本科生专业实验教学研究探讨

宋永臣， 杨明军， 刘卫国， 王 正

(大连理工大学 海洋能源利用与节能教育部重点实验室，辽宁 大连 116024)

0 引 言

实验教学在高校教学环节中处于重要地位，尤其是在工科类本科院校中意义更为重大。高等教育的责任是在与科研紧密结合的教学过程中按专业类别培养人才[1]。工科高校的主要任务是培养工程类专业人才，因此在教学过程中必须注重学生专业工程实践能力的培养和提高。实验教学对于提高学生动手操作能力、独立思考能力和分析、解决实际问题能力等方面都具有重要的促进作用。现阶段大部分工科类本科高校实验教学主要包括基础实验教学、专业基础实验教学、专业实验教学、创新实验项目教学和毕业设计(论文)教学等五部分教学内容，这些实验教学内容按时间顺序贯穿于本科生培养过程。

基础实验教学主要包括大学物理实验、普通化学实验、电工学实验、基础力学实验、材料实验、电子学实验等，这部分实验教学的主要任务是巩固和加深对学生所学各类常识、知识和规律的理解，准确把握它们在实际学习、工作和生活中的应用，为提高学生的观察、分析及解决问题的能力提供知识储备。专业基础实验教学是在基础实验教学的基础上，按不同学科要求所设置的大类专业基础课的必要补充部分，是对专业基础知识的必要巩固。专业实验教学是在基础实验教学、专业基础实验教学的基础上针对某一理论课程的具体学习要求设计的实验教学内容，对于学生专业方向能力的提高具有极强的促进作用。创新实验项目教学是针对部分学有余力的学生进行探索性的实验或理论研究，这部分教学内容能够进一步强化学生发现和解决问题的能力。毕业设计(论文)教学是大学生培养过程中最后一个教学环节，是学生在校期间一次较为系统的综合训练，它的教学目的是培养学生综合运用所学的基础理论、专业知识和基本技能，提高分析与解决实际问题的能力。是高校为培养出合格的毕业生做的最后努力。

本文主要针对专业实验教学内容进行讨论，通过对本科生专业实验教学进行研究，分析了当前专业实验教学的不足；以作者所在专业为例提出了解决方法，并对预期收益与实际效果进行了对比分析和总结；期望能够对本科生专业实验教学起到一定的积极作用。

1 现阶段主要问题

(1) 本科高校的专业实验教学内容陈旧。无法做到与时俱进。以工程热物理学科中基本物性参数测量为例，先进的实验参数测量手段和数据处理方法飞速发展，但是在教学过程中仍然采用旧的实验方法来培养学生，很少能够做到新旧测试手段方法的结合。作为长期从事科学研究实验人员来说，传统的测试方法具有其特有的优点，作者也并不建议彻底放弃，但是如何将专业实验教学内容与科学实验手段有机结合应该作为教学改革内容进行详细探讨和研究。

(2) 教学模式僵化、学生很难发挥创新潜质。现有专业实验教学过程主要是要求学生按指导书规定的实验内容、实验方法和实验步骤操作完成实验目的的要求，实验过程中学生不需要去深入思考，而只是机械的按照实验指导书进行操作，不利于培养学生发现问题、解决问题的能力，影响了专业实验教学在整个本科生专业创新能力培养过程中的重要作用。

(3) 实验设备及教学人员不足。长期以来本科高校中实验技术岗位人员与教学科研岗位人员待遇方面有一定差异；同时由于科研工作在高校教师工作中比重进一步增加，尤其是在985、211院校更为突出，导致很少有教师愿意主动到专业实验教学第一线工作；另外专业实验教学岗位人员编制较少，这一系列原因导致了高校内实验教学队伍不稳定、结构不合理、队伍缺乏长远规划和培养的局面。同时，虽然高校每年投入大量经费用于改善本科专业实验教学设备，但是仍然无法满足对实验设备的需求，现阶段大部分专业实验教学仪器均为多人共用。

(4) 学生基本实验技能不高。主要表现在专业实验教学过程中学生积极性不高、基本实验技能差，这直接影响了专业实验教学质量。由于专业课实验教学大部分在第七学期，学生忙于找工作或者考研等，影响了学生参加实验教学的积极性和主动性。

