基于研究性學習模式的層次化獨立實驗課程體系構建

楊 岳，羅意平，潘迪夫，田紅旗，蔣琦瑋

（中南大學 交通運輸工程學院，湖南 長沙 410075）

研究性學習是20世紀80年代面對知識經濟的挑戰，國際社會普遍認同和實施的一種新的教學方式和課程形態。在高等教育中，研究性學習是指學生通過研究性的方式提出、理解和解決問題，并在此過程中形成學習能力、創造能力與相關專業精神的活動［1］。研究性學習通過教學過程中創設一種類似科學研究的情境或途徑，讓學生在教師指導下，從學習、實踐及社會生活中去選擇和確定研究專題，用類似科學研究的方式，主動探索、發現和體驗。研究性學習雖然強調教師在學習過程中的引導作用，但更注重學生在學習過程中的主體地位，并具有思考性、自主性、開放性、實踐性、合作性等特征［2－3］。

課堂教學和實踐教學是高等院校本科生教學工作的兩個重要方面。對于高等理工科院校，不僅要在課堂教學層面采用研究性教學，也應在實踐性教學環節開展研究性教學，在某種程度上，后者比前者更為重要［4］。然而，國內理工科院校開展研究性學習的研究主要集中在課堂教學層面，對在實踐教學環節中如何開展研究性學習未予以足夠的關注和重視。通過設置獨立實驗課程，可為實驗環節實施研究性學習提供十分有利的條件。本文以培養和提高學生創新素質和能力為目標，構建基于研究性學習模式的層次化獨立實驗課程體系和實施模式，從而使研究性學習方式在大學生的實踐性教學環節中得以有效實施。

1 基于研究性學習模式的層次化實驗課程體系設計

1.1 面向研究性學習的獨立實驗課程設置思路

設置獨立的實驗課程，尤其是針對專業課程設置獨立的實驗課程，是國內理工科高校近年來實驗教學改革的一個重要探索［5］。獨立實驗課程兼具“課程”和“實驗”兩種特性，其課程特性表現在具有獨立的學時、學分，其實驗特性表現在其主要活動在實驗室或有關實踐場所完成。由于獨立實驗課程設置了學時和學分，可實施與理論課程相對獨立的教學計劃，改變了完全從屬于某門課程的方式，從而使學生和實驗指導教師的參與熱情和主動性都大大提高。相對于附屬于理論課程的“小實驗”，“獨立實驗課程”不再是實驗內容單一、實驗過程相對簡單的實驗，而是綜合貫穿課程主要知識點的大型綜合性、設計性、研究探索性實驗。通過設置獨立實驗課程，使學生從運用某門課程的局部知識提高到綜合運用課程整體知識，從訓練局部操作技能提高到培養較為全面的實驗研究能力，從獨立的個體活動發展到團隊協作，同時也從“以驗證知識為本”升華到“以培養學生能力為本”。

設置具有研究性學習特征的獨立實驗課程體現如下基本思路［6－8］：在教學理念上，以“問題”為中心，培養學生通過實驗發現問題與分析解決問題的能力，尤其突出創新能力的培養；在教學方式上，以“學習者”為中心，學生在實驗教師指導下積極、主動地參與設計實驗方案，動手完成實驗，“教師”轉變為“導師”，學生由“被動參與”轉變為“主動參與”。

1.2 面向研究性學習的層次化獨立實驗課程體系

依據學校四年制本科教學計劃、實驗開設時間順序和我院交通運輸大類專業（具體包括：交通設備信息工程、交通運輸、物流工程3個本科專業）的特點，構建面向研究性學習的層次化獨立實驗課程體系，如圖1所示。

層次化獨立實驗課程體系的基本構思具體體現在如下4個方面：

（1）將創新素質和創新能力的培養分為專業基本創新素質、專業基本創新能力、專業綜合創新能力。以培養創新能力為主線，采用自底向上、遞階提升的方式培養和提高學生創新素質和能力。

