對當前高校實驗教學的觀察與思考

呂念玲，王文錦，殷瑞祥

(1.華南理工大學 實驗室與設備管理處，廣東 廣州 510640；2.華南理工大學 電子與信息學院，廣東 廣州 510640)

實踐是人類認識的源泉、動力和目的，特別是在高等教育確立了以走質量提升為核心的內涵式發展的今天，實踐重要，實踐育人意義深遠[1-3]。實驗教學是高校實踐育人的載體，是培養創新素質的抓手，在人才培養體系中具有重要作用。為進一步提高實驗教學質量，華南理工大學從2010年起獨立舉辦實驗課教學競賽，迄今競賽已成功舉辦3屆[4]。作為競賽的組織者，筆者對競賽進行了3年的全程跟蹤，通過對覆蓋44個學科的157堂實驗課的現場觀摩，發現了高校實驗課存在的共性問題，并對此進行了思考。

1 存在的問題

實驗課是理論與實踐融合的平臺，實驗課的終極目標是培養學生自主運用實踐工具與手段去創新、創造，實驗課的參與主體是學生。因此，實驗課應落實以學生為本的理念，緊緊圍繞引發學生動手興趣、提高學生動手能力的核心開展教學工作[5-7]。雖取得了較好成績，但以下現象仍較為普遍存在。

1.1 實驗目標不全面

實驗指導教師在課堂上向學生解釋為什么要做實驗這個看似淺顯的問題時，有些做法實在不盡如人意。例如，許多實驗課一上課，教師就直接介紹實驗內容或演示實驗操作，把知識認知作為重點提示的內容，而對于通過該項實驗學習可以提升何種能力、這項實驗方案目前在業界是否具有先進性、要求學生掌握的相關技能在工程實際中有何應用這類涉及能力培養和實踐理性提升的內容，實驗教師鮮有提及。在實驗目標不明確的情況下，學生不理解為什么要做實驗，于是出現了為了實驗而實驗、應付式實驗、觀察員(只看不愿動手)式實驗等現象，在我們慨嘆學生不重視實驗課的時候，是否應該反思對于實驗課的價值，我們挖掘了多少[8]。

1.2 理論與實踐脫節現象時有發生

實驗是手、腦并用的過程。理論指導實踐，實踐驗證、充實并拓展理論。目前實驗課安排有2種模式，一種是獨立設課模式，另一種是依托理論課模式。對于獨立設課模式，在實驗時間安排上相對獨立，甚至與理論課進度無關聯。但在實際操作中發現，有理論基礎的學生效果較好[9]，而沒有上過理論課的學生進實驗課堂，指導教師往往需要花較多的時間解釋原理，不但影響了學生動手的時間，而且效果欠佳。因此，獨立設課的實驗安排最好做到與理論課進度基本同步，以獲得理論與實踐更好的融合效果。

1.3 學生的實驗參與度有待提升

基礎實驗中心因承擔面廣、量大的基礎實驗教學，在實驗室規模和設備數量方面普遍受到學校的重視，因此基礎實驗中心基本能保證一人一組的實驗條件。而專業領域實驗室，設備臺套數少，完成一個實驗內容需要重復多次，在這種情況下，是多人一組，盡快完成任務，還是盡量少些人一組，讓學生有多些參與動手的機會，就成了值得考慮的問題。要達到好的教學效果，需要教師付出更多的時間與精力，每次安排多少學生參與實驗，不但是一個影響教學質量的技術活兒，同時還拷問教師的良心[10]。

1.4 軟、硬件實驗方式的組合待優化

在計算機及信息技術的強有力支撐下，許多學科，尤其是工科專業推出了仿真實驗軟件。仿真實驗軟件使用方便，有計算機就能使用。于是出現了：不再到生產現場實地進行實習，改在學校實驗室仿真；本來要做的硬件實驗，由于準備工作太繁瑣，也就用仿真實驗解決問題。實物實驗課上豐富多樣的實驗對象，也就由一臺計算機替代了。高校學生，尤其是工科專業，畢業后是要解決工程實際問題的，因此高校實驗室應創設與工程實際貼近的實驗氛圍，以令學生獲得寶貴的“實戰”經驗為目標。顯然，實物實驗與上述要求更為契合。仿真實驗更適用于實現真實實驗不具備或難以完成的實驗項目，教師應根據培養目標，統籌安排實物實驗與仿真實驗的比例、內容與要求[11]。因貪圖一時便利而忽視實物實驗，或一味夸大仿真實驗作用而無視實戰效果的做法，都不具遠見。

