問題引領式應用型本科實驗教學模式的探究

王魯云， 于海霞， 李美花， 許少娟， 刁立強

(大連理工大學 城市學院，遼寧 大連 116600)

問題引領式應用型本科實驗教學模式的探究

王魯云， 于海霞， 李美花， 許少娟， 刁立強

(大連理工大學 城市學院，遼寧 大連 116600)

依據應用型人才培養總目標，對實驗教學的根本任務、目標定位和應發揮的作用，以及以實驗問題研究為引領的實驗教學開展模式，引領問題題目的設計理念，和應達到的功能效果等問題進行了分析和介紹，輔助以強化對實驗問題研究效果的考核手段，使學生分析問題和解決問題的能力得到同步提升。

實驗研究過程； 問題引領； 虛擬實驗; 教學模式

0 引 言

隨著社會快速發展，高等教育結構性矛盾顯得越發突出,為此《國家中長期教育改革和發展綱要(2010～2020)》明確提出了“重點擴大應用型、復合型人才培養規模”的要求。目前,包括“985”和“211”在內的130余所高校提出了轉型申請，更有數量龐大的轉型試點專業獲得地方政府審批和資助。但是,由于高等教育長期以來形成的傳統意識和運行軌跡的改變，還需要不斷探索的過程[1]，雖然在培養計劃上，都采取了將不同數量的理論課學時置換為實驗教學學時，以加強實驗教學的分量，但是在實驗教學長期存在的共性問題的研究和解決上還明顯滯后[2]，若這些問題不能及時解決，則學時調整非但不能達到有效的應用型人才培養效果，甚至嚴重的還將會形成“興弊除良”的負面效果。

針對應用技術型本科實驗教學共性問題的研究，本文從實驗教學的根本任務出發，就實驗教學的理念認識、解決思路、實施方法等方面的問題進行了系統分析，力圖從更基礎的層面上得到關于實驗教學共性問題的發現和解決答案，使得到具有更廣適用面的解決策略。

1 應用型本科實驗教學幾個基本問題的思考

1.1 應用型本科實驗教學的根本任務是什么

應用型本科實驗教學的根本任務是什么？對這個問題有一個清晰正確的認識，就會對實驗教學的健康發展起到很好的引領和促進作用。認為這個問題的回答應該是：“培養和提高學生運用理論知識分析和解決實際問題的能力”，這個答案不但明確了任務目標，更重要的是還給出了完成任務應依據的對象，回答了應用型人才到底是“應用”什么的問題。但在這個問題的討論上，還有一種其他的觀點，即把實驗教學的任務限定在“培養和提高學生分析和解決實際問題的能力”，而把涉及理論知識的部分歸結到理論教學上，在理論和實驗兩大教學環節上各自完成自己的功能，最后在學生客體上自我綜合，進而形成“培養和提高學生應用理論知識分析和解決實際問題的能力”這一總的培養任務的實現。

從學生最終得到能力培養，兩者似乎沒有本質差別，但是如果用后者傾向于單純用“培養和提高學生分析和解決實際問題的能力”來作為實驗教學的任務和指導思想，就很容易出現把理論放在一邊，專注于結果的實驗行為和傾向，其典型的特征是只要看到結果就是完成實驗，而對出現結果所需的各種條件卻不去研究，嚴重的忽視了在這個更大的視域下，存在著大量的理論教學不曾涉及的與之并行的其他相關理論的研究和應用[3-4]，沒有注意到實驗教學中“運用理論”的內涵，不僅僅是指支撐該實驗結果的核心理論，還必須涵蓋能對實驗中各種問題和現象進行解釋的相關理論，高質量的實驗應該是理論和實踐雙豐收，很難說實驗中兩者誰更重要，兩者水乳交融密不可分。因此說，在實驗教學的根本任務中，“理論”和“解決問題”兩者必須緊密聯系，缺一不可[5]。

