創新型實驗教學體系構建的思路與實效

◆段 磊 王文科 楊勝科 楊紅斌

(長安大學環境科學與工程學院)

創新型實驗教學體系構建的思路與實效

◆段 磊 王文科 楊勝科 楊紅斌

(長安大學環境科學與工程學院)

建設創新型國家的關鍵在于培養創新人才。創新型人才要靠創新教育理念、創新教育實踐活動和創新教育管理等途徑來培養。創新能力的主體是開展創造性活動,獲取創新性成果的能力。從本質上講,創新能力的培養離不開專業知識的學習和研究,但更需要創新性的實踐活動來促成和提升。創新性實驗教學體系是培養學生實踐能力和創新能力的主要環節,是保證本科教學質量必不可少的條件之一。本文以長安大學水資源與環境實驗中心為例,在分析傳統實驗教學存在問題的基礎上,介紹創新型實驗教學體系構建的思路和取得的實效,以供參考。

一、傳統實驗教學存在的問題

長安大學水資源與環境實驗中心由水文水資源、環境科學和環境工程三個專業實驗室合并組建而成,合并前三個實驗室分布于校本部、東院教學區、北院教學區。三個實驗室的實驗教學內容基本為面向專業,附屬于理論課程的課程試驗。

三個實驗室存在建設內容上互相重復,實驗教學內容相互重疊,實驗室功能單一,綜合性不足等問題。加之實驗人員因隸屬不同實驗室工作分散,盡管教學內容相近,但缺少交流和研究。在倡導淡專業寬口徑、綜合素質創新人才的培養的今天,這樣的模式顯然不能更好地適應創新人才培養的需求。這種傳統實驗教學模式存在以下幾個問題。

1.實驗室機構重疊,設備利用率不高

三個實驗室在行政上雖隸屬學院管理,在內容組成和實驗教學體系上仍沿用過去傳統的面向單一學科或某一專業的組成模式,在運行和建設中更多依賴于專業課程教學需求。在這樣的前提下,實驗室建設只追求小而全,一些本可以公用的平臺和儀器成為重復建設的主要內容,同時由于重復建設使有限資金不能有效利用,本可以建得更好的一些平臺由于資金問題只能在低層次上建設。同時小而全的建設模式由于受專業培養人數限制容易造成設備利用率偏低。

2.實驗室功能單一,標準偏低

長久以來形成實驗教學附屬于理論教學,實驗室即為理論教學附屬場地的思想,實驗室的設置和建設以課程設置和理論教學體系為準則,使得實驗室功能單一,定位偏低。實驗室不能很好地將教學科研融為一體,科研教學脫節,教學少了科研滲透和設備補充,內容顯得陳舊,缺少活力。

3.實驗教學綜合性、創新性不足

從學生培養來講,應當理論教學與實踐教學并重,但傳統實驗教學普遍是伴隨理論教學的進行而進行,稱之為課程試驗,附屬于理論教學環節。由于受學時、理論教學內容等制約,實驗教學缺乏自主性,在內容安排上更多的是理論課程基本理論的再認識或規律的驗證,內容缺乏綜合性。同時,由于三個實驗室自成體系,盡管學科相近,交叉融合性強,但彼此缺少交流滲透,使得教學和人才培養有一定的局限性,難以達到知行統一、發展科研能力和形成科學素養的教育任務。

二、創新型實驗教學體系構建的思路

針對傳統實驗教學體系中存在的問題,課題組成員經過實際調研、考察學習和綜合研究,初步凝練出創新型實驗教學體系構建的原則和思路。具體內容如下:

1.創新型實驗教學體系構建的原則

(1)遵循培養計劃的原則

實驗教學體系構建首先要滿足培養計劃的要求,培養計劃是為實現培養目標而制定的指導性文件。一旦培養計劃被確定,所有的教學環節都得圍繞其運轉。為此,在構建實驗教學體系時,圍繞培養計劃將實驗創新教育的培養目標可以分為知識、能力、人格三個方面。學生學習評價方法既要能評價一門課程(知識)的成績,又要能評價能力的掌握程度和人格的培養效果。

(2)整體性原則

傳統的實驗課設置是按與理論課設置相對應的原則設置,一個實驗室安排一門課,每個實驗室都是小而全。在一些實驗課中,往往是注意了一門課程的完善和改革,而缺乏整體的匹配,從而造成資源浪費,教學內容重疊,系統性不強。要改革實驗教學體系,根據學科的交叉性和相關性以及培養計劃,將本科四年中所有的實驗教學進行歸納分類,作為一個整體進行統籌規劃,調整實驗內容,按多層次、結構化和開放式的思路構建實驗教學體系,注重課程之間聯系,循序漸進,逐步向深層次延伸、拓寬和滲透。

(3)前沿性、更新性和以科研促進原則

實驗課程體系要根據學科發展和科研成果不斷更新實驗內容,并注重學科的發展方向、前沿性,尤其將科研最新成果引進到實驗教學中,以研促進,教研結合,建立具有學科特色、反映新成果的實驗課程體系,注重科研能力的培養。

(4)開放性原則

開放型實驗教學是教學改革最重要的組成部分,是強化課程的綜合性和實踐性,培養學生創新能力和實際操作能力的重要途徑。通過實驗室開放,使不同層次的學生在自己設計和獨立操作的平臺上,把智慧轉化為思維、視野、探索精神和創新能力,構建大學生創新研究平臺,為學生自主實驗、個性化學習創造條件。

