高校工科專業實驗教學模式改革研究

王珊+楊續東+劉曉波

摘要：通過對高校工科實驗教學的改革，建立以“綜合性實驗”、“設計性實驗”為主的教學模式。采用“翻轉課堂”實驗教學，激發學生的實驗積極性。因材施教，按照學生的個體差異開展分級實驗教學。強化實驗師資隊伍建設，不斷充實實驗內容，引入最新的科研成果，有效提高工科實驗的教學水平。

關鍵詞：工科專業；實驗教學；教學改革；能力培養

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）46-0269-02

一、實驗教學存在的問題

工科專業是指研究工學方面的學科專業，包括材料、機械、水利以及生物工程等學科的近百個專業[1]。實驗教學是工科院校培養大學生動手能力、實踐技能和創新思維能力的重要手段。但目前，國內工科院校實驗多為演示性、驗證性，極少有設計性、綜合性的元素，實驗教學一直是被動盲目實驗的方式，即實驗對象、方法等關鍵因素都是由教師制定，其不僅抹殺了學生的創新思維，而且也不利于培養學生認真嚴謹的實驗精神，容易產生實驗現象觀察不仔細，數據記錄不真實、不規范等問題。一些教師對實驗報告只注重書寫格式是否規范，而忽視數據處理結果的分析與討論，造成學生為完成報告而實驗。此外，一些課程對實驗成績的考核，僅以筆試方式進行，導致學生死記硬背實驗原理、方法和步驟，不利于學生動手能力的培養。學生如果不能通過實驗系統地整合知識，那么就完全背離了實驗的目的和初衷。

二、實驗教學的改革與設計

1.實驗教學內容的改革。實驗教學改革要以充分發揮學生的主動性、創造性為出發點，改革陳舊、落后的實驗，不斷更新、充實實驗教學內容。設置實驗更加貼近實際，將以“驗證性實驗”為主的實驗，逐漸過渡到“綜合性實驗”和“設計性實驗”。不斷充實實驗內容，將最新科技成果引入其中，更加趨于“工程化”。這樣有利于開闊學生視野，提高學習興趣，強化創新意識，培養創造性思維，鍛煉實踐能力，增強綜合運用所學知識解決實際問題的能力。

2.實驗教學設計。美國學者肯普提出“教學設計”為運用系統方法分析教學過程中各部分相互聯系的問題和需求，提出解決問題的最佳方案，然后評價教學成果的系統計劃過程，而大學實驗課程的“教學設計”是依據實驗教學的目標，提出建立實驗教學的最佳方案以及優化實驗教學設計效果的過程。（1）教學內容設計。實驗教學的重點是對實驗教學內容的制定。對驗證性實驗，應強調演示和證明內容相關的知識點，使學生加深對教學內容的理解，培養學生進行科學實驗的基本素養。學生要注重原始實驗數據的記錄，實驗報告的關鍵是進行實驗數據的處理，實驗結果的分析與討論。對于綜合性實驗是綜合所學的專業知識，強化靈活運用專業知識的訓練，要求學生能夠掌握實驗方案的制定、實驗儀器設備的調試，實驗報告的數據分析等各環節，以培養學生的工程實踐能力。實驗報告要寫有完整的數據記錄及數據處理結果。結果分析說明所測數據存在問題，并提出改進意見。設計性實驗，是學生自行提出有創意的實驗方案，教師對實驗方案進行評價，從理論上分析和討論方案的可行性，并最終實施解決。學生要完成查閱資料、設計方案，確定實驗步驟，培養協同合作的團隊精神。要求學生分析實驗結果，寫出報告或小論文。（2）教學方法設計。在調研的基礎上，采用“模塊化+個性化”的實踐教學理念，更新師生的教學理念，注重培養學生的實踐能力。逐步完善實驗教學內容與方法，并建立起實驗教學的管理制度和相應的評價體系。在教學上應設計出實驗的流程，給學生留下思考的空間，并對其進行個性化的啟發和指導。由學生確定實驗步驟，根據相關實驗所需設備、儀器及試劑等要求，選擇恰當的實驗裝置或對實驗儀器進行組裝、校準。在實驗教學中要求設置的問題能為學生提供多種可選原理和儀器。學生帶著問題去思考，嘗試不同實驗方法的可行性，以優化實驗過程的效果。學生不僅開拓了思路，極大地提高了動手能力，還培養了對實驗課的興趣。

