高校實驗教學體系創(chuàng)新性構(gòu)建研究

陳文倩, 宋 軍, 顏忠誠, 張志強, 藍葉芬

(1. 首都師范大學 國有資產(chǎn)管理處, 北京 100048; 2. 首都師范大學 財務(wù)處, 北京 100048; 3. 首都師范大學 地理科學與技術(shù)國家級實驗教學示范中心, 北京 100048)

實驗室是高校教學和科研的重要基地,是新形勢下培養(yǎng)人才、開展科學研究和服務(wù)于社會現(xiàn)代化建設(shè)的主要場所,是衡量高校辦學水平的重要因素之一[1]。簡單地按功能區(qū)分,高校實驗室一般分為兩種類型：教學實驗室和科研實驗室。實驗教學是激發(fā)學生創(chuàng)新能力、培養(yǎng)學生動手技能的重要方法。高校實驗教學體系的概念為實驗教學活動中各要素之間按照一定的秩序和內(nèi)部聯(lián)系而構(gòu)成的有機系統(tǒng)。該體系圍繞人才培養(yǎng)為中心,其根本宗旨是培養(yǎng)和提高學生的綜合素質(zhì)能力。高校實驗室體系構(gòu)建的主要內(nèi)涵包括實驗室類型的劃分、基本功能和主要面向?qū)ο?以及實驗室的運行機制等。本文重點研究教學實驗室創(chuàng)新性體系構(gòu)建問題。

1 教學實驗室的體系創(chuàng)新

1.1 傳統(tǒng)實驗教學體系存在的問題

在傳統(tǒng)教育觀念中,有著“重理論、輕實驗,重課堂教學、輕實驗教學” 的傾向。我國高校在實驗教學體系建設(shè)上尚未形成統(tǒng)一的認識,更沒有把創(chuàng)新能力培養(yǎng)作為體系設(shè)計的核心和首要任務(wù)[2]。傳統(tǒng)實驗教學體系的運行主要存在著以下問題：實驗教學管理制度不規(guī)范、不健全；實驗教學理念相對滯后,不夠重視調(diào)動和啟發(fā)學生的積極性,在一定的程度上忽視了對學生實踐創(chuàng)新技能的培養(yǎng)；實驗教學方法和手段單一,采用的還是傳統(tǒng)的教師教授、學生接受的模式；實驗項目內(nèi)容形式單一、更新速度慢,往往按理論課程需要而設(shè)置,對于學生培養(yǎng)方案沒有整體性的考慮；實驗教學儀器設(shè)備管理不完善,沒有形成共享機制[3-5]。

1.2 實驗教學示范中心的建設(shè)促進實驗教學體系改革

從2005年開始,教育部在全國范圍內(nèi)啟動了高等學校實驗教學示范中心建設(shè)工作,目標旨在加強高等學校學生實踐能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng),加快實驗教學改革和實驗室建設(shè),促進優(yōu)質(zhì)資源整合與共享, 提升高校辦學水平和教育質(zhì)量[6]。實驗教學示范中心的管理模式在專業(yè)和學科建設(shè)的平臺上集合了實驗人員和實驗設(shè)備資源,并由實驗教學示范中心統(tǒng)一調(diào)配,提高了空間、人員和儀器設(shè)備的利用率,避免了儀器的閑置與資金的浪費,也改變了原來教學實驗室管理模式下,實驗教學資源過于分散、利用率低的情況。實驗教學示范中心的建設(shè)有利于促進實驗教學內(nèi)容和體系的革新,也為學生創(chuàng)造性思維的個性化培養(yǎng)提供了必要的條件和良好的環(huán)境。

在國家級實驗教學示范中心建設(shè)的基礎(chǔ)上,我校地理國家級實驗教學示范中心(以下簡稱“示范中心”)通過近10年的建設(shè),以培養(yǎng)具有地理學綜合分析問題、解決問題能力的應(yīng)用創(chuàng)新人才為目標, 從實驗教學方法和技術(shù)、實驗教學內(nèi)容體系、實驗教學質(zhì)量保障等方面對實驗教學體系進行了改革和研究[7]。

2 以示范中心建設(shè)為契機,構(gòu)建創(chuàng)新性實驗教學體系

實驗教學是連接理論知識與工程應(yīng)用的橋梁,是培養(yǎng)學生實踐能力和創(chuàng)新意識的重要途徑,深化實驗教學改革和提高實驗教學質(zhì)量是當前高校教學改革的重要任務(wù)[7]。示范中心堅持“實驗教學與學科專業(yè)一體化建設(shè)的發(fā)展互為依托、相互促進”的改革思路,圍繞“室內(nèi)室外實驗教學結(jié)合、基礎(chǔ)理論與技術(shù)應(yīng)用結(jié)合、現(xiàn)實世界環(huán)境演化與虛擬現(xiàn)實模擬結(jié)合”的實驗教學定位,開展以室內(nèi)實驗為基礎(chǔ),以野外實習為補充,以3S高新技術(shù)為支撐的實驗教學體系,實行開放式實驗教學模式,整合更新實驗教學內(nèi)容,改進實驗教學方法和技術(shù),構(gòu)建分層次實驗教學體系,建立科技創(chuàng)新實習基地。構(gòu)建地理科學與信息技術(shù)互為依托、相互促進的實驗教學平臺,滿足多層次地理科學與技術(shù)實驗教學和科學研究需要。

