論高校實驗教學如何適應學生的自主選擇要求

熊宏齊

（東南大學 研究生院，江蘇 南京 210096）

高校實驗教學應注重基礎性［1－2］。鑒于基礎教育中實驗課程缺乏和學生入學時實驗基礎薄弱的狀況，大學實驗教學首先要立足于讓學生掌握常用儀器設備的基本使用方法、實驗操作的基本技能以及相關學科的實驗基本知識，培養學生利用科學實驗研究問題的基本意識和思維習慣，這是高校教學全過程的基本立足點。高校實驗教學同樣強調系統性［3］。作為高校最重要的教學環節，應該立足給學生提供相對系統的基本知識體系，構建由不同實驗項目或課程有機聯系的能力與素質培育體系，以期有利于學生學習，并形成在相關領域繼續學習的穩定的能力基礎和行為習慣。然而，長期以來，我國高校實驗教學中傳授驗證檢驗有余、綜合開放創新不足，統一要求和教師主導有余、自主選擇和個性培養不足，嚴重制約了學生創新實踐能力的培養。

針對目前我國高校實驗教學中存在的這些主要問題，我們應創造適應學生自主選擇和個性培養的實驗教學環境［4］，一是確保學生想做的實驗都在實驗室來完成，二是實驗室有條件保證學生完成各類實驗，進而在引導學生自主到實驗室做實驗的基礎上，發展到自主提出問題、自主設計課題、自主解決問題，在開放、寬松、自主的環境中，養成自主建構知識、發展能力的習慣，從而改變統一要求和教師主導有余、自主選擇和個性培養不足的傳統模式。

我們認為，層次性設置實驗教學內容是適應學生自主選擇要求的重要方式。在高等教育大眾化快速發展的進程中，大規模的教學群體彰顯出多樣化的生源、多樣化的需求和多層次的要求，這無法采用統一或單一的教學模式去適應。因此，在實驗教學中必須貫徹因材施教的層次性原則。這其中包括普適的統一基本要求，多樣化、多類型、多層次的適應性要求，以及在教學活動中體現出課程要求的層次性、實驗內容要求的層次性和實驗過程要求的層次性。同時，為了適應實驗教學層次性的教學要求，高校實驗室在設備條件、實驗指導模式、網絡環境等方面應進行必要的改革與建設。

1 實驗教學內容適應學生的自主選擇要求

1.1 課程體系

高校實驗課程體系包括課程及相關實踐環節，實驗教學安排要突出早入門引導、突出課內外一體、突出開放教學、突出綜合設計、突出研究探索、突出自主創新［5］等。課程體系應具有層次性，包括設置基礎性、綜合性、研究性的系列實驗課程。課程類型要豐富，包括獨立設置的實驗課程、課程中設置實驗要求、開設基于實驗的研討課、基于項目實踐的項目課等。這些課程和實驗教學環節中，有必修和選修的要求，實現基本教學要求基礎上的自主選擇。

實驗室每門實驗課程要正常開出，提供給學生必修或自主選修［6］。為了提高層次性實驗課程體系的教學效益，實驗室應積極創造條件，在基本教學要求基礎上，確保選修實驗課程的學生要多，同時實驗室被學生選修的課程要多。

1.2 實驗項目

1.2.1 合理設置實驗項目類型

實驗項目按基礎型、綜合設計型、研究探索型3類設置。建議基礎實驗室綜合設計型、研究探索型實驗項目的比例為50%左右，專業實驗室綜合設計型、研究探索型實驗項目的比例一般達到50%以上。實驗室實驗項目設置總數不僅要滿足實驗教學學時的基本要求，更要為實現學時自主選擇創造條件，要求實驗項目菜單化，實現學生自主選擇。

1.2.2 提高設計型、研究探索型實驗項目的利用頻度

基礎實驗和綜合實驗可通過項目菜單化，在選擇實驗項目、實驗時間等方面滿足學生的自主選擇［7－8］。部分實驗雖然是基礎實驗和綜合實驗，但若存在設計方面的實驗內容和方法，也可以歸為設計型實驗。

設計型實驗在教師的指導下，學生根據實驗目的和實驗條件，自己設計實驗方案、自主選擇實驗方法、自主選擇實驗器材、自主擬定實驗操作程序、自主完成并對實驗結果進行分析處理。我們一般認為，這類設計型實驗為實驗室設置的固有實驗項目，并非學生自主設立的研究探索型實驗項目，實驗結果具有定向性和重復性。這類實驗項目側重于培養學生自主學習、自主研究、綜合運用知識的能力和組織能力。

