本科生專業實驗教學研究探討

宋永臣， 楊明軍， 劉衛國， 王 正

(大連理工大學 海洋能源利用與節能教育部重點實驗室，遼寧 大連 116024)

0 引 言

實驗教學在高校教學環節中處于重要地位，尤其是在工科類本科院校中意義更為重大。高等教育的責任是在與科研緊密結合的教學過程中按專業類別培養人才[1]。工科高校的主要任務是培養工程類專業人才，因此在教學過程中必須注重學生專業工程實踐能力的培養和提高。實驗教學對于提高學生動手操作能力、獨立思考能力和分析、解決實際問題能力等方面都具有重要的促進作用。現階段大部分工科類本科高校實驗教學主要包括基礎實驗教學、專業基礎實驗教學、專業實驗教學、創新實驗項目教學和畢業設計(論文)教學等五部分教學內容，這些實驗教學內容按時間順序貫穿于本科生培養過程。

基礎實驗教學主要包括大學物理實驗、普通化學實驗、電工學實驗、基礎力學實驗、材料實驗、電子學實驗等，這部分實驗教學的主要任務是鞏固和加深對學生所學各類常識、知識和規律的理解，準確把握它們在實際學習、工作和生活中的應用，為提高學生的觀察、分析及解決問題的能力提供知識儲備。專業基礎實驗教學是在基礎實驗教學的基礎上，按不同學科要求所設置的大類專業基礎課的必要補充部分，是對專業基礎知識的必要鞏固。專業實驗教學是在基礎實驗教學、專業基礎實驗教學的基礎上針對某一理論課程的具體學習要求設計的實驗教學內容，對于學生專業方向能力的提高具有極強的促進作用。創新實驗項目教學是針對部分學有余力的學生進行探索性的實驗或理論研究，這部分教學內容能夠進一步強化學生發現和解決問題的能力。畢業設計(論文)教學是大學生培養過程中最后一個教學環節，是學生在校期間一次較為系統的綜合訓練，它的教學目的是培養學生綜合運用所學的基礎理論、專業知識和基本技能，提高分析與解決實際問題的能力。是高校為培養出合格的畢業生做的最后努力。

本文主要針對專業實驗教學內容進行討論，通過對本科生專業實驗教學進行研究，分析了當前專業實驗教學的不足；以作者所在專業為例提出了解決方法，并對預期收益與實際效果進行了對比分析和總結；期望能夠對本科生專業實驗教學起到一定的積極作用。

1 現階段主要問題

(1) 本科高校的專業實驗教學內容陳舊。無法做到與時俱進。以工程熱物理學科中基本物性參數測量為例，先進的實驗參數測量手段和數據處理方法飛速發展，但是在教學過程中仍然采用舊的實驗方法來培養學生，很少能夠做到新舊測試手段方法的結合。作為長期從事科學研究實驗人員來說，傳統的測試方法具有其特有的優點，作者也并不建議徹底放棄，但是如何將專業實驗教學內容與科學實驗手段有機結合應該作為教學改革內容進行詳細探討和研究。

(2) 教學模式僵化、學生很難發揮創新潛質。現有專業實驗教學過程主要是要求學生按指導書規定的實驗內容、實驗方法和實驗步驟操作完成實驗目的的要求，實驗過程中學生不需要去深入思考，而只是機械的按照實驗指導書進行操作，不利于培養學生發現問題、解決問題的能力，影響了專業實驗教學在整個本科生專業創新能力培養過程中的重要作用。

(3) 實驗設備及教學人員不足。長期以來本科高校中實驗技術崗位人員與教學科研崗位人員待遇方面有一定差異；同時由于科研工作在高校教師工作中比重進一步增加，尤其是在985、211院校更為突出，導致很少有教師愿意主動到專業實驗教學第一線工作；另外專業實驗教學崗位人員編制較少，這一系列原因導致了高校內實驗教學隊伍不穩定、結構不合理、隊伍缺乏長遠規劃和培養的局面。同時，雖然高校每年投入大量經費用于改善本科專業實驗教學設備，但是仍然無法滿足對實驗設備的需求，現階段大部分專業實驗教學儀器均為多人共用。

(4) 學生基本實驗技能不高。主要表現在專業實驗教學過程中學生積極性不高、基本實驗技能差，這直接影響了專業實驗教學質量。由于專業課實驗教學大部分在第七學期，學生忙于找工作或者考研等，影響了學生參加實驗教學的積極性和主動性。