1.2 應用型本科實驗(踐)教學的定位及改革方向

在傳統的本科教學中，實驗教學是處于幫助理解理論知識的從屬位置[6-7]。通過對教學實踐的總結，在應用型人才培養任務下，理論與實踐教學關系的定位應該是：以理論教學建立知識體系為基礎，以實驗(踐)教學培養高質量的應用能力為成果體現，對應用能力產生直接作用的實驗(踐)教學環節應處于人才培養體系結構的頂尖。應用型人才培養的質量如何，主要不是看理論知識學得有多好，而是要看學生能在多高多廣的層面上，體現出應用理論所取得的實踐成果[8-10]。因此，相對于其他類型本科，它的實驗教學成果必須更加豐滿，它涉及的問題必須是多層面的、具有工程效用的，是以一個或多個與實驗項目相關的理論為核心，具有充分外延性的實驗(踐)。雖然目前高校廣泛采取了減少理論學時、增加實驗(踐)學時，以及減少驗證型實驗、增加設計型和綜合型實驗等改革方向，但由于大多數學校還在沿用傳統的“預習報告+實驗指導+總結報告”這種三段式實驗教學基本形式，這種形式與學生在更加寬廣的思維和視野下開展實驗教學這一更高的定位要求已極不適應，成為實驗(踐)教學上升到新臺階的瓶頸。探索一種能與新要求相適應的實驗教學開展的一般形式，已經成為實驗教學改革需要研究的重要方向之一。

1.3 實驗教學開展形式中的“兩步走”及功能分析

研究應用型本科實驗教學開展形式的基本特征，有利于認識它的內在規律，在各環節中設計恰當的功能，充分發揮各自作用。

現從本科教學的一般過程分析入手，把這個過程從總體上分解為如圖1所示的正向和逆向兩大研究過程。

圖1 教學過程分解圖

在圖1中，正向研究過程泛指理論教學過程，其作用主要是打牢理論知識基礎，構建專業知識體系，它的學習形式都是基于抽象思維，用推理和計算的方法獲得對某個命題的研究結論。而實驗教學過程則是與之相對應的逆向研究過程，它是由得出的理論結論出發，經過對實驗條件的“研究與創建”和“觀測與調試”這兩大環節，構成了完成實驗教學所需的 “兩步走” 的過程。第1步實驗條件的“研究與創建”，是指對需要完成某項實驗所需的各種條件的研究，包含了與之對應的理論、各項實驗參數的設計計算、實驗步驟的設計、測試的方法與要求、各種現象的預判、故障情況的排除等問題；第2步“觀測與調試”是指在實驗室環境下，觀察依據研究的條件所構建實驗的狀況。將上述實驗過程劃分的兩大步簡單概括為實驗研究和結果測試，這樣劃分的意義：①它指出了圖1中左側的“命題”和右側的“理論結論”之間是通過不同渠道建立的聯系形式，各渠道分別具有完全不同的教學手段和形式，在降低實驗教學目標和要求的情況下，逆向研究的許多問題被忽視，正、反向的兩個渠道將會回到單一渠道的模式，實驗教學成為理論教學的“背書”，這是應用型實驗教學的大忌；②它指出了實驗教學具有研究和實踐雙重屬性[11-12]，區別了一般的把實驗教學過程局限在實驗室內完成的認識，強調了實驗教學存在的且必須予以重視的另一重要過程——“實驗研究過程”，并希望人們對實驗研究過程所具有的巨大潛在價值引起足夠的重視。

決定實驗能否成功的關鍵在于圖1中的第1步，應用型人才培養措施最終的落實也在于這第1步。圖2中給出了針對第一步(實驗研究)的任務剖析圖，從中可以清楚地看到，在實驗條件的研究中，運用理論研究結果，只是N多條件研究中的一個，雖然它是所有條件中最重要的，但是其他任何條件都是無法回避的客觀存在的，任何一個微小條件的缺失，都會招致實驗失敗，這便是在理論課中抽象研究和在實驗課中對真實條件研究的差別。我們培養應用型人才始終不盡人意，很重要的一條，在實驗教學過程中，大家都是把眼光局限在“理論結論”→“運用理論研究成果” →“觀測與調試”這一條主線上了，沒有積極的挖掘實驗教學潛在的巨大價值，葬送了學生借助實驗增加各種感受和鍛煉的機會(學生做實驗總顯得“笨手笨腳”，缺乏條件研究的培養是其中一個重要原因)。

