工科驗證性實驗教學方法探討

趙恩蘭 張磊 郭華鋒 董妍

摘 ?要 驗證性實驗在本科課程實驗中所占比重較大，在學生的實踐教學過程中起著非常重要的作用。闡述研究驗證性實驗教學法的重要意義，在此基礎上分析目前驗證性實驗教學開展過程中存在的一系列問題，針對存在的問題，提出優化配置以提高設備利用率、改進教學方法、豐富教學手段等措施。

關鍵詞 驗證性實驗;實踐教學;實驗室;實驗設備;虛擬仿真實驗

中圖分類號：G642.0 ? ?文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2021）05-115-03

0 前言

在本科生教學過程中，實踐教學扮演著非常重要的角色，它可以使學生對書本上學習的理論知識進行鞏固和加深理解，理論聯系實際，同時是培養學生成為具有動手能力、思維能力、創新意識等高素質人才的重要環節。在工科學生的本科學習過程中，實踐教學環節通常包括課程實驗、課程設計、認知實習、生產實習、畢業設計等。對一門理論課而言，課程實驗是唯一的實踐環節，通常一門課程會設置不同等級的實驗，包括驗證性實驗、設計性實驗、綜合性實驗、探究性實驗等。

驗證性實驗是指在對某個研究對象有了一定了解和認識的基礎上，通過實驗的方式對這種已知的理論或假說進行驗證。驗證性實驗作為一種非常基礎的實驗，通常具有三個方面的作用[1-2]：一是通過驗證性實驗可以讓學生在實驗過程中驗證并進一步加深理解課堂所學理論知識，讓書本上抽象的理論具體化，把所學的知識與工程實踐聯系起來，以此來促進學生對科學理論概念、規律的掌握，提高教學成效;二是在開展驗證性實驗過程中讓學生掌握必要的測試方法、研究手段，培養學生的動手能力和安全操作意識，對學生基本的實驗技能進行訓練，提升學生實踐能力;三是驗證性實驗在高校教學中起著重要的支撐作用，不僅可以加深對理論知識的掌握，也為后續順利開展更深層次的綜合性、設計性、探究性實驗打下基礎。

目前在本科課程實驗中驗證性實驗所占比重較大，特別是本科低年級階段，然而在教學過程中依然存在諸多問題和不足，如何切實提高驗證性實驗教學的質量和水平[3-4]，是值得高校管理部門和教師關注和解決的重要課題。

1 驗證性實驗教學存在的問題

高校實驗室投入不足，建設滯后 ?在高校實驗教學中，驗證性實驗雖然占的比重較大，但處于被弱化的地位，導致實驗室規模小、規范化程度低、設備不全、臺套數不足、設備老化陳舊等問題比較普遍，陳舊落后的實驗條件直接制約著師生思維能力、創新能力的發展，也影響了學生的學習興趣和熱情。一些實驗由于設備臺套數不足，使得實驗課上無法保證每個學生單獨操作，多以分組的形式進行實驗，學生缺乏接觸儀器設備的時間和機會，動手能力不能得到充分鍛煉。另外，小組成員共用一組實驗數據，導致部分學生學習態度懈怠，缺乏獨立自主分析實驗現象和撰寫實驗報告的能力，影響總體的學習效果。

教學方式單一、陳舊 ?在傳統的驗證性實驗教學過程中，教師負責對實驗目的、實驗原理、實驗步驟等進行講解和演示，學生在明確的實驗步驟框架下進行重復模仿實驗，按部就班完成操作要求，以求得預想的實驗結果。整個過程中，學生主要是被動地接受，動手能力和思維能力都得不到很好的鍛煉。

學生學習主動性、積極性不高 ?對于驗證性實驗的結果，學生通過理論學習已經有了定論，實驗過程僅僅是等待實驗結果和理論知識相驗證的“驚喜”，是真正的“驗證”性實驗，在他們看來實驗缺乏新意、沒有懸念，整個實驗過程缺乏挑戰性和探究性，創新思維沒有用武之地，興趣難以調動起來。另外，有些實驗設備臺套數較少、設備較陳舊等客觀因素在一定程度上制約了學生的主動性和學習積極性。

