高校工科專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式改革研究

王珊+楊續(xù)東+劉曉波

摘要：通過對高校工科實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革，建立以“綜合性實(shí)驗(yàn)”、“設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)”為主的教學(xué)模式。采用“翻轉(zhuǎn)課堂”實(shí)驗(yàn)教學(xué)，激發(fā)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)積極性。因材施教，按照學(xué)生的個(gè)體差異開展分級實(shí)驗(yàn)教學(xué)。強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)師資隊(duì)伍建設(shè)，不斷充實(shí)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，引入最新的科研成果，有效提高工科實(shí)驗(yàn)的教學(xué)水平。

關(guān)鍵詞：工科專業(yè)；實(shí)驗(yàn)教學(xué)；教學(xué)改革；能力培養(yǎng)

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2016）46-0269-02

一、實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在的問題

工科專業(yè)是指研究工學(xué)方面的學(xué)科專業(yè)，包括材料、機(jī)械、水利以及生物工程等學(xué)科的近百個(gè)專業(yè)[1]。實(shí)驗(yàn)教學(xué)是工科院校培養(yǎng)大學(xué)生動(dòng)手能力、實(shí)踐技能和創(chuàng)新思維能力的重要手段。但目前，國內(nèi)工科院校實(shí)驗(yàn)多為演示性、驗(yàn)證性，極少有設(shè)計(jì)性、綜合性的元素，實(shí)驗(yàn)教學(xué)一直是被動(dòng)盲目實(shí)驗(yàn)的方式，即實(shí)驗(yàn)對象、方法等關(guān)鍵因素都是由教師制定，其不僅抹殺了學(xué)生的創(chuàng)新思維，而且也不利于培養(yǎng)學(xué)生認(rèn)真嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶?shí)驗(yàn)精神，容易產(chǎn)生實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象觀察不仔細(xì)，數(shù)據(jù)記錄不真實(shí)、不規(guī)范等問題。一些教師對實(shí)驗(yàn)報(bào)告只注重書寫格式是否規(guī)范，而忽視數(shù)據(jù)處理結(jié)果的分析與討論，造成學(xué)生為完成報(bào)告而實(shí)驗(yàn)。此外，一些課程對實(shí)驗(yàn)成績的考核，僅以筆試方式進(jìn)行，導(dǎo)致學(xué)生死記硬背實(shí)驗(yàn)原理、方法和步驟，不利于學(xué)生動(dòng)手能力的培養(yǎng)。學(xué)生如果不能通過實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)地整合知識(shí)，那么就完全背離了實(shí)驗(yàn)的目的和初衷。

二、實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革與設(shè)計(jì)

1.實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的改革。實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革要以充分發(fā)揮學(xué)生的主動(dòng)性、創(chuàng)造性為出發(fā)點(diǎn)，改革陳舊、落后的實(shí)驗(yàn)，不斷更新、充實(shí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容。設(shè)置實(shí)驗(yàn)更加貼近實(shí)際，將以“驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)”為主的實(shí)驗(yàn)，逐漸過渡到“綜合性實(shí)驗(yàn)”和“設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)”。不斷充實(shí)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，將最新科技成果引入其中，更加趨于“工程化”。這樣有利于開闊學(xué)生視野，提高學(xué)習(xí)興趣，強(qiáng)化創(chuàng)新意識(shí)，培養(yǎng)創(chuàng)造性思維，鍛煉實(shí)踐能力，增強(qiáng)綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問題的能力。