（2）建立層次化研究性實驗課程體系，將以上3種能力的培養融入獨立設置的研究性實驗課程中，分階段、循序漸進地提高創新能力。即：在獨立設課的“學科基礎綜合性與創新性實驗”中主要培養專業基本創新素質；在獨立設課的“專業綜合性與創新性實驗”中主要培養專業基本創新能力；在獨立設課的“專業綜合性與創新性實踐”中主要培養專業綜合創新能力。

（3）在層次化實驗課程體系及其獨立實驗課程開設的具體實施中，引入開放式研究性實驗教學流程，使得各層次實驗課程具有明顯的研究性學習特征，并保證實驗課程具體實施過程的可操作性。

（4）建立較為完善的實驗室開放機制，為開設基于研究性學習模式的獨立實驗課程提供充分的實驗場所和設備硬件條件。

圖1 層次化獨立實驗課程體系

2 面向研究性學習模式的三層次實驗課程體系

2.1 學科基礎綜合性與創新性實驗

第一層次為“學科基礎綜合性與創新性實驗”（第2學年設置），具有獨立學時和學分（16學時，0.5學分），開設時間為2～3周。設置該層次實驗課程的主要目的是根據某門專業基礎課程的教學內容，開設基于研究性學習模式的設計性、綜合性實驗，培養學生的專業基本創新意識和素質。

“學科基礎綜合性與創新性實驗”針對專業基礎課的多個知識點進行設計，學生在實驗室能夠綜合運用課程的主要知識點開展實驗，鞏固所學的專業基礎知識，培養基本創新意識和素質，提升獨立分析和解決問題的能力。

2.2 專業綜合性與創新性實驗

第二層次為“專業綜合性與創新性實驗”（第3學年設置），具有獨立學時和學分（16學時，0.5學分），開設時間為2～3周。設置該層次實驗課程的目的是學生在學習某門專業課程的基礎上，根據該門專業課的教學內容，開設基于研究性學習模式的設計性、綜合性實驗項目，培養學生的專業基本創新能力。

“專業綜合性與創新性實驗”針對專業課的主要知識點或知識體系進行設計，具體內容來源于專業課的重點和難點，實驗內容所涉及的知識比專業基礎課綜合性更強，通過完成具有較強自主性的實驗項目，誘導學生開啟創新思維，讓學生體會自身知識、能力如何在專業領域中得到應用與發揮，增強學生對工程問題進行分析、提出解決方案并進行具體實施的能力。

2.3 專業綜合性與創新性實踐

第三層次為“專業綜合性與創新性實踐”（第4學年設置），也具有獨立學時和學分（16學時，0.5學分），開設時間為6～8周。設置該實驗課程的目的是學生在學習各門專業課程上，運用所學各門知識進行綜合創新實踐，使學生具備良好的綜合實踐能力和創新能力。

“專業綜合性與創新性實踐”針對四年級大學生開設，他們已較好掌握了基礎理論知識和專業知識，但缺乏多學科的綜合性和交叉性，難以把所學各門課程的知識融合起來予以綜合運用。因而，“專業綜合性與創新性實踐”可針對多門專業基礎課和專業課的知識架構制定實驗選題和具體內容，實驗項目類型由“問題型”實驗、“工程型”實驗、“科研型”實驗等構成。學生根據各自的興趣、愛好和實驗室的實驗條件選擇不同的課題（實驗項目），滿足不同層次學生的潛力發展需要。鼓勵把適合學生興趣、個性發展的實驗項目納入實驗。如“問題式”實驗項目就可來自學生感興趣的實際問題或企業疑難問題，經過學生大量查找資料，自主分析，得到解決問題的實驗方案。