(5) 教学管理不够严谨。专业实验授课教师为本院系、本专业的教师，部分授课教师过分考虑学生意愿，不注意控制教学秩序，对缺勤和不动手操作的学生缺乏有效的管理和控制。

2 解决方案

2.1 保证专业实验教学内容的先进性

要彻底改变传统专业实验教学过程中为了完成实验教学而进行的实验教学内容，应该在本学科、本专业的传统基础实验基础上，紧跟学科、专业发展步伐，设计和规划专业实验课程，要打破专业实验课依附于专业基础课程的传统模式，同时注意学科交叉，充分展现不同学科、专业之间的相互作用和联系。以作者所在能源与环境工程专业为例，现有专业实验教学内容主要包括基础热力学参数测试实验、各种可再生能源技术认识实验、水合物相关物性及开采等实验。这些实验设计内容基本涵盖了能源学科主要专业以及各专业的发展现状和前景，同时突出了本专业的特色方向(天然气水合物技术)，并对其进行了重点强化，实验内容包括水合物基础物性测量实验、水合物开采技术实验和天然气水合物三轴实验等交叉学科实验内容，将能源学科与化学、化工、土力学等学科紧密结合在一起，在本科专业实验教学过程中起到了积极的作用。

2.2 促使学生在专业实验学习过程中发挥创新潜质

现阶段专业实验教学主要依赖于实验指导手册，针对既有的实验内容，利用完善的实验方案和详细的实验步骤，得到预期的实验结果，在实验数据讨论和实验结论方面局限性也很大；同时专业实验课依附于专业基础课程的模式导致了学生对实验结果预期较高，限制了学生创新潜质的发挥。前面提到保证专业实验教学内容的先进性在提高专业课实验教学的重要性，在此基础上应该进一步引导学生发挥自己的主观创新意识，培养学生观察、捕捉专业课实验现象并正确区分正常和异常实验现象的能力，并能够进行合理的分析和解释；专业实验教学过程中可以针对某一实验内容，让学生自行寻找能够完成实验目的的实验方案，或者提出几个方案让学生选择，在此基础上提升学生对实验内容的深入把握和对各类实验知识的综合应用。

开放式实验教学从培养学生创新思维出发, 采用科学思维的方法进行实验教学, 强化大学生发现问题、提出问题、分析问题和解决问题的能力[2]。刘鸣等分析认为实行开放实验模式在培养学生的实践能力和创新探索精神方面收到了很好的效果[3]，因此我们可以在此基础上鼓励学生自行设计探索性专业实验，充分发挥创新潜质[4-6]。开放实验室的方式, 给学生更多的空间和资源，让学生自由开发、选择、设计实验项目，自主的设计并完成专业型、综合型、交叉型和创新型实验；让学生在自由的专业实验课程中充分地发挥创造性思维、并进一步改善学生对专业课实验的兴趣和对专业技能的把握认识能力。另外在实验室开放过程中老师和实验室管理人员能够更多了解学生的需求, 同时也更好地了解实验室外部的世界，同时促进自身的先进科学知识更新[7]。现在我校已经开展的创新实验项目就是针对学有余力的学生开展的专业性实验项目，这种实验教学模能够加强培养学生在专业学习过程中专业知识应用能力、工程设计能力和开拓创新能力，应该进一步扩大该项目范围。以能源与环境专业为例，本科生招生规模约为30人/年，教师每年提供10～15个创新性实验计划题目供大家选择，让大家自由组合、自由选择、在老师的指导下自由发挥，取得了多项专利、论文等成果。

最后作者认为，创新潜质的挖掘是在一定的基础之上的，主要包括专业知识和基本实验操作技能。在基本实验操作技能方面应该注意培养学生对各种仪器设备结构、工作原理、功能及潜力的了解，这可以让学生在实验过程中能投寻找合适的测试手段，为学生潜力的发挥提供潜移默化的指引。

2.3 补充专业实验教学人员及教学设备

专业实验教学人员和教学设备不足也是限制专业实验教学的重要因素。实验教学人员是专业课实验教学的重要因素，是完成实验教学任务的中坚力量，在提高教学人员素质的同时也应该注意补充专业实验教学人员数量。就目前情况看，专业实验教学人员在晋职晋级、科研项目申请等方面有一定的劣势，很少有教师愿意主动到专业实验教学第一线工作；同时由于各种原因，部分专业实验教师将主要经历放在科研或者其它方面，造成专业实验教学效果较差。因此需要扩展专业实验师资队伍，为专业实验教学顺利进行提供保障。具体方法可以从政策和待遇上给予专业实验教师适当改善，鼓励高水平教师参与专业教学实验，保证专业实验师资队伍数量和质量。