(5) 教學管理不夠嚴謹。專業實驗授課教師為本院系、本專業的教師，部分授課教師過分考慮學生意愿，不注意控制教學秩序，對缺勤和不動手操作的學生缺乏有效的管理和控制。

2 解決方案

2.1 保證專業實驗教學內容的先進性

要徹底改變傳統專業實驗教學過程中為了完成實驗教學而進行的實驗教學內容，應該在本學科、本專業的傳統基礎實驗基礎上，緊跟學科、專業發展步伐，設計和規劃專業實驗課程，要打破專業實驗課依附于專業基礎課程的傳統模式，同時注意學科交叉，充分展現不同學科、專業之間的相互作用和聯系。以作者所在能源與環境工程專業為例，現有專業實驗教學內容主要包括基礎熱力學參數測試實驗、各種可再生能源技術認識實驗、水合物相關物性及開采等實驗。這些實驗設計內容基本涵蓋了能源學科主要專業以及各專業的發展現狀和前景，同時突出了本專業的特色方向(天然氣水合物技術)，并對其進行了重點強化，實驗內容包括水合物基礎物性測量實驗、水合物開采技術實驗和天然氣水合物三軸實驗等交叉學科實驗內容，將能源學科與化學、化工、土力學等學科緊密結合在一起，在本科專業實驗教學過程中起到了積極的作用。

2.2 促使學生在專業實驗學習過程中發揮創新潛質

現階段專業實驗教學主要依賴于實驗指導手冊，針對既有的實驗內容，利用完善的實驗方案和詳細的實驗步驟，得到預期的實驗結果，在實驗數據討論和實驗結論方面局限性也很大；同時專業實驗課依附于專業基礎課程的模式導致了學生對實驗結果預期較高，限制了學生創新潛質的發揮。前面提到保證專業實驗教學內容的先進性在提高專業課實驗教學的重要性，在此基礎上應該進一步引導學生發揮自己的主觀創新意識，培養學生觀察、捕捉專業課實驗現象并正確區分正常和異常實驗現象的能力，并能夠進行合理的分析和解釋；專業實驗教學過程中可以針對某一實驗內容，讓學生自行尋找能夠完成實驗目的的實驗方案，或者提出幾個方案讓學生選擇，在此基礎上提升學生對實驗內容的深入把握和對各類實驗知識的綜合應用。

開放式實驗教學從培養學生創新思維出發, 采用科學思維的方法進行實驗教學, 強化大學生發現問題、提出問題、分析問題和解決問題的能力[2]。劉鳴等分析認為實行開放實驗模式在培養學生的實踐能力和創新探索精神方面收到了很好的效果[3]，因此我們可以在此基礎上鼓勵學生自行設計探索性專業實驗，充分發揮創新潛質[4-6]。開放實驗室的方式, 給學生更多的空間和資源，讓學生自由開發、選擇、設計實驗項目，自主的設計并完成專業型、綜合型、交叉型和創新型實驗；讓學生在自由的專業實驗課程中充分地發揮創造性思維、并進一步改善學生對專業課實驗的興趣和對專業技能的把握認識能力。另外在實驗室開放過程中老師和實驗室管理人員能夠更多了解學生的需求, 同時也更好地了解實驗室外部的世界，同時促進自身的先進科學知識更新[7]。現在我校已經開展的創新實驗項目就是針對學有余力的學生開展的專業性實驗項目，這種實驗教學模能夠加強培養學生在專業學習過程中專業知識應用能力、工程設計能力和開拓創新能力，應該進一步擴大該項目范圍。以能源與環境專業為例，本科生招生規模約為30人/年，教師每年提供10～15個創新性實驗計劃題目供大家選擇，讓大家自由組合、自由選擇、在老師的指導下自由發揮，取得了多項專利、論文等成果。

最后作者認為，創新潛質的挖掘是在一定的基礎之上的，主要包括專業知識和基本實驗操作技能。在基本實驗操作技能方面應該注意培養學生對各種儀器設備結構、工作原理、功能及潛力的了解，這可以讓學生在實驗過程中能投尋找合適的測試手段，為學生潛力的發揮提供潛移默化的指引。

2.3 補充專業實驗教學人員及教學設備

專業實驗教學人員和教學設備不足也是限制專業實驗教學的重要因素。實驗教學人員是專業課實驗教學的重要因素，是完成實驗教學任務的中堅力量，在提高教學人員素質的同時也應該注意補充專業實驗教學人員數量。就目前情況看，專業實驗教學人員在晉職晉級、科研項目申請等方面有一定的劣勢，很少有教師愿意主動到專業實驗教學第一線工作；同時由于各種原因，部分專業實驗教師將主要經歷放在科研或者其它方面，造成專業實驗教學效果較差。因此需要擴展專業實驗師資隊伍，為專業實驗教學順利進行提供保障。具體方法可以從政策和待遇上給予專業實驗教師適當改善，鼓勵高水平教師參與專業教學實驗，保證專業實驗師資隊伍數量和質量。

