應用型人才培養目標下的實驗教學模式研究

蒲保興，秦波蓮

（1. 邵陽學院信息工程系，湖南 邵陽 422001；2. 邵陽學院教務處，湖南 邵陽 422001）

應用型人才培養目標下的實驗教學模式研究

蒲保興1，秦波蓮2

（1. 邵陽學院信息工程系，湖南 邵陽 422001；2. 邵陽學院教務處，湖南 邵陽 422001）

實驗教學是培養學生創新實踐能力的必要手段，實驗教學的改革是目前高校面臨的一個重要課題。以構建主義的教學理論為指導，對基于應用型人才培養目標的實驗教學模式進行了研究與探索，提出了分層次的實驗教學模式，劃分實驗為基礎性實驗、提高性實驗、研究和創新性實驗三個層次。并為建設相應的實驗教學平臺提出了具體的措施。

建構主義；教學理論；分層次實驗教學模式；實驗室開放模式

0 引言

教育部制定了重大教育創新項目“卓越工程師培養計劃”，要求高校通過優化人才培養方案和改革教育教學的手段，培養具有創新能力和實踐能力的高質量工程技術專業人才[1-5]。實驗教學作為教學體系的一個重要組成部分，在培養學生的創新精神、實踐能力以及綜合應用能力方面起到了至關重要的作用。大力開展實驗教學模式的改革，構建新型的實驗教學平臺，是實現應用型人才培養目標的必要條件。探索和研究實驗教學的新模式，對實驗教學方法實施改革，是目前高校面臨的重要課題。本文以構建主義[6]為理論依據，對面向應用型人才培養目標的實驗教學模式進行研究和探索，提出了分層次的實驗教學模式，針對我校計算機中心的具體實踐，為構建該實驗教學模式提出了具體的建設措施。

我校計算機中心作為信息工程系下轄的一個實驗室建制單位，面向全校所有專業的學生，承擔計算機公共課程的實驗教學任務；面向信息工程系所有專業的學生，承擔信息類平臺課程“數據結構”、“計算機組成原理”的實驗教學任務；并承擔了“計算機科學與技術”、“網絡工程”兩專業的部分專業基礎課程和專業課程的實驗教學任務。具有面向學生廣、實驗資源豐富的特點。如何把計算機中心打造成培養學生實踐能力、應用能力、創新研究能力的實驗教學平臺，需要探索新型的實驗教學模式，并從實驗室的硬件、軟件和管理制度等方面入手進行建設。

1 建構主義教學理論概述

構建主義教學理論認為知識和能力的獲取是學生在一定的情境下，通過對原有知識的改造和重組的意義建構，包括了同化和順應和兩個方面[7-9]。斯皮羅等人把學習劃分為初級學習和高級學習兩個階段。在初級學習階段，涉及的是結構良好領域的問題，這一階段的知識具有確定性和普遍性的特征，學習者應注重分析和抽象，需要學習者不斷溫習、反復演練，才能達到熟練掌握的程度，即初級學習階段是學習者通過大量的練習和反饋而熟練掌握知識的過程。在高級學習階段，學習者涉及到的大量結構不良領域的問題，這一階段是學習者對初級階段所獲知識的改造和重組后的意義建構，其知識具有概念的復雜性和實例的差異性的特征。要求學習者把握這種概念的復雜性并廣泛靈活地應用到具體的情境中，并強調學習者的主動性和建構性[7]。在此基礎上，喬納生進一步提出了知識獲得的三個階段：初級知識獲得、高級知識獲得、專門知識學習。對這三個階段的含義，文獻[8]有詳細的論述，如表1所示。

表1 建構主義的學習三階段Tab.1 Three Stages of Learning of Constructivism

2 分層次的實驗教學模式

為了使實驗教學遵循建構主義的教學理論，應劃分實驗為三個層次：基礎性實驗、提高性實驗、創新性和研究性實驗，如圖1所示。

圖1 分層次的實驗教學模式Fig.1 Hierarchical Experiment Teaching Mode

2.1 基礎性實驗

從建構主義教學理論的角度來看，基礎性實驗屬初級知識的獲得。學生通過完成基礎性實驗，能熟練掌握基本知識和基本技能。該層次實驗所蘊含的知識應屬于結構良好的領域，它們揭示了專業領域的一些基本概念、基本事實、原理和規則，是學習者進一步學習的基礎和知識遷移的源泉。這類實驗主要以課程實驗的方式開出，大都為驗證性實驗，部分為較簡單的綜合性實驗。實驗者需要強化記憶、不斷練習、反復演練，才能達到熟練掌握的程度。因此，這類實驗必須進行嚴格的考試，考試的方式就是要求學生重現實驗過程。為簡便操作，可讓學生通過隨機抽取實驗項目重現實驗過程。實驗室應具有開放機制[10-12]，讓學生在開放的時間內對實驗課內所做的實驗進行預習或復習。

