工科驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法探討

趙恩蘭 張磊 郭華鋒 董妍

摘 ?要 驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)在本科課程實(shí)驗(yàn)中所占比重較大，在學(xué)生的實(shí)踐教學(xué)過(guò)程中起著非常重要的作用。闡述研究驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)教學(xué)法的重要意義，在此基礎(chǔ)上分析目前驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)教學(xué)開(kāi)展過(guò)程中存在的一系列問(wèn)題，針對(duì)存在的問(wèn)題，提出優(yōu)化配置以提高設(shè)備利用率、改進(jìn)教學(xué)方法、豐富教學(xué)手段等措施。

關(guān)鍵詞 驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn);實(shí)踐教學(xué);實(shí)驗(yàn)室;實(shí)驗(yàn)設(shè)備;虛擬仿真實(shí)驗(yàn)

中圖分類號(hào)：G642.0 ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1671-489X（2021）05-115-03

0 前言

在本科生教學(xué)過(guò)程中，實(shí)踐教學(xué)扮演著非常重要的角色，它可以使學(xué)生對(duì)書本上學(xué)習(xí)的理論知識(shí)進(jìn)行鞏固和加深理解，理論聯(lián)系實(shí)際，同時(shí)是培養(yǎng)學(xué)生成為具有動(dòng)手能力、思維能力、創(chuàng)新意識(shí)等高素質(zhì)人才的重要環(huán)節(jié)。在工科學(xué)生的本科學(xué)習(xí)過(guò)程中，實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)通常包括課程實(shí)驗(yàn)、課程設(shè)計(jì)、認(rèn)知實(shí)習(xí)、生產(chǎn)實(shí)習(xí)、畢業(yè)設(shè)計(jì)等。對(duì)一門理論課而言，課程實(shí)驗(yàn)是唯一的實(shí)踐環(huán)節(jié)，通常一門課程會(huì)設(shè)置不同等級(jí)的實(shí)驗(yàn)，包括驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)、綜合性實(shí)驗(yàn)、探究性實(shí)驗(yàn)等。

驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)是指在對(duì)某個(gè)研究對(duì)象有了一定了解和認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上，通過(guò)實(shí)驗(yàn)的方式對(duì)這種已知的理論或假說(shuō)進(jìn)行驗(yàn)證。驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)作為一種非?；A(chǔ)的實(shí)驗(yàn)，通常具有三個(gè)方面的作用[1-2]：一是通過(guò)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)可以讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中驗(yàn)證并進(jìn)一步加深理解課堂所學(xué)理論知識(shí)，讓書本上抽象的理論具體化，把所學(xué)的知識(shí)與工程實(shí)踐聯(lián)系起來(lái)，以此來(lái)促進(jìn)學(xué)生對(duì)科學(xué)理論概念、規(guī)律的掌握，提高教學(xué)成效;二是在開(kāi)展驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)過(guò)程中讓學(xué)生掌握必要的測(cè)試方法、研究手段，培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力和安全操作意識(shí)，對(duì)學(xué)生基本的實(shí)驗(yàn)技能進(jìn)行訓(xùn)練，提升學(xué)生實(shí)踐能力;三是驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)在高校教學(xué)中起著重要的支撐作用，不僅可以加深對(duì)理論知識(shí)的掌握，也為后續(xù)順利開(kāi)展更深層次的綜合性、設(shè)計(jì)性、探究性實(shí)驗(yàn)打下基礎(chǔ)。

目前在本科課程實(shí)驗(yàn)中驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)所占比重較大，特別是本科低年級(jí)階段，然而在教學(xué)過(guò)程中依然存在諸多問(wèn)題和不足，如何切實(shí)提高驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)教學(xué)的質(zhì)量和水平[3-4]，是值得高校管理部門和教師關(guān)注和解決的重要課題。