1.5 設備功能與培養目標不相配

當下，一體化程度高、操作簡便、數據處理智能化的實驗設備，似乎成為優良實驗裝備的標志。在這樣的實驗室里，學生思考和動手的空間不大，只要按指導書要求接線，并輸入信號或發布指令，實驗儀器相應的測試裝置面板就直接顯示出測試數據，把數據記下來實驗就完成了。在這類實驗設備上，學生無法探究實驗原理，不能展開分部實驗，嘗試多種實驗方案更是無從下手。一個邏輯嚴謹、過程嚴密的實驗訓練過程，就簡單化為記錄數據，完全起不到訓練動手能力的作用。

2 把握幾個關鍵環節

一堂成功的實驗課是內容、設備、手段及師生互動等諸因素共同作用的結果。落實以學生為本的理念，重視實驗課每一環節的設計，令實踐精神的內涵借助實驗課堂得以充分發揮，人才培養才能獲得實效。

2.1 實驗目標要全面

傳統的實踐教學目標往往局限于驗證學生的理論知識是否掌握得好。隨著對實踐教學的深入研究和認識，實踐教學對學生動手實踐、自主設計和綜合創新能力及綜合素質的提升也逐漸受到重視。從具體實現的角度來看，實踐目標應包含知識認知目標、能力培養目標和通識教育目標[12]。知識認知目標主要是通過實踐教學讓學生掌握專業知識和一般知識，形成專業理論知識與實踐知識的結構體系；能力培養目標主要是在知識認知的基礎上培養學生專業操作能力、專業技術適應能力，以及分析和解決問題能力；通識教育目標則是在實現上述兩目標的同時，對涉及學生心理、道德、審美及智能領域的創新意識、團隊意識、職業素養、實踐理性等的培養。實驗課是達成實踐教學目標的重要載體，將上述理念落實到每一個實驗項目中去，做到3個目標缺一不可、環環相扣并互為依托，是完成實驗課整體設計的首要和最重要的一步。

2.2 實驗內容要凝練

實驗內容選擇要兼顧4個方面：

第一，服務于課程目標。每個實驗目標都要相應的實驗內容在量和質2個方面予以支撐。安排多少的實驗內容、難度系數多少，要根據實現課程目標做周到的考慮。課程目標寓于課程內容中并分階段落實，注意循序漸進[13]。

第二，與理論教學內容相適應。大部分實驗課仍然要以理論課為引導，協調好實驗課與理論課授課的時間，以理論課為先導，學生對實驗原理的理解較為深入，實驗教學效果事半功倍[10]。

第三，與工程實際相適應。實驗教學的終極目標是培養學生解決工程實際問題的能力，在這個大方向下，要求實驗內容來源于工程實際，反映工程的實際問題，令實驗更有趣味，更具現實意義[14]，同時要求實驗內容與時俱進，緊跟學科進步更新。

第四，實驗課內容與實驗室條件及學生素質相適應。實驗內容建設要尊重實驗室的現狀，實驗課實施才具有可行性。條件好的實驗室固然可以令測試簡便、精確，但配置一般的實驗室也能利用有限條件組織實驗，鍛煉學生解決問題的能力。好的實驗內容，令實驗室設備條件得到最大限度的發揮。實驗課程內容建設要與學生素質相適應，設計學生能“消化”的實驗內容，提升學生的實驗參與度，才能將知識內化為能力[15]。過高的實驗要求，會嚴重打擊學生的自信心。

2.3 實驗方式要多元化

隨著測試手段的不斷進步，實驗方式日趨多樣。根據學生參與度的高低，可將實驗方式分為4類(適用于理工科)：第一類演示實驗，即以視頻演示或教師演示為主，學生基本不參與實驗操作；第二類是仿真實驗，即以計算機為主要實驗設備，在機上完成實驗項目；第三類是實物實驗，即是以操作實驗裝置或儀器設備為主的實驗，該類實驗學生的參與度最高；第四類是實物實驗與仿真實驗的結合，即實驗既要在計算機上模擬，又要借助硬件操作才能完成的實驗項目。選擇實驗方式有2個依據：一是實驗方式要與實驗內容相匹配；二是最大限度地提高學生的實驗參與度。一門實驗課由若干實驗項目組成，應采用多種實驗方式進行，以強化學生實驗技能的綜合運用能力。

