探索實驗教學新模式

客慧明 林興桃 趙靖強 任海榮北京工業大學環境與能源工程學院 北京 100124

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探索實驗教學新模式

客慧明 林興桃 趙靖強 任海榮
北京工業大學環境與能源工程學院 北京 100124

摘 要：實驗教學是高校教學工作的關鍵環節,也是提高人才培養質量以及培養學生創新思維和能力的重要途徑。本文結合北京工業大學基礎化學實驗中心在創新實驗教學中的實踐經驗，詳細闡述了實驗開展過程中的重要環節和最終產生的良好效果，并對關鍵問題進行了討論。在實驗教學中，為提高大學生的實踐能力、創新能力提供了較好的實驗教改經驗。

關鍵詞：實踐能力；實驗教學；教學模式；創新實驗

實踐的觀點是辯證唯物主義認識論首要的基本觀點。一切自然科學都來源于實踐。實驗教學在高等教育中發揮著舉足輕重的作用。然而現實情況是實驗教學的重要性被嚴重低估。許多高校基礎實驗課程被大幅度壓縮。在這種情況下傳統的實驗教學模式已無法適應社會對高等人才的需求。要想從根本上提高大學生的綜合素質，需要高度重視實驗教學，特別是基礎實驗教學。同時，高校要根據自身情況，探索適合自身特點的新的實驗教學模式[1-5]。為此，北京工業大學基礎化學實驗中心以創新實驗課題為基本內容，以學生自主完成實驗課題為基本形式，開展了創新實驗的探索。為培養學生的實踐能力提供了新的思路。

1 創新實驗教學的設計

1.1 創新實驗教學的初衷

工科類高等院校化學相關專業的基礎實驗課程被大幅壓縮，學生缺乏基本的實驗技能訓練。這導致許多學生畢業時都沒有掌握基本的實驗操作。為了讓學生在課時嚴重不足的情況下熟練掌握基本實驗技能，我們建立了開放實驗平臺為學生提供充足的訓練條件。

1.2 創新實驗教學的內容

以培養學生實驗技能為目標，以完成實驗項目為手段，將學生的興趣與課題結合起來，培養學生查閱文獻、分析問題、解決問題及團隊協作的能力。通過對課題的深入了解、實驗設計、實驗完成、實驗總結、課題答辯等環節， 培養學生自主學習、實踐、探究、總結、表達等能力，激發學生的學習興趣， 讓學生在自主實踐過程中掌握實驗的基本技能和科學研究的基本方法。

1.3 教學方式

以學生自主實踐為主教師引導為輔，完成相關實驗課題。學生查閱文獻并提出實驗方案。教師判斷方案的可行性并與學生探討進一步優化實驗方案。在這一過程中教師會引導學生補充必要的理論知識和規范基本實驗操作。實驗方案確定后，學生獨立執行。課題完成后學生要處理數據、總結實驗、撰寫論文及答辯。教師會根據學生所處的不同階段進行恰當的引導、規范和糾正。創新實驗對本科生來說是新鮮事物，完成課題具有一定的挑戰性，這樣更能激發學生的興趣[6]。

1.4 組織形式

由于受實驗室資源的限制，創新實驗每期限20名對科研感興趣的同學參加。由每位教師向學生介紹自己設計的課題，學生自行選擇課題并組成兩人實驗小組。每個小組均由專門的教師負責，引導學生理論知識的學習和操作技能的訓練，對學生的論文進行審閱和提出修改意見。而學生則根據自己的時間安排實驗[7-10]。

1.5 考核方式

創新實驗本著鼓勵成功允許失敗的原則對每位同學進行考核。考核主要針對課題進行的過程，以論文和答辯的方式進行。該過程主要培養學生的總結及表達能力。創新實驗并不要求每位學生都能圓滿完成自己的課題。

2 創新實驗教學的過程

創新實驗過程包括選題、討論、實驗、數據處理及論文撰寫、考核等五個階段。

2.1 選題階段

目的是讓學生了解課題內容，并選擇自己感興趣的課題。教師將創新課題公布在網上，供學生了解。兩周后，學生們集合起來聽每位教師對自己課題的詳細介紹，并根據自己的興趣做出選擇。