2.1 建立主體化、層次性的立體實驗教學新體系

實驗教學體系的改革,必須遵循實驗教學的規(guī)律[8]。圍繞教學目標,構(gòu)建“一體化、四個層次的開放性實驗教學新體系”。 “一體化”是指該體系建立在地理科學的一級學科之上,在相對獨立開設(shè)實驗課的基礎(chǔ)上,面向地理科學的各分支學科設(shè)計實驗項目和內(nèi)容[4]。“四個層次”是指采用 “基礎(chǔ)實驗—綜合實驗—設(shè)計實驗—創(chuàng)新性實驗”四級逐步提高的實驗教學模式?！伴_放性”指的是向?qū)W生開放教學實驗室。以培養(yǎng)具有地理學綜合分析問題、解決問題能力的應(yīng)用創(chuàng)新人才為目標,以綜合能力培養(yǎng)為核心,積極開展實驗教學改革與人才培養(yǎng)模式創(chuàng)新。

通過層級分明、難度循序漸進的實驗訓練,使得學生能夠掌握基本的實驗操作方法、正確地操作儀器設(shè)備、準確地獲取與處理實驗數(shù)據(jù)、科學地分析與表達實驗結(jié)果,進而培養(yǎng)學生科學思維能力、理論聯(lián)系實際能力以及創(chuàng)新的能力。在整個過程中,一體化的目標貫穿始終,四個層次為具體操作規(guī)劃,將實驗課與相關(guān)的專業(yè)課相結(jié)合(見圖1)。截至2016年,示范中心承擔了學院地理科學、地理信息科學、遙感科學與技術(shù)、旅游管理4個本科專業(yè)和20個學位點的實驗教學,項目資源總量達1.5TB,年度開設(shè)各類實驗項目237項,自編公開出版實驗教材10部。

圖1 構(gòu)建實驗教學新體系

2.2 整合實驗教學資源,強化實驗教學模式的多元化創(chuàng)新

示范中心開展“以室內(nèi)實驗為基礎(chǔ)、以野外實習為補充、以3S高新技術(shù)為支撐”的實驗教學模式,構(gòu)建地理科學與信息技術(shù)互為依托、相互促進的多元化創(chuàng)新實驗教學平臺,滿足多層次地理科學與技術(shù)實驗教學和科學研究的需要。

2.2.1 實驗教學與校外、野外實習相結(jié)合

緊密圍繞該專業(yè)的綜合性、應(yīng)用性的特點,精心遴選綜合性實習基地,建立實習基地基礎(chǔ)地理空間數(shù)據(jù)庫與資料庫、野外觀測臺站系統(tǒng)。目前,已經(jīng)建有包括“北大方正3S技術(shù)開發(fā)與應(yīng)用實習基地”“北京地面沉降監(jiān)測實習基地”“野鴨湖濕地自然保護區(qū)3S實習基地”等多個野外實習基地。與國內(nèi)外知名軟件公司聯(lián)合建立了6個軟件培訓基地,包括ENVI、PCI、ArcGIS等,吸引了國內(nèi)各地高校的學生和技術(shù)工作者前來參加培訓,學生可免費聽課,并進行實驗與實習。

2.2.2 虛擬仿真實驗教學

虛擬仿真教學能夠再現(xiàn)自然現(xiàn)象或事物變化過程,為學生提供生動、逼真的實驗教學環(huán)境,使實驗教學空間從物理空間延伸到虛擬空間[9]。依托于城市環(huán)境過程虛擬仿真國家級實驗教學中心,對傳統(tǒng)實驗教學項目中難于觀測、重現(xiàn)的典型城市環(huán)境過程進行綜合虛擬仿真,采取“先仿后做、課外虛仿、課內(nèi)實做、虛實結(jié)合”方法,采用虛擬仿真這種技術(shù)手段,配合學生從基礎(chǔ)實驗直至創(chuàng)新性綜合實驗的教學過程,幫助學生理解掌握現(xiàn)代地理信息科學的基本概念、理論,提高學生綜合分析和解決地理學實際問題的能力[10]。

