創(chuàng)新研究性實驗教學(xué)的探索與實踐

鄭賢利 曾文杰 趙越 張泊麗

本文為“湖南省教育科學(xué)十二五規(guī)劃2015年度課題《高校實驗教學(xué)過程的質(zhì)量監(jiān)控研究——以xx大學(xué)xx實驗教學(xué)為例》（批準號：XJK015BGD067）成果

【摘 要】 核技術(shù)應(yīng)用實驗課程融入創(chuàng)新研究性實驗教學(xué)是符合培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維、科學(xué)素養(yǎng)、多元復(fù)合型人才的需求。本文從創(chuàng)新研究性實驗教學(xué)的重要性、融入準備工作、實施、實驗報告、實驗評價等方面論述了創(chuàng)新研究性實驗教學(xué)實施的過程。實踐證明：創(chuàng)新研究性實驗提升了學(xué)生的創(chuàng)新思維，優(yōu)化了學(xué)生的知識結(jié)構(gòu)，培養(yǎng)了學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)及多元智能的發(fā)展。

【關(guān)鍵詞】 創(chuàng)新研究性實驗;核技術(shù)應(yīng)用;實驗教學(xué);設(shè)計方案;實驗評價

一、引言

核技術(shù)應(yīng)用實驗是核類相關(guān)專業(yè)的一門專業(yè)實驗課，是一門實踐性很強的學(xué)科。核技術(shù)應(yīng)用實驗教學(xué)的目的是提高學(xué)生實踐、創(chuàng)新能力，[1]使學(xué)生在原有理論知識的基礎(chǔ)上建構(gòu)真正的、有效的知識結(jié)構(gòu)。[2]核技術(shù)應(yīng)用實驗主要配合理論課的學(xué)習(xí)，把理論知識和實踐相結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實際、獨立分析問題，解決問題的科學(xué)實驗工作能力和正確判斷實驗結(jié)果的可靠程度及處理數(shù)據(jù)的能力，更好地掌握核技術(shù)實驗的方法和技術(shù);培養(yǎng)學(xué)生嚴格的科學(xué)作風(fēng)，為學(xué)生進行畢業(yè)論文與畢業(yè)后的科學(xué)實驗及研究工作打下基礎(chǔ)。

核技術(shù)應(yīng)用實驗是繼核輻射探測基礎(chǔ)實驗之后開設(shè)的應(yīng)用性實驗。[3]學(xué)生已經(jīng)具備了儀器使用操作的基本技能、方法，[4]掌握了實驗操作的基本流程、實驗數(shù)據(jù)處理方法。在此基礎(chǔ)上開設(shè)核技術(shù)應(yīng)用實驗，有利于培養(yǎng)學(xué)生的綜合素質(zhì)、創(chuàng)新能力，提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，提升學(xué)生多元化素質(zhì)。

經(jīng)過幾年的探索與實踐，本文重點介紹了將創(chuàng)新研究性實驗教學(xué)應(yīng)用于核技術(shù)應(yīng)用實驗中的實踐情況：實驗準備、實施、實驗報告形式、實驗評價等。

二、創(chuàng)新研究性實驗的重要性

傳統(tǒng)的核技術(shù)應(yīng)用實驗通常是由驗證性實驗、綜合性實驗等項目組成，實驗指導(dǎo)老師先講解、演示操作，然后學(xué)生按要求參照實驗講義上設(shè)定的步驟完成實驗。這樣學(xué)生只是通過實驗來加深所渉理論知識的理解，學(xué)生綜合素質(zhì)及創(chuàng)新能力無法得到培養(yǎng)。

