开放式实验教学模式培养创新人才

2010-08-15 00:48田丽娟

黑龙江教育学院学报 2010年3期

田丽娟,陶波,马红

(东北农业大学,哈尔滨 150030)

高等院校是培养创新人才的摇篮,是大学生与社会沟通的桥梁,是知识向生产力转化的纽带。那么如何把学生培养成有知识、有能力、有创新精神、适应社会发展的需求成为高校培养人才的关键。实验教学是高等学校人才培养的重要组成部分,是全部教学过程中以实验论证理论并丰富创新理论的重要环节,从某种角度来讲,教学实践环节对于大学生全面掌握和深入融会知识,培养科学思维和创新能力有着至关重要的作用。但是传统封闭式实验教学模式已严重阻碍了学生主动思维和综合解决实际问题的能力,已经不能适应现代社会对大学生的需要。所以建立新的开放式实验教学模式,已经成为新时期培养创新人才的迫切需要。

一、开放式实验教学模式的基本特征

开放式实验教学模式是相对于传统实验教学模式种种弊端提出的,其主要含义就是让学生在宽松的实验环境下,通过自主选实验、做实验、探讨实验、独立完成实验报告等实验教学过程,进一步巩固和理解基本理论知识,充分利用现代多媒体网络技术打破传统实验教学的课堂教学时空概念,激发学生的学习兴趣,促进学生掌握基本知识、基本技能,培养学生良好的思维品质、创新意识和创新能力,提高实验教学质量[1]。其基本特征有:

(一)实验时间开放

从传统实验教学时间安排上来看,全班学生在同一时间段内、同一地点、进行同样内容的实验,对于基础较好的学生可能会有比较富余的时间,而对于基础较薄弱或动手能力较差的学生就可能无法按时完成。在开放式实验教学过程中,实验室应实行全天候开放制,使学生能够合理利用时间,自行安排实验计划,在课余时间可以随时到实验室进行实验。针对学生对高科技知识渴求和兴趣浓厚的特点,提供开放的实验空间,既保证学生充分发挥自己的特点,调动内在的动力,又及时补充了自己,锻炼了独立工作能力,也使实验设备提高了利用率,产生了良好的经济效益和社会效益。

(二)实验资源开放

在选做实验时,实验室的所有实验资源应对学生全面开放。开放不仅是针对那些目前能做的实验项目,还包括那些废旧仪器设备。由于现在的很多仪器都是全自动化的,学生对其内部结构不能全方位了解造成理论与实践的严重脱节。通过对废旧仪器拆装,彻底了解仪器的内部结构,真正懂得了相关的实验原理。另外,我们还可以利用网络来拓展实践教学,如我校仪器设备共享协作网,其设有组织结构、仪器设备、仪器分类、网上预约、服务指南、交流园地等九个栏目,实现了信息发布、网上办事、检索功能、网上交流的功能,使学生在实验教师以及学生学时数都有限的情况下实现了网上资源共享。

(三)实验内容开放

实验内容开放是指学生开展实验不受固有实验指导的束缚,学生可以根据自身情况和实验室的条件,从学生与老师共建的实验库中调用自己感兴趣的内容进行实验,同时实验库还会随着实验室条件建设不断地更新,这样可以满足学生日益增长的个性化需求,最大程度地激发学生的创造性[2]。实验库中的实验项目被合理优化整合,并对不同专业、不同基础、不同能力的学生做出分层次教学,根据学生兴趣和能力的不同,可以分别选择基础验证性、综合设计性和研究性实验。教师还可以根据教材内容和学生学习实际,把教材内容设计成较高质量的问题情境,用问题组成开放性的知识点,让学生在当中发现开放性的问题,提出开放性的解决方案。开放式实验教学注重培育创新素质,在内容安排上打破传统教学的封闭性,关注前沿、面向实际、自选内容,注重观察和解决问题的能力。

(四)实验教学形式开放

教学形式开放要求改变以往教师讲、学生听的灌输式教学方法,实行以学生为主体,学生学习与教师讲授、辅导相结合的模式,教师只在相关实验知识、操作规程和主要仪器的使用上给予重点讲解,然后让学生自己查阅文献资料,补充相关知识,了解实验原理、目的、步骤和数据处理方法,写出预习报告,自己决定实验时间,独立完成全部实验过程。这种教学形式可有效地提高学生的自学能力、独立分析和解决问题的能力。而且还可以充分利用现代化工具,采用多媒体、教学资源上网等展示一些耗费巨资或是时间较长的、有伤害危险的、无法直观实现的、对环境有害的教学实验过程,改进教学形式,提升现代教育技术的应用水平。这种教学形式的开放大大增加了课程教学的科学性、系统性、趣味性、直观性,提高了学生的学习积极性和主观能动性。

