一種新的教學(xué)管理方式在實驗教學(xué)中的運用

趙霞，賈生海，張芮，張金霞，朱燕琴，薛媛

（甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué) 水利水電工程學(xué)院,甘肅 蘭州）

一 引言

專業(yè)綜合實驗Ⅱ課程是甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)業(yè)水利工程專業(yè)推薦選修中的一門實踐課程，是將《地下水利用》《灌溉排水工程學(xué)》《節(jié)水灌溉理論與技術(shù)》三門課程實驗進(jìn)行優(yōu)化整合，單獨設(shè)置、獨立考試的綜合實驗課程[1,2]。這門課程共計16 學(xué)時，由專職實驗教師負(fù)責(zé)，在大學(xué)第六學(xué)期開課，主要以設(shè)計性實驗為主，通過學(xué)習(xí)讓學(xué)生能夠掌握實驗基本原理和測定方法，重點借助大型基礎(chǔ)實驗儀器和精密儀器設(shè)備，讓學(xué)生能夠自主設(shè)計多種實驗方案，在應(yīng)用中利用所學(xué)知識儲備解決實際碰到的各種復(fù)雜問題，從而鍛煉學(xué)生的動手能力、分析能力、創(chuàng)新能力以及科研意識和團(tuán)隊合作精神[3]。

目前，專業(yè)綜合實驗Ⅱ課程在學(xué)院水資源與灌溉排水學(xué)實驗室完成，教學(xué)中主要存在的突出問題一是大型實驗儀器和精密實驗儀器臺套數(shù)量均不足，學(xué)校很難同時配備足夠設(shè)備來滿足實驗需求[4]；二是在實驗操作過程中，部分學(xué)生存在“等、靠、混”思想嚴(yán)重，未真正參與實驗，導(dǎo)致這部分學(xué)生實踐不足。立足現(xiàn)有本科實驗教學(xué)條件，如何嚴(yán)格落實教學(xué)計劃的同時又能保證實驗教學(xué)質(zhì)量。筆者從教學(xué)管理方式入手進(jìn)行改革，注重學(xué)生之間的差異性，注重對學(xué)生科研能力的培養(yǎng)。以2016 級該專業(yè)學(xué)生為研究對象，以小組學(xué)習(xí)為主要組織形式，在學(xué)生分組做實驗實行組長負(fù)責(zé)制的基礎(chǔ)上，引進(jìn)組長跟進(jìn)制度，是一個不錯的教學(xué)管理方式，取得了一定的成效。

二 組長跟進(jìn)制度內(nèi)涵

組長跟進(jìn)制度指為了加強實驗項目的計劃管理，保證實驗項目在規(guī)定的教學(xué)學(xué)時內(nèi)完成，將班級學(xué)生分成n 個小組，每個組5～6 人，在每個小組內(nèi)安排一個具有較強組織能力和學(xué)習(xí)能力的學(xué)生擔(dān)任組長，跟進(jìn)實驗過程，稱為組長跟進(jìn)制。該制度在實驗課堂中主要是針對設(shè)計性實驗運用。即當(dāng)?shù)谝唤M的學(xué)生做實驗時，第二組的組長跟進(jìn)第一組學(xué)習(xí)。同理，當(dāng)?shù)诙M做實驗時，第三組組長跟進(jìn)第二組學(xué)習(xí)，直至最后一組完成實驗。

三 教學(xué)實驗安排

以最長實驗學(xué)時為上下時間段，筆者將不同學(xué)時、難易不同的4 個設(shè)計性實驗項目進(jìn)行合理配置，難易實驗項目錯時進(jìn)行。以第一次實驗為例，具體安排如表1 所示。其中溝灌條件下，土壤水分運動規(guī)律實驗和氨氮實驗難度較大，電導(dǎo)率和濁度實驗難度相對較小。實驗教學(xué)安排溝灌條件下土壤水分運動規(guī)律由實驗第一組學(xué)生做，第2 組的組長跟進(jìn)學(xué)習(xí)，因該實驗裝沙過程會產(chǎn)生大量灰塵，故要求學(xué)生課前30分鐘裝好沙。待正式上課時（15:00）第3 組學(xué)生進(jìn)入實驗室開始做氨氮實驗，第4 組的組長跟進(jìn)學(xué)習(xí)。30 分鐘后，第5 組學(xué)生進(jìn)入實驗室進(jìn)行濁度測定，第6 組的組長跟進(jìn)學(xué)習(xí)。以上課時間為起點，待60分鐘后，第7 組學(xué)生進(jìn)入實驗室進(jìn)行電導(dǎo)率測定，第8 組的組長跟進(jìn)學(xué)習(xí)。同一時段，4 個不同實驗項目均能在規(guī)定學(xué)時內(nèi)完成。實驗前每個項目均有30 分鐘時間教師通過檢查提問的方式，協(xié)助學(xué)生進(jìn)一步調(diào)整完善實驗設(shè)計方案，理順實驗總體思路。