2.2 討論階段

目的是了解學生理論知識及實驗技能方面的不足，引導學生制定自學和實驗技能培訓計劃。學生選擇課題后，將與指導教師進行單獨討論。討論過程中學生將了解更加詳細的課題背景，以及需要具備的理論知識和基本技能。教師將了解學生的時間安排，以便更好地輔導學生。討論完畢后，教師培訓學生查閱文獻。學生在進入實驗階段前閱讀文獻并提出自己的設計方案。第一次討論如果不能達到目的，教師會安排第二次討論。討論階段能進一步激發學生對課題的興趣。

2.3 實驗階段

目的是培養學生的實踐能力。學生經過前期的理論學習和技能訓練后，根據實驗方案獨立完成課題。這個過程是復雜的實踐與認識的過程。學生在實踐中不斷發現問題并解決問題，教師只對學生實驗過程中遇到的難點給予引導和啟發[11]。

2.4 數據處理及論文撰寫階段

目的是培養學生的分析總結能力和論文撰寫能力。學生通過對實驗過程的梳理和實驗數據的分析，既能發現實驗過程中的不足，分析實驗成敗的原因，還能進一步提出改進意見，是學習過程的升華。論文撰寫過程是總結的過程也是再實踐再認識的過程。通過論文撰寫能夠提升學生的成就感和從事科研活動的信心。

2.5 考核階段

目的是讓學生展示創新實驗的收獲，培養學生的表達能力，增強學生的成就感。同時，教師通過觀摩和交流進一步提高自己指導學生的能力。考核的重點是學生參與創新實驗的過程以及學生在實驗技能、查閱文獻、解決問題方面是否有所收獲。即使實驗失敗了我們也要求學生認真分析失敗的原因和改進的方向。

3 創新實驗教學的效果

經過十年的不斷摸索和完善，北京工業大學基礎化學實驗中心的創新實驗課程共完成課題78項，參加實驗的教師也由起初的四人增加到了九人，學生共計170余人。建立并完善了為本科生提供服務的創新實驗平臺，并發表多篇實驗教學論文。

創新實驗激發了學生對化學相關學科的興趣使學生自主學習的積極性得到充分調動；在實驗操作、數據處理、分析問題及解決問題、論文撰寫等能力方面都得到有效提高；在端正學習態度、培養團隊精神方面得到了培養和鍛煉。同時也加深了學生對科學研究的正確認識，提高了學生處理問題的綜合能力，為本科生順利完成畢業設計以及繼續進行學業深造奠定了良好的基礎。

4 創新實驗的體會

4.1 興趣是最好的老師

教師在教學時積極引導，培養學生在化學實驗方面的興趣是十分重要的。我們開發的實驗項目盡量貼近學生的生活，盡量貼近學生關注的熱點，同時課題的難度適中。這樣設計出來的課題既能吸引學生，又不會因為太難而令學生止步。這樣的課題會讓學生覺得自己學習的理論知識和實驗技能是有實際用處的[12]。

4.2 綜合能力的培養是創新實驗的靈魂

(1)培養學生查閱文獻的能力。創新實驗不是傳統實驗教學的復制和延續，而是以自主實踐能力為核心的綜合能力的培養過程。學生要分析并解決實驗中遇到的問題，需要培養查閱文獻的能力。教會學生如何有效地利用圖書館及網絡資源是創新實驗能否順利進行的關鍵。

(2)培養學生分析問題的能力。化學是一門以實驗為基礎的自然科學，每一個實驗現象及結果都需要認真觀察和分析。在實驗過程中，學生對實驗現象或實驗數據分析的不夠透徹往往得出錯誤的結論。這些都是實驗過程中必須經歷的過程，也是學生積累經驗、磨煉意志的過程。這時候教師適當的啟發與引導會培養起學生細致觀察和分析問題的能力。

(3)培養團隊協作精神。在實驗過程中每兩人組成一個小組，在小組內部兩人協商尋找解決問題的思路。同時，小組之間也可以互相討論，互相幫助。這樣不僅有助于學生之間取長補短，而且還有助于培養學生的團隊精神，為日后走上工作崗位培養良好的團隊協作能力。