1 驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在的問(wèn)題

高校實(shí)驗(yàn)室投入不足，建設(shè)滯后 ?在高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)雖然占的比重較大，但處于被弱化的地位，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)室規(guī)模小、規(guī)范化程度低、設(shè)備不全、臺(tái)套數(shù)不足、設(shè)備老化陳舊等問(wèn)題比較普遍，陳舊落后的實(shí)驗(yàn)條件直接制約著師生思維能力、創(chuàng)新能力的發(fā)展，也影響了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和熱情。一些實(shí)驗(yàn)由于設(shè)備臺(tái)套數(shù)不足，使得實(shí)驗(yàn)課上無(wú)法保證每個(gè)學(xué)生單獨(dú)操作，多以分組的形式進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，學(xué)生缺乏接觸儀器設(shè)備的時(shí)間和機(jī)會(huì)，動(dòng)手能力不能得到充分鍛煉。另外，小組成員共用一組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，導(dǎo)致部分學(xué)生學(xué)習(xí)態(tài)度懈怠，缺乏獨(dú)立自主分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告的能力，影響總體的學(xué)習(xí)效果。

教學(xué)方式單一、陳舊 ?在傳統(tǒng)的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中，教師負(fù)責(zé)對(duì)實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)步驟等進(jìn)行講解和演示，學(xué)生在明確的實(shí)驗(yàn)步驟框架下進(jìn)行重復(fù)模仿實(shí)驗(yàn)，按部就班完成操作要求，以求得預(yù)想的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。整個(gè)過(guò)程中，學(xué)生主要是被動(dòng)地接受，動(dòng)手能力和思維能力都得不到很好的鍛煉。

學(xué)生學(xué)習(xí)主動(dòng)性、積極性不高 ?對(duì)于驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，學(xué)生通過(guò)理論學(xué)習(xí)已經(jīng)有了定論，實(shí)驗(yàn)過(guò)程僅僅是等待實(shí)驗(yàn)結(jié)果和理論知識(shí)相驗(yàn)證的“驚喜”，是真正的“驗(yàn)證”性實(shí)驗(yàn)，在他們看來(lái)實(shí)驗(yàn)缺乏新意、沒(méi)有懸念，整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程缺乏挑戰(zhàn)性和探究性，創(chuàng)新思維沒(méi)有用武之地，興趣難以調(diào)動(dòng)起來(lái)。另外，有些實(shí)驗(yàn)設(shè)備臺(tái)套數(shù)較少、設(shè)備較陳舊等客觀因素在一定程度上制約了學(xué)生的主動(dòng)性和學(xué)習(xí)積極性。

評(píng)價(jià)機(jī)制不合理，實(shí)驗(yàn)成效差 ?實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)可以提高學(xué)生的自學(xué)能力，使學(xué)生熟悉實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，做到實(shí)驗(yàn)過(guò)程得心應(yīng)手。然而，實(shí)驗(yàn)前是否預(yù)習(xí)，教師難以考量。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，設(shè)備少，學(xué)生多，多個(gè)學(xué)生共用一個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，導(dǎo)致部分學(xué)生缺少動(dòng)手的機(jī)會(huì)。實(shí)驗(yàn)后，教師僅僅收取了實(shí)驗(yàn)報(bào)告，學(xué)生是否已達(dá)成實(shí)驗(yàn)教學(xué)的目的，是否已將本實(shí)驗(yàn)與課堂理論教學(xué)有機(jī)地聯(lián)系，均沒(méi)有相應(yīng)的評(píng)價(jià)過(guò)程，實(shí)驗(yàn)報(bào)告并非現(xiàn)場(chǎng)完成，因此，實(shí)驗(yàn)報(bào)告的質(zhì)量也并非能真正反映該生的學(xué)習(xí)效果。總的來(lái)說(shuō)，從實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)、實(shí)驗(yàn)過(guò)程、實(shí)驗(yàn)報(bào)告等方面并不能全面反映學(xué)生學(xué)習(xí)情況，最終導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)成效差，因此，對(duì)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)的評(píng)價(jià)機(jī)制進(jìn)行改進(jìn)是非常有必要的。