表1 教學(xué)實驗安排

四 組長跟進(jìn)制在實驗教學(xué)中的應(yīng)用實踐

1.突出課前充分預(yù)習(xí)

實施組長跟進(jìn)制度后，跟進(jìn)組長及時給自己所在小組反饋被跟進(jìn)小組的實驗情況，包括實驗教師提出的問題、被跟進(jìn)小組組員分工安排、實驗過程中遇到的疑難問題、實驗方案設(shè)計等。目的在于組長更好地發(fā)揮其組織職責(zé)，通過建立小組QQ 群、微信群等交流工具，使自己小組組員實驗前有一個明確的預(yù)習(xí)方向，重點了解被跟進(jìn)小組的方案、重難點、遇到的疑難問題等。組員在預(yù)習(xí)時能夠分析被跟進(jìn)小組的方案優(yōu)缺點，產(chǎn)生更新的想法積極思考新的方案設(shè)計。能夠?qū)嶒炛仉y點進(jìn)行相關(guān)書籍和文獻(xiàn)的查找。能夠?qū)Ρ桓M(jìn)小組實驗過程中遇到的疑難點展開充分交流討論，得出一套做實驗的總體實施思路和解決方案等。通過實驗前這些問題的解決，學(xué)生充分預(yù)習(xí)，做到心中有數(shù)。

2.重視實驗細(xì)節(jié)

實驗細(xì)節(jié)是實驗成敗的關(guān)鍵[5]。學(xué)生在實驗過程中，往往忽視指導(dǎo)書中的注意事項，或未對其中的幾點進(jìn)行深刻思考，造成實驗失敗。實驗教學(xué)中教師必須要引導(dǎo)學(xué)生重視實驗細(xì)節(jié)。例如，溝灌條件下土壤水分運動規(guī)律實驗其目的是通過室內(nèi)長方體土槽觀察土壤濕潤鋒的擴展過程，了解入滲水量隨時間的變化關(guān)系和濕潤體水分分布情況。該實驗注意事項第一條為細(xì)沙的裝入方式會影響實驗效果，這是一個關(guān)鍵的實驗細(xì)節(jié)，如果學(xué)生操作不得當(dāng)，一次性裝入細(xì)沙，或者在裝入的過程中將細(xì)沙壓實，造成的后果是實驗效果不理想，則必須要將長、寬、高分別為0.8m、0.2m、0.7m 長方體體積的濕沙倒出，晾于實驗室地面上，等濕沙經(jīng)過1～2 天的晾干才能再做實驗。經(jīng)過多次實踐，該實驗合理的細(xì)沙裝入方式是先裝大約10cm 一層的厚度，再將細(xì)沙平鋪，循環(huán)此過程直至裝到所設(shè)置的V 型壟溝底與進(jìn)水口齊平的位置高度。

3.準(zhǔn)確把握，規(guī)范實驗操作

規(guī)范性使用儀器是對學(xué)生基本行為素質(zhì)的訓(xùn)練，也是提高儀器使用壽命的基本要求。組長在跟進(jìn)學(xué)習(xí)時，必須要準(zhǔn)確把握規(guī)范性實驗操作方法，及時記錄并反饋組員。例如，溝灌條件下土壤水分運動規(guī)律實驗規(guī)范性的操作做法為兩位同學(xué)必須同步進(jìn)行實驗。一位學(xué)生在長方體土槽的玻璃面上用畫筆畫濕潤輪廓線的同時，另一位同學(xué)掐秒表記錄時間，此外，實驗成功的濕潤體圖形是呈橢圓狀的[6]；又如濁度實驗，規(guī)范性操作包括三項：第一，拿取樣瓶時只能拿取瓶體十字刻度線上半部分，以避免指紋進(jìn)入光路；第二，將試樣瓶放入儀器中，測定前必須采用吸水性較好的不落毛的紙巾或軟布擦拭干凈試樣瓶上的水跡和指紋；第三，將零濁度水倒入試樣瓶對應(yīng)刻度線，懸上瓶蓋，試樣瓶十字刻度線對準(zhǔn)機殼基準(zhǔn)線，蓋上遮光蓋。

