工程教育背景下的開放性實驗教學

摘要：傳統實驗教學一直處于理論課的附屬地位，其主要著眼點是驗證理論，基本屬于積累型人才培養模式，不利于培養學生的創新能力和動手能力。在分析傳統實驗教學弊端的基礎上對開放性實驗教學進行改革是工程教育背景下實驗教學改革的新方向，也是當前教學改革的有效模式之一。

關鍵詞：工程教育；開放性實驗教學；創新

高等工程教育是應用技術教育，應用技術教育是以技術科學為其專業學科基礎，以技術運用為其主要專業內容，以培養能將科學技術轉化為現實生產力的工程師為主要目標。

實驗室是培養創新人才的搖籃，是現代化大學的“心臟”。要把學生培養成基本素質高、綜合能力強、實踐能力突出的科技人才，僅靠課堂教學和單純的理論學習是難以達到的。隨著科學技術的發展，新的科學方法及手段逐步被引入教學中，逐步形成并完善了實驗教學這一特定的教育過程。與課堂教學相比，實驗教學具有直觀性、實踐性、綜合性、啟發性和探索性等特點，在培養學生創新能力、動手能力、理論聯系實踐能力等方面具有重要意義。

一、高校實驗教學的現狀

傳統實驗教學由于沒有得到足夠的重視，已與學生能力培養的要求很不相適應，問題集中表現在以下四個方面。

1．實驗內容單一

傳統的實驗教學通常被看做理論教學的附屬，驗證性實驗占80%以上，設計性和創新性實驗所占比例太低。大多數教學實驗特別是基礎課實驗往往局限于理論驗證及實驗數據的記錄，無法體現現代科學技術的更新發展，嚴重影響了教學質量。

2．教學方法呆板

傳統實驗教學以“填鴨式”教學方法為主，學生“照方抓藥”式地進行實驗，在規定的時間及配好的儀器上，在教師的講解示范下，按照實驗指導書上列出的詳細步驟，機械地完成實驗任務。學生在實驗中完全處于被動狀態，只是按照統一的模式做實驗，不用深入考慮，不用問為什么，每個實驗學生只能做一次，并且必須在規定時間內完成。這種單一的實驗模式無法因材施教，忽略了學生的個體差異，呆板的教學方法難以激發和調動學生的積極性和主動性，嚴重制約了學生創新能力和動手能力的提高。

3．設備陳舊，管理落后

大多數高校實驗室建設資金投入不足，實驗室面積無法滿足教學發展的需要，實驗儀器陳舊落后，管理機制不健全，管理不規范，缺乏現代化實驗教學管理平臺的支撐，實驗室的功能常常得不到充分發揮。

4．實驗師資隊伍素質偏低

長期以來，許多高校存在“重理論、輕實驗”的現象，挫傷了實驗教師工作的積極性和主動性，影響了實驗教學師資隊伍的穩定。從事實驗教學的教師幾乎沒有外出進修和學習的機會，在很大程度上影響了其業務能力和綜合素質的提高。另外，許多高校對實驗教師的要求較低，客觀上造成實驗教學師資隊伍整體素質偏低。

二、開放性實驗教學改革的主要內容

為了消除傳統實驗教學存在的種種弊端，我國高等院校尤其是工程類本科院校正在對實驗教學進行改革，實施開放性實驗教學是當代教學改革的有效模式之一，也是工程教育背景下實驗教學改革的新方向。結合河南工程學院的物理實驗教學實踐，筆者提出以下整體優化實驗教學的思路。