2 驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)改進(jìn)措施

提高思想認(rèn)識(shí)，重視驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)教學(xué) ?任何行為上的怠慢首先源于思想認(rèn)識(shí)。要充分認(rèn)識(shí)到驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)在學(xué)生培養(yǎng)體系中的作用，它既不附屬理論教學(xué)，更不是可有可無(wú)的，它是教學(xué)系統(tǒng)中不可缺少的一部分，要樹(shù)立實(shí)踐育人的觀點(diǎn)，正確對(duì)待驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)教學(xué)工作。教師不僅要傳授給學(xué)生書本上的知識(shí)，還要能夠從思想上激發(fā)學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)的興趣，去除學(xué)生在學(xué)習(xí)上的惰性。教師通過(guò)合理規(guī)劃指導(dǎo)書內(nèi)容、完善驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)、加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程管理與考核等環(huán)節(jié)，切實(shí)扭轉(zhuǎn)忽視實(shí)踐教學(xué)的傾向，將育人目標(biāo)融入驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)的教學(xué)全過(guò)程，將思想引導(dǎo)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)相統(tǒng)一，讓學(xué)生從思想上重視驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，調(diào)動(dòng)學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)的主動(dòng)性和積極性，提升實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量。

優(yōu)化配置，提高設(shè)備利用率 ?如何利用有限的教學(xué)資源更好地達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生的目的？提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量是一個(gè)非常重要的措施。首先，目前各高校通常的做法是分組安排學(xué)生實(shí)驗(yàn)，避免大量學(xué)生擁擠在個(gè)別儀器設(shè)備附近，一般規(guī)定每組學(xué)生的人數(shù)上限。其次，為了提高儀器設(shè)備的使用效率，讓每組學(xué)生更快地完成實(shí)驗(yàn)，學(xué)生實(shí)驗(yàn)的預(yù)習(xí)、實(shí)驗(yàn)前實(shí)驗(yàn)教師的準(zhǔn)備、實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)的設(shè)置也非常重要。最后，不同的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)可以同時(shí)進(jìn)行，這樣相當(dāng)于增加了實(shí)驗(yàn)設(shè)備臺(tái)套數(shù)，使每組學(xué)生人數(shù)顯著下降。

合理規(guī)劃實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書的內(nèi)容 ?實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書是開(kāi)展實(shí)驗(yàn)教學(xué)的唯一教材，也是學(xué)生開(kāi)展實(shí)驗(yàn)過(guò)程的第一手資料，學(xué)生需要按照實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書的內(nèi)容、步驟進(jìn)行學(xué)習(xí)和實(shí)驗(yàn)，可見(jiàn)其在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的重要意義。傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書通常包括實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)儀器、實(shí)驗(yàn)步驟等，內(nèi)容詳盡。在實(shí)驗(yàn)課堂上，教師通常還會(huì)進(jìn)行詳細(xì)講解和演示，極大地限制了學(xué)生獨(dú)立思考、主動(dòng)學(xué)習(xí)的意識(shí)，因此有必要對(duì)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書和實(shí)驗(yàn)過(guò)程進(jìn)行合理規(guī)劃。實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書可適當(dāng)簡(jiǎn)化，對(duì)實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)步驟等進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中通過(guò)提出問(wèn)題、完成任務(wù)等方式引導(dǎo)學(xué)生;也可以在驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)中挖掘設(shè)計(jì)性和探究性內(nèi)容，讓學(xué)生自主設(shè)計(jì)、探究，這樣就在驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)中體現(xiàn)出探索性和設(shè)計(jì)性，使學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中通過(guò)理論聯(lián)系實(shí)際解答問(wèn)題、完成階段任務(wù)，最后完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告，充分發(fā)揮其主觀能動(dòng)性。

規(guī)范實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)，改進(jìn)教學(xué)方法 ?合理制定教學(xué)大綱，規(guī)范驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)教學(xué)步驟和環(huán)節(jié)，這是保障實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量的關(guān)鍵因素。通過(guò)成立課程組和實(shí)驗(yàn)組相結(jié)合的教師隊(duì)伍，對(duì)標(biāo)工程教育專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，秉承持續(xù)改進(jìn)的教育理念，探討制定詳細(xì)、完善的以培養(yǎng)目標(biāo)和畢業(yè)出口要求為導(dǎo)向的教學(xué)大綱。另外，目前驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法單一，主要是通過(guò)教師的講解和演示，導(dǎo)致學(xué)生僅僅是被動(dòng)地接受。比如，可將理論教學(xué)中常用的任務(wù)驅(qū)動(dòng)式教學(xué)、啟發(fā)式教學(xué)等方法引入驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)，教師首先將實(shí)驗(yàn)過(guò)程進(jìn)行細(xì)化分解，然后將分解后的實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)與啟發(fā)性問(wèn)題一一對(duì)應(yīng)并在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中逐個(gè)提出，并激發(fā)學(xué)生分析出現(xiàn)問(wèn)題的原因，最后引導(dǎo)學(xué)生解決問(wèn)題。通過(guò)逐步啟發(fā)引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題、解決問(wèn)題，使他們學(xué)會(huì)并掌握驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)的思路和方法。

