地方高校地理實驗課程教學模式的多維構建

馬莉

摘 ? ?要： 實驗課程是理論知識應用化的體現，新實驗教學模式的應用是培養創新型人才的重要基礎。本研究采用實際調查研究的方法，總結當前地方高校地理實驗課程教學過程中存在的實驗內容簡單、教學方法單一和實驗手段陳舊等問題，提出：開設針對性較強的多維開放性實驗項目，豐富地理實驗課程內容;在實驗教學方法中引入“微課”的教學模式和虛擬實驗室平臺，增強實驗課時設置的靈活性，達到與其他高校、科研院所資源共享的目的，激發學生的學習興趣，培養學生的創新意識和創新能力，以為地方高校地理實驗課程的教學改革提供一定的案例分析與理論參考。

關鍵詞： 地理實驗課程 ? ?開放性實驗 ? ?微課 ? ?虛擬實驗室

地理科學專業是一門實踐性較強的基礎自然學科，隨著我國高校地理科學本科素質教育的發展，各個高校對地理實驗越來越重視，開展了各類地理模擬實驗、地理現象觀測實驗、地理數據測定實驗、地理定位實驗研究（地理信息系統及遙感實驗）及地理時、空耦合關系研究實驗、地理規律虛擬實驗等[1]-[5]。地理實驗課程是對地方高等院校地理專業學生進行科學實驗基本訓練的必修基礎實驗課程[6]，是培養學生理論聯系實際的分析問題、解決問題的能力，培養學生嚴謹的思維能力和創新精神及團隊協作精神的重要實踐課程。關于目前地方高校地理實驗教學尚存在地理實驗教學內容陳舊、教學方法單一、實驗課時設計較少、在較短的時間內學生很難理解和掌握實驗過程的一些基本問題[7]，如，實驗儀器的基本原理和操作過程等;地理實驗課程設計受到區域性和時間性上的限制，導致學生參與性較差，教學效果不佳等;各高校存在現有的實驗教學資源有限，相互交流性差等問題。針對以上問題，亟待找到一種新的實驗教學方法。

1.當前地方高校地理實驗教學中存在的問題分析

1.1傳統地理實驗教學內容過于簡單陳舊。

高等院校地理專業傳統試驗教學內容主要為理論課堂教學內容的延伸，主要目的僅限于加深學生對課堂理論知識的理解和掌握。實驗項目類型以綜合試驗和演示性實驗為主，缺乏學生的自主性設計內容，設計型實驗比例為零（表1），驗證性的實驗項目也較少。其中有一些試驗的設計僅是讓學生熟悉實驗儀器、識別實驗標本、觀摩實驗模型等。這些內容的設計過于簡單，僅限于室內實驗，實驗環節不完整，且各個環節之間缺乏連貫性，不能使學生參與系統的實際科學研究中，不利于培養學生的創新思維和實踐能力。

1.2傳統地理實驗教學方法單一。

由于傳統地理教學實驗環節在教學課時安排上較少，往往一門課程的試驗教學課時僅占到理論教學課時的10%—19%，且實驗時間缺少靈活性（表2）。因此，在實驗過程中主要依靠教師對實驗意義、實驗目的、儀器操作步驟和實驗過程進行講述，教學方法過于單一。學生僅需要完成實驗過程中的驗證環節，缺少自我參與意識，僅以完成實驗為目的，難以根據自己的興趣、知識，自行設計實驗項目，自己提出實驗的意義及目的。實驗內容的完成以室內實驗為主，與實際脫離。實驗課程教學與理論課程基本由同一個教師承擔完成，實驗課程從屬于理論課程，沒有獨立的實驗考核制度和獨立的實驗學分，難以提高學生自主參與實驗的積極主動性。

1.3地理實驗設施不完善。

當前，地方高等院校因學校建設經費的有限性，一方面擁有的實驗儀器數量有限，本科學生人數較多，很難滿足每個學生親身操作儀器的需求。另一方面由于實驗教學內容設計的局限性和實驗專職人員配備的缺乏性，大型儀器的使用率較低，較大部分實驗儀器被閑置，導致一些綜合性的地理實驗項目或開放性的實驗項目難以順利開展。且各高校獨立式的管理模式，使各地方高校與以往“985”“211”等知名高校之間缺少聯系與資源共享，難以完成更加系統的實驗教學任務和創新性人才的培養任務。

1.4地理實驗實現目標可達性差。

地域分異規律決定了地理空間的區域差異巨大且具有強烈的區域性特征，同時地理事物的分布存在可達性問題。受時間、物力、財力等條件限制，傳統實驗手段難以彌補空間摩擦性實現地理事物的感性認知，使理論內容與實踐結合產生斷層。由于實驗手段的單一、內容陳舊等導致學生學習興趣缺失。地理的客觀性存在與學習主動性缺失的疊加使地理實驗目標的可達性較差。