專業實驗教學質量的提高還需要確保每個學生都參與實驗，現有情況來看一個實驗臺由5或6個人共用，導致部分學生根本不參與實驗。如果能夠保證每個同學都有特定的實驗分工則可以避免學生不參與實驗的現象。另外針對部分專業實驗教學設備老化的問題，需要及時補充新的設備，保證學生及時的把握新技術和新方法。同時還要精確的控制和分配實驗儀器的使用，尤其是大型儀器設備[8-9]。

2.4 提高學生學習積極性和基本實驗技能

教師要把學生的事情變成他自己的事情[10]。提高學生對專業實驗課的主觀學習能動性對于提高教學質量具有重要意義。對于工科類院校學生而言，經過三年的培養在大部分學生具有很強的動手操作能力，因而在第七學期進行的專業基礎課學習過程中學習積極性是控制專業實驗教學效果的主要因素。從目前情況來看，由于網絡、手機等傳媒工具的發展，大學生可以通過多種渠道搜索和了解相關專業情況，針對某一專業方向的發展前景有各種評論，由于大學生社會工作經驗較少，對專業不了解，因此缺乏合理的判斷力，導致部分同學對所學專業產生就業后工作壓力大、工作辛苦、發展前景不好等印象，直接影響學生專業學習過程中的主觀能動性。作為大學教師，我們應該把握專業發展前沿、了解專業發展方向、實時的將專業情況準確的傳授給學生[11]。讓學生對所學專業有信心。同時專業實驗授課過程中教師的態度直接影響學生的學習積極性，教師應該在授課過程中實時保持清醒的頭腦、積極的心態和向上的心境，潛移默化的給學生灌輸積極向上的思想。

能力與知識相互作用，共同促進學生不斷進取、有所創造。基本實驗技能知識的積累主要來源于基礎和專業基礎實驗課，這要求在基礎實驗課授課過程中要嚴格把關，讓學生充分掌握基礎實驗的基本原理和方法，培養學生的思維能力、科研態度和研究方法，使其能夠在專業實驗過程中靈活、合理的運用所學基礎知識，引導學生關注、了解、從事前沿科研課題或實際工業生產研究。隨著高新技術和現代制造技術的發展對工科大學生的工程能力提出了挑戰，在實驗教學體系中融入工程能力的培養環節勢在必行[12-15]。

2.5 強化本科畢業設計(論文)教學環節的作用

專業實驗教學完成后學生開始進入本科教育的最后環節-畢業設計(論文)，一般來說大部分畢業設計(論文)都是專業實驗課的延伸和擴展，進一步培養學生文獻查閱能力、實驗操作能力、理論分析能力、總結歸納能力，以及開拓創新能力。畢業設計題目確定后，學生應該對所選題目進行充分調研，找到畢業設計的重點和難點，發現其對國民經濟和科學發展能夠起到的實用價值。畢業設計完成后，學生應該搜集得到可靠資料、通過合理正確、思路清晰的分析和驗證，對所研究具體方向內容有最新的認識和新的見解，并在該研究方向上有新的研究成果。劉波粒等人深入分析了影響當前高校本科畢業設計(論文)質量的因素并給出了改進意見[16]。作者認為在整個教學過程中同時還應該培養學生表達能力，在心、行統一的基礎上實現言、行、心統一，提高自身競爭力。

2.6 掌控各種類型學生在授課過程中行為

實踐能力和創新能力培養的基礎是良好的學習氛圍、融洽的師生關系和互相督促、共同進步的同學關系。專業實驗教學過程中應該避免過分樹立榜樣，不要輕易放棄每一個學生，保證所有學生都參與進專業實驗，督促大家動手、動腦、分工協作。對于性格內向、不能參與到群體中的同學要給予足夠的自尊和自信，多給他們實驗的機會，讓他們證明自己。正如“每個遲到的孩子都有原因一樣”，每一個不愿意做實驗的孩子都有他的顧慮，要啟發他們讓他們走得更遠。尤其要針對不愿意與人協作的同學，引導其認識到每個人都有他的特點和優點，有些事情一個人無法完成。另外在專業實驗教學過程中應該嚴格管理，按照相關規定執行，教師應該掌控教學過程，合理分配教學資源、保障教學秩序。對于缺勤和不動手操作的學生進行相應的處罰。總之，專業實驗授課教師應時刻注意出現問題的學生，及時的、有針對性的、合理進行指導和教育，挖掘學生獨立思考能力，發揮互相協作的積極作用，讓每一個學生在專業基礎實驗的學習過程中都有收獲。