創(chuàng)新研究性實驗是學(xué)生應(yīng)用所學(xué)理論知識，利用實驗室的儀器設(shè)備自主設(shè)計實驗方案，在實驗指導(dǎo)老師的指導(dǎo)下完成實驗。創(chuàng)新研究性實驗不僅培養(yǎng)了學(xué)生綜合分析問題、查閱資料、動手實踐、數(shù)據(jù)處理等方面的能力，[5-8]而且提高了學(xué)生自主學(xué)習(xí)、實踐中發(fā)現(xiàn)分析解決問題的能力和科學(xué)素養(yǎng)，提升了學(xué)生嚴謹務(wù)實、探索創(chuàng)新、團結(jié)協(xié)作的精神。[9-12]創(chuàng)新研究性實驗是對傳統(tǒng)性實驗的改革與補充，是符合現(xiàn)代社會的需求、符合技術(shù)革新和發(fā)展的要求，是符合培養(yǎng)多元化復(fù)合型人才的要求，順應(yīng)了“新工科”背景下培養(yǎng)學(xué)生的目標，為學(xué)生順利與企業(yè)、研究所培育模式無縫接軌。

三、創(chuàng)新研究性實驗教學(xué)的實施

1、準備工作

（1）實驗指導(dǎo)老師。①提供相關(guān)資料。實驗指導(dǎo)老師根據(jù)實驗?zāi)康募皩嶒炇业膬x器設(shè)備情況，詳細列出實驗?zāi)康囊?、儀器的名稱、使用說明、功能、注意事項等，并在實驗前發(fā)給學(xué)生。這樣能保證學(xué)生對實驗室的儀器設(shè)備的情況有所了解，并有利于學(xué)生根據(jù)實驗室的條件確定實驗方案、熟悉相關(guān)實驗原理及方法。②準備實驗儀器設(shè)備。實驗指導(dǎo)老師根據(jù)學(xué)生提交的實驗項目及方案，準備相關(guān)的儀器設(shè)備，并保證各設(shè)備能正常運行。③實驗室開放。實驗室開放是保證學(xué)生能自主完成創(chuàng)新研究性實驗的條件之一，有利于激發(fā)學(xué)生的潛能，有利于提高學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力及人才的個性化發(fā)展。[13，14]實驗室可在時間上和空間上為學(xué)生開放，學(xué)生可預(yù)約到實驗室熟悉儀器設(shè)備或進行預(yù)設(shè)計實驗，為學(xué)生設(shè)計創(chuàng)新研究性實驗項目摸索條件。開放期間，實驗指導(dǎo)老師需隨時解答學(xué)生的問題。[15]④評閱實驗方案。學(xué)生實驗項目及方案設(shè)計的情況反映了其對理論知識應(yīng)用的靈活性、創(chuàng)新研究能力及準備工作是否做的充分。實驗指導(dǎo)老師需認真批改學(xué)生的實驗方案，并指導(dǎo)學(xué)生修改實驗方案，制訂出合理的實驗方案，保證學(xué)生能順利完成實驗。

（2）學(xué)生。①熟悉實驗儀器設(shè)備。學(xué)生根據(jù)老師提供的儀器設(shè)備情況，熟悉設(shè)備的工作原理、使用方法、注意事項、查閱相關(guān)資料。必要時，學(xué)生可預(yù)約到實驗室熟悉儀器的使用方法或進行預(yù)設(shè)計實驗。②設(shè)計實驗方案。實驗方案能全面綜合反映學(xué)生的創(chuàng)新研究能力、理論知識應(yīng)用能力、實驗技能、創(chuàng)新思維過程及書面表達能力。[16]學(xué)生根據(jù)實驗室的儀器設(shè)備情況及所學(xué)理論知識確定實驗項目，選擇相關(guān)儀器設(shè)備及實驗條件，設(shè)計實驗具體方案，畫出實驗原理圖，擬定實驗步驟，預(yù)測實驗現(xiàn)象及結(jié)果。

2、實施

根據(jù)實驗設(shè)計的方案和步驟獨立順利完成實驗是檢驗學(xué)生準備工作是否做的成分、創(chuàng)新研究能力強弱的關(guān)鍵。實施過程中，指導(dǎo)老師及學(xué)生需做到如下幾點：