2.2 提高性實驗

提高性實驗屬高級知識的獲得，這類實驗需要學生理解實驗中所蘊含的知識，并能運用到具體領域的情境中去解決實際問題。這類實驗強調學生在實驗過程中的自主學習和知識遷移。提高性實驗大都是設計性和綜合性實驗項目，是由指導教師在基礎性實驗的基礎上選擇性地進行擴展，教師以課題的形式布置任務，學生在教師的指導下自行設計實驗方案，并由學生自選時間、自定實驗內容在開放實驗時間內完成。由于這類實驗項目需要較長時間的準備和操作，難以用課堂教學的形式實施，故要求學生在開放的實驗時間段內對進行實驗準備、預處理和實驗操作，然后統一安排時間進行考核，考核過程中要求學生演示實驗過程，并提交實驗報告，教師根據學生的實驗過程和實驗報告來評定成績。

2.3 研究性和創新性實驗

研究性與創新性實驗是培養學生創新能力的精華部分，對應于建構主義教學理論的專門知識學習的獲得，它們是以解決實際問題為主線的實驗項目，由教師通過創建問題情境而設計的實驗課題，或者是由學生通過聯系實際生活所確定的實驗課題，也可以是教師科研的子課題，還可以是參加全國大學生競賽或省級競賽的培訓而衍生出的實驗課題。每個課題對應一個小型的科研項目或創新實踐項目，學生通過查閱資料，在指導教師的指導下自主設計實驗方案后，在實驗室開放的時間內自主完成實驗，最終結果可以是發明專利，軟件著作權登記、科研論文、參加各種競賽所取得的成績等多種形式。其目的是培養學生觀察問題，分析問題和解決問題的能力，并培養其科學素養和創新精神，爭取在研究創新實踐中有所突破，有所創造。學生通過完成這類實驗，使學生能在科研和創新實踐上獲得樂趣，提高其知識和能力，得到真正意義上的知識建構。這一部分的實驗考核形式是成果。分層次的實驗教學模式的實驗設置情況如表2所示。

表2 實驗設置情況Tab.2 The Status of Experiment Planning

3 實驗平臺的建設

分層次的實驗教學模式必須要有相應的實驗教學平臺。針對我校計算機中心，應通過充實硬件設備，開發教學資源，改革實驗室的管理制度和運行模式等手段來構建一個以應用型人才培養為目標的新型實驗教學平臺，該平臺以開放模式為主要特征，平臺建設的具體內容以下：

3.1 硬件的建設

在人、財、物以及政策上爭取學校的支持，在原有實驗儀器設備的基礎上，更換過時老化的實驗設備，添加新的實驗設備，并對儀器設備進行優化組合，改造 “計算機基礎實驗分室”和“計算機專業實驗分室”，同時增設了“研究性與創新性實驗分室”。

實驗室的硬件建設規模應適中，實驗容量不能過小或過大，如過大，會浪費實驗資源，如過小，將不能滿足教學的需要。“計算機基礎實驗分室”和“計算機專業實驗分室”的容量應按一周的實驗課程需求來設定，考慮到基礎性實驗學生需要不斷練習和反復演練，每個實驗項目允許學生做3次，分別是實驗預習，正式上課實驗和實驗復習，因此每周的實驗容量應是每周實驗課程需求容量的3倍。“計算機專業實驗分室”要兼顧班級課程安排的場地沖突和學生重復練習的因素來確定實驗室的容量。例如，對于“計算機基礎實驗分室”，若每星期的教學計劃為8000人時數，設實驗室的機位數為x，按每星期7天計算，每天10小時，則7×x×10÷ 3=8000，求得x=342個機位，即實驗容量應為能同時容納342個學生上機。而“研究性和創新性實驗分室”的實驗容量可以略小一些?？扇　坝嬎銠C專業實驗分室”的實驗容量的一半即可。