2.地理實驗教學多維構建

2.1改變以往的教學觀念，設計開放多樣的實驗教學內容。

針對以上地方高校傳統實驗教學的問題，要培養新型的創新型人才，必須進行實驗教學改革。開放性實驗教學正是對以上問題提出新的實驗教學模式[8]-[12]。開放性實驗的內容設計可根據學生的興趣和基礎，自行設計實驗內容，也可以參加高校教師或科研人員的科研課題。實驗內容可涉及常見地理現象及規律的測定、基礎地理科學問題的探究及地理環境機制的分析等研究。每個實驗項目都是一個單獨的、開放性的研究課題。在實驗環節設計上，從實驗目的與意義、實驗步驟、實驗內容由學生自行設計完成，實驗環節完整，實驗結果具有不確定性，需要反復改進實驗方法，多次實驗，并將實驗結果進行對比分析，才能得出實驗結論。實驗時間安排上，可根據學生的課余時間靈活調整。同時，實驗儀器的使用方面，可依據子課題組的實驗項目進行分配，保證在實驗過程中單獨使用儀器，提高學生的參與性和實踐操作能力。

此外，教師還可鼓勵和引導大學生立足當前的地理前言問題，依據自己的科研興趣，積極申報不同等級的創新創業訓練項目（大創）課題[13]-[15]。通過獨立對大學生創新創業項目的申請、實施和完成，培養創新意識和實踐技能。

2.2結合以往實驗教學方法，建設“微課”平臺。

近年來針對以往教學的局限性，加之網絡技術的進步，微課應運而生并迅速發展，受到廣大學者的關注與研究[16]-[21]。微型學習是指“學習相對較小的學習單元及持續時間較短的學習活動”，是以移動設備為主要載體的學習方式，微型學習的學習內容模塊化，相互之間處于動態重組中，學生可以根據需要，在任意時間、地點完成學習任務。每個學生都是獨特的，具有不同的生活經驗、知識基礎、智力水平和性格特征，基于此，學習方式方法和學習進程應該個性化。微課實現碎片化學習，針對單個知識點進行講解，適合每一位學生學習，有利于教師因材施教，實現教學目標。如果將微課應用于地方高校實驗課程教學中，建立高等院校之間，特別是地方高校與以往“985”“211”等知名高校之間的實驗網絡教學平臺，那么對打破傳統實驗教學內容中區域和時間的限制，改進實驗課時設計，提高學生的學習效率與質量，改進現有教學缺陷、促進高校教學資源共享等具有積極的、重要的作用。

2.3建立基于網絡的虛擬實驗室（VL）共享平臺。

由于地理資源空間和時間上的差異性和局限性，地方高校傳統實驗教學受到實驗設備、實驗經費、實驗場地和實驗時間等因素的限制。為了有效解決這些問題，一種信息領域的前沿技術——虛擬現實技術（Virtual Reality，VR）被引入實驗教學中[22]，形成虛擬實驗室（Virtual Laboratory，VL）[23]。虛擬實驗室一般由虛擬實驗軟件、虛擬世界、計算機網絡、輸入設備、輸出設備組成。其中，虛擬實驗軟件可提供實驗教學大綱要求的實時的自然地理環境、實時交互操作環境等，虛擬世界包括環境定義的各種資源庫，這樣學生就可以直接參與虛擬實驗的操作過程、完成實驗結果的輸出。虛擬實驗室一方面，通過共享平臺可以實現實驗儀器設備和教育資源共享，大大節約投資成本，另一方面將多媒體、網絡和計算機等新技術有機結合，圖文并茂，充分激發學生的學習興趣。虛擬實驗室的虛擬儀器與現實實驗儀器的操作方法、測定功能一樣，同時學生可在任何時間自主選擇實驗項目進行實驗，還可實時交流實驗中遇到的問題和實驗體會，可完全改善傳統實驗室時間、空間和實驗條件的限制，豐富感性認識，加深對實驗教學內容的理解，強化實驗教學效果，充分發揮學生學習的主動性和創新性。

此外，由于地方高校地理實踐教學還可多建立與外單位的聯系，特別是與國內知名院校、中國科學院、企業等高級別科研單位的聯系。鼓勵學生參與科研院所和企事業單位的網絡野外實驗站開展的各項實驗，使學生借助網絡平臺的資源條件，在實踐中發現問題、提出問題、解決問題。在地理實驗教學理念、教學方法和管理模式上創新，形成創新性科研人才的教學培養模式。

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基金項目：寶雞文理學院第十三批教學改革項目（18JGY B67）。