1．創新實驗教學內容

實施開放性實驗教學，就要擺正實驗教學和理論教學的位置，明確兩者相輔相成、有機結合的地位和作用。在保留必需的驗證性實驗的基礎上，增加代表本學科前沿領域或從科研成果轉化而來的新實驗，增設應用性強的設計性、創新性實驗，力求實驗內容能夠反映本學科的前沿內容，使學生能夠運用所學課程進行跨學科、跨專業的綜合，或者是在導師的指導下進行一些研究性實驗。在擴充實驗項目數量的基礎上，依據難易程度把實驗項目分為必做、指定選做和任選等多種層次。必做實驗項目為最基本的實驗教學內容，是在保證達到基本培養要求的前提下，以大多數學生通過正常努力可以完成為標準來確定；指定選做實驗為基本要求的補充內容，要求絕大多數學生通過努力能夠掌握；任選項目難度較大，需要較強的實驗技巧，要求少量優秀學生能夠掌握。

2．改革實驗教學方法

實施開放性實驗教學必須充分發揮學生的主觀能動性，摒棄傳統的“教師手把手教，學生按原樣做”的教學模式。在開放性實驗中，實驗的選題、方案的制定、實施步驟、預期成果的確定都由學生獨立完成，教師僅僅起引導的作用。開放性實驗教學使整個實驗過程中學生的思想、靈感完全不受束縛，主動性得以最大限度地發揮，在培養學生創新能力、提高學生綜合素質等方面具有特殊的作用。

開放性實驗教學的基本形式是實驗室及實踐手段向學生開放，以引導性、啟發性方法為主，突出綜合性和設計性實驗能力的培養。學生可以在固定的開放時間或通過預約進入實驗室，進行構思、設計和調試。實施以滿足學生創新能力培養為目標的開放性實驗教學方法是當前工程教育背景下實驗教學改革的重要方向。

3．加強實驗室建設和管理

開放實驗室不僅包括儀器設備和時間上的開放，而且包括實驗項目和研究課題的開放。為了保障實驗室的有效開放，首先要加強實驗室的建設力度，在保證資金投入到位的情況下擴大實驗室面積，增加新的儀器設備；其次要建立科學的管理模式，建立健全規章制度，確保實驗工作科學合理地運行，搭建開放實驗管理平臺，實現開放實驗項目的預約功能，利用管理軟件對開放實驗和儀器設備進行規范化管理，牢固樹立“以學生為本”的管理理念，使開放實驗室發揮最大的投資效益。

實驗時間開放可以分為兩種：一種是固定不變的計劃時間，主要完成必做實驗項目；一種是預約開放，供學生自由選用，可以選做必做項目以外的實驗，也可以重做必做項目中來不及完成或吃不透的內容，還可以設計新的實驗方案。

4．重視實驗師資隊伍建設

實驗技術隊伍是實施開放性實驗教學的關鍵。要做好實驗技術隊伍建設，就要保障實驗技術人員應有的地位及相應的待遇，盡可能為他們提供進修學習的機會，使他們在技術上、業務素質上能緊跟時代步伐，從而更好地為開放性實驗教學服務。

三、開放性實驗教學在物理實驗教學中的實踐

從2008年開始，河南工程學院物理實驗中心首先選擇光電效應、普朗克常數等10多個實驗項目為首批開放試點實驗項目，在課余時間為全院本科生開放，引進物理博士5名，另選派2名碩士攻讀博士學位，為學院下一步全面實行開放性實驗教學做準備。到目前為止，物理實驗中心已累計完成近500人次的開放性實驗項目，這些實驗項目均要求學生在實驗之前精心預習，寫出預習報告，制定翔實的實驗方案，明確預期實驗成果。整個過程的每一個環節都需要學生主動參與，教師僅僅在必要的時候加以引導，這樣就改被動操作為主動實施，發揮了學生的主動性，改統一模式為多元化實驗，激發了學生的興趣，學生能夠從現實中抽象物理模型，觀察分析、應用知識的能力得到提高，不少學生越來越多地把物理知識靈活運用到其他學科，應用于一些實際問題的解決，并取得了良好的效果。

當前，工程教育背景下的開放性實驗教學已成為我國高等院校教學改革的一個亮點，尤其對于新升本科院校，改革實驗教學、全面實行開放性實驗教學已成為教學改革的必然，必將為教學改革的發展帶來新的契機。

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責編：一木