3.2 軟件建設

軟件建設包括:實驗教學計劃的制訂和完善，實驗教學資源的建設，開放制度的完善。

完善實驗教學計劃：實驗教學計劃應符合應用型人才培養目標的要求，應適當提高實驗教學的力度，對于專業課程，實驗課時應占總課時的三分之一以上，重要的課程應達總學時的一半以上。課程實驗應分為兩部分，基礎性實驗和提高性實驗，其中基礎性實驗應占60%以上，基礎性實驗在課內完成。提高性實驗主要為綜合性和設計性實驗，以及專業綜合實驗，這類實驗以開放模式完成。研究性和創新性實驗為學有余力的學生開設，這類實驗由指導教師根據實驗的成果來評定成績。對于基礎性實驗和提高性實驗的考試的成績應在課程教學的成績中占據一定的比例，不能低于30%。而研究性與創新性實驗項目的成績，可以為學生記相應的選修學分。

實驗教學資源的建設：制定完善的實驗教學大綱和實驗教學標準。開發實驗教學資源，合理地開設實驗項目，每個實驗項目必須具有完整的實驗指導資料，這些資料應以文檔形式，課件形式和視頻形式發放至學生，以便學生預習和和實驗時參考。

開放制度：實驗室采用全天候的開放形式，除了實驗課表占用的時間外，均對學生開放，其開放時間與圖書館自習室的開放時間相同。但學生必須采用預約審批的方式進入實驗室。中心提前一周通過校園網公布每個實驗分室的開放時間段和相應可容納的學生數，學生可以通過校園網進行申請，中心指派專門的人員進行審批。為解決均衡問題，對每個基礎性實驗項目，規定每個學生只能預習一次和復習一次，而對于每個提高性實驗，學生可以在開放的時間內作兩次準備，且對這類實驗，學生申請時必須提交實驗設計方案，并獲任課教師的申批同意。而對于研究性和創新性實驗項目，學生申請后由指導教師和實驗室管理人員共同審批后方可進行實驗。開放時間內可安排實驗管理人員值班，以學生自主實驗為主，不安排指導教師。

4 結束語

從建構主義教學理論出發來探索實驗教學的改革措施，提出了一種新型的實驗教學模式，把實驗劃分為“基礎性實驗”、“提高性實驗”、“創新性和研究性實驗”的三個層次，分別對應于建構主義教學理論的“初級知識獲得”、“高級知識獲得”和“專門知識的獲得”三個階段。提出了適應這種實驗教學模式的實驗教學平臺的建設措施與建設內容。

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Research on Experimental Teaching Mode Based on the Target of Applied Talents Training

PU Bao-xing1, QING Bo-lian2
(1. Department of Information Engineering, Shaoyang College, Shaoyang 422001, China; 2. Academic Affairs Office, Shaoyang College, Shangyang 422001, China)

Experimental teaching is the necessary means to cultivate students' ability of innovation and practice. The reform of experimental teaching is an important subject facing colleges and universities at present. Based on the teaching theory of constructivism, this paper studies and explores the experimental teaching mode based on the goal of cultivating the applied talents. It puts forward the experimental teaching mode of hierarchical experiment, which divides the experiment into three levels, include foundational experiment, advanced experiment, studied and innovative experiment. This paper also puts forward specific measures of the construction of the corresponding experimental teaching platform.

Constructivism; Teaching theory; Hierarchical experimental teaching model; Laboratory open model

G642

A

10.3969/j.issn.1003-6970.2017.05.012

湖南省普通高校教改項目“構建應用型人才培養的計算機中心實驗教學平臺研究與實踐”

蒲保興(1965-)，男，教授，主要研究方向為網絡編碼和實驗室教學改革研究；秦波蓮(1968-)，女，本科，統計師，主要研究方向為實驗室教學管理。

蒲保興(1965-)，教授，主要研究方向為網絡編碼和實驗室教學改革研究。

本文著錄格式：蒲保興，秦波蓮. 應用型人才培養目標下的實驗教學模式研究[J]. 軟件，2017，38（5）：55-58