“四自主”實驗教學模式的開展與研究

呂淑平，王科俊，于 鑫

(哈爾濱工程大學 自動化學院，黑龍江 哈爾濱 150001)

經實施“本科評估”、“本科專業”、“211工程”、“質量工程”、“本科教學工程”等項目建設，國內高校實驗室普遍由粗放式增長向內涵式建設發展。內涵建設核心之一是實驗教學模式的改革，目前國內許多高校正在紛紛開展自主學習、自主實驗為主題的實驗教學模式[1]。

美國教育心理學家巴斯指出：“在半個世紀前，人們從大學畢業后，大約有70%的所學知識一直可以在其退休前運用，而在當今時代，這個數字縮減為2%”。這意味著，當今的大學生在大學畢業后從事某項職業所需要的知識技能有98%需要從社會這個大課堂來獲得。而能否從社會這個大課堂獲得這98%的知識與技能與一個人的自主學習能力的高低密切相關。培養大學生的自學能力是教學的重要內容和任務，也是提高高校教學實效的一個重要手段[1]。

哈爾濱工程大學船舶導航與控制實驗教學中心2012年被評為國家級實驗教學示范中心(下稱中心)，近年積極開展內涵式建設，把學生自主探究問題的意識培養作為內涵建設的核心，正在開展“自主學習、自主實驗、自主研究、自主創新”的“四自主”實驗教學模式的改革與研究，圍繞此模式深入進行了“管理模式、教學模式、教學方法、教學手段”的改革。

1 傳統實驗教學模式的弊端

當前國內多數高校仍沿襲以教師為中心的傳統教學模式，學生在其中處于被動地位。實驗通常由教師提前準備好，學生進入實驗室后，由實驗教師講解實驗原理、步驟，然后學生操作，每完成一份實驗報告就算做完一個實驗。在實驗過程中學生缺乏自主思考的時間和空間，實驗意識淡薄，動手能力和思維能力差，遇到問題直接向教師求助，不善于獨立思考和解決問題。這種教學模式無法真正發揮實驗教學的作用，嚴重制約了學生自主能力和創新能力的發展[2]。在成績評價體系方面，目前各高校大部分都是根據實驗操作和實驗報告來評定學生實驗成績，一般是平時操作成績+實驗報告成績=總成績。實際操作起來有較大的主觀性和隨意性，且實驗報告數據經常出現相互抄襲的現象。這種考核評價方式過于強調結果，忽略了實驗的理論、思想和設計思路，不利于培養學生的創新能力和自主學習能力[8-10]。由此可見，學生主動性的缺失是當前實驗教學中存在的主要問題[2]，如果繼續延續傳統的教學模式，將不利于學生自主探究問題的意識和能力的培養。

2 “四自主”實驗教學模式

2.1 改革思路

本中心經創新性實驗項目開發、科研成果轉化、校企共建、實驗裝置自研、實驗教改方案實施等方式，逐步形成“基本型、綜合設計型、工程實踐型、研究創新型”4個層次實驗項目，其中“基本型、綜合設計型、工程實踐型”實驗項目是課內必做的，“研究創新型”實驗項目是課外任選的。為更好地實現課內課外相銜接，中心主干實驗課都設有“研究創新型”實驗項目。針對當前實驗教學中存在的學生“主動性和探究性”缺失這一主要問題，更新教育理念，把對學生自主探究問題的意識培養作為實驗教學改革的核心，圍繞核心深入開展“管理模式、教學模式、教學方法”的改革[4]。基于“四層次”實驗項目分為兩種教學活動展開：

(1) 課內實驗采用自主學習、自主實驗的教學方式，實行“課內開放”，即對課內實驗項目(包括基礎型、綜合設計型、工程實踐型)采用自主學習、自主實驗的實驗教學方式。對計劃內大批量、多班次的專業實驗和專業基礎實驗，學生通過學校實驗室綜合管理系統和中心網站查詢實驗、預約實驗、預習實驗、自主學習、刷卡簽到，在規定的時間內完成實驗教學大綱規定的實驗項目。

