本科生開放性創新實驗的探索與實踐

高淑貞， 蔡 印， 牛立剛， 何 艷

(吉林大學 a.教務處，b.電子科學與工程學院，長春 130012)

0 引 言

共享實驗資源、培養創新人才，一直是高校開放實驗室的研討熱點。在2017年7月召開的東北地區第四屆高校大學物理實驗教學研討會上，吉林大學開展的開放性創新實驗吸引了與會專家的關注。這種基于項目引導的實驗室開放機制，探索了實驗室開放的有效方法，實現了大學生基于問題進行探究性學習的教學目的。

1 探究性學習模式

探究性學習模式是以實際問題切入，激發學生興趣，引導學生收集、研究相關信息，嘗試解釋問題，探索解決問題的方法，通過實驗，思考分析問題，驗證理論、求證假設，解釋解決問題的原理，分析總結探索方式與方法。學習參與者一同交流思考、方法、見解，交流求證結果，一起分析面臨的共同問題，共同尋求解決的方法與途徑。該模式是培養學生基本研究方法的有效途徑，能有效促進學生合作意識與能力的培養，有利于學生勇于探索、嚴謹求實的科學精神的養成。

探究性學習還是一種教師與學生平等參與、并以學生自主學習為前提的學習模式。教師激勵學生大膽獨立探索，當學生學會探究的原理后，就可以將探究活動利用資料來源與其他學生對話、實驗以及與教師討論。所以，該模式有利于自主學習意識與推進探究過程的能力和語言表達能力的培養。

2 設計開放性創新實驗

可以作為探究性學習的問題廣泛存在于學生學習的全過程。但是，在學生還不能有效設計學習問題時，幫助學生設計真實問題去研究是學校的教學任務，也是實驗教學方法改革的方向。2013年我校開創了“吉林大學開放性創新實驗”。在課程實驗基礎上，項目教學組提出具有研究性、實踐性的課題，提供給學生自己選擇；在教師輔助下，學生自主設計實驗方案，自主進行實驗、分析實驗結果，最終解決問題，并獨立撰寫實驗報告。開放性創新實驗，定位于我校實踐教學體系中的綜合訓練層次。教學目的為承接課程實驗，培養學生分析問題、解決問題能力，培養團隊合作意識和創新意識，進而啟發學生創新創業訓練問題的自主設計能力。

開放性創新實驗的難度設計應符合最近發展區理論。項目設計堅持以學生為中心，遵循最近發展區理論原理，研究學生在大學期間各個階段學習能力發展目標，構建難度遞進、有利于挑戰學生好奇心但又適合各自學習階段的學習內容，有利于學生有效建構知識。項目安排應作為特定的環境以幫助學生有效激活所學知識。在難度設計上應注重保持與激發學生持續探究的熱情，保持學習動機的持續性。畢業時的學習目標與訓練成果要確保培養目標的達成。

自2013年春季學期開始，課題組在征集題目之前，進行廣泛的理念研討，統一思想，找準開放實驗的學習目的定位；每學期開放的實驗題目要經過專家反復參照學生的實驗報告與檢查反饋等內容進行審定。

3 形成性評價

探究性學習模式在邏輯上要求學習的促進者——教師，一定要在學生整體探究過程中給予指導、反饋。在指導過程中鼓勵學生積極參與學習實踐過程，讓學生把思維展示給他們自己、同伴和老師，為學生提供修改或改進思維和理解的機會，幫助他們看到自己的進步，不斷改進個人理解以及建構新知識，從而體驗學習本身應有的樂趣、興奮和挑戰，在興趣、需求或好奇心驅動下不斷探索。因此，我校開放性實驗項目實施中強調老師對學生的學習過程、效果與提升等給予形成性評價。

4 建立支持體系

開放性創新實驗的可持續開展，有賴于全校來自管理者層面直達教師個體的完整有效的四維支持體系。①具備熟練過程指導能力及不倦啟發與激勵學生的教師；②能夠支持各類問題、便捷獲得的豐富的包括最新技術實驗條件在內教學資源，支持學生便捷獲得學習機會、進行實驗探索解決問題，如實驗室、信息源、信息管理系統；③提供學生及時展示、交流、研討，包括接受廣泛質疑、驗證探索結果的機會。④制度保障。本科實驗教學管理辦法、開放性創新實驗管理辦法、大學生創新實踐成果獎勵辦法、本科課外培養計劃實施細則、實驗教學中心管理辦法等全面覆蓋的制度。在激勵機制上體現激勵教師貢獻、認定學生學分；同時制定支持學生便捷進入實驗室利用教學資源、得到物質條件支持、高水平指導、保證學習效果的制度保障。

