地質工程本科生實驗能力培養模式的實踐和探索

黃峰 王貴和

摘要：地質工程專業大學生的動手能力是培養目標的重要組成部分，學生實踐能力的強弱在很大程度上反映培養方式的正確與否，而實驗是在校大學生培養和提高動手能力的最佳途徑。基于教學工作中的實驗課以及大學生創新實驗項目，探索本科生實驗能力的培養模式，分別通過對“大課堂”模式、電子教程預習模式以及精準式培養模式特點的研究，分析各種模式的優勢和劣勢，對其優點進行整合和優化，建立培養地質工程專業本科生實驗能力的高效綜合模式。

關鍵詞：地質工程;大學生;實驗能力;培養模式

中圖分類號：G642.0 ? ? 文獻標志碼：A ? ? 文章編號：1674-9324（2016）41-0267-03

一、引言

工科是一種應用學科，它運用數、理、化等基礎學科，結合人類生產生活中的實際問題，對技術經驗進行綜合和提煉。工科包含的學科很多，比如土木類、水利類、電工類、化工類、機械類等。工科的培養目標是培養在相應的工程領域從事規劃、設計、實施以及研究和管理等方面工作的工程技術人才。基于這種培養目標，高校需要大力提高工科學生在校期間的實踐動手能力[1]，以達到專業培養目標、滿足實際工作要求。實驗環節是培養學生實踐動手能力的關鍵環節，因此對實驗能力培養模式進行深入探索具有實際意義。國內眾多學者對大學生實驗能力的培養模式進行了深入的研究，比如開放式實驗教學[2-3]、反轉式課堂[4-5]、創新實驗計劃[6]等，多途徑、多方式、多維度培養學生的實驗動手能力，使學生真正達到“知行合一”[7]，提高工科大學生的綜合培養質量。

二、“大課堂”模式

目前的實驗課大多采用實驗教師集中講授實驗內容、學生分散進行實驗的模式，這種模式可稱為“大課堂”模式，如圖1所示。

實驗課是讓學生進行實操的主要途徑，也是學生實踐普及面最大的方法。實驗課是書本上抽象知識的落地措施，通過實驗課的學習，學生親自動手實踐，對書本知識進行更加深刻和實際的理解。

“大課堂”模式的涉及面最大，通過一堂實驗課可讓絕大多數學生進行實驗操作。當學生在實際實驗操作中碰到問題時會向教師尋求解答，進而完成實驗內容。這種模式的優點是涉及面廣，學生參與人數多，但也存在先天的不足。

首先，實驗課的課時有限，而實驗學生人數通常較多，教師無法一一解答。當學生在實驗中遇到的問題無法得到及時、有效、正確的解答時，實驗效果就會大打折扣，甚至會導致對知識的錯誤理解。其次，對于某些實驗來說，實驗設備數量不能滿足每個學生在課時時間內都能親手操作。實驗課上通常會出現分組的情況，每個小組的學生進行分工，由一兩名成員進行實際操作，其余成員進行記錄等工作。在實際課中發現，當實驗設備較少時，大多數學生沒有機會親自操作，僅僅通過觀察和記錄完成實驗課，這樣對實驗的理解是很不深刻的。另外，由于人多設備少，小部分學生喪失了實驗興趣，這部分學生通常只關注實驗結果和數據處理，對實驗過程的理解非常膚淺。第三，由于實驗課是大班授課，課程安排比較緊密，一旦在實驗課上沒有完成或者沒有正確完成實驗內容，繼續進行實驗和重復進行實驗的機會是很少的。出現這種情況時，學生通常會得過且過，草草完成實驗報告了事，同樣沒有達到實驗的目的。

因此，對于傳統“大課堂”模式來說，在對學生普及基本實驗知識方面的貢獻很大、效率最高。但“大課堂”模式過于倉促和浮淺，對于培養學生深厚的實驗研究功底和培養良好的實踐素質是不利的，無法使學生深入追求實驗原理，更無法通過實驗獲得新的啟發。

