本科生創新實驗教學的探討與實踐

馬萬里 劉麗艷 齊虹 宋維薇 李一凡

摘要：研究型大學在培養本科生的過程中，實驗是必不可少的環節，創新實驗是在傳統實驗的基礎上發展起來的一種全新實驗教學模式。本文以哈爾濱工業大學為例，分別從教學方法和評教體系兩個方面探討創新實驗課在實踐過程中的經驗。

關鍵詞：創新實驗;教學;實施;管理

中圖分類號：G642.0 ? ? 文獻標志碼：A ? ? 文章編號：1674-9324（2016）06-0248-02

引言：

研究型大學在培養本科生的過程中，實驗教學對于學生的培養起到重要的作用。傳統意義上的實驗教學主要是以老師傳授基本理論和操作規程，學生在老師的指導下通過使用指定儀器設備去完成實驗，達到預設的實驗目的，讓學生在做實驗的過程中去學習和理解課本上無法呈現的知識和理論，缺少學生獨立思考的機會，不利于培養創新人才。隨著我國發展，傳統的實驗教學方式下培養的大學生已經不能滿足當今社會對于創新人才的要求，本科生實驗教學的改革是非常必要的，而創新實驗是近年來各高校在實驗教學改革中普遍提出的方案[1，2]。

近年來，哈工大為貫徹精英教育理念，提升拔尖創新人才培養質量，探索個性化的培養機制，為優秀本科生開設創新實驗課，創新實驗課的設置還充分考慮了指導教師的科研情況，鼓勵將在研的國家自然科學基金項目、省部級科研項目帶入本科生創新實驗，活躍本科生的科學思維。作者所在的課題組承擔了哈工大本科生創新實驗課《有毒物質進入人體途徑的分析實驗》，本文將以該創新實驗課為例，系統地探討在實踐過程中獲取的經驗。

一、本科生創新實驗課的教學方法

1.創新實驗課學生的選拔方式。創新實驗課，是在普通實驗課的基礎上，對技術基礎和專業基礎實驗內容進行改革、提升和創新。所以其選拔學生的方式要考慮以下幾個方面：首先是選擇高年級的學生。由于創新實驗課要激發學生的主觀能動性，最大程度上讓學生獨立完成實驗，所以要求選修創新實驗的學生要有一定的專業基礎，而現在我國本科生培養體制中，只有大學三年級及以上的本科生才能學到專業方面較深入的課程，所以該創新實驗課只針對三年級和四年級的同學開放。其次，選擇專業知識成績優秀的學生。創新實驗課的設置，旨在激發學生科研的興趣，為學生今后的課程設計、畢業設計以及繼續深造奠定基礎。所以在學生的選拔過程中，要選擇成績優異、專業知識扎實的學生，這些學生往往是對于專業具有較好的認知和興趣，比較容易投入該創新實驗課的學習中。最后是選拔方式的創新：不能單一地以學習成績來選拔學生，要綜合考慮學生的能力，特別是實驗能力。以作者承擔的實驗課為例，采用了命題式的方式進行，即讓學生設計一套實驗方案研究《如何量化食品中某類有機污染物進入人體的攝入量》，而在選擇學生的過程中，著重將專業課成績和學生設計的實驗方案進行統一考察，綜合給予評價。學生的選拔過程中讓學生自己查閱資料、設計方案，一方面激發了學生的積極性，另一方面達到了選拔學生的目的。

2.創新實驗課的設置方法。為了最大程度地以“學生為中心”，創新實驗課的設置要充分考慮到學生的需求。創新實驗課的開展要以小組或個人的形式開展，小組的組成由學生自己組合，但人數不宜過多，實驗課時間的安排由學生和老師一起商定，充分調動學生的積極性。創新實驗課內容的設置也與傳統實驗課不同，摒棄了傳統實驗課按照既定方案（實驗步驟）按部就班的實驗過程。以作者承擔的實驗課為例，我們在給學生設置實驗內容的時候，更加注重開放性，采取啟發式的教學方式，我們首先將人體暴露方向的國際前沿熱點問題引入到實驗課概述中來，由學生結合興趣根據文獻調研自主提出影響人體健康的污染介質和污染物質，引導學生從呼吸、食物攝入、皮膚吸收等三個大的方面進行實驗方案設計，為學生們創造更大的自主空間，選擇其感興趣的實驗內容。

3.創新實驗課的教學方法。創新實驗課的教學方法與傳統的實驗也有很大差別，也要最大程度地體現學生的自主性，從實驗方案的設計、實驗的準備、開展以及后續數據的處理等各方面，充分調動學生的積極性和獨立性，老師要在實驗的開展過程中給予相應的指導。首先，是實驗方案的指導：由于本科生沒有經歷過專業性較強的科研階段，缺少相關的經驗，其實驗方案的設計主要是依據文獻的閱讀，學生們對于該實驗方案的能否開展并沒有把握，有可能出現原則性的錯誤，甚至有些實驗方案中的特殊儀器，在本學校的學校實驗中心（室）并沒有，導致無法開展。所以指導老師要結合本學校的實驗條件，引導學生設計可行的實驗方案。其次，是實驗過程的指導：要求學生全面參與實驗過程，而老師只是起到引導的作用。以作者承擔的實驗課為例，從采樣儀器的安裝、調試，樣品的采集，溶液的配制，各種儀器實驗原理的理解、使用等完全由學生自己完成，實驗過程中遇到的問題也由學生結合自己所學的專業知識獨立思考、解決，指導教師只是負責簡單的引導，防止特大錯誤的發生。最后，是實驗數據分析的指導：實驗數據的采集、處理和分析，數據的歸納和解釋，均由學生自己獨立完成。創新實驗課的教學要注重過程的培養，而不是一味地強調實驗結果，讓學生參與到實驗的每一個環節，去感受實驗的魅力，其主要目的是引導和培養學生的實驗、科研興趣。