通過“專業綜合性與創新性實踐”，使大學生的綜合能力、動手能力和創新素質得到更為全面的鍛煉和提升，并為大學4年的學業實踐重頭戲——畢業設計打下很好的基礎，使學生一旦進入畢業設計階段，就能在較短時間內確定工作思路和方案，及早進入工作狀態，避免畢業設計初期無從下手的困惑和時間損失，從而有序地完成高質量的畢業設計工作。

3 開放式研究性實驗教學流程

3.1 開放式研究性實驗教學流程設計

為了使開設的“學科基礎綜合性與創新性實驗”、“專業綜合性與創新性實驗”和“專業綜合性與創新性實踐”具有顯著的研究性學習特征，應設計一套行之有效、易于操作并具有一定普遍意義的研究性實驗教學流程。依據研究性學習中的“學生自主建構”教學模式［9－10］和互動式實驗教學模式［11］，設計了如圖2所示的開放式研究性實驗教學流程。該教學流程可在圖1所示3個層次的研究性實驗課程中予以靈活運用。

圖2 開放式研究性實驗教學流程

圖2所示的開放式研究性實驗教學流程凸顯了學生在實驗教學中的主體地位，通過增加自主設計、自由發揮的內容，改變傳統單向、封閉的教學模式［12］，在實驗過程中讓學生與教師共同探討實驗方案和技術路線等。學生活動路徑和教師活動路徑各由4個環節組成，學生活動路徑的每個環節與教師活動的每個環節相互呼應，學生的每一個環節既能得到教師科學合理的指導，也能提高學生的自主性，并使實驗教學環環相扣，真正成為有機整體。在具體的實驗教學中，該流程中每個環節的順序和具體內容可根據實際情況進行調整，使其既具有原則性，又具有靈活性。此外，為保證研究性實驗教學的質量和效果，可加強過程管理，提倡獨立思考，杜絕照抄搬硬。

3.2 開放式研究性實驗教學流程中的學生與教師

在開放式研究性實驗開設過程中，學生是開展和完成整個實驗過程的主體［13］。學生在教師的啟發下，自主擬定（或與教師協商確定）所要完成的實驗項目，然后進行信息收集、方案設計、具體實施體驗、團隊協同攻關等環節。學生從文獻閱讀、實驗方案設計、實驗數據的采集與分析、實驗報告（或論文）的撰寫等方面經歷全過程的研究式訓練，從而全方位地培養學生發現問題的能力、獲取知識的能力、運用知識解決問題能力、團隊合作能力、歸納總結能力，而這些方面對提升學生的創新素質與實踐能力都是非常必要的。

教師主要進行實驗項目的選題指導、實驗方案的組織討論、實驗方法指導、實驗效果考核。其中，合理確定選題是需要教師重點指導的環節，選題指導體現如下兩個原則：一是引導學生從具體的問題入手，考慮實施的可行性，避免涉及大而空的實驗選題；二是選題要有創新意識，善于發現問題，明確通過實驗所要解決的問題。另外，在實驗進行過程中，需要引導學生提出問題和相互交流。通過對問題的分析與探討，可以激發學生思維的活躍，以及引導發散思維、求異思維和創新思維的發展，從而形成問題的多種解決方案與策略。

4 建立完善的實驗室開放機制

開放的實驗室和有效的管理機制可為獨立開課的研究性實驗提供空間和設備條件，使學生找到興趣的用武之地，為培養學生的創新能力與實踐能力創造良好的硬件條件。學院實施了一套行之有效的實驗室開放管理機制，實現實驗時間、實驗空間和實驗內容的全面開放，主要措施如下：