三、實驗課電子教程預習模式

虛擬教學技術已經在多學科中得到應用，有力促進了教育模式[8-10]和教學方法[11-12]的變革。基于中國地質大學（北京）教學改革項目開發實驗教學電子教程，將實驗內容通過視頻、圖片、文字等多種方式，將實驗過程進行展示。在電子教程中，在實驗的關鍵節點設置問答環節，學生只有正確選擇了答案后，實驗過程的演示才能得以繼續，通過對問答環節結果的評價，對學生課前的預習成果進行打分，使學生加深對實驗過程的了解和思考。實驗教學系統將傳統的實驗手冊轉變成可見的、可操控的、可互動的虛擬實驗操作過程在課前教授給學生。

通過采用電子教程系統，改變實驗課教學方式，完成從學生進入實驗室才開始認識實驗，到學生進入實驗室之前就深入了解了實驗的轉變。電子教程的運用，改變了學生實驗課參與度較低的局面，省去了大量實驗講解和排隊做實驗的時間，將更多的精力集中于實驗現象本身，對實驗會有充分和深刻的認識。同時，教師擁有更多時間充分解答學生在實驗中遇到的問題，課堂效率和效果會大幅提高。傳統實驗課教學模式和電子教程預習模式的對比如圖2。

電子教程還會對實驗操作安全進行明確提醒。教師在課堂上口頭對學生集中強調實驗安全環節效果不佳，學生在沒有實際參與實驗之前對需要注意的潛在危險點認識模糊。通過電子教程系統的互動學習，整個實驗程序學生都會了解，在關鍵節點上系統會告知其潛在危險點，這樣學生在實驗之前就會有明確的認識和思想上的把握，人身安全將得到更好的保護。

電子教程預習模式能夠大幅提高課堂效率，留出充足時間進行實驗和探討。但同時，由于電子課程系統將實驗過程進行了完整展示，導致部分學生對課上實驗操作失去興趣，以致于不進行實驗操作就撰寫實驗報告，沒有達到電子教程創建的初衷，反而不利于學生實踐能力的培養，助長“懶學”思想。

四、精準式培養模式

無論是“大課堂”模式還是電子教程預習模式，都是針對大班授課的實驗課。雖然電子教程預習模式能夠提高教學效果和效率，但限于實驗課時和實驗設備數量等條件的限制，同樣無法對相關實驗進行深入研究和探索，也無法真正培養學生的實驗素質和探索精神。作為實驗課的延伸和深入，很有必要結合教師的科研項目和大學生創新實驗計劃等資源對一部分學生的實驗能力進行專門訓練，這種模式可稱為精準式培養模式。精準式培養模式類似于“開小灶”，由于實驗時間具有彈性、人數不多，實驗成員之間可以充分就實驗內容進行溝通，指導教師也可以進行充分并且有針對性的指導。這種模式的特點是信息在學生之間、學生和教師之間多向傳輸。精準式培養模式示意圖如圖3。

精準式培養模式為對某一方面具有濃厚興趣的學生提供良好的平臺，在實驗課的基礎上進行拔高，使部分學生深入進行實驗能力培養。精準式實驗能力培養模式依托某一方面的課題，學生自己提出實驗目的、實驗方案、實驗內容和預期實驗結果等，通過實驗計劃的編寫，增強學生主動學習、研究的興趣，提高其獨立解決問題的能力。同時，在實驗過程中遇到問題，可與指導教師一起研究對策，充分發揮了教師的指導作用。

依托于兩項國家級大學生創新實驗項目“新型水泥土合成材料研究”和“真空定向注漿模型試驗研究”，共有6名本科二年級學生和2名本科三年級學生組成兩個小組分別進行實驗研究。通過項目的實施過程可以發現，學生的自主性很強，充分利用課余時間在實驗室進行相關研究，并已熟練掌握實驗儀器、設備的操作方法，對實驗現象和規律有了深刻的認識。在實驗過程中，小組成員間協調配合、互相探討、共同研究，與指導教師充分溝通，實驗能力的提升非常顯著。通過精準式實驗模式的培養，學生的實踐、文字和團隊工作能力都得到了極大的提升。