評價機制不合理，實驗成效差 ?實驗預習可以提高學生的自學能力，使學生熟悉實驗環節，做到實驗過程得心應手。然而，實驗前是否預習，教師難以考量。在實驗過程中，設備少，學生多，多個學生共用一個實驗結果，導致部分學生缺少動手的機會。實驗后，教師僅僅收取了實驗報告，學生是否已達成實驗教學的目的，是否已將本實驗與課堂理論教學有機地聯系，均沒有相應的評價過程，實驗報告并非現場完成，因此，實驗報告的質量也并非能真正反映該生的學習效果。總的來說，從實驗預習、實驗過程、實驗報告等方面并不能全面反映學生學習情況，最終導致實驗成效差，因此，對驗證性實驗的評價機制進行改進是非常有必要的。

2 驗證性實驗改進措施

提高思想認識，重視驗證性實驗教學 ?任何行為上的怠慢首先源于思想認識。要充分認識到驗證性實驗在學生培養體系中的作用，它既不附屬理論教學，更不是可有可無的，它是教學系統中不可缺少的一部分，要樹立實踐育人的觀點，正確對待驗證性實驗教學工作。教師不僅要傳授給學生書本上的知識，還要能夠從思想上激發學生對學習的興趣，去除學生在學習上的惰性。教師通過合理規劃指導書內容、完善驗證性實驗教學設計、加強實驗教學過程管理與考核等環節，切實扭轉忽視實踐教學的傾向，將育人目標融入驗證性實驗的教學全過程，將思想引導與實驗教學相統一，讓學生從思想上重視驗證性實驗，調動學生參與實驗的主動性和積極性，提升實驗教學質量。

優化配置，提高設備利用率 ?如何利用有限的教學資源更好地達到培養學生的目的？提高實驗教學質量是一個非常重要的措施。首先，目前各高校通常的做法是分組安排學生實驗，避免大量學生擁擠在個別儀器設備附近，一般規定每組學生的人數上限。其次，為了提高儀器設備的使用效率，讓每組學生更快地完成實驗，學生實驗的預習、實驗前實驗教師的準備、實驗教學環節的設置也非常重要。最后，不同的驗證性實驗可以同時進行，這樣相當于增加了實驗設備臺套數，使每組學生人數顯著下降。

合理規劃實驗指導書的內容 ?實驗指導書是開展實驗教學的唯一教材，也是學生開展實驗過程的第一手資料，學生需要按照實驗指導書的內容、步驟進行學習和實驗，可見其在實驗教學中的重要意義。傳統的實驗指導書通常包括實驗目的、實驗原理、實驗儀器、實驗步驟等，內容詳盡。在實驗課堂上，教師通常還會進行詳細講解和演示，極大地限制了學生獨立思考、主動學習的意識，因此有必要對實驗指導書和實驗過程進行合理規劃。實驗指導書可適當簡化，對實驗目的、實驗原理、實驗步驟等進行簡要介紹，在實驗過程中通過提出問題、完成任務等方式引導學生;也可以在驗證性實驗中挖掘設計性和探究性內容，讓學生自主設計、探究，這樣就在驗證性實驗中體現出探索性和設計性，使學生在實驗過程中通過理論聯系實際解答問題、完成階段任務，最后完成實驗報告，充分發揮其主觀能動性。

