗項目步驟和注意事項等內容。

②學生和教師共同討論確定最終實驗方案

學生在進行綜合設計性實驗前兩周，將實驗方案提交給教師。由于受到實驗室條件和學生自身條件的影響，實驗方案存在不合理之處再所難免，教師可根據(jù)具體問題，與學生商量討論，同學生詳細分析，在尊重學生思路的前提下，共同制訂出具有可操作性的實驗方案。

③學生動手實驗，教師從旁指導

實驗方案通過審核后，學生可以向教師預約實驗操作的時間。學生按照已確定的實驗方案，自己動手準備實驗器材、搭建實驗平臺和完成具體的實驗操作。學生在實驗過程中，教師需要從旁指導，解答學生遇到的難題，如實驗儀器的使用和操作規(guī)范等。

④學生總結實驗，教師進行評分

學生完成實驗后，自主對實驗結果數(shù)據(jù)進行分析和總結，教師根據(jù)學生完成情況（如實驗準備和實驗方案等）進行評分。最后，學生將完成的實驗以報告的形式提交給教師。

在學生設計和準備實驗的過程中，可以幫助他們發(fā)現(xiàn)問題，引導他們積極思考來解決這些問題的方法。在確定實驗方案時，學生研究問題的基本方法和創(chuàng)新意識也會得到培養(yǎng)。最后，在對實驗進行書寫總結報告時，學生學會了處理和分析問題的能力。

（2）實施條件

為了保證開放性實驗教學的順利開展，需要具備三個方面的基本條件：

①學生方面

在這個學習過程中，需要學生具有一定的自覺性。開放性實驗模式提供的教學環(huán)境較為寬松和自由，必須具有這個前提，實驗教學任務才能保質保量的完成，才能達到所期待的實驗效果。除此之外，還要幫助學生培養(yǎng)學習的自覺性和積極性，激發(fā)他們的學習興趣，因此，需要制定相應的管理措施和建立相應的機制和體系。如獎勵機制，對在實驗過程中完成質量好且項目具有創(chuàng)新性的學生進行獎勵等。

②教師隊伍方面

實驗指導教師隊伍必須具有較高素質。要達到開放性實驗的目的和意義，學校提供給學生的實驗項目必須具有以下特點：數(shù)量多，內容前沿，項目創(chuàng)新，能反映本學科的最新發(fā)展。所以作為“引路人”的指導教師，本身知識面就要寬且具有活躍和新穎的學術思想，及時掌握和了解本學科最先進的前沿知識和進展，才能在學生實驗的過程中引導他們發(fā)現(xiàn)新觀點、新知識和新方法，才能使他們創(chuàng)新有了源泉，視野得到開拓。這就要求實驗指導教師必須不斷提高和充實自身的業(yè)務素質和知識結構，才能適應新的教學要求。

③實驗室管理和建設方面

要加強實驗室的管理和建設。進行開放性實驗教學會出現(xiàn)實驗數(shù)目的增多和實驗時間的增加，特別是工科院校的實驗教學，實驗項目要有相匹配的實驗設備，因此，實驗室的軟硬件環(huán)境必須有所保障。由于實驗設備利用率提高，各種儀器設備的維護、耗材都需要供應得上。所以管理層應在實驗室建設方面給予一定的資助。同時，實驗室負責教師可以組織學生一起對實驗室設備進行維護和保養(yǎng)。在此過程中，可以進一步挖掘實驗設備的潛功能，開發(fā)出創(chuàng)新性和探索性的實驗項目。

四、結論

開放性實驗教學是實驗教學改革的重大舉措，有利于教師轉變以傳授知識為主的傳統(tǒng)教學觀念，注重培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識和科學素質;有利于調動學生學習的自覺性和積極性，激發(fā)他們的好奇心和求知欲。教師必須營造寬松、自由的創(chuàng)新氛圍，形成以“學生為主體”的實驗教學模式，才能夠培養(yǎng)出符合市場需求、時代需要、人才競爭渴求的學生。這就需要我們繼續(xù)積極探索適合本校特色的開放性實驗教學模式的規(guī)律和創(chuàng)建實驗教學改革體系，解決在實施過程中出現(xiàn)的問題，進一步提高實驗教學質量和教學效果，促進開放性實驗室教學改革有實質性的進展。

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