2.4 設備選型要做到先進性與參與度兼顧

學生的動手能力是在一次次布點測試、一遍遍調校儀器、一回回修改方案的過程中訓練出來的。實驗學習效果與實驗儀器設備的功能緊密相關。一鍵搞定功能，或一體化、自動化程度太高的設備，因不能支撐實驗課上探究細致的實驗現象的要求，不能滿足多樣化實驗測試需求的實現，不適合本科實驗教學使用。使用具有開放性的，而且可重組功能較強的設備，學生操作的參與度更高。比如在基礎實驗室里，可以選用一些傳統的模擬式測量儀器(如電工電子實驗用的模擬示波器)進行實驗，而不宜選擇數字式的智能儀器，因為模擬式設備要求學生對其工作原理的了解更透徹，而且必須掌握相應的測試與讀數技巧，這是與基本技能培訓階段的教學目標相一致的[16]。所以教學設備不能以先進或測試方便作為唯一評價標準，能讓學生動手能力得到充分鍛煉的就是最佳選擇。

2.5 實驗教案要完備

與理論課相比，實驗課的開設方式更靈活、更多元。借助于實驗室氛圍，豐富的儀器設備資源，實驗課教師可以實施更有趣、更直觀、更感性的教學設計。實驗課上，教師的主導作用具體體現在：講解實驗目的及實驗原理、進行必要的操作演示以及學生實驗時巡回輔導等3個方面。所以，實驗教案的內容應包括實驗進程的整體時間安排，原理講授內容，與學生的交流互動，操作的重點、難點、易出錯點提示，可預見的故障排除等方面。在實驗教案上要對上述環節有全面、詳細的安排，并切實落實到時間節點上，確保實驗課堂的每一個環節嚴謹、有序。

3 走出誤區

作為教師，希望學生在校期間學到越多的知識越好，掌握越多的本領越好，這個愿望無可厚非，但所有教學計劃和安排必須遵循學生認知規律，遵循教育規律，貪多、求大的做法往往適得其反，勞而無果[17]。

3.1 實驗項目不是越多越好

實驗課的學時數是有限的，有些實驗課時被“高效”利用，盡可能壓縮每個實驗的學時數，以便能更多地安排實驗項目。這樣的實驗課首先令教師緊張，因為教學計劃是一定要完成的，教師每次都趕著開設新的內容，顧不上對發現的問題進行講評，根本沒時間對易出錯的操作反復訓練；這樣的實驗課也令學生緊張，學生在課上無瑕研究實驗現象，無瑕推敲實驗方案，更談不上總結規律，照著實驗指導書機械搬弄，就是為了獲取數據，完成報告交差了事。上述為了實驗而實驗的做法，根本沒有取得應有的效果，不如凝練幾個精品實驗項目，把實驗方法講透，讓學生把實驗操作練熟，引導學生練就觸類旁通的本領，更有意義[18]。

3.2 綜合性設計性實驗比率不是越高越好

綜合性設計性實驗因所涉知識面廣、實驗技術要求高等原因，被冠以“高水平”實驗項目的名銜。實驗課程以含有綜合性設計性實驗項目為傲，而且攀比綜合性設計性實驗占實驗項目總數比例的勢頭愈演愈烈。為提高比例，有些課程減少基礎實驗項目，盲目增加綜合性設計性實驗項目。由于沒有扎實的實驗基礎，學生完成綜合性實驗很吃力，既達不到強化設計和綜合能力的目的，連基礎技能學習都受到影響，實在是得不償失[16]。特別是設計性實驗，應在學生完成基礎實驗、具有獨立開展實驗的熟練程度后，方可設置。綜合性、設計性實驗應遵循從易到難、從局部到整體的規律，即應從實驗的局部設計一步步擴展到整體方案設計。切實把握好綜合性設計性實驗與基礎實驗的銜接與過度，是發揮設計性綜合性實驗效果的關鍵。

3.3 實驗安排不是越方便越好

有時需要在一個單元時間(一個上午或一個下午)里安排2個實驗項目，這樣的實驗課怎么上？一種處理方法是一次講完，即教師把2個實驗內容一起都講了，然后學生再開始操作；另外一種做法是分2次講，即教師講完了一個實驗項目，學生開始操作，等學生做完，教師再講授另一個實驗項目。對教師來說，2種方法所用的時間基本一樣，但對學生來說，卻大不一樣。一次講完的做法因為內容太多，學生根本記不住，到具體實驗操作時，效果會大打折扣。分2次講的方式更貼合學生的實際。由此看來，“以學生為本”的大道理，往往需要滲透在實驗課堂的操作細節里才能實現[17]。

4 結束語

綜合培養計劃是高校人才培養的綱領，其目標和理念要通過每一堂課予以落實。實驗課的安排要以“以學生為本”的理念把握實驗設計、實驗教案、實驗實施等重要環節，做到精細化管理，才能充分挖掘出每一堂實驗課的內涵，最大限度發揮出實踐育人的優勢，實現人才培養質量再上新臺階。

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