(2) 課外實驗采用自主研究、自主創新的教學方式，實行“課外開放”。即對課外實驗項目(包括研究創新型、科研實驗室開放項目)采用自主研究、自主創新的實驗教學方式。對研究創新型實驗項目以及各科研實驗室開放項目實行時間、場地、內容、設備全方位的開放管理模式，支持學生自帶項目進入實驗室或者以參加各類競賽為目標進入實驗室。

課內課外兩種方式相得益彰，實現因材施教。使教學主體逐步從“以教為主”向“以學為主”轉變；教學方式從“以授為主”向“以導為主”轉變；學生學習從“被動依賴”向“自主學習”轉變[3-4]。

2.2 “自主學習、自主實驗”教學活動的開展

課內實驗項目通過以下多種教學活動的開展，逐步培養學生自主學習、自主實驗的能力。

(1) 課前學生自主學習。課程網站全天候開放，在課程網站中建有針對實驗項目的學習指南、多媒體課件、儀器操作視頻、視頻課件、典型實驗軟件等供學生自主學習。實驗前要求學生通過自主學習，充分理解實驗目的、相關理論及實驗設計原理，掌握實驗技術和實驗過程[5]。學生在充分自主學習基礎上進行自主設計，撰寫實驗方案。

(2) 設置簡短測試。課前預習是實施自主實驗的根本保證，根據課程環節設置課前或課后簡短測試，把課前或課后測驗成績作為課程總成績的一部分。實驗前10分鐘通過試卷考核預習效果，檢查學生對指定閱讀材料的學習情況和實驗準備情況，也可在實驗結束后對本次實驗內容進行簡短測試。

(3) 設置課堂討論。根據課程環節設置課前、課中或課后討論，討論環節作為課程總成績的一部分。實驗前對需要深入研究的問題進行課堂討論，師生以問答方式互動，同時讓學生修正自己的實驗前準備工作；或在實驗中和實驗結束后圍繞實驗難點進行討論，討論中讓學生自我檢驗和修正對理論的理解和應用的偏差，學生也可提出自己實驗過程中遇到的問題，師生共同探討[6]。

自主實驗必須提倡討論問題的風氣，實驗討論不僅在師生之間進行，而且應當在學生之間更廣泛更熱烈地展開。學生是實驗的主體，遇到問題要讓學生自導，促進自主實驗的進行，讓學習好的、動手能力強的學生當輔導員，為那些動手能力差的學生導學，調動其積極性，使灌輸為主轉變為討論、交流、探究和體驗為主[7]。

(4) 學生自主完成實驗。 省去教師講解實驗原理、方法、步驟的時間，代替以問題為引導、關鍵地方討論的方法，使學生自主完成實驗，教師僅作必要的指導；或在教師精心設計的問題引導下，自主探究和討論修正實驗方案，自主完成實驗。

(5) 加強課內實踐。 設置校企共建課程，優化工程案例、科研案例轉化為“綜合設計型、工程實踐型”實驗項目，使實驗內容與工程實踐相結合，學生通過自主設計、親身經歷，參與更多實踐，提高學生的綜合素質和工程實踐能力。

(6) 采用“多元化”評價方式。評價內容包括實驗前準備、課前或課后測試、課堂討論表現、實驗完成質量、實驗報告分析、作品完成質量和小組答辯等。評價內容強調學習過程和整體素質培養，促進學生學習的主動性。

2.3 “自主研究、自主創新”教學活動的開展

課外實驗項目通過多種教學活動的開展，在研究創新實踐中逐步培養學生自主研究、自主創新能力。

(1) 開設“課外實驗項目專區”。把分散于“各實驗課程中的研究創新型實驗項目和各科研實驗室開放項目”按學科方向進行整合集中，在中心網站開設“課外實驗項目專欄”，使學生方便、快捷地了解各實驗項目的科研、工程背景以及研究內容。學生根據自己興趣和能力，自由選擇實驗項目、實驗時間、實驗地點及指導教師，完全“個體開放”，實現“以人為本、因材施教”。

(2) 開設“網上視頻專題講座”。針對主要的“研究創新型實驗項目”和“科研實驗室開放項目”開設網上視頻專題講座，介紹某一研究方向或問題的背景、發展趨勢、基本研究方法等，介紹相關文獻的檢索和閱讀，給出創新性實驗擬解決的問題或研究方案，引導學生自主研究、自主創新。項目負責人按擬定的研究計劃、自主組織團隊成員進行實驗研究。