2.2.3 網(wǎng)絡(luò)實驗教學

傳統(tǒng)的實驗教學模式對理論依懶性較強、教學活動內(nèi)容形式單一、以課堂授課為主,開展的實驗數(shù)量固定且更新緩慢,不利于學生在課下自主學習,也不利于學生開展自主實驗和培養(yǎng)自主創(chuàng)新的能力。網(wǎng)絡(luò)教學具有無時空限制、教學資源共享、教師多元化、教學過程非線性化、學習個性化的特點。因此,在時間、空間、內(nèi)容、設(shè)備上可以實現(xiàn)實驗教學的全面開放[9]。為此,示范中心建成了網(wǎng)絡(luò)化實驗教學體系,具有豐富的網(wǎng)絡(luò)實驗教學資源,實現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)化、智能化的教學資源管理。通過學校建設(shè)的網(wǎng)絡(luò)輔助教學平臺，“首都師范大學網(wǎng)絡(luò)學堂”,包括“土壤地理實驗”“野鴨湖3S綜合實習”等49門課程的網(wǎng)絡(luò)化教學,教師的教學活動可以通過網(wǎng)絡(luò)的方式進行管理、執(zhí)行和維護,學生可以通過網(wǎng)絡(luò)隨時隨地地對實驗課程進行自主學習,不但有利于激勵學生學習的興趣,而且也改善了課堂實驗教學的效果。

2.2.4 開放性實驗

以示范中心的形式充分利用現(xiàn)有資源、統(tǒng)籌規(guī)劃,有組織、有計劃地開展各類開放活動,采取多種形式向校內(nèi)外的本科生開放。2017年,示范中心承擔了地理科學、地理信息科學、遙感科學與技術(shù)、旅游管理4個本科專業(yè)和20個學位點的實驗教學與科研實驗。同時,示范中心部分實驗課向本校和其他高校開放,為我校以及“中關(guān)村地區(qū)跨校教學聯(lián)合體”開設(shè)了“電子地圖設(shè)計與應(yīng)用”“地學基礎(chǔ)”“北京物候”“空間信息基礎(chǔ)”等20余門公共選修課。通過實驗教學體系、內(nèi)容、方法、手段的不斷優(yōu)化,學生的實驗興趣、實驗?zāi)芰Α?chuàng)新意識等都得到顯著提高。

3 在示范中心模式下,改進實驗室體系

近10年時間里,我校抓住契機,以學科為單位,整合實驗教學資源,建設(shè)了一批各級別的實驗教學示范中心。這其中包括2個國家級實驗教學示范中心、7個北京市實驗教學示范中心和3個校級實驗教學示范中心。實踐證明示范中心建設(shè)模式的優(yōu)勢在于：

(1) 更能集中各種人力、物力、財力的力量,充分發(fā)揮實驗教學的整體優(yōu)勢,提高教學和人才培養(yǎng)質(zhì)量和實驗室軟硬件建設(shè)水平；

(2) 能將學科和專業(yè)優(yōu)勢引入到實驗課程的設(shè)置中,優(yōu)化組合實驗內(nèi)容與課程,采用實驗課獨立教學、單獨計入學分的方式,改變實驗教學附屬于理論教學的傳統(tǒng)模式,突出實踐教學的重要性；

(3) 能將科研成果引入實驗教學,打通基礎(chǔ)教學實驗和科研實驗的界限,使有能力的學生在本科學習階段就可以學習本學科領(lǐng)域的前沿新知識、新方法和新技術(shù)[11]。

示范中心建設(shè)的最終目的是通過實驗教學理念、實驗教學體系、實驗隊伍建設(shè)、實驗資源配置、管理運行機制等方面的創(chuàng)新,形成引領(lǐng)實驗教學改革方向的建設(shè)成果,進而帶動整個高校人才培養(yǎng)模式的根本變革,達到提高大學生創(chuàng)新能力和綜合素質(zhì)的目的[6]。

在現(xiàn)行的示范中心體制下進行的實驗教學體系改革,取了一定的成績,但是在未來的實驗室建設(shè)和規(guī)劃中如何鞏固和提高實驗教學成果,還需要我們進一步的思考。我們認為需要進一步完善實驗室建設(shè)布局,需要進一步加大和規(guī)范教學實驗室資金投入,需要進一步加強教學實驗室投入—產(chǎn)出績效評價,以便切實提高資金的使用效益,需要充分發(fā)揮各類資金引導(dǎo)作用,以便進一步加強管理和支撐體系建設(shè),需要進一步強化信息和資源共享,以及進一步擴大師資力量,強化技術(shù)支持[12-13]。

4 結(jié)語

我校在國家級實驗教學示范中心的建設(shè)實踐中,探索建立了一種主體化、層次性的立體化實驗教學體系,并且對實驗教學模式進行了多元化創(chuàng)新,整合優(yōu)化實驗教學資源,將一定范圍內(nèi)的實驗教學資源效益最大化；充分激發(fā)、培養(yǎng)了學生的實踐動手能力和創(chuàng)新精神；進一步完善新型實驗教學體系的構(gòu)建,提高教學科研及人才培養(yǎng)水平,這在未來仍需要我們進行更多的思考與實踐。