圖2 第1步(實驗研究)任務剖析圖

還要強調的是，不管是驗證型、設計型還是綜合型實驗，都符合實驗教學需要“兩步走”這一結論。只有有了實驗研究環節，實驗才不會走馬觀花，才可以把實驗教學引向深入，應用型人才所需要的綜合素質才能得到扎實培養。以一個最最簡單的萬用表的使用這樣一個了解性的實驗為例，如果只是告訴學生該怎樣使用操作萬用表，那么方波和三角波的電壓可以測量嗎？它的示數該怎樣解讀？道理是什么？1 kHz的正弦波電壓可以用萬用表測量嗎？為什么？同一個高阻電壓源，為什么用不同型號的電壓表測量的電壓值各不相同？誤差可以校正嗎？測量電路某兩點之間的電阻值，可以帶電測量嗎？類似這樣的問題還可以例舉許多，這些問題不解決，可以說學生會使用萬用表了嗎？他具有工程素質嗎？這個簡單例子說明，就實驗教學的某個項目來說，實際上是給學生提供了一個廣泛的發散的問題研究平臺，充分自覺的利用好它，不但可以使實驗得以深入，更重要的是它是培養學生工程素質的唯一重要的機會[13]，而沒有工程素質培養的學生是成不了應用型人才的。這就是為什么要強調實驗教學所具有的研究性屬性，以及要把它作為實驗教學過程中專門的“第1步”的過程來加以對待的原因。

2 實驗研究過程開展形式的探討及體會

現在一些高校在嘗試將理論和實驗合并的一體化教學模式，這種模式打破了理論和實驗教學的界限，對于幫助學生理解理論知識、了解實驗原理都有很好的補益[14]。但這種方法也存在著明顯不足:①它嚴重的弱化了理論教學培養學生抽象思維能力的作用，把困難問題都用實驗觀察的方法解決，學生一旦失去抽象思維的能力，學習也就終止了；②在實驗教學中，實驗研究的關注點應具有很強的發散性，使問題輻射到與之相關的各方面，多想多研究才能使實驗成果豐富，為學生打下寬厚的能力培訓基礎，這才是培養應用型人才工程能力的解決之道。顯然一體化教學在這兩個方面都有難以彌補的弱點，還需要探索其他解決的辦法。

2.1 問題引領式實驗教學的基本模式

所謂問題引領式實驗教學模式，就是在實驗課開始之前，給學生安排一個自行開展實驗問題研究的學習過程，用以完成實驗教學“兩步走”的第1步。具體的做法是，在實驗教材的每一個實驗項目中，先將有關的理論知識進行必要的鋪墊，然后在預習思考題中，就實驗中諸如電路原理、測試方法、操作步驟、現象研判、故障排查等各種實驗理論、方法和情景等問題設計成一套內容完整的預習思考題，供學生開展實驗研究。與一般教材只有3～5道預習思考題不同，它是由幾十道涵蓋了實驗條件研究各部分的思考題構成，形成了由量變到質變的升華。它第1個功能是把與實驗相關的各種理論問題進行一次梳理，第2個功能是把實驗的原理、方法和步驟讓學生更扎實的掌握起來，第3個功能也是最重要的是，要通過實驗問題引領，把實驗中可能出現的包括正常和異常的各種現象預想出來，讓學生運用理論進行分析判斷、做出處理預案，使實驗在預習問題的引領下，預先在頭腦中進行一次虛擬的演練，做好實驗前充分準備，做到“未雨綢繆”。這樣學生在做實驗時，對每一步的結果是什么樣，心中有明確的預期，對了，則說明你的理論分析正確，把這樣的分析方法作為實驗收獲肯定下來；錯了，則運用各種實驗預案予以解決。整個實驗是在理論分析的引領下有序進行，體現了運用理論知識分析和解決實際問題的教學理念。

2.2 思考題設計應注意的幾個問題

問題引領式的實驗教學模式，核心思想是用理論研究驅動實驗走向深入，使學生的實驗不再具有盲目性，要想實現這一預期，預習思考題的設計還應注意以下一些方面的問題。

(1) 預習思考題的內容必須要有完整的涉獵面，使之能夠承擔起實驗教學過程“兩步走”中第1步“實驗研究”的重任，成為開展實驗研究的優質平臺。

(2) 因為預習思考題主要是供學生自主學習之用，所以對于一些分析困難的問題，要注意將難題進行分解、形成臺階，用循序漸進啟發引導的辦法，引領學生得到正確答案。

(3) 思考題應更多關注對實驗現象的分析研判、實驗故障的循跡排查、以及與實驗相關的其他所有客觀條件的研究，應充分認識到應用能力的培養需要扎根于廣泛的基礎性訓練之中。