規范實驗教學環節，改進教學方法 ?合理制定教學大綱，規范驗證性實驗教學步驟和環節，這是保障實驗教學質量的關鍵因素。通過成立課程組和實驗組相結合的教師隊伍，對標工程教育專業標準，秉承持續改進的教育理念，探討制定詳細、完善的以培養目標和畢業出口要求為導向的教學大綱。另外，目前驗證性實驗教學方法單一，主要是通過教師的講解和演示，導致學生僅僅是被動地接受。比如，可將理論教學中常用的任務驅動式教學、啟發式教學等方法引入驗證性實驗教學環節，教師首先將實驗過程進行細化分解，然后將分解后的實驗細節與啟發性問題一一對應并在實驗過程中逐個提出，并激發學生分析出現問題的原因，最后引導學生解決問題。通過逐步啟發引導學生發現問題、分析問題、解決問題，使他們學會并掌握驗證性實驗的思路和方法。

教學手段的豐富[5-6] ?目前驗證性實驗教學方法單一，主要是通過教師的講解和演示，學生進行模仿重復操作，積極性不高。隨著科技水平的提高，各種信息化技術手段可以用于豐富當下的驗證性實驗教學，通過采用多媒體實驗教學、計算機網絡教學和虛擬仿真實驗等新穎的實驗方式，提高學生對實驗教學的興趣，從而能夠更加積極、主動地參與實驗。比如，可以把傳統的實驗教學手段與多媒體輔助教學有機地結合起來，通過文字、圖片、動畫、視頻等多種信息教學素材為學生展現實驗內容，使抽象的實驗原理、操作步驟、實驗現象具體化和形象化，不僅有利于學生快速理解掌握，也豐富了驗證性實驗的教學環節，提高了學生的實驗興趣。另外，在實驗前可采用虛擬仿真技術輔助學生進行預習，為每個學生提供模擬操作的機會，使他們可以身臨其境般地體驗實驗過程，建立起對實驗的直觀感性認識，不僅提高了學習興趣，而且在一定程度上緩解了設備臺套數不足的問題，提升了參與度。在完成模擬實驗之后，學生再到實驗室開展線下實驗儀器的操作并完成各實驗環節，進一步加深理解實驗原理，消化實驗內容，虛實結合提升教學質量和效率。

完善驗證性實驗考核內容 ?驗證性實驗的過程已知、實驗結果已知，實驗報告的內容也具有相似性，如何合理地評價學生的實驗效果是至關重要的。因此，對于驗證性實驗，增加過程考核，通過實驗過程中的考核環節評價學生實驗預習的質量，了解學生對儀器設備操作的規范合理性，評價學生是否能將實驗結果與理論知識建立內在聯系，從而真正掌握學生學習的情況。例如，可以在實驗前考查學生預習的效果，在實驗過程中增加提問環節或小組討論環節，在實驗結束后開展小組答辯等，將上述各部分的考核結果融入學生的綜合實驗成績。

3 結語

驗證性實驗作為一種非常基礎的實驗，在學生的實踐教學過程中起著非常重要的作用。如何提高驗證性實驗教學的質量和水平，是值得關注和解決的重要課題。本文根據現階段驗證性實驗教學情況，分析存在的若干問題，提出驗證性實驗的改進措施。驗證性實驗教學研究與改革是一項需要長期堅持的事業，只有通過在實踐中不斷探索和完善，才能使實驗教學不斷向前發展。

參考文獻

[1]楊寧飛，邵曉蓉.工科驗證性實驗教學方法的探討：以土木工程材料實驗為例[J].高教論壇，2011（2）：72-74

[2]蘇茂村，王君.如何上好“驗證性實驗”[J].課程教育研究，2016（8）：177-178.

[3]施鼎方，朱毓秀，王士芬，等.用創新理念指導和改革驗證性實驗[J].實驗室研究與探索，2008（12）：115-117.

[4]曾新，何瓦特.驗證性實驗教學方法探討[J].實驗科學與技術，2018（2）：134-137.

[5]范華，劉暉，郝洪英，等.新時代高校實驗教學質量標準研究[J].教育現代化，2018（2）：134-137.

[6]張娜，張二偉.應用型高校實驗教學質量提升路徑研究[J].科教論壇，2020（6）：374-375.