(五)实验评价体系开放

传统的实验成绩主要根据实验报告的完成作为总体评定,缺乏科学严格的实验考核制度和成绩评定办法,难以激励学生的主动性、积极性、创造性和科学探索精神,不利于学生的实验能力和科学素质的培养。开放式考核体系是多元化的评价机制,采取过程考核和最终考核相结合的方法,对不同课程和不同类型的实验采用不同的考核方法。根据实验教学内容和培养目的,分别采用抽签选题、现场操作、方案答辩、实验报告答辩和实际操作等考核方式[3]。注重考评方式的多样化和考评指标的规范化,以引导学生在平时的实验和学习过程中注重自身素质、科学思维和创新能力的培养,引导学生由过去的“学习—考试”型向“学习—思考—研究—创新”型转变。保持对学生学习成绩和教师教学效果检验的客观公正性。学生利用校学分制系统对教师的实验教学进行评价,形成教与学的互动机制。

二、开放式实验教学模式构建

开放式实验教学是一个系统工程,是从封闭的教学模式中走出来,为学生提供一个能够充分发挥自主性、创造性的学习环境,提供更为丰富的、可以留给学生更大思考空间的教学模式。以下几点是构建开放式实验教学模式的几点意见。

(一)构建实验教学中心

长期以来,实验室依托教研室,实验教学依附理论教学,这样的教学模式不利于高校创新人才的培养,实验室必须相对独立,所以我校本着培养高质量、高素质、具有创新能力的农业人才,高度重视教育教学工作,特别是重视实验和实践教学这一培养高等农业人才的关键环节,成立了实验教学中心。

2002年我校成立植物科学与技术实验教学中心,将原隶属于农学院、园艺学院、资源与环境学院、生命学院的 26个实验室的人、财、物与教研室分离,按功能合并、重组、科学配置,依托教育部大豆生物学重点实验室、农业部寒地作物生理生态重点开放实验室、寒地黑土资源利用与保护实验室、寒地蔬菜学生物学省重点实验室,组建植物科学与技术实验教学中心,中心下设 7个综合实验室,即农学综合实验室、植物保护综合实验室、园艺综合实验室、园林综合实验室、资源与环境综合实验室、植物学实验室、植物生化与分子生物学实验室,承担着全校 27个专业及专业方向的实验教学和科研任务。实验教学由学科、教研室分管转为实验教学中心统管。实验教学中心主任由学校选聘,实行主管校长领导下的主任负责制。实验教学中心的成立有利于开放实验室的管理,避免了实验仪器重复购置,加强了学科之间的交流,并为学生进行开放实验提供便利平台。

(二)构建多元化的实验教学内容

传统实验教学内容设置大多数是验证性实验,缺乏综合性、设计性实验,限制了学生综合素质的提高。经过实践和改革,我校实验教学中心构建了以能力培养为核心,分层次的实验教学体系,涵盖验证性实验、综合设计性实验、研究创新性实验,保证实验课程的安排符合认知规律。根据本学科特点,中心以加强对学生实际动手能力和创新能力培养为核心,建立了“一个基础,两个平台、三个层次、两个结合”的多元化实验教学模式。

“一个基础”是以基础理论教学为核心,搭建植物学、植物生理学和生物化学的实验教学平台,按照植物生物科学的发展规律和认识过程,在群体、个体、细胞以及分子水平上开设相应的实验内容;“两个平台”为课内实验平台和课外实验平台。课内实验平台是利用课堂实验教学,指导学生完成实验大纲内所规定的实验项目,是学生必须掌握的实验技能;课外实验平台是在学生完成课内实验项目的基础上,通过开放、创新、参加科研活动等多种形式开展的实验活动,使学生的科研创新能力得到进一步的提升;“三个层次”是指验证性、综合(设计)性、研究创新性三个不同层次实验的实验项目。验证性实验、综合 (设计)性实验在课内实验平台上完成;研究创新性实验是在课外实验平台上完成;“两个结合”是指在两个实验平台上,突出实验教学与生产实践相结合和与科研紧密结合。