四維支持體系的構建，需要學校積極作為，以項目為引導，全校范圍內開放課題、交叉指導、共享資源，大力營造探究氛圍、創設激勵機制，吸引學生持續探究。

5 運行效果

自2013年春季學期以來，開放性創新實驗吸引了廣大學生的學習興趣。課題組制定了學習效果問卷，通過管理系統收集反饋結果。問卷內容涉及學習動機、學習態度、學習投入、教師指導、條件保障、學習效果等6個方面。前三項力求反映學生的認真程度與學習過程的身心投入；在學習態度與學習效果中，對問題難度的反饋，可以體現出設計學習問題的難度；教師指導、條件保障反映學生對支持系統的滿意度；學習效果反饋中可以反映學生的學習收獲與教育效果。

提交問卷調查表的學生是上個學期選做開放實驗、本學期又登錄系統選做實驗者，即問卷覆蓋范圍僅限于連續學期選做實驗的同學。課題組共進行過兩次反饋信息收集，回答問卷的學生為2016秋季1 202人、2017春季1 738人。下面以2017春季問卷填寫情況為例進行統計分析。

5.1 學習動機

學習動機反饋由對規范的理解、選做實驗的原因、選擇實驗項目方向以及實驗小組合作意向四個問題。①對規范的理解。調查顯示，88%學生閱讀過“吉林大學開放性創新實驗管理辦法”，其中42%的學生完全了解“辦法”內容，表明學生主動把握學習機會。②關于選做實驗的原因，90%的學生主動選擇實驗，特別是有43%的學生表示“非常喜歡”。③在選擇實驗項目方向上，66%的學生“偏向本專業課題”；15%的學生“偏向跨專業選題”。在跨專業選實驗的學生中，93%的學生基于“(A)拓寬專業視野”考慮，同時47%的學生期待“(B)領略教師的風采”；62%的學生期待“(C)體驗優質實驗條件”。與2016年秋季學期比較，2017年春季學期BC的比例下降，同時“偏向跨專業選題”有3%的增幅，表明學生更明確趨向于開拓專業視野學習動機。④實驗小組合作意向。67%的學生期待小組合作性學習，其中95%的學生希望同學間“能夠取長補短相互協作”，還有55%的學生同時也希望“認識更多的朋友”。

由此可見，學生是在了解管理辦法基礎上主動把握實驗機會，并希望同學間能夠取長補短、相互協作學習。

5.2 學習態度

學習態度可以從對選做實驗項目的認知、題目難度取向、選擇實驗的考量因素、學習方案的形成等問題，以及選擇“小組合作”同學中對小組交流協作和完成實驗報告的態度等方面反映。①在小組合作選項的同學中，73%的學生認為應當小組合作完成實驗報告，其中59%的學生認為同時應當研討交流。②關于對選做實驗項目的認知，97%以上的學生是在對問題的基本理解基礎上認真、明確、鄭重地選實驗。③關于題目難度取向，24%的學生希望選擇“具有挑戰性”的項目，64%的學生喜歡選擇“稍有挑戰性”的項目。④對于選擇實驗的考量因素，81%的學生優先考慮學習問題。⑤對于學習方案的形成問題，68%的學生回答實驗小組自己制定實驗方案，再和老師一起研討。

總體來說學生能夠在對實驗問題理解的基礎上，敢于接受具有一定難度挑戰的問題，小組(自己)設計實驗方案，在老師的指導下通過小組討論等合作性學習完成問題的探究，撰寫報告，研討解決問題的方法。

5.3 學習投入

學習投入情況調查，采集了學生做第一個實驗、第二個實驗所需要的全部時間，以及“完成一個項目花在學習參考文獻、撰寫實驗報告的時間”所用的時間。

學習時間投入調查中，69%學生反映做第一個實驗，從學習參考文獻直至完成實驗報告大約需要用30 h以上；40%的學生完成第二個實驗項目大約用30 h以上。而且有32%的同學用于閱讀參考文獻、撰寫實驗報告的時間在30 h以上。按照課題組設計的課題難度與工作量預想，學生投入時間的反饋表明提供實驗項目的體量與難度應該符合學生的實際程度。