3.翻轉實驗教學。“翻轉教學”就是將以教師為主的課堂教學和以學生為主的課外學習交換位置，實現以翻轉學習為主的課堂教學方式。建立翻轉課堂實驗教學模式，首先要明確教師與學生在實驗課前、課堂以及課后的具體任務。（1）實驗課前學習。在實驗課前，學生根據教師安排的實驗任務，自主安排學習時間和地點。教師為學生提供詳細的課前指導材料，包括在網絡平臺等資源，學生與教師通過互動交流，明確實驗中存在的問題，極大激發了實驗學習的興趣。（2）實驗課堂學習。學生按4—6人分組，在教師的指導下，分工合作完成實驗。由于實驗操作過程的實時性和不可重現性，教師只有在實驗課堂上觀察每個學生的實驗情況，才能對學生的真實操作水平做出客觀評價。學生首先明確實驗過程中的重、難點問題，教師引導學生獨立思考并解決問題，培養學生的求知欲。教師要了解學生對實驗內容的掌握情況，引導學生對實驗內容進行總結和分析。（3）實驗課后學習。在實驗課后開展小組討論，鞏固實驗知識點。教師與學生交流得到反饋信息，了解學生實驗過程存在的問題。對學生的實驗結果進行評價，強調學生在今后實驗中應注意的問題。

4.充分調動學生積極性。陳舊、落后的實驗設備極大地抑制了學生的實驗興趣和對新知識的渴望。隨著國家對高校經費投入力度的不斷加大，實驗室各種新型實驗儀器設備得到很大提升。高校各專業實驗室已經具備了從基礎實驗到進行高水平實驗的實力，對先進的儀器和相關領域較前沿的實驗方法學生有著濃厚的興趣，學生也迫切希望能用先進的儀器設備進行實驗。同時，現代化設備需要學生具有相關的專業知識，從而激發了學生對理論課程的學習熱情。

在實驗教學中要避免滿堂灌式教學方法，教師提示實驗操作的關鍵步驟和注意事項，讓學生自己動手實踐，教師要為學生留下思考的余地，培養學生在實驗過程中能透過現象去發現問題的本質，激發學生的求知欲。

5.因材施教。實驗教學應注重對不同能力的學生因材施教，按照學生實驗的差異開展分級教學。工科實驗教學從博士、碩士到本科，每個層次都有各自的實驗教學模式。層次越高學生獨立性的成分就越多。

三、實驗師資建設

若實驗教師工程實踐能力薄弱，會對學生科技創新思維缺少正確的引導，學生在實驗過程中碰到問題不能得到及時解答，從而喪失了對后續實驗的興趣，學生實驗學習的積極性受到嚴重影響，實驗效果也達不到預期的目標。學生實驗創新的思路、能力往往受實驗教師的直接影響。因此，強化實驗師資隊伍建設尤為重要。

四、開放性實驗室建設

開放性實驗室是工科院校實驗室體系改革的方向，學生可根據自己的計劃到實驗室預約實驗時間。如何能科學合理安排開放時間，既能充分利用有限的實驗室資源，提高儀器的使用率，又能給學生提供一個自由、獨立實驗的空間，是開放性實驗室教學中急需解決的問題。實驗室可將內容相關、時間安排上能銜接的實驗項目集中開設，這樣便于實驗室管理，學生也能根據自己實際情況選擇實驗時間。開放性實驗室能夠真正體現以學生為主體的教學方針，充分發揮學生的主觀能動性，有效提高學生的實踐能力以及科研能力。

結論：

本文分析了高校工科專業實驗教學中存在的問題。通過加強工科實驗教學環節，促使學生更好地掌握所學理論知識。具體來說，高等工科院校開設實驗課的教學改革包括以下內容：

1.以“驗證性實驗”逐漸過渡到“綜合性實驗”和“設計性實驗”。培養學生在實驗過程中能透過現象發現問題本質屬性的能力，構建嚴謹的實驗思維方法與打造實事求是的科學精神。

2.開展實驗教學設計，基于“模塊化+個性化”模式，更新實驗教學理念，注重培養學生實踐能力和綜合素質，加強實踐環節的系統設計和規劃，培養學生動手和實操能力。

3.充分討論當前師資隊伍對實驗教學的影響，通過提高教師的實踐能力，組織教師到企業參加實踐鍛煉，對當前工科專業人才培養實踐教學具有重要的意義。

參考文獻：

[1]王文生，史曉娟，王曉敏.提高工科本科實驗教學質量的思考與建議[J].中國印刷與包裝研究，2012，4（4）：57-60.