3 預期效果

專業實驗教學的改善可以提高本科生的實際操作能力、改善其對專業知識的掌握深度、強化其創新潛質，培養出具有科研能力和工程能力的復合型專業技術人才，提升就業后的工作能力、提升科研能力、提升學校知名度、提升國內教育教學質量。以作者所在能源與環境專業為例，在上述方案指引下本科畢業生生培養取得了很大提高。以突出重點、緊隨科學前沿的專業實驗教學內容為基礎，給予學生充分發揮主觀創造力的空間，在專業技能和發現創新能力培養方面取得了進步。主要表現在：

(1) 培養了學生專業興趣。讀研比例提高，分析2011-2013年本專業本科畢業生讀研人數(分別為13、18、17人)可以看出，專業實驗教學內容改革后讀研人數顯著提高；同時數據顯示2013年本科畢業讀研學生有3/4選擇本專業繼續深造。

(2) 培養了學生科學研究能力。創新成果水平有所改善，以2013年畢業的學術性碩士研究生為例，有兩名本專業本科畢業生生源(共3人)從事實驗研究的學生發表期刊論文被科學引文索引(SCI)和工程索引(EI)檢索，同時2012級碩士研究生中本專業本科畢業生在第一年的科研工作中表現突出。

(3) 培養了學生專業基礎知識。實踐操作能力較強。通過對2011和2012年畢業后參加工作的的17名本科生調查顯示，有13名從事工程類工作的同學認為專業實驗課對他們工作的幫助很大，尤其是現場工作初期具有一定優勢。

(4) 實驗類本科畢業設計(論文)比重增加。質量顯著提高，以2013年為例，有25名(總人數為30人)本科畢業學生選擇從事實驗方面的畢業設計研究，初步統計有1/3的成果可以直接(或補充部分數據)在學術期刊發表，對作者所在專業科研具有重要輔助意義。

能源與環境專業的目標是培養面向適應社會主義市場經濟需要的具有較高的思想道德素質，扎實的理論基礎，較寬的專業面，較強的外語、計算機、工程實踐能力以及開拓創新意識，能夠從事能源與環境發展戰略、規劃、政策與對策、技術以及科研與教學等方面的高級管理與工程技術人才。合理的專業實驗教學課程和教學方法可以鞏固學生對本學科理論研究和工程技術前沿動態的了解，提高學生理論分析、實驗研究能力，使其能夠結合與本學科有關的實際問題從事科學研究或擔負專門工程技術工作；挖掘學生的創新精神和獨立工作能力，能夠在教學、科研、生產技術方面有所突破；培養學生在處理復雜問題過程中協作溝通能力，能夠樹立遠大目標并在不斷學習中有所成就。

4 結 語

普通高等學校專業實驗教學作為教學過程的重要環節，對本科生、尤其是工科類學生具有重要的意義，其具體作用在于通過對學生動手操作能力的培養，能夠加深學生對專業知識的理解，進而實現學生創新思維的發展。作為從事實驗教學方向的高校教師應該在確保實驗內容與專業發展前沿切實相關的前提下，利用自身積極的工作熱情和淵博的學識水平引導學生發揮主觀能動性，進而促使在專業實驗過程中培養學生的觀察、判斷、分析和解決實際問題的能力，最終保證學生在今后的相應學習和工作崗位上有所建樹。

[1] 張桂春,唐衛民.高等教育學[M].大連：遼寧師范大學出版社,2011.

[2] 謝 宇,凌 云,鐘勁茅.以培養創新型人才為目標的開放式實驗教學研究[J]. 江西化工, 2010(3): 163-165.

XIE Yu, LING Yun, ZHONG Jin-mao,etal. Studies on opening experimental teaching which take raising of the innovative talented person as targe [J]. Jiangxi Chemical Industry, 2010(3): 163-165.

[3] 劉 鳴,畢玉玲,趙美蓉.實行開放實驗教學模式培養學生創新探索精神[J]. 實驗技術與管理, 2005,22(4):91-94.

LIU Ming, BI Yu-ling, ZHAO Mei-rong. Implement opening experimental teaching for the students' innovative spirit of exploration [J]. Experimental Technology and Management, 2005,22(4):91-94.