雖然精準式培養模式能夠使學生的實驗能力得到快速提升，但實際能夠參與到項目中的學生人數還是少數。因此，精準式培養模式對于整體培養目標來說，其覆蓋面不足是其最大的弊端。

五、綜合優化教學模式

通過對前幾種模式的分析，對多種模式進行優化組合，揚長避短，形成綜合優化教學模式。在電子教程預習系統中，對實驗現象和結果留有懸念，激發學生主動探索的興趣。在預習了電子教程之后，學生直接進入大課堂進行實驗，實驗的過程中教師對疑問進行實時解答。當大課堂實驗完成后學生對某一內容產生了繼續研究的興趣之后，可通過集合多類型科研項目、創新計劃等資源和平臺，對實驗進行深入研究，實行精準式培養模式，這在一定程度上擴大了精準式培養的受眾面。同時，為了進一步的解決精準模式受眾范圍有限的局面，在實驗完成后可舉行交流會、報告會等活動，將實驗內容和過程進行完整展示，使得沒有參與實驗的學生也能有所受益。

六、結語

通過對“大課堂”模式、電子教程預習模式和精準式教學模式的優化組合，形成了高效的綜合優化教學模式，對提高學生的實驗能力大有裨益。實驗教學工作重要而繁雜，在實驗教學工作中不斷摸索與時俱進的教學模式，對提高工科大學生的實驗能力具有重要作用。

參考文獻：

[1]錢波.應用型工科院校多元化實驗教學體系的創新探究[J].實驗室研究與探索，2011，30（8）：121-124.

[2]張艷芬，劉中成，耿強，等.新形勢下高校實驗室開放管理與運行機制的研究[J].實驗技術與管理，2013，30（3）：180-183.

[3]強根榮，劉秋平，盛衛堅，等.普通高校實驗室開放的模式與管理機制探索[J].實驗技術與管理，2010，27（10）：185-187.

[4]徐紀偉，孫丹華.組織學與胚胎學反轉課堂實驗教學效果分析[J].衛生職業教育，2015，33（7）：98-99.

[5]劉曉路，邢立寧，楊振宇，等.“反轉課堂”教學模式的實踐與思考[J].時代教育，2014，（9）：63.

[6]王文奇，劉保縣，宗蓮松，等.基于學生綜合能力培養的工科創新型實驗探索與實踐[J].實驗技術與管理，2015，32（9）：26-29.

[7]徐萃萍，孫方紅.工科院校“知行合一”的實驗實訓實施路徑[J].實驗室研究與探索，2011，30（9）：168-169.

[8]王衛國.虛擬仿真實驗教學中心建設思考與建議[J].實驗室研究與探索，2013，32（12）：5-8.

[9]林瑜華.云計算環境下高校實驗教學模式的創新與實踐[J].實驗室研究與探索，2011，30（8）：271-274.

[10]程麗平.基于LabVIEW的虛擬實驗教學系統開發[J].中國科技信息，2012，（20）：84-85.

[11]李春生，楊玲玲.基于虛擬教學環境的新型教學方法研究[J].華東師范大學學報（自然科學版），2015，（S1）：99-103.

[12]唐忠彪.虛擬教學在應用電子技術教學中的運用[J].現代職業教育，2015，（5）：46-48.

Practice and Exploration of the Cultivation Mode of Geology Engineering Students' Experimental Ability

HUANG Feng，WANG Gui-he

（School of Engineering and Technology，China University of Geosciences，Beijing 100083，China）

Abstract：The practical ability of geology engineering students is an important part of the training objectives. The students' practical ability is largely reflected in the training mode，and the experiment is the best way to cultivate and improve students' ability. Based on the experimental courses and college students' innovative experiment project， the training mode of undergraduates' experimental ability is explored. Through the study of the "big classroom" model，the preview mode and the precision mode，the advantages and disadvantages of various models are analyzed，and the advantages of them are integrated and optimized.

Key words：geology engineering;college students;experimental ability;training model