专业实验教学质量的提高还需要确保每个学生都参与实验，现有情况来看一个实验台由5或6个人共用，导致部分学生根本不参与实验。如果能够保证每个同学都有特定的实验分工则可以避免学生不参与实验的现象。另外针对部分专业实验教学设备老化的问题，需要及时补充新的设备，保证学生及时的把握新技术和新方法。同时还要精确的控制和分配实验仪器的使用，尤其是大型仪器设备[8-9]。

2.4 提高学生学习积极性和基本实验技能

教师要把学生的事情变成他自己的事情[10]。提高学生对专业实验课的主观学习能动性对于提高教学质量具有重要意义。对于工科类院校学生而言，经过三年的培养在大部分学生具有很强的动手操作能力，因而在第七学期进行的专业基础课学习过程中学习积极性是控制专业实验教学效果的主要因素。从目前情况来看，由于网络、手机等传媒工具的发展，大学生可以通过多种渠道搜索和了解相关专业情况，针对某一专业方向的发展前景有各种评论，由于大学生社会工作经验较少，对专业不了解，因此缺乏合理的判断力，导致部分同学对所学专业产生就业后工作压力大、工作辛苦、发展前景不好等印象，直接影响学生专业学习过程中的主观能动性。作为大学教师，我们应该把握专业发展前沿、了解专业发展方向、实时的将专业情况准确的传授给学生[11]。让学生对所学专业有信心。同时专业实验授课过程中教师的态度直接影响学生的学习积极性，教师应该在授课过程中实时保持清醒的头脑、积极的心态和向上的心境，潜移默化的给学生灌输积极向上的思想。

能力与知识相互作用，共同促进学生不断进取、有所创造。基本实验技能知识的积累主要来源于基础和专业基础实验课，这要求在基础实验课授课过程中要严格把关，让学生充分掌握基础实验的基本原理和方法，培养学生的思维能力、科研态度和研究方法，使其能够在专业实验过程中灵活、合理的运用所学基础知识，引导学生关注、了解、从事前沿科研课题或实际工业生产研究。随着高新技术和现代制造技术的发展对工科大学生的工程能力提出了挑战，在实验教学体系中融入工程能力的培养环节势在必行[12-15]。

2.5 强化本科毕业设计(论文)教学环节的作用

专业实验教学完成后学生开始进入本科教育的最后环节-毕业设计(论文)，一般来说大部分毕业设计(论文)都是专业实验课的延伸和扩展，进一步培养学生文献查阅能力、实验操作能力、理论分析能力、总结归纳能力，以及开拓创新能力。毕业设计题目确定后，学生应该对所选题目进行充分调研，找到毕业设计的重点和难点，发现其对国民经济和科学发展能够起到的实用价值。毕业设计完成后，学生应该搜集得到可靠资料、通过合理正确、思路清晰的分析和验证，对所研究具体方向内容有最新的认识和新的见解，并在该研究方向上有新的研究成果。刘波粒等人深入分析了影响当前高校本科毕业设计(论文)质量的因素并给出了改进意见[16]。作者认为在整个教学过程中同时还应该培养学生表达能力，在心、行统一的基础上实现言、行、心统一，提高自身竞争力。

2.6 掌控各种类型学生在授课过程中行为

实践能力和创新能力培养的基础是良好的学习氛围、融洽的师生关系和互相督促、共同进步的同学关系。专业实验教学过程中应该避免过分树立榜样，不要轻易放弃每一个学生，保证所有学生都参与进专业实验，督促大家动手、动脑、分工协作。对于性格内向、不能参与到群体中的同学要给予足够的自尊和自信，多给他们实验的机会，让他们证明自己。正如“每个迟到的孩子都有原因一样”，每一个不愿意做实验的孩子都有他的顾虑，要启发他们让他们走得更远。尤其要针对不愿意与人协作的同学，引导其认识到每个人都有他的特点和优点，有些事情一个人无法完成。另外在专业实验教学过程中应该严格管理，按照相关规定执行，教师应该掌控教学过程，合理分配教学资源、保障教学秩序。对于缺勤和不动手操作的学生进行相应