創(chuàng)新實驗課程的建設與思考

鄭文斌 喬家慶 鳳 雷 付 平* 吳 艷

（哈爾濱工業(yè)大學電子與信息工程學院 黑龍江·哈爾濱 150080）

為貫徹新時代全國高等學校本科教育工作會議精神，堅持以立德樹人為根本任務，堅持以人才培養(yǎng)為中心地位，全面落實一流本科教育提升行動的計劃，充分發(fā)揮課堂教學為育人主渠道的作用，進一步全面豐富學校的課程資源，并且統(tǒng)籌安排課程建設工作，以滿足學生培養(yǎng)和學生自身的日益增長的需求，讓更多學有所需的學生受益。學校大力開展創(chuàng)新實驗類的課程建設[1-4]。

針對創(chuàng)新實驗課程的建設，需要分析其課程的核心需求，從而確定該課程建設必要性，最終滿足學生的成長需求和培養(yǎng)需求。其次，根據(jù)核心需求和建設的必要性從而確定整體的體系和大綱，最終確定實驗的內容，但歸根結底是要滿足學生創(chuàng)新思維的培養(yǎng)、創(chuàng)新意識的鍛煉、動手實踐的提升等方面。實現(xiàn)培養(yǎng)全面育人，育才的目標。

1 創(chuàng)新實驗課程中的創(chuàng)新

科學的飛速進步、先進的技術突破，周圍的一切都在隨著時間快速變化，而這一切的變化源泉都來自創(chuàng)新。因此，教育也必須著眼于促進創(chuàng)新，將學生的好奇心、對課堂知識的批判性思維、對教學目的的深刻思考、帶有質疑的規(guī)則和工具、促進創(chuàng)新頭腦風暴等植入課程的內涵中去。

創(chuàng)新是時代的主旋律，是教育改革的起始點，必須敢于創(chuàng)新、善于創(chuàng)新，才能帶來教育發(fā)展的新天地。那么在創(chuàng)新實驗課程中如何進行創(chuàng)新呢，以下使我們教學團隊在進行課程設計和內容設計中一些思考和成果。

對于教學創(chuàng)新，必須清醒的意識到，教學的創(chuàng)新必須站在更高的高度上，也就是說必須完成基礎的教育然后才能染指創(chuàng)新，學生必須在基礎階段將內容完成，對知識有了清晰的認識，教師也對即將創(chuàng)新的學生有了清晰的了解，才能繼續(xù)開展創(chuàng)新，否則教學創(chuàng)新就是無源之水、無本之木。盲目的進行創(chuàng)新，為了創(chuàng)新而創(chuàng)新，只能是東施效顰，不倫不類，甚至可能還會有反面的效果。教學創(chuàng)新一定是在尊重學生的教學發(fā)展規(guī)律的情況下，充分考慮學生的能動性和接受能力開展的，否則無法達到充分育才，提升學習效果的作用，最終也無法達到創(chuàng)新的目的和效果。

創(chuàng)新實驗課的建設也要從教學的三要素入手，即學生、目標和內容。

學生是上課的學生，不同的學生差異很大，尤其是創(chuàng)新課，本身就屬于拔高課程，脫離了基礎的課程實驗以外的內容，對學生的創(chuàng)新思維和動手能力都有較高的要求，即是都選了同一門課程，但是在實驗進展速度和對實驗知識的理解上還是參差不齊的，需要因地制宜的對學生進行引導，因此學生方面要注重和實驗相關課程學生的理解程度，學生整體的數(shù)量等多個因素雙向選擇參與課程的學生。

2 創(chuàng)新實驗課程的核心目標與建設思路

目標是指教師針對課程制定的教學目標、學習目標，學習目標是教師決策的，因此難易度也不一樣，一般情況下學習目標對所有學生是一致的，但是創(chuàng)新課程可以考慮因人而異，因材施教，根據(jù)不同的學生和能力設定其能達到培養(yǎng)學生建立一種創(chuàng)新思維、創(chuàng)新方法的效果即可，不用必須嚴格制定統(tǒng)一的目標。同時目標設定上要分多個階段，既有一定的確定目標，讓學生清晰認識需要達到的程度，也要有一定的導向目標，這里既包括了知識的導向，也包括了人生思考等的目標，這里著重建設的是課程思政的部分，給學生以人生導向，最后還要包括評估目標，主要用于教師綜合評估學生的學習效果，對課前課后的效果對比，以及學生反饋的評價對比等等。

既然已經確定必須要建設實驗課程，要確定教學目標，通過教學目標的背景，挑選適合主題的教學內容，細化到知識點和掌握的技能，抓住重點帶動實踐經驗的提升，緊密遵循創(chuàng)新理論的科學體系。創(chuàng)新實驗課程的構建是對教學方式的探索，也是社會主義新時代對學生創(chuàng)新能力和科研能力培養(yǎng)的要求。在有限的時間內最大限度地激發(fā)學生的學習興趣，并全面掌握該課程的主要內容，提高學生解決科研實際問題的能力的同時，學生的綜合能力也會獲得較大提高。