五 組長跟進(jìn)制度對提高實驗教學(xué)質(zhì)量的作用

1.優(yōu)化教學(xué)模式

應(yīng)用組長跟進(jìn)制度后，充分依托學(xué)院實驗室平臺，成功打破大型精密實驗設(shè)備被列為演示性實驗項目的局限性。將本科教學(xué)與科研有機融合、互相促進(jìn)，實現(xiàn)了以教師為中心的教學(xué)模式向以學(xué)生為中心的合作探究式教學(xué)模式轉(zhuǎn)化，充分體現(xiàn)學(xué)生的主體地位。學(xué)生改變傳統(tǒng)的學(xué)習(xí)方式，不再按照實驗指導(dǎo)書及教師的講授機械式地做實驗，而是小組合作共同探討，使用實驗指導(dǎo)書又不拘泥于指導(dǎo)書，鉆研方案、操作、數(shù)據(jù)處理、得出實驗結(jié)論等。教師從教學(xué)主講轉(zhuǎn)變?yōu)榻虒W(xué)輔助，引導(dǎo)學(xué)生去思考實驗中用到的理論知識和技能，完善實驗方案等。

2.優(yōu)化教學(xué)過程管理質(zhì)量

引進(jìn)組長跟進(jìn)制度后，組長提前按教師發(fā)布的實驗要求和跟進(jìn)上一組的學(xué)習(xí)后，在上課前分解課堂實驗任務(wù)，有效的保證了學(xué)生在實驗課堂中有序、高質(zhì)量的開展實驗。具體的做法是：實驗數(shù)據(jù)記錄表格設(shè)計（1 人）、實驗操作數(shù)據(jù)記錄（1 人）、實驗數(shù)據(jù)整理與歸納（1 人）、主要實驗儀器操作（1 人）、輔助實驗儀器操作（1～2 人）。小組成員全部參與實驗，在課堂中有效杜絕了“等、靠、混”學(xué)生搭便車的現(xiàn)象。教師在實驗課堂中隨機提問，巡回隨機指導(dǎo)不同分工的學(xué)生，記錄學(xué)生在數(shù)據(jù)記錄表格設(shè)計、數(shù)據(jù)記錄、數(shù)據(jù)整理、儀器操作中存在的問題，以便教師更好的了解到每位學(xué)生的學(xué)習(xí)狀況，有針對性的指導(dǎo)學(xué)生，糾正學(xué)生不規(guī)范性表格設(shè)計及違規(guī)操作，整體推進(jìn)實驗課堂質(zhì)量的提升。

3.提升本科生科研能力

利用大型實驗儀器和精密實驗儀器，是培養(yǎng)學(xué)生研究性學(xué)習(xí)能力的一個重要手段。實施組長跟進(jìn)制度后，每個組在組長的帶領(lǐng)下不僅減少了學(xué)生對昂貴儀器存在的畏懼動手心理，而且養(yǎng)成了良好的習(xí)慣，主動查閱儀器說明書根據(jù)其操作步驟進(jìn)行儀器操作。在課堂中，教師鼓勵學(xué)生大膽做各種實驗方案。例如電導(dǎo)率測定，該實驗影響其結(jié)果之一的因素是土壤樣品水土比例[7]。一般標(biāo)準(zhǔn)水土比例配置為5:1，其具體操作步驟是稱取標(biāo)準(zhǔn)已風(fēng)干土樣4g（精確到0.01g）于25mm×200mm 的試管中加水20ml 蓋緊皮塞，振蕩3 分鐘，靜置澄清后利用電導(dǎo)率儀測定[8]。為比較該因素對電導(dǎo)率的影響，可設(shè)置多種實驗方案與標(biāo)準(zhǔn)方案做對比。如設(shè)置不同水土比例配置對電導(dǎo)率的影響。同理，還可考慮時間對電導(dǎo)率的影響，設(shè)置同一水土比例配置電導(dǎo)率隨時間的變化趨勢實驗，不同水土比例配置電導(dǎo)率隨時間的變化趨勢實驗。通過設(shè)計多種方案促使學(xué)生擴展思維，提升本科生科研能力。