研究探索型實驗承擔的認知任務是“研究”，包括對新理論的研究，對實驗方法、技術的改進和創新，自主立項，或直接參與教師的科研項目。學生在教師的指導下獨立自主地完成實驗，實驗結果具有非定向性。這類實驗要求學生自主選擇研究領域，自主遴選實驗研究項目，自己設計實驗方案、自主選擇實驗方法、自主選擇實驗器材、自主擬定實驗操作程序，自主完成并對實驗結果進行分析處理。從實驗內容方面來看，這類實驗是綜合設計型實驗的范疇，其教學作用為激發學生創新欲望、培養學生研究興趣和創新能力。

各類實驗項目教學過程中可以滿足學生自主選擇的要素見表1。因此，提高設計型、研究探索型實驗項目的利用頻度，是實驗教學中滿足學生自主選擇要求的重要方式。

表1 各類實驗項目教學過程中的學生自主選擇環節

1.3 項目內容編排

很多實驗雖然是基礎型實驗，但其實驗內容可以進一步拓展。同一個實驗項目可以按照基本內容、提高內容和設計內容的不同層次要求進行編排。這種分層次編排實驗內容與要求，可以確保在強化基礎訓練的基礎上，學生可以根據自己的能力，選擇并努力完成更多的實驗內容，從而使優秀學生脫穎而出。東南大學“大學物理實驗”課程中，有10多個實驗采用這種分層次編排實驗內容，教學效果顯著，適應了不同能力學生的自主選擇要求。同時，教師以學生完成實驗內容的質和量作為成績評定的依據。如電位差計的原理與使用實驗，基本要求的實驗內容為用電位差計測量干電池的電動勢；提高要求的實驗內容為用電位差計校準毫安表，要求學生自己畫出實驗電路圖，自擬實驗步驟，自主完成實驗過程；設計型實驗內容為利用電位差計測量干電池的內阻，要求自己設計實驗方案，自擬實驗步驟，在教師指導下，自主完成實驗過程。

1.4 實驗課外活動

實驗課外活動是實驗教學體系的重要組成部分，其主要內容為學生選修實驗類課程、在實驗室開展科研訓練、參加學科競賽和相關課程學習競賽等。這類活動鼓勵學生自主選擇學科領域，并提出實驗課題開展研究，推進研究性學習。對實驗類課外活動系列化建設，不斷豐富其類型，是滿足學生自主選擇需求的有效途徑。同時，學生開展實驗類課外活動的成效要納入課程考核，或單獨計算學分。學校的各類實驗室應創新機制，吸引更多學生到實驗室開展相關學習和研究活動，逐步提高學生參加的各類競賽活動、自主進行項目研究等實驗教學量（人時數）占實驗室實驗教學總量的比例。

1.5 課程體系案例

東南大學突破課程壁壘和學科界限，對全校實驗課程和項目進行整合，系統重構了從自主開放引導→基礎綜合訓練→項目專題研究→自主研學創新的層次化、模塊化、項目化實驗課程體系，創建了由6種研學途徑組成的課外科研訓練計劃，形成了立體開放、課內外一體、適應學生自主選擇的實驗教學體系，如圖1所示。該體系實現了實驗要求選擇、實驗項目選擇、實驗課程選擇、實驗課外活動選擇，為學生做學研結合、自主式個性化發展提供了廣闊的選擇空間。

圖1 東南大學適應學生自主選擇要求的實驗教學體系框圖

2 適應學生自主選擇要求的保障體系

2.1 儀器設備

為了滿足學生在實驗教學中的自主選擇要求，實驗室要建立相應的儀器設備開放管理模式，體現“以學生為中心，面向實驗項目開放、面向學生自主選擇開放”的開放式儀器設備管理理念。

（1）學生實驗需求量大的儀器設備，要求組合優化，功能配置要滿足學生自主設計實驗方案的要求。

（2）有針對性地對外開放儀器設備。為了適應學生自主選擇實驗教學的要求，有針對性地對學生和教師開放一些設備，其開放的范圍是滿足學生自主實驗需要的、可供學生自主選擇的各種儀器設備。

（3）儀器設備開放管理的形式，既可以是集中型，也可以是分散型，還可以是集中分散結合型。不論采取哪種方式，都應該以方便學生和教師選用為前提，實行有效的管理。

（4）開放形式要靈活多樣，對規模較大的實驗室而言，可采取集中開架式管理；對個性化、創新性實驗室，可采取分散開架式管理。讓學生可以像在圖書館書架上自由選擇圖書一樣選擇與自己實驗項目及實驗方法相關的儀器設備。

2.2 教學指導

為了滿足學生在實驗教學中的自主選擇要求，實驗室應改革相應的實驗教學指導模式，以滿足學生自主選擇研究領域，自主遴選實驗研究項目，自己設計實驗方案、自主選擇實驗方法、自主選擇實驗器材、自主擬定實驗操作程序，自主完成并對實驗結果進行分析處理的教學指導要求。