（1）指導(dǎo)老師。①強調(diào)儀器調(diào)試使用方法。學(xué)生在安裝調(diào)試儀器前，指導(dǎo)老師強調(diào)注意事項及儀器調(diào)試使用方法。學(xué)生安裝調(diào)試好儀器，需指導(dǎo)老師檢查后學(xué)生方可進行下一步實驗。②實驗過程。學(xué)生實驗過程中，指導(dǎo)老師應(yīng)全程觀察、指導(dǎo)學(xué)生實驗操作。①觀察學(xué)生動手實踐能力。②根據(jù)實驗現(xiàn)象或數(shù)據(jù)提問，了解學(xué)生對知識的理解程度及創(chuàng)新意識。③指導(dǎo)老師向?qū)W生提問：若改變實驗條件，可能出現(xiàn)的實驗現(xiàn)象、實驗數(shù)據(jù)可能變化情況，并要求學(xué)生觀察記錄不同實驗條件下的實驗現(xiàn)象及實驗數(shù)據(jù)。④實驗過程中，學(xué)生不能解決的問題，指導(dǎo)老師及時給予指導(dǎo)解決。⑤對學(xué)生整個實驗過程作出詳細的記錄并給予評價。

（2）學(xué)生。①安裝調(diào)試儀器。學(xué)生根據(jù)自己設(shè)計的實驗方案及原理圖連接安裝儀器設(shè)備，并調(diào)試，保證各元件設(shè)置的參數(shù)合理，且能正常工作。學(xué)生在安裝調(diào)試過程中出現(xiàn)的問題，學(xué)生之間互相討論解決，對于不能解決的問題，指導(dǎo)老師給予指導(dǎo)解決。②實驗操作。學(xué)生根據(jù)自己設(shè)計的方案及步驟獨立完成實驗。學(xué)生應(yīng)認真仔細觀察實驗現(xiàn)象、記錄實驗數(shù)據(jù)，確保原始數(shù)據(jù)的可靠性。實驗過程中出現(xiàn)預(yù)料之外的現(xiàn)象或數(shù)據(jù)不合理的問題，認真細致思考、相互討論，查找原因并解決問題。③實驗現(xiàn)象及數(shù)據(jù)記錄。 ?學(xué)生認真觀察實驗現(xiàn)象，并描述出其現(xiàn)象，記錄實驗的條件、各元件的參數(shù)及實驗數(shù)據(jù)，保證原始數(shù)據(jù)的可靠性。原始記錄需指導(dǎo)老師審閱簽字。

3、實驗報告

學(xué)生完成實驗后需撰寫實驗報告，實驗報告可以是傳統(tǒng)的報告形式提交，也可以是研究報告形式提交。傳統(tǒng)的實驗報告形式需包含以下內(nèi)容：實驗?zāi)康摹⑵鞑?、設(shè)計方案、實驗原理及其原理圖、實驗步驟、注意事項、實驗條件、各元器件參數(shù)、實驗現(xiàn)象、原始數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)處理結(jié)果、誤差分析、結(jié)論。研究報告形式需包括以下內(nèi)容：研究概述、研究內(nèi)容與目的、創(chuàng)新性、設(shè)計方案、實驗原理及其原理圖、實驗現(xiàn)象及原始數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)處理方法、誤差分析、結(jié)論與建議。這樣既可以培養(yǎng)學(xué)生的綜合分析能力、邏輯歸納能力及書面表達能力，[17]也可以培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，促進學(xué)生多元智能的發(fā)展。

4、實驗評價

創(chuàng)新研究性實驗成績的評價是否客觀、科學(xué)合理，直接關(guān)系到學(xué)生對創(chuàng)新研究性實驗的熱情及興趣、也是今后能持續(xù)開展下去的重要的一個環(huán)節(jié)，這樣對指導(dǎo)老師提出了更高的要求。指導(dǎo)老師需全程參與實驗項目中，對學(xué)生的任何一個實驗環(huán)節(jié)都必須了然于胸，并做出詳細記錄及評價。具體評價方法如下：