(三)构建实验资源共享平台

近年来,各高校都加大了实验室建设经费的投入,不同程度地购进了先进的仪器设备,只有全面开放实验室,让更多的学生进入实验室参与实验活动,才能更好地提高仪器设备的利用效率、避免仪器设备的重复购置,最大限度地发挥教育资源的投资效益。实验教学中心的资源不再所属于某一学科、学院、系,而是面向全校甚至整个社会开放,建立跨学校、跨地区的资源共享平台,促进联合、共建和共用,以便更好地为创新人才的培养以及科研和经济发展服务[4]。

近五年,我校仪器设备数量显著增加,大型仪器的配置也有了质的飞跃。2009年底,10万元以上的仪器设备达到 300余台,其中 100万以上的仪器设备 22台,学校并于 2007年 6月正式启动“大型仪器设备开放共享平台”,2008年底,在开放共享平台管理的仪器设备 32台,2009年底将增加至 50余台。此平台建设优化实验教学资源合理配置,让相近学科或不同学科相近专业的学生能够根据各专业的教学内容,完成基本实验和综合实验,同时通过学科融合,完成较高层次的创新型实验,从而进一步培养学生的创新意识,为创新活动的实践搭建平台。

(四)实验教学与对外服务相结合

高等学校实验室是一个包括教师和实验技术人员队伍以及为完成实验教学任务和科学研究所必需的实验技术装备和环境组成的实体,可以服务于社会,得益于社会。通过实验室对外开放,充分发挥实验室的社会服务功能,同时积极寻求相关企业合作,形成互惠互利关系,在为企业、社会提供服务的同时,也充实了实验室教学和科研实力。在对外开放过程中,大学生的理论知识与实践能力得以充分发挥,充分调动其学习兴趣和工作能力,为大学生就业和自主创业提供良好的平台。

高等院校特别是高等农业院校,学生就业主要面向企业,研究所、学校等研究型场所,学生的自主学习能力、实践动手能力,以及对外交流和协作能力就显得尤为重要。我校以开放实验室为契机,与多家企业联合,学生直接深入企业内部,参与其研发和制作过程,这大大提高了大学生实践操作能力,使学生的开发创作成果多与社会市场经济接轨,产生社会服务效益[5],并在对外交流过程中增加了团结协作能力。

三、开放式实验教学在培养创新人才中的作用

(一)有利于培养学生的自主学习能力

开放式实验教学模式的核心是完成学生和老师在教学活动中角色的转化。改变了以教师为中心的传统教育方法,构建了以学生为主体、教师为主导、以学生自主学习活动为基础的教学模式。这种教学模式由于把学生放在学习的主体地位,实验题目的选择、方案的讨论、操作仪器、实验报告的书写等都主要由学生自己完成。学生的主动性被充分调动起来,激发了其潜在好奇心和求知欲,从而培养学生的科学精神、创新思维以及自主分析问题、解决问题的能力,为今后走向就业岗位和自主创业打下良好基础。

(二)有利于培养学生的实践能力

实验教学的首要任务之一就是培养学生的实践能力。学生实践能力的培养,单靠有限的课堂教学是难以保证的,它必须经过严格、规范的操作和反复的技能训练才能达到。我们进行开放实验教学以后,学生可以利用充分的业余时间自己设计实验,对在课堂上未能掌握的知识反复操作,直到论证。教师也会有更多的个别指导机会,对学生因材施教。这既有利于教师与学生对问题的交流,又有利于学生实践能力的培养。

(三)有利于培养学生的协作精神

当代大学生是 80后甚至 90后的佼佼者,鲜花和掌声中长大的他们自我意识强,与别人沟通和协作能力弱,而开放式的实验教学必须要各方面协作才能开展下去。而且其实验内容大都是综合性、创新性课题,在面对这些具有挑战性项目时学生就需要集体的智慧和有效的分工合作,这时,协作既是实验的手段,也是实验的目的。通过协作实验和研究,学生可以取长补短,取得高质量的成果[6]。与此同时,在共同参与的过程中,学生还需要了解不同人的个性,学会相互交流、协作,制定并执行合作研究方案,从而培养他们的协作精神,为今后从事大型项目相关工作积累经验。