(4)培養分析總結能力。創新實驗要求學生撰寫科研論文。在撰寫論文時，既要使用正確的資料統計分析方法，又要科學準確描述和解釋實驗結果。所以，創新實驗過程也是不斷總結和分析的過程。在這個過程中學生不僅要對實驗背景材料進行深入分析，還要對每一組數據和現象進行深入的剖析。所以，在完成創新實驗后學生的分析總結能力都得到了一定程度的提高。

(5)培養表達能力。答辯是創新實驗考核的重要環節，學生通過PPT把自己的實驗過程及結論講解給大家，并回答教師所提出的問題。這對學生表達能力的提高有極大的促進作用。

4.3 創新實驗促進了實驗室開放

創新實驗是開放式實驗教學，這要求實驗室有足夠的開放時間保證學生能夠按照自己的意愿來安排實驗。同時學校也應提供必要的支持來滿足學生的需求。

4.4 創新實驗對教師提出了更高的要求

第一，要求教師不斷學習、積累經驗與學生共同成長。創新實驗要求教師能夠開發出貼近生活，貼近社會熱點，貼近學生的實驗課題。這些課題不僅要專業而且要能夠吸引學生的參與。否則枯燥的課題只會將學生拒之門外。這不僅要求教師要具備極高的專業素養，還要廣泛涉獵，同時要求教師能走進學生，了解學生的生活、興趣以及關注的焦點，在不斷學習中積累經驗與學生共同成長。

第二，要求教師走下講壇聆聽學生。創新實驗是以學生為主的實踐活動。教師的教學理念必須適應這一要求，教師要從講授者、指揮者轉變成聆聽者、啟發者。

第三，教師要關注學生的心理變化。創新實驗是一個復雜的學習過程，在遇到困難時有些學生會出現較大的心理波動。這要求教師能及早發現，適時激勵學生克服困難樹立面對困難的決心和勇氣。

第四，要求教師甘于奉獻。創新實驗是利用學生課余時間來完成的，這要求教師要樂于為學生付出更多的時間和精力。

5 創新實驗遇到的問題

5.1 有些學生看中的是學分而不是興趣

創新實驗之初，同學們是憑著興趣來參加的，而現在有些同學是為了學分來參加實驗。這與創新實驗的初衷不相適應，同時也浪費了大量寶貴的實驗室資源。

5.2 創新實驗需要新的評價體系

創新實驗是一個長期的建設過程，而傳統的評價體系卻只關注論文、專利等評價指標。這樣的評價體系不符合實驗教學的內在規律，也無助于創新實驗教學的健康發展。

6 結束語

化學是一門以實驗為基礎的自然科學。實踐本身就是化學教學中不可或缺的重要環節。創新能力的培養離不開學生對基本實驗技能的熟練掌握。脫離了化學基礎實驗教育來培養高素質人才是舍本逐末。在當前形勢下，高校更應該重視實驗教學，加強對基礎實驗教學的投入，重視學生基本實驗技能的培養和訓練，為我國高素質創新人才的培養奠定基礎。

參考文獻

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項目教學法課程應用專題

Exploration of Innovative Experiment Teaching

Ke Huiming, Lin Xingtao, Zhao Jingqiang, Ren Hairong
College of Environmental and Energy Engineering, Beijing University of Technology, Beijing, 100124, China

Abstract:Experiment teaching is a major component of the instructional work in higher education, and it is the important way to improve the quality of talents training. It is also the way to cultivate students’ creative thought and creative ability. Teaching experiences of innovative experiment in laboratory center of basic chemistry in Beijing University of Technology is summarized in this paper to describe the whole process of the question for study in details, including the important steps and the excellent effects of the innovative experiments, and making some discussion to the key questions. This paper gives the experience on how to enhance students' ability of practice and creativity in laboratory teaching.

Key words:practice ability; experiment teaching; teaching formats; creative experiment

收稿日期：2015-10-14

作者簡介：客慧明，碩士，助理研究員。

基金項目：北京高等學校青年英才計劃入選人員項目“基礎化學實驗交互性教學數據庫系統的建設”(編號：YETP1609)。