（1）各實驗室除統一安排的正常實驗教學時間外，周一至周日實行全天（早上8：00—晚上22：00）預約開放；

（2）各實驗室在最長不超過一周時間內，及時受理、審定和公布學生的實驗預約申請；

（3）各實驗室提前做好實驗教學和儀器設備等各項準備，根據實驗內容要求安排教師進行分類指導；

（4）實驗室人員切實做好實驗過程人身和設備的安全防范，提供詳細的設備使用說明書或必要的實驗設備操作指導；

（5）各實驗室根據學生預約申請實驗情況，提出經費預算，經學院實驗室主管負責人審查批準，為實驗開始提供必要的經費支持；

（6）建立完善的從實驗預約登記到實驗報告管理等各環節的實驗教學文檔制度；

（7）組織教師對實驗報告或論文進行評審，鼓勵和支持通過研究性實驗產生創新性成果，對取得優秀成績的實驗項目，優先推薦申報各種評獎和參加比賽，學院對指導研究性實驗取得突出成績的教師給予表彰獎勵。

5 結束語

面向研究性學習模式的層次化實驗課程體系，從培養大學生專業基本創新素質、專業基本創新能力、專業綜合創新能力3個方面著眼，通過設置學科基礎綜合性與創新性實驗、專業綜合性與創新性實驗、專業綜合性與創新性實踐3個層次的研究性獨立實驗課程，以循序漸進、遞階上升的方式提高學生的創新能力。

開放式研究性實驗教學流程和實驗室開放機制為多層次研究性實驗課程提供了良好的教學策略（軟件）和實驗環境（硬件）支撐，從而使研究性實驗教學具有較強的可操作性。將研究性學習模式有機融入實驗教學環節中，使學生參與實驗教學的主動性和積極性明顯提高，進而提升專業實踐能力和創新素質。

本文構建的層次化、研究性獨立實驗課程體系已融入中南大學交通運輸類人才培養方案中，并已取得較為顯著的效果。從2010年開始新的人才培養方案實施以來，學生主動參與設計性、綜合性、研究探索性實驗的積極性明顯提高，近3年本科生公開發表論文56篇，申請獲得專利25項，獲得國家級競賽獎17項，獲得省級競賽獎47項，獲得校級競賽獎105項，分別比前3年提高了23%，32%，37%，24%，27%。教學實踐表明，基于研究性學習模式的層次化獨立實驗課程體系是一種行之有效的創新型人才培養模式。

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［1］周光禮，朱家德.重建教學：我國“研究性學習”三十年述評［J］.高等工程教育研究，2009（2）：39－49.

［2］王升.研究性學習的理論與實踐［M］.北京：教育科學出版社，2002.

［3］余清臣.研究性學習［M］.北京：教育科學出版社，2003.

［4］王明彥.構建研究性實驗教學體系的思考與實踐［J］.中國大學教學，2009（3）：75－77.

［5］覃粒子，劉宇.工科專業教學實驗獨立設課的研究與探索［J］.中國高教研究，2010（6）：88－89.

［6］李建軍.研究性學習：創新型人才培養的重要理念和實現機制［J］.山東科技大學學報：社會科學版，2009（5）：78－81.

［7］方麗梅.實施研究型教學，推進創新人才培養［J］.實驗技術與管理，2012，29（8）：140－141.

［8］孫維民，趙麗軍，趙褰，等.開設研究性與創新性實驗提高學生創新能力［J］.實驗室研究與探索，2012，31（8）：124－126.

［9］佟紹成，于自強，李昕.構建工科院校學生實踐與創新能力培養體系的探索與實踐［J］，中國大學教學，2012（3）：28－30.

［10］張洪奎，朱亞先，夏海平，等.國家級實驗教學示范中心建設的探索與實踐［J］.高等理科教育，2009（1）：22－26.

［11］黃山，宗其俊.基于創新能力培養的實驗教學模式［J］.實驗室研究與探索，2009，28（1）：204－206.

［12］張琇，倪志婧，王薇，等.綜合研究性實驗項目的教學設計與過程管理［J］.實驗技術與管理，2012，29（2）：159－161.

［13］武學輝，楊韜，趙希文，等.本科生創新精神與實踐能力培養體系的構建與實踐［J］.高等工程教育研究，2002（3）：21－23.