2.實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)。美國學(xué)者肯普提出“教學(xué)設(shè)計(jì)”為運(yùn)用系統(tǒng)方法分析教學(xué)過程中各部分相互聯(lián)系的問題和需求，提出解決問題的最佳方案，然后評價(jià)教學(xué)成果的系統(tǒng)計(jì)劃過程，而大學(xué)實(shí)驗(yàn)課程的“教學(xué)設(shè)計(jì)”是依據(jù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的目標(biāo)，提出建立實(shí)驗(yàn)教學(xué)的最佳方案以及優(yōu)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)效果的過程。（1）教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)。實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重點(diǎn)是對實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的制定。對驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，應(yīng)強(qiáng)調(diào)演示和證明內(nèi)容相關(guān)的知識(shí)點(diǎn)，使學(xué)生加深對教學(xué)內(nèi)容的理解，培養(yǎng)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)實(shí)驗(yàn)的基本素養(yǎng)。學(xué)生要注重原始實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的記錄，實(shí)驗(yàn)報(bào)告的關(guān)鍵是進(jìn)行實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理，實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析與討論。對于綜合性實(shí)驗(yàn)是綜合所學(xué)的專業(yè)知識(shí)，強(qiáng)化靈活運(yùn)用專業(yè)知識(shí)的訓(xùn)練，要求學(xué)生能夠掌握實(shí)驗(yàn)方案的制定、實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備的調(diào)試，實(shí)驗(yàn)報(bào)告的數(shù)據(jù)分析等各環(huán)節(jié)，以培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力。實(shí)驗(yàn)報(bào)告要寫有完整的數(shù)據(jù)記錄及數(shù)據(jù)處理結(jié)果。結(jié)果分析說明所測數(shù)據(jù)存在問題，并提出改進(jìn)意見。設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，是學(xué)生自行提出有創(chuàng)意的實(shí)驗(yàn)方案，教師對實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行評價(jià)，從理論上分析和討論方案的可行性，并最終實(shí)施解決。學(xué)生要完成查閱資料、設(shè)計(jì)方案，確定實(shí)驗(yàn)步驟，培養(yǎng)協(xié)同合作的團(tuán)隊(duì)精神。要求學(xué)生分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，寫出報(bào)告或小論文。（2）教學(xué)方法設(shè)計(jì)。在調(diào)研的基礎(chǔ)上，采用“模塊化+個(gè)性化”的實(shí)踐教學(xué)理念，更新師生的教學(xué)理念，注重培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力。逐步完善實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容與方法，并建立起實(shí)驗(yàn)教學(xué)的管理制度和相應(yīng)的評價(jià)體系。在教學(xué)上應(yīng)設(shè)計(jì)出實(shí)驗(yàn)的流程，給學(xué)生留下思考的空間，并對其進(jìn)行個(gè)性化的啟發(fā)和指導(dǎo)。由學(xué)生確定實(shí)驗(yàn)步驟，根據(jù)相關(guān)實(shí)驗(yàn)所需設(shè)備、儀器及試劑等要求，選擇恰當(dāng)?shù)膶?shí)驗(yàn)裝置或?qū)?shí)驗(yàn)儀器進(jìn)行組裝、校準(zhǔn)。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中要求設(shè)置的問題能為學(xué)生提供多種可選原理和儀器。學(xué)生帶著問題去思考，嘗試不同實(shí)驗(yàn)方法的可行性，以優(yōu)化實(shí)驗(yàn)過程的效果。學(xué)生不僅開拓了思路，極大地提高了動(dòng)手能力，還培養(yǎng)了對實(shí)驗(yàn)課的興趣。

3.翻轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)?！胺D(zhuǎn)教學(xué)”就是將以教師為主的課堂教學(xué)和以學(xué)生為主的課外學(xué)習(xí)交換位置，實(shí)現(xiàn)以翻轉(zhuǎn)學(xué)習(xí)為主的課堂教學(xué)方式。建立翻轉(zhuǎn)課堂實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，首先要明確教師與學(xué)生在實(shí)驗(yàn)課前、課堂以及課后的具體任務(wù)。（1）實(shí)驗(yàn)課前學(xué)習(xí)。在實(shí)驗(yàn)課前，學(xué)生根據(jù)教師安排的實(shí)驗(yàn)任務(wù)，自主安排學(xué)習(xí)時(shí)間和地點(diǎn)。教師為學(xué)生提供詳細(xì)的課前指導(dǎo)材料，包括在網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)等資源，學(xué)生與教師通過互動(dòng)交流，明確實(shí)驗(yàn)中存在的問題，極大激發(fā)了實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)的興趣。（2）實(shí)驗(yàn)課堂學(xué)習(xí)。學(xué)生按4—6人分組，在教師的指導(dǎo)下，分工合作完成實(shí)驗(yàn)。由于實(shí)驗(yàn)操作過程的實(shí)時(shí)性和不可重現(xiàn)性，教師只有在實(shí)驗(yàn)課堂上觀察每個(gè)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)情況，才能對學(xué)生的真實(shí)操作水平做出客觀評價(jià)。學(xué)生首先明確實(shí)驗(yàn)過程中的重、難點(diǎn)問題，教師引導(dǎo)學(xué)生獨(dú)立思考并解決問題，培養(yǎng)學(xué)生的求知欲。教師要了解學(xué)生對實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的掌握情況，引導(dǎo)學(xué)生對實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行總結(jié)和分析。（3）實(shí)驗(yàn)課后學(xué)習(xí)。在實(shí)驗(yàn)課后開展小組討論，鞏固實(shí)驗(yàn)知識(shí)點(diǎn)。教師與學(xué)生交流得到反饋信息，了解學(xué)生實(shí)驗(yàn)過程存在的問題。對學(xué)生的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行評價(jià)，強(qiáng)調(diào)學(xué)生在今后實(shí)驗(yàn)中應(yīng)注意的問題。