5.4 教師指導

教師指導主要考量老師的教學態度、時間投入和指導內容。①對于教師指導及時程度，82%的學生反映能夠順利地聯系到指導教師，13%的學生反映有時候能找到教師，說明96%以上的學生受到老師的直接指導；一個實驗項目得到老師2次以上指導的達92%，其中59%的學生得到4次以上指導。②在學習資料來源問題上，58%的學生反映老師幫助提供了資料的來源，14%的學生收到老師提供的學習資料。③在規范撰寫實驗報告的指導方面，93%的學生反映老師指導學生在實驗報告中有實驗方法比較分析要求，幫助學生在解決問題的方法上有所拓展。④交流研討方面，81%的反饋結果表明，指導教師在一項實驗中組織了2次以上的研討活動。由此可見，老師指導力度總體上是充分的。

5.5 條件保障

條件保障是要考查學生是否能夠便捷進入實驗室、使用性能可靠的儀器、得到充足的實驗耗材。①對實驗室及儀器設備支持的反饋中，17%的學生不需要實驗儀器，其余都需要儀器。在需要實驗儀器的同學中，有98%能夠順利預約到實驗室，而且96%能夠順利預約到儀器，97%認為儀器性能可靠。②實驗耗材支持問題回答結果表明，81%學生得到充足實驗耗材；8%的學生反映稍有不足；9%的學生反映實驗不需耗材。可見學校總體支持得到學生高度認可。

5.6 學習效果

①選做實驗結束后，同學們對實驗項目的難度再次進行反思，有7%認為項目“很難”，28%認為“比較難”，54%認為“有一點難度”。②對實驗項目內容設計問題，22%認為項目內容與課內實驗不重復，65%認為項目內容與課內實驗有一些關聯但不重復；③“在開放性創新實驗項目對理論課程學習及課內實驗是否具有拓展和促進作用”回答中，47%認為“有，作用很大”，36%回答“有，作用較大”。④在對實驗項目(學習問題)的興趣方面，有56%感覺“很有興趣”，36% “比較有興趣”，“很有興趣”和 “比較有興趣”的學生占92%。⑤對“學習各方面收獲”“拓展知識”“增加實驗技能”“經歷了分析復雜問題的訓練”“提高了分析復雜問題的能力”及“促進自主學習”5個選項的回答占據前五分別為：85%、80%、57%、57%和53%，成為響應度較高的選項。⑥在考核成績滿意度反饋中，94%學生認可成績評價合理。

5.7 教育效果

對“通過開放性創新實驗項目的開展，你是否想過要自己去發現問題、研究問題”的反饋，76%的學生被激發了探究的愿望，自己也想找問題研究。在對第28題“開放性創新實驗，對您的學習有什么促進作用的調查”問題回答中，80%的學生認為促進了“主動學

習意識”；9% 學生認為促進了“自主控制學習過程的能力”；8%的學生認為促進了“理解性、實踐性學習能力”。3項合計占比97%。可見，通過開放實驗，完全達到了探究性學習的教育目的，再次印證了開放性創新實驗的科學性與實施環境設計的合理性。

6 結 語

經過不斷探索與完善，特別是學習問題的設置、指導教師教學理念的更新與指導方法的優化，在實驗條件、信息化條件與管理制度的保障下，我校探索形成了開放實驗管理運行規律，收到了喜人的教學效果。同學們在全校實踐教學管理體系與指導教師的幫助下，了解相關管理制度，主動把握學習機會，敢于迎接具有一定難度的探究問題的挑戰，投入大量的時間用于開放實驗，學會了小組學習、實踐性學習，強化了以問題為基礎的自主學習意識，學會學習、喜歡所學專業。

5年來，課題組每學期都檢查工作、評估效果和優化題目。實驗項目經過專家反復評審，難度逐漸增加，但學生對難度反饋卻呈下降趨勢，“有一點難度”反饋的比例增加，可見學生的學習能力已有所提高。