教學(xué)手段的豐富[5-6] ?目前驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法單一，主要是通過(guò)教師的講解和演示，學(xué)生進(jìn)行模仿重復(fù)操作，積極性不高。隨著科技水平的提高，各種信息化技術(shù)手段可以用于豐富當(dāng)下的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)教學(xué)，通過(guò)采用多媒體實(shí)驗(yàn)教學(xué)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)和虛擬仿真實(shí)驗(yàn)等新穎的實(shí)驗(yàn)方式，提高學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的興趣，從而能夠更加積極、主動(dòng)地參與實(shí)驗(yàn)。比如，可以把傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段與多媒體輔助教學(xué)有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，通過(guò)文字、圖片、動(dòng)畫、視頻等多種信息教學(xué)素材為學(xué)生展現(xiàn)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，使抽象的實(shí)驗(yàn)原理、操作步驟、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象具體化和形象化，不僅有利于學(xué)生快速理解掌握，也豐富了驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)的教學(xué)環(huán)節(jié)，提高了學(xué)生的實(shí)驗(yàn)興趣。另外，在實(shí)驗(yàn)前可采用虛擬仿真技術(shù)輔助學(xué)生進(jìn)行預(yù)習(xí)，為每個(gè)學(xué)生提供模擬操作的機(jī)會(huì)，使他們可以身臨其境般地體驗(yàn)實(shí)驗(yàn)過(guò)程，建立起對(duì)實(shí)驗(yàn)的直觀感性認(rèn)識(shí)，不僅提高了學(xué)習(xí)興趣，而且在一定程度上緩解了設(shè)備臺(tái)套數(shù)不足的問(wèn)題，提升了參與度。在完成模擬實(shí)驗(yàn)之后，學(xué)生再到實(shí)驗(yàn)室開(kāi)展線下實(shí)驗(yàn)儀器的操作并完成各實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，進(jìn)一步加深理解實(shí)驗(yàn)原理，消化實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，虛實(shí)結(jié)合提升教學(xué)質(zhì)量和效率。

完善驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)考核內(nèi)容 ?驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)的過(guò)程已知、實(shí)驗(yàn)結(jié)果已知，實(shí)驗(yàn)報(bào)告的內(nèi)容也具有相似性，如何合理地評(píng)價(jià)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)效果是至關(guān)重要的。因此，對(duì)于驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，增加過(guò)程考核，通過(guò)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的考核環(huán)節(jié)評(píng)價(jià)學(xué)生實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)的質(zhì)量，了解學(xué)生對(duì)儀器設(shè)備操作的規(guī)范合理性，評(píng)價(jià)學(xué)生是否能將實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論知識(shí)建立內(nèi)在聯(lián)系，從而真正掌握學(xué)生學(xué)習(xí)的情況。例如，可以在實(shí)驗(yàn)前考查學(xué)生預(yù)習(xí)的效果，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中增加提問(wèn)環(huán)節(jié)或小組討論環(huán)節(jié)，在實(shí)驗(yàn)結(jié)束后開(kāi)展小組答辯等，將上述各部分的考核結(jié)果融入學(xué)生的綜合實(shí)驗(yàn)成績(jī)。

3 結(jié)語(yǔ)

驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)作為一種非常基礎(chǔ)的實(shí)驗(yàn)，在學(xué)生的實(shí)踐教學(xué)過(guò)程中起著非常重要的作用。如何提高驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)教學(xué)的質(zhì)量和水平，是值得關(guān)注和解決的重要課題。本文根據(jù)現(xiàn)階段驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)教學(xué)情況，分析存在的若干問(wèn)題，提出驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)措施。驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究與改革是一項(xiàng)需要長(zhǎng)期堅(jiān)持的事業(yè)，只有通過(guò)在實(shí)踐中不斷探索和完善，才能使實(shí)驗(yàn)教學(xué)不斷向前發(fā)展。

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