教學手段和方法要多樣化，實踐課程中的基礎知識以多媒體教學為主，抽象的實驗內容通過構建仿真實驗完成，實際操作部分由學生動手操作完成。基礎理論與創(chuàng)新型實驗同步相結合，綜合科學研究的綜合實驗，結合研究生的研究方向設計創(chuàng)新實驗，使學生能夠親自操作每一種波譜解析儀器，讓學生懂得如何應用知識和儀器設備，對創(chuàng)新實驗中的各個實驗內容進行操作，以及對實驗過程中的潛在后續(xù)內容進行，從而為碩士期間的科研活動打基礎。同時，結合目前課程相關的主流研究方向，優(yōu)選教學內容，細化知識內容，把研究項目與課程內容相融合。

基礎理論與創(chuàng)新實驗緊密結合，結合科研團隊或實驗教師自身的科學研究方向設計和建設創(chuàng)新實驗內容，使學生能夠親自操作儀器、軟件、硬件，讓學生懂得如何應用現(xiàn)有模數(shù)電、嵌入式、人工智能、軟件開發(fā)等等的知識，對創(chuàng)新實驗中的項目要求進行逐步的實現(xiàn)，最終完成任務目標。同時，優(yōu)化教學內容，著重知識點，發(fā)散思維，為其后續(xù)的創(chuàng)新和創(chuàng)業(yè)服務。

3 創(chuàng)新實驗課程的架構體系和內容創(chuàng)新

內容創(chuàng)新是指課上實驗的具體內容，這一部分是課程的核心，也是調動學生學習興趣和樂趣的源頭，首先是整合性，例如STEAM教育融合了科學、技術、工程等。其次是具象化，例如使用AR、VR技術、動作捕捉讓看不見的看得見。最后是高階性，例如讓學生構建電路原理讀圖的流程和注意點。

創(chuàng)新實驗課程實行實驗老師引導，學生創(chuàng)新思維發(fā)散，激發(fā)學生的思考，課程不局限于實驗內容本身的設置，因為創(chuàng)新實驗課的主要目的就是鼓勵學生創(chuàng)新、不畏懼失敗，培養(yǎng)積極而堅韌的品格。課程架構體系大概分為從認知、探索、論證到創(chuàng)新這四個階段。認知階段，主要采用的是基礎內容的教學，包含實驗涉及的基本原理、發(fā)展情況，儀器使用等。這些屬于實驗前期的準備階段，學生主要通過識記獲得并初步掌握基礎理論知識。探索階段，主要采用多媒體或仿真完成，激發(fā)學生的學習興趣，鞏固對實驗內容的理解。論證階段，主要為實踐操作的實驗課程，針對電類學生，通過讓研究生實際操作相關儀器設備，動手對算法的編程，動手操作各種實驗平臺等等，讓其對所學的基本原理和操作方法進行驗證，并熟練掌握各種儀器的操作。既能讓學生掌握基本知識，又能讓其掌握儀器、計算機、算法、程序等操作技能，學以致用，不再紙上談兵。創(chuàng)新階段，通過結合目前的科研方向設計創(chuàng)新實驗，提升專業(yè)實踐創(chuàng)新能力，為后續(xù)開展創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)或科學研究奠定基礎。

以目前正在建設的《基于人工智能與數(shù)據(jù)挖掘的創(chuàng)新技術實踐》課程為例，實驗課程核心是鍛煉學生在人工智能和數(shù)據(jù)挖掘領域的動手能力、理論理解能力、算法的使用能力，而且所有的實驗內容均來自于真實的科研項目，授課實驗教師選用科研的研究成果為演示案例，或者選用科研項目中凝練出來的部分直接作為實驗的實操內容。所有的實驗內容均以人工智能和數(shù)據(jù)挖掘技術作為主線，包括了利用嵌入式平臺運行人工智能的各種算法，選取一些通俗易懂的案例和項目，便于學生將理論知識和實際問題相結合，以實際科研項目為導向，為學生提供大量實際項目經驗作為積累，根據(jù)上述對創(chuàng)新實驗課程建設中學生培養(yǎng)的需求，推進綜合性課程、項目化實施、實踐動手操作、創(chuàng)新實踐素養(yǎng)養(yǎng)成的核心理念，培養(yǎng)具有科學精神、實踐創(chuàng)新的人才為目標，使得學生在實踐實驗中得到鍛煉和成長，實現(xiàn)實驗課程的普及與拔尖培養(yǎng)的協(xié)調統(tǒng)一。

4 結語

本文針對高等學校在創(chuàng)新實踐課程的建設需求，以滿足目前國內對人才的培養(yǎng)需求，提出實驗課程的建設需求和建設思路，并提出實驗課程建設體系和建設內容的思考，為國家培養(yǎng)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)人才做一些建設意見和思考。