(5)過程與結果并重原則

在實驗教學體系構建中要強調對研究過程和結果的考核。制定科學的實驗成績考核機制,從多方面、多角度、多形式對實驗成績進行綜合評價。具體要求如下:①基本操作與技能的考核,著重檢查實驗動手能力的訓練結果;②基本實驗考核,著重檢查學生掌握和運用知識的情況以及觀察、分析和判斷問題的能力;③創新評價,作為實驗成績考核的重要組成部分,要求學生完成每個試驗后在實驗報告中對實驗過程與方法優缺點、出現的問題及應對對策和措施,試驗改進、試驗的心得和啟示等予以反映;④平時成績,根據學生每次實驗報告的成績加以評定。上述綜合評定學生成績的方法注重了評價動態性、多樣性、創新性,比較符合創新教育評價體系的要求。

2.創新型實驗教學體系構建的思路

創新型實驗教學體系構建的目的是培養學生獲取知識的能力、實踐創新能力、綜合分析能力和解決實際問題能力,從而形成一個實踐教學鏈,并在實踐教學鏈中突出專業特色。為了達到上述目的,依據實驗教學體系的構建原則,創新型實驗教學體系構建的思路是設立兩個系統、五個模塊、兩個結合。

(1)兩個系統

兩個系統是指課程實驗教學系統和科技創新系統。課程實驗教學系統旨在培養學生綜合實踐能力,加深學生對所學知識理解以及運用所學知識分析問題解決問題的能力?？萍紕撔孪到y旨在培養學生的創新能力和工程實踐能力為宗旨,使學生初步掌握科學研究能力,培養良好的科學素養,提高大學生運用知識和科技創新能力,培養大學生的團結協作精神。

(2)五個模塊

課程實驗教學系統依據循序漸進的原則,分層次、模塊化設置實驗教學課程,可以分為基礎訓練實驗模塊、綜合訓練實驗模塊和設計實驗模塊。基礎訓練實驗模塊為驗證性和基本技能訓練實驗,旨在加深學生理解所學課程的原理和培養專業實驗基本技能,具體包括基本知識、基本操作、基本技能實驗、實驗原理、裝置、測試儀器、儀器設備使用方法等;綜合訓練實驗模塊主要目標是通過實踐訓練,培養學生運用上一層次中所涉及的基本技能、基本知識、基本操作解決較為復雜問題的能力,強化智力技能和理論技術的培養,增強學生的工程和科研意識;設計實驗模塊是在前兩個層次的基礎上,學生依靠實驗室的資源和有關文獻資料閱讀,通過課程設計性實驗或學生自主設計實驗完成,培養學生創新能力和創新意識?？萍紕撔孪到y根據題目的來源,設置依托科研創新模塊和自主選題創新模塊。依據學科前沿問題或工程實際的重大問題,引導有能力的學生通過自主選題或依托教師的科研項目開展科學研究,自由組織、自由選題,經過資料查閱、實驗設計、開題報告、實驗研究、結果分析、報告編寫等形式,培養學生的團結協作和開拓意識。

(3)兩個結合

兩個結合是指課程實驗教學與科研相結合、課程實驗教學與課外科技活動相結合,互為補充,可保證實驗教學內容的基礎性、科學性、前沿性與先進性,促進實驗更新率和科研成果轉化為教學實驗成果。

三、創新型實驗教學體系的實效

以上述思路構建的實驗教學體系為指導,以高效的運行機制作保障,實驗教學取得了明顯的實踐效果。

1.實驗教學體系由單一課程實驗向多層次實驗模式轉化

圍繞創新人才培養這一新目標,構建新的實驗教學內容體系。提高教學起點,篩選優化知識點,逐步淘汰內容陳舊、技術落后的實驗。增加綜合性、設計性試驗。按照知識、能力、素質協調發展的教育標準,建立起基礎、綜合、創新三層次實驗模塊。基礎實驗模塊:主要面向課程保證基本知識和基本技能的訓練;綜合實驗模塊:通過優化一門或多門課程知識點加強學生綜合知識及應用能力的訓練;創新實驗模塊:依托教師的在研課題從中分離出一些小的題目,引導學有余力的學生進行探索性的實驗研究,培養學生發現問題解決問題的能力。

2.實驗教學模式由單一的教師為主體轉向多元化組合

針對不同的教學層次采用不同的教學方式,在基礎訓練模塊教學中仍以教師為主體,夯實學生基礎知識,加強試驗基本技能和基本素質的養成。綜合應用模塊的訓練中采用“雙主模式”將以教為中心的教學理論和以學為中心的教學理論有機結合起來,教師由灌輸教學變為引導教學,引導學生在良好實驗氛圍中去親身體驗與嘗試。調動學生的積極性和主動性,使學生在獲取知識和技能的同時強化學生的綜合及應用能力。在創新試驗訓練中采用以學生為主體訓練模式,學生三、五人為一研究小組,選定試驗題目,通過查資料、研究討論與導師溝通等確定實驗方案,得出試驗結論。以探索性的實驗研究充分調動學生的主動性和創造性培養學生發現問題解決問題的能力。

3.學生的綜合素質得到明顯提高

除了驗證性實驗外,綜合性、設計性和創新性實驗一般都緊密結合生產實際和工程實踐,學生的動手能力得到了加強,開闊了視野,明確了學習的方向,提高了參加課外活動的積極性。2004年以來,實驗中心支撐的專業學生先后獲得第八、九、十屆“挑戰杯”全國大學生課外學術活動競賽一等獎 1項、三等獎 3項、國家專利 7項、陜西省大學生課外學術活動競賽特等獎和一等獎各 1項。

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陜西省高等教育教學改革研究重點項目 (陜教高[2007]68號)資助。