對于實驗室已有的實驗項目，由于學生自己設計實驗方案、自主選擇實驗方法、自主選擇實驗器材的要求，造成實驗方法和實驗儀器方面的不確定性，實驗室應根據學生的需求配備適合的教師進行指導，這些教師必須熟悉學生所使用的實驗方法和實驗儀器。圖2比較形象地表達了一個設計型實驗項目。該項目是研究一種物體的性質，6個學生選擇不同的研究方法的案例。每一種研究方法會涉及到不同的實驗儀器設備和相關的知識內容。在這種情況下，實驗室必須分別配備了解這些實驗儀器設備和相關知識內容的教師或TA進行指導。從另一方面來看，每一個學生用1～2種實驗方法研究所選定的課題，通過研究結果的集成，實驗研究則能得到較全面的結果，這也是研究型實驗教學的必然要求。

圖2 一個實驗項目采用不同的實驗方法示意圖

對于研究探索型實驗項目，由于學生選擇研究領域的不確定性，指導教師面對的挑戰則更大一些。要適應這類項目的指導，實驗室可能需要跨學科領域組建指導教師隊伍，如物理學領域的實驗項目，往往需要化學或其他領域的研究方法，而化學領域的實驗項目，往往也需要物理或其他領域的實驗方法等。因此，跨學科組建實驗教學指導教師隊伍，是適應學生的自主選擇要求，適應研究型實驗教學的必然要求。

2.3 網絡環境

實驗教學的網絡管理不僅僅只在于實現學生選擇實驗項目、選擇實驗時間、進行實驗考勤、實現實驗成績管理等一系列的教務管理，還要實現一系列的實現信息資源和其他優質資源的有效利用，以適應實驗教學的學生自主選擇要求。

（1）要實現選課派位管理。選課與派位管理是為滿足學生實驗教學自主選擇要求提供技術支持的信息化平臺，可以實現網上選做實驗項目、選擇實驗時間、選擇實驗設備等功能。同時，通過實驗桌位電源管理，或進出實驗室的時間管理，為優化實驗項目內容編排提供依據，進一步促進實驗教學滿足學生的自主選擇要求。

（2）要實現師生互動管理。一般情況下，在實驗室的教學網絡平臺，通過E－mail、QQ群、通知平臺等，實現教師與學生之間的溝通和交流，包括答疑、討論、指導等。

目前，很多實驗室建立了實驗教學網絡實時監控系統，該系統可以進一步拓展為實驗教學師生實時互動系統。如東南大學物理實驗中心利用計算機TA教學模式（通過實驗項目電子課件或仿真軟件實時輔導學生現場實驗），輔之以網絡監控與答疑系統，建立了基于網絡的四重答疑與指導系統，如圖3所示。該系統包括計算機TA與學生之間的交流互動、教師現場對學生的個性化指導、教授在控制中心對各實驗室的助教和學生進行實時指導和教學監督以及專家遠程通過互聯網的實時答疑和指導。該系統同時也為跨學科組建實驗教學指導隊伍，適應學生的自主選擇要求，提供了可借鑒的經驗。

圖3 東南大學物理實驗中心基于網絡的四重答疑與指導系統實景

3 結束語

東南大學在通過實驗、實踐教學培養學生創新精神和實踐能力的過程中，堅決貫徹“教師為主導，學生為主體”的教學原則。尊重學生的獨創精神，創建實驗教學大平臺，提倡學生在“做中學、學中研、研中創”，取得了好的效果。本文介紹為適應學生自主選擇實驗項目、實驗時間、實驗儀器設備、實驗指導教師等的需要，開展實驗教學改革的思路和措施，力求使我校的實驗教學質量提高到更高的水平。

（References）：

［1］熊宏齊，教學實驗項目類型及其“開放內稟性”［J］.實驗技術與管理，2008，25（1）：5－6.

［2］熊宏齊.凝練開放式實驗教學核心要素，構建研究型大學實驗教學體系［J］.實驗技術與管理，2010，27（12）：1－4.

［3］鄭家茂.對大學實驗教學若干問題的厘析［J］.實驗室研究與探索，2007，26（10）：1－2.

［4］鄭家茂.對大學實驗教學若干問題的厘析［J］.實驗室研究與探索，2007，26（11）：1－3.

［5］鄭家茂.構建“做學研”相結合的創新實踐平臺，促進學生“做中學、學中研、研中創”［J］.實驗技術與管理，2010，27（1）：1－4.

［6］熊宏齊.實驗教學示范中心網絡平臺建設方案［J］.實驗室研究與探索，2006，25（7）：988－989.

［7］戴玉蓉，熊宏齊.通識教育理念下的普適性實驗課程體系改革與探索［J］.實驗技術與管理，2008，25（10）：5－8.

［8］戴玉蓉，熊宏齊.適應開放式創新性實驗教學的信息化建設與管理［J］.實驗技術與管理，2008，25（10）：9－12.