（1）實驗前準備。這部分主要從以下幾方面來評價：設(shè)備熟悉程度、選擇的設(shè)備及實驗條件是否符合項目要求、實驗設(shè)計方案的合理性、實驗原理及其原理圖的正確性、擬定實驗步驟的正確性、設(shè)計的實驗項目是否具有創(chuàng)新性等。這部分分值占總分值的20%。

（2）實驗操作。這部分評價依據(jù)主要為：操作熟練程度、儀器安裝調(diào)試情況、實驗原始數(shù)據(jù)及現(xiàn)象記錄情況、發(fā)現(xiàn)及解決問題的能力、實驗態(tài)度等。這部分分值占總分值的50%。

（3）實驗報告。這部分評價的依據(jù)主要為：報告內(nèi)容的完整性及正確性、數(shù)據(jù)處理及誤差分析的正確性、結(jié)論的正確性等。這部分分值占總分值的30%。

四、結(jié)束語

創(chuàng)新研究性實驗不受實驗指導(dǎo)書框架的限制，具有綜合性、創(chuàng)新性、靈活性等特點。實踐證明，創(chuàng)新研究性實驗不僅很好的幫助了學(xué)生理解、加工和轉(zhuǎn)換所學(xué)的理論知識，而且開發(fā)了學(xué)生高級思維活動，[18]引領(lǐng)學(xué)生將理論與實踐有機結(jié)合、創(chuàng)新知識結(jié)構(gòu)、創(chuàng)新思維方式。學(xué)生無論是對理論知識的理解、實踐能力的提升，還是創(chuàng)新思維的培養(yǎng)、科學(xué)素養(yǎng)及多元智能的發(fā)展都得到了質(zhì)的飛躍。

【注 釋】

[1] 俞紅， 鄭賢利，程品晶等.細化核電子學(xué)實驗課考核[J].價值工程，2017.106（16）258-259.

[2] 鄭賢利， 宋碧英等.創(chuàng)新核技術(shù)實驗教學(xué) 培養(yǎng)創(chuàng)新實踐能力[J].高校實驗室研究，2011.107（01）86-87.

[3][4][15][17] 鄭賢利 ，王振華等.核技術(shù)實驗教學(xué)方法改革與創(chuàng)新[J].中國電力教育，2012.23（05）92-93.

[5][9][13][16] 吳海榮. “液壓與氣壓傳動”課程設(shè)計性實驗的探索與實踐[J].實驗室研究與探索，2014.33（11）201-204.

[6][10] 田中群.實驗室是素質(zhì)教育最重要的平臺[J].實驗室研究與探索，2009.28（4）1-4.27.

[7][11] 黃劍平，龔銀香，童金強.設(shè)計性實驗教學(xué)的實踐與探索[J].實驗技術(shù)與管理，2009.26（5）135-136.143.

[8][12] 田運生，劉維華，王景春. 綜合性設(shè)計性實驗項目建設(shè)的探索與實踐[J].實驗技術(shù)與管理，2012.29（2）126-129.

[14] 宋國利，蓋功琪，蘇冬妹. 開放式實驗教學(xué)模式的研究與實踐[J].實驗室研究與探索，2010（2）91-93.132.

[18] 萬兵，趙國榮，梁國強.創(chuàng)新理念推進軍隊院校重點實驗室建設(shè)[J].實驗技術(shù)與管理，2017.34（S1）139-141.

【作者簡介】

鄭賢利（1975—）女，漢族，湖南衡陽人，碩士，副教授，主要從事核技術(shù)及應(yīng)用研究.

張泊麗（1980—）女，漢族，河北石家莊人，碩士，講師，主要從事核技術(shù)及應(yīng)用研究，本文通訊作者.