3 課程資源網站和導學指南建設

“四自主”實驗模式必須建設完善的課程資源網站和導學指南，為學生自主性學習提供支撐。

(1) 課程網站建設。將所有實驗教學資源全部上網，提供豐富的學生自主學習的課程資源，使實驗室無處不在。網站內容與自主實驗緊密聯系，學生只要有電腦終端，就可以進行自主學習或仿真實驗。按周發布實驗導學指南，指南給出每項實驗的自主學習范圍、要求及擬解決問題的方法等[8]。為便于學生實驗預習，中心計劃為每個實驗項目錄制實驗視頻。

(2) 課件和教材建設。中心計劃每門實驗課程都配置高水平網絡實驗教學課件，課件能實現三維模型演示、虛擬演示逼真、動態交互等功能。計劃更新或新編高水平實驗教材15部，教材編寫注重實驗思想、設計思路、實驗背景、實驗研究等素質教育內容。

(3) 網上交流平臺建立。采用電子郵件、BBS 討論和即時通信等多種方式為師生提供交流機會，使學生的學習與教師的討論不受時間與地點的限制[9]。

4 預期目標

(1) 逐步改變“填鴨式”教學方式。在傳統教育理念和教學方法影響下，學生的自主實驗能力很弱，在教師不進行詳細講解實驗步驟的情況下，大多是學生難以獨立完成實驗。通過“四自主”實驗教學模式的開展，逐步改變“填鴨式”教學方式，擺脫“講解—接受式”的教學模式[10]。

(2) 逐步向“以學生為中心”轉變。在傳統教育影響下，“聽話、服從、統一”成為教師和學校追捧的價值標準，學生的自主學習權利就受到了諸多限制[11-12]。通過“四自主”實驗教學模式的開展，充分發揮學生的主觀能動性，逐步改變“教與學”的關系，從“以教師為中心”向“以學生為中心”轉變。

(3) 逐步向“我要學”狀態轉變。通過“四自主”實驗教學模式的開展，學生在整個實驗過程中由自己對實驗的各個環節進行控制，自覺主動地開展學習活動。逐步擺脫對教師的依賴，自主學習能力得到提高，養成終身學習的良好習慣，從普遍表現出的“要我學”向“我要學”狀態轉變。

5 結束語

自主學習是當今教育界關注的焦點之一，也是世界范圍內極力倡導的一種學習方式。提高學生自主學習能力是社會發展的必然要求，是學生走出學校以后所采用的主要學習方式。本文的實驗教學模式將逐步在哈爾濱工程大學船舶導航與控制國家級實驗教學示范中心開展。

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[2] 梁文耀，陳武喝.基于創新能力培養的自主性實驗教學改革探討[J].實驗室研究與探索，2012，31(8)：289-291.

[3] 田雙全.美國大學生自主學習的養成及其對我國大學教育的啟示[J].中國西部科技，2011，10(30)：57-59.

[4] 陸源，厲旭云，葉治國，等.自主學習、自主實驗、自主創新教學的研究[J].實驗技術與管理，2012，29(6)：272-274.

[5] 葛彥紅.淺談學生自主實驗能力的培養[J].中國校外教育，2008(8)：609.

[6] 呂淑平，管鳳旭，張愛筠.創新實驗基地的建設與探索[J].實驗室研究與探索，2009，28 (4)：186-187.

[7] 呂淑平，馬忠麗，王科俊，等.基于創新型工程科技人才培養的實驗教學體系建設與實踐[J].實驗技術與管理，2012，29 (7)：133-135.

[8] 陳棣湘，潘孟春，孟祥貴.電工自主實驗平臺的實驗指導體系[J].電氣電子教學學報，2011，33(4)：61-62.

[9] 劉承焜.促進大學生自主學習的教學模式探究[J].中國高等教育，2011(17)：58-59.

[10] 劉威.關于大學生自主學習的幾點思考[J].高等教育研究學報，2011，34(增刊)：58-60.

[11] 孫盾，姚纓英.開設自主實驗的實踐與思考[J].實驗技術與管理，2009，26(5)：21-23.

[12] 徐志君，魏高堯，隋成華.改革大學物理實驗教學培養自主實驗能力[J].實驗室研究與探索，2011，30 (6)：272-274.