(4) 做預習思考題的最高境界，是要讓學生能預先在頭腦中把整個實驗先虛擬的運轉起來，愛因斯坦有句名言“想象力比知識更重要”，對于實驗同樣如此。因此，需要設計足夠多的實驗情景問題，引領學生的思維進入到虛擬實驗狀態中去，通過這樣的預演使學生做到對實驗胸有成竹。

2.3 改革預習檢查模式，促進自主研究學習

重視實驗研究過程的重要作用，并使其發揮出應有價值，不但要在預習思考題的設計上架構全面、精雕細琢，還要在考核方法上進行相應的調整。

傳統的寫實驗預習報告的方法，由于對學生要求的目標表面化，學生只能寫些格式化的東西，在一定程度上誤導了學生實驗預習的方向，造成空話多、抄襲多、區分難、成績假的嚴重弊端。在實施了問題引領式的教學模式后，通過大量的預習思考題，把理論和實驗緊密的聯系在一起，對學生實驗前應掌握的實驗理論、技術方法以及各種情況的分析，都做了充分鋪墊和具體要求，為改革預習報告形式創造了條件。具體的做法是，在每次實驗課上課的頭兩分鐘內，發給學生打印了兩道與預習思考題相關的小測驗紙條(分AB卷)，對于預習較好的學生可用1 min的時間完成答案，小測驗在2 min內結束，沒有很好預習的學生將很難在2 min內完成。預習小測驗的特點是便捷、真實、激勵效果明顯，我們將小測驗的分數設定在-50分～50分之間，得-50分的學生即使可能在其他考察環節取得一些分數，但最終本次實驗的總成績可能還是零分或負分。通過充分細致的問題引導和嚴格的預習要求，使實驗研究這第1步做得深入扎實，實驗教學效果自然也就能取得非常明顯的提高。

3 結 語

面對應用型人才培養目標，只靠增加實驗學時，而沒有對實驗教學的根本任務有明確的認識，沒有根據這一認識創立與之相適應的實驗教學模式，就無法獲得令人滿意的效果。問題引領式實驗教學模式，根據對應用型人才培養要求的實驗教學的內在規律的認識，把實驗教學過程按照其本來面目，劃分為實驗研究和結果測試兩大塊，按照“兩步走”的思路，把實驗研究作為重要的第1步，把理論引領、學生自主學習和虛擬實驗的概念相結合，并運用有效的考核手段予以強化，體現了應用型本科實驗教學“培養和提高學生運用理論分析和解決實際問題的能力”的根本任務。在實驗教學中用問題研究開路，以把分析解決問題的方法歸納總結重新上升到理論認識層面為收獲，使學生的實踐能力不但是在操作層面的外在表現，更是在運用理論解決問題這一核心能力上得到了提高，順應了應用型人才培養目標下的實驗教學改革的發展方向。

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Research of Applied Undergraduate Experimental Teaching by Problem Leading Mode

WANGLuyun,YUHaixia,LIMeihua,XUShaojuan,DIAOLiqiang

(City College, Dalian University of Technology, Dalian 116600, Liaoning, China)

According to the applied talents cultivating overall goal, the basic task, basic form and basic role of experimental teaching are analyzed. The experimental study should be led by problems, and the design concept, teaching results and experimental effect of the problem leading mode are analyzed and introduced. With the exam of experimental effects, the new mode strengthens the student ability of solving problem and analyzing problem synchronously.

experimental research process; problem leading; virtual experiment; teaching model

2016-08-15

遼寧省普通高等學校本科教育教學改革研究項目(UPRP20140750)

王魯云(1959-)，男,云南騰沖人，學士，副教授，電子與自動化學院副院長，研究方向為教學管理、電子技術應用。

Tel.:18940965359; E-mail: wangluyun9@163.com

G 642.0

A

1006-7167(2017)02-0192-04