4.強化學(xué)生實踐技能

實施組長跟進(jìn)制度后，組長反饋被跟進(jìn)組實驗情況，跟進(jìn)組組員抱有競爭心理，在實驗預(yù)習(xí)、實驗操作、交流討論等每個教學(xué)環(huán)節(jié)的積極性較高，強化不同學(xué)習(xí)程度的學(xué)生實踐技能的提高。實驗預(yù)習(xí)中可運用文獻(xiàn)檢索工具查詢所需信息，實驗操作中組員合作完成實驗。實驗過程交流討論時充分運用多門專業(yè)課程，如水工制圖CAD 基礎(chǔ)課程、水力學(xué)、灌溉排水工程學(xué)等理論知識解決實驗實施過程中遇到的各種問題。此外，撰寫實驗報告冊時能借助軟件應(yīng)用技術(shù)分析所測定的實驗數(shù)據(jù)，能對實驗結(jié)果進(jìn)行分析和解釋，并通過綜合信息得到合理有效的結(jié)論。強化了對學(xué)生從事水利、國土、農(nóng)業(yè)等部門有關(guān)的設(shè)計、管理、科研等工作實踐能力的培養(yǎng)。學(xué)生的認(rèn)知、動手操作、創(chuàng)新等綜合實踐能力得到進(jìn)一步提升。

六 實施組長跟進(jìn)制度建議

首先，必須要抽調(diào)班級學(xué)年綜合成績表，結(jié)合班干部的推薦，選擇責(zé)任心、學(xué)習(xí)能力雙方面較強的學(xué)生來擔(dān)當(dāng)組長。其次，實驗教師必須要提前安排部署實驗，做好較為詳細(xì)的實驗課堂教學(xué)設(shè)計。最后，實驗教師必須提前下發(fā)實驗指導(dǎo)書，給學(xué)生提供充分預(yù)習(xí)時間。

七 結(jié)語

針對甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)業(yè)水利工程專業(yè)綜合實驗Ⅱ課程在實驗教學(xué)中存在的問題，提出一種針對設(shè)計性實驗展開的新的教學(xué)管理方式——組長跟進(jìn)制度。該制度的應(yīng)用一方面有效解決因高校大型精密實驗設(shè)備不足，本科生對大型儀器接觸較少，基本科研素養(yǎng)較低的現(xiàn)實問題；一方面又嚴(yán)格落實了實驗教學(xué)計劃。

組長跟進(jìn)制度在實驗教學(xué)實踐應(yīng)用中突出課前充分預(yù)習(xí)，重視實驗細(xì)節(jié)，準(zhǔn)確把握，規(guī)范實驗操作，提高了實驗教學(xué)質(zhì)量。第一，優(yōu)化教學(xué)模式，成功打破大型精密實驗設(shè)備被列為演示性實驗項目的局限性，轉(zhuǎn)變?yōu)樵O(shè)計性實驗，實現(xiàn)以教師為中心的教學(xué)模式向以學(xué)生為中心的合作探究式教學(xué)模式轉(zhuǎn)化。第二，組長在上課前分解課堂實驗任務(wù)，有效保證學(xué)生在實驗課堂中實驗有序、高質(zhì)量的開展，優(yōu)化教學(xué)過程管理質(zhì)量。第三，在組長帶領(lǐng)下學(xué)生養(yǎng)成良好習(xí)慣，主動查閱儀器說明書，大膽做出各種實驗方案，思維得到擴展，提升本科生科研能力。第四，被跟進(jìn)小組與跟進(jìn)小組之間形成學(xué)習(xí)競爭關(guān)系，促進(jìn)不同程度的學(xué)生共同進(jìn)步，強化學(xué)生實踐技能，保障實踐教學(xué)質(zhì)量。