[4] 鄺溯瓊, 楊定新, 陶利民. 構建開放式實驗教學模式培養創新型人才[J]. 高等教育研究學報, 2012,35(3):100-102.

KUANG Su-qiong, YANG Ding-xin, TAO Li-min. Construct Opening Experimental Teaching Model to Cultivate Innovative Talents [J]. Journal of Higher Education Research, 2012,35(3):100-102.

[5] 田麗娟,陶 波,馬 紅. 開放式實驗教學模式-培養創新人才[J]. 黑龍江教育學院學報,2010(3): 67-70.

TIAN Li-juan, TAO Bo, MA Hong. Opening expermiental teaching’s mode-cultivate innovative talents [J]. Journal of Heilongjiang College of Education. 2010(3): 67-70.

[6] 張 婕,張鐘彥,牛 驍. 開放式實驗教學模式[J]. 實驗室研究與探索,2008(9):136-137，146.

ZHANG Jie, ZHANG Zhong-yan, NIU Xiao. Opening expermiental teaching’s mode [J]. Research and Exploration in Laboratory. 2008(9):136-137，146.

[7] 陳大鵬,吳麗芬.實驗室開放的實踐與探索[J].實驗技術與管理,2003,20(6): 159-161.

CHEN Da-peng, WU Li-fen. Research and practice on opening laboratory [J]. Experimental Technology and Management, 2003,20(6): 159-161.

[8] 姜愛民，李明弟，李 軼.大型儀器設備使用效益監控機制的構建與探索[J]. 實驗室研究與探索，2010,29(5):181-183.

JIANG Ai-min, LI Ming-di, LI Yi. Setting up and Researching on the Monitor Mechanism of Large Scale Equipment’s Use Benefits[J]. Research and Exploration in Laboratory. 2010,29(5):181-183.

[9] 鄒 紅，高洪旺.科學管理儀器設備-提高設備使用效率[J]. 實驗技術與管理, 2012,35(3): 115-117.

ZOU Hong, GAO Hong-wang. Scientifically managing instruments and equipment and improving their utilization ratio[J]. Experimental Technology and Management, 2012,35(3): 115-117.

[10] 張 齊.高等教育心理學[M].大連：遼寧師范大學出版社,2011.

[11] 劉 勇，郭 科，彭 蓉. 把“市場”建在實驗室把“企業”交給學生[J].實驗室研究與探索，2010, 29(3): 173-175.

LIU Yong, GUO Ke, PENG Rong. Establishing “Market”into laboratory and hand“Enterprise”to Students [J]. Research and Exploration in Laboratory. 2010, 29(3): 173-175.

[12] 鄒建新,徐 慧,孫常清.基于工程能力培養的實驗教學體系構建[J].實驗室研究與探索, 2010, 29(12): 108-110.

ZOU Jian-xin, XU Hui, SUN Chang-qin. Construction of expermient teaching system focused on engineering capability training [J]. Research and Exploration in Laboratory. 2010, 29(12): 108-110.

[13] 葉秉良,戴文戰,楊蔚琪. 基于創新能力培養目標的實驗教學體系的構建[J]. 實驗技術與管理,2008(11):131-134.

YE Bing-liang, DAI Wen-zhan, YANG Wei-qi. Construction of experimental teaching system construction based on the target of innovative ability training [J]. Experimental Technology and Management, 2008(11):131-134.

[14] 王娜君,王 杰,李 旦,等. 基于工程能力培養的實驗教學改革探索[J]. 教育探索,2011(10):49-50.

WANG Na-jun, WANG Jie, LI Dan,etal. Construction of experimental teaching system construction based on the target of engineering ability training [J]. Education Exploraton, 2011(10):49-50.

[15] 張 晉. 高等職業教育實踐教學體系構建研究[D]. 上海：華東師范大學,2008.

[16] 劉波粒,劉澤軍.淺析本科生畢業設計(論文)質量滑坡的原因及其對策[J]. 中國高教研究, 2007(7):89-90.

LIU Bo-li, LIU Ze-jun. Analysis on reasons and countermeasures of decline in quality about undergraduates graduation dsign(thesis) [J]. China Higher Education Research. 2007(7):89-90.

把促進公平作為國家基本教育政策。教育公平是社會公平的重要基礎。教育公平的關鍵是機會公平，基本要求是保障公民依法享有受教育的權利，重點是促進義務教育均衡發展和扶持困難群體，根本措施是合理配置教育資源，向農村地區、邊遠貧困地區和民族地區傾斜，加快縮小教育差距。教育公平的主要責任在政府，全社會要共同促進教育公平。

——摘自《國家中長期教育改革和發展規劃綱要》