4.充分調(diào)動(dòng)學(xué)生積極性。陳舊、落后的實(shí)驗(yàn)設(shè)備極大地抑制了學(xué)生的實(shí)驗(yàn)興趣和對新知識(shí)的渴望。隨著國家對高校經(jīng)費(fèi)投入力度的不斷加大，實(shí)驗(yàn)室各種新型實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備得到很大提升。高校各專業(yè)實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)具備了從基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)到進(jìn)行高水平實(shí)驗(yàn)的實(shí)力，對先進(jìn)的儀器和相關(guān)領(lǐng)域較前沿的實(shí)驗(yàn)方法學(xué)生有著濃厚的興趣，學(xué)生也迫切希望能用先進(jìn)的儀器設(shè)備進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。同時(shí)，現(xiàn)代化設(shè)備需要學(xué)生具有相關(guān)的專業(yè)知識(shí)，從而激發(fā)了學(xué)生對理論課程的學(xué)習(xí)熱情。

在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中要避免滿堂灌式教學(xué)方法，教師提示實(shí)驗(yàn)操作的關(guān)鍵步驟和注意事項(xiàng)，讓學(xué)生自己動(dòng)手實(shí)踐，教師要為學(xué)生留下思考的余地，培養(yǎng)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中能透過現(xiàn)象去發(fā)現(xiàn)問題的本質(zhì)，激發(fā)學(xué)生的求知欲。

5.因材施教。實(shí)驗(yàn)教學(xué)應(yīng)注重對不同能力的學(xué)生因材施教，按照學(xué)生實(shí)驗(yàn)的差異開展分級教學(xué)。工科實(shí)驗(yàn)教學(xué)從博士、碩士到本科，每個(gè)層次都有各自的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式。層次越高學(xué)生獨(dú)立性的成分就越多。

三、實(shí)驗(yàn)師資建設(shè)

若實(shí)驗(yàn)教師工程實(shí)踐能力薄弱，會(huì)對學(xué)生科技創(chuàng)新思維缺少正確的引導(dǎo)，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中碰到問題不能得到及時(shí)解答，從而喪失了對后續(xù)實(shí)驗(yàn)的興趣，學(xué)生實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)的積極性受到嚴(yán)重影響，實(shí)驗(yàn)效果也達(dá)不到預(yù)期的目標(biāo)。學(xué)生實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新的思路、能力往往受實(shí)驗(yàn)教師的直接影響。因此，強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)師資隊(duì)伍建設(shè)尤為重要。

四、開放性實(shí)驗(yàn)室建設(shè)

開放性實(shí)驗(yàn)室是工科院校實(shí)驗(yàn)室體系改革的方向，學(xué)生可根據(jù)自己的計(jì)劃到實(shí)驗(yàn)室預(yù)約實(shí)驗(yàn)時(shí)間。如何能科學(xué)合理安排開放時(shí)間，既能充分利用有限的實(shí)驗(yàn)室資源，提高儀器的使用率，又能給學(xué)生提供一個(gè)自由、獨(dú)立實(shí)驗(yàn)的空間，是開放性實(shí)驗(yàn)室教學(xué)中急需解決的問題。實(shí)驗(yàn)室可將內(nèi)容相關(guān)、時(shí)間安排上能銜接的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目集中開設(shè)，這樣便于實(shí)驗(yàn)室管理，學(xué)生也能根據(jù)自己實(shí)際情況選擇實(shí)驗(yàn)時(shí)間。開放性實(shí)驗(yàn)室能夠真正體現(xiàn)以學(xué)生為主體的教學(xué)方針，充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性，有效提高學(xué)生的實(shí)踐能力以及科研能力。

結(jié)論：

本文分析了高校工科專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的問題。通過加強(qiáng)工科實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)，促使學(xué)生更好地掌握所學(xué)理論知識(shí)。具體來說，高等工科院校開設(shè)實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)改革包括以下內(nèi)容：

1.以“驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)”逐漸過渡到“綜合性實(shí)驗(yàn)”和“設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)”。培養(yǎng)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中能透過現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)問題本質(zhì)屬性的能力，構(gòu)建嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶?shí)驗(yàn)思維方法與打造實(shí)事求是的科學(xué)精神。

2.開展實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)，基于“模塊化+個(gè)性化”模式，更新實(shí)驗(yàn)教學(xué)理念，注重培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力和綜合素質(zhì)，加強(qiáng)實(shí)踐環(huán)節(jié)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)和規(guī)劃，培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手和實(shí)操能力。

3.充分討論當(dāng)前師資隊(duì)伍對實(shí)驗(yàn)教學(xué)的影響，通過提高教師的實(shí)踐能力，組織教師到企業(yè)參加實(shí)踐鍛煉，對當(dāng)前工科專業(yè)人才培養(yǎng)實(shí)踐教學(xué)具有重要的意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]王文生，史曉娟，王曉敏.提高工科本科實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量的思考與建議[J].中國印刷與包裝研究，2012，4（4）：57-60.