四、开放式实验教学的建设与管理

高标准的实验室建设与管理是保证和提高实验教学质量的重要基础,对于培养学生的实践能力、创新能力以及分析问题和解决问题的能力方面具有非常重要的作用。

(一)加大开放实验室的投入力度

实验仪器设备是科学研究的重要物质基础,是衡量实验教学水平的重要标志,是培养创新人才的重要支撑。过去实验室投入较少,仪器数量不足、设备陈旧,缺少代表先进技术的实验设备。近年来,我校加大仪器设备投入力度,2003年以前仪器设备总价值为5 000万元,2009年已经猛增到近3.5亿元。仅植物保护综合实验中心的中央与地方共建资金达 750万元,购置了液相色谱、气相色谱、次生代谢产物分离纯化系统、快速溶剂萃取仪、光合作用测定仪、高压灭菌器等先进设备,实验室硬件条件有了很大改善。同时,为了能让学生开阔眼界,更多地了解仪器发展的最新趋势,我实验中心还组织仪器销售公司,举办新仪器新性能的技术讲座,全方位、立体化创建开放实验的新环境。

(二)制定和完善各项规章制度

开放式实验教学必然带来管理上的一系列问题。根据学校实验教学管理体制改革的总体要求,实验教学中心统一合理配置、调整教学和人才资源,满足多层次实验教学和科研需要,形成了面向校内外开放、高效、多出人才和成果的教学科研环境,真正实现资源共享。

在资源利用上:实验教学中心将仪器设备、实验室、人员于一体,以优质服务于实验教学为核心,实行“一体化”管理原则;信息平台:实验教学中心建立了网站并配有现代化的多媒体教室和微机室,并建立实验室的电子档案,可提供实验室相关信息;运行机制:实验教学中心制定了实验室和实验设备开放制度,实验室在保证完成教学任务的前提下,对本校各层次学生开放,供学生完成中心规定项目和实验室开放项目、大学生科技创新项目的实验活动,或者参加教师组织的科研实验项目等;管理制度:实验中心制定了工作规程、实验教学中心管理细则、实验室工作人员职责、仪器设备管理制度、实验室安全管理制度、实验教学质量标准等 20余项切实可行的教学、行政工作管理制度,为确保开放实验室的教学质量提供了制度保障。

(三)提高实验技术人员的综合素质

随着现代科技的不断发展,专业知识的更新加快,实验技术人员素质的高低直接影响开放式实验教学的效果,因此全面提高实验技术人员的综合素质是实验室开放的关键[7]。为了加强开放式实验室建设与管理,中心主任由学校直接任命,全面主持中心的实验教学和实验室管理工作,并加强对实验技术人员的培训,择优竞聘上岗,引进硕士研究生充实实验教学队伍,组建了一支精干的业务素质较高的实验技术队伍。学校国有资产处定期举办实验技术人员培训班,通过参加各种技术讲座和学习班,使每人熟练操作自己所管理的仪器设备,全面提高业务素质。通过以上措施,实验技术人员的理论水平和实验技术能力有了明显提高,使得一批有才华的教师和实验技术人员脱颖而出,不但进一步加强了开放实验室的建设,而且充实了他们的知识结构,提高了业务水平,更好地健全完善了开放实验室的功能,达到了培养大学生的创新能力、实践能力和创业精神的目的。

五、结语

高校实验室开放是落实实践教学环节,培养学生动手能力和综合应用能力的重要场所,是高校科学研究、科技产品和技术开发的重要平台,是面向社会提供实验室资源和技术服务的重要窗口。实验室开放是高校培养适应新世纪国家经济建设与社会发展需要的高素质创新型人才的客观要求,是一项长期的、复杂的工作。开放式实验教学是一种新生事物,其发展过程处于方兴未艾阶段,尚存在这样或那样问题,还需要我们不断探索和研究。

[1]王丽娟,刘林德.探索开放式生物实验教学,培养合格师范生[J].中国现代教育装备,2007,(3):11-12.

[2]卢艳军.开放式实验教学模式的探讨 [J].实验室科学,2009,(1):23-26.

[3]杨运鑫,唐良宝.全程性多样化开放式实验考核方式研究[J].华南理工大学学报:社会科学版,2007,9(3):69-72.

[4]李慧中.高校实验教学与创新人才的培养模式[J].湖南医科大学学报:社会科学版,2009,11(5):159-161.

[5]韩映丽.高校开放式实验教学的探索与思考[J].甘肃科技,2009,25(15):170-171.

[6]张逸军.开放型实验教学与创新人才的培养[J].肇庆学院学报,2005,26(4):93-96.