4.創新實驗課的考評方法。大學生創新性實驗的健康發展，需要一個科學的考核方式和評價體系。傳統實驗課的考核方式就是撰寫實驗報告，而很多情況下實驗報告都是相似或者相同的形式和結果，無法真正鍛煉學生的創新能力，也不利于老師評價各個學生的科研能力。創新實驗課的考核方式也要摒棄傳統實驗課考核方式的弊端，有意鍛煉學生個性的發揮和培養創新能力，可以采取多變的方式進行。以作者承擔的實驗課為例，著重考察學生的動手能力、發現問題和解決問題的能力、數據處理能力和數據的深入挖掘能力。動手能力、發現問題和解決問題能力的考核和評價，在實驗課的實施過程中進行，由指導老師直接給予考核，其權重占整個考核的50%。對于數據的處理和分析能力的考核，要求學生對數據進行深入分析，并撰寫研究報告，創新實驗課的研究報告不同于以往的實驗報告，要求以科技論文的形式撰寫，與傳統實驗報告有較大的區別，研究報告不僅要以紙質版的形式提交，還要求學生講解（Presentation），這種方式使創新實驗的考核方式更大程度上體現主觀能動性，大大提高了學生的積極性，也鍛煉了學生的演講能力。指導老師結合實驗方案的設計、實驗過程的操作、數據分析、報告的撰寫和匯報等多方面給予學生綜合考評，其主要原則為“倡導主動實踐、重在研究過程”。哈工大創新實驗課的實施受到學校的高度重視，學校不斷完善創新性實驗課的管理，建立創新實驗評價體系，設立相應的激勵機制，包括設立創新學分、推薦免試研究生加分等措施，大大增強了本科生的參與積極性[3]。

二、創新實驗課的評教體系

為了多方面評價創新實驗課效果，哈工大教務處制定了《哈爾濱工業大學創新實驗課教學質量評價表》，要求所有選課同學進行匿名評教，具體評價指標包括：實驗課內容充實、設計合理，具有創新性（權重25分，下同）;實驗條件準備充分，環境好（15分）;教師嚴格要求學生，指導學生積極、耐心，注意激發學生的主動性和創造性（15分）;獲得較好的實驗結果，教學效果好（20分）;學生的科研方法和創新思維得到培養，分析問題、解決問題的能力得到鍛煉和提高（25），總計100分。此外，還從以下三個方面征集了學生的意見和建議：（1）該課與以往的實驗課有何不同？（2）該課對你的能力培養作用如何？（3）你認為該課有何需要改進之處？以作者承擔的實驗課為例，評教結果歸納和分析如下：其中71%的同學給予本創新實驗課的總體評價分數高于95分，25%的評價分數在90分到95分之間，只有4%的評價分數小于90分，從總體評價的角度來看，本創新實驗課得到了學生的認可，取得了很好的效果。對于學生的意見和建議，我們也進行了匯總：（1）與以往實驗課的不同：主要集中在參與性更高、動手機會增加、師生互動頻繁、啟發式實驗過程和活躍的實驗氣氛等方面;（2）學生能力培養：提高了學生的動手能力和思考能力、數據的分析能力;（3）改進和建議：增加課程理論和大型儀器原理的講解，適當增加本課程的學分。通過評教結果的分析，該創新實驗課取得了預期的效果。

三、創新實驗課的思考

本實驗課程的特色在于把國際前沿熱點科研問題帶入本科生實驗課堂，由學生結合興趣根據文獻調研自主提出問題，在教師指導下確定可行的實驗方案，由學生獨立完成實驗及數據的后續處理和實驗報告的撰寫，其意義在于促進本科生關注前沿熱點科學問題，培養科研興趣，培養科研工作的積極主動性，增強實踐能力，在提出問題、分析問題和解決問題過程中激發學生的自主創新潛力。該類型的創新實驗課能更好地調動學生的參與積極性，更大地發揮學生的主觀能動性，提高了學生的綜合實驗能力，從而更加有利于拔尖創新人才的培養。同時，創新實驗課的設置將最前沿的科學問題引入到本科生課堂，更加容易調動學生們的科研興趣，為后續的科研奠定基礎。創新實驗課的設置是本科生實驗教學改革的有效措施之一，能夠彌補傳統實驗教學的不足，要進一步完善創新實驗課在本科生培養中的地位和作用，為我國高等教育培養創新人才做貢獻。

參考文獻：

[1]王國強，傅承新.研究型大學創新實驗教學體系的構建[J].高等工程教育研究，2006，（1）.

[2]王小逸，白廣梅，客慧明，李英.創新實驗與創新型人才培養的思索與實踐[J].實驗技術與管理，2008，（11）.

[3]李旦，趙希文，吳菊花.以過程為導向的大學生創新性實驗計劃評價體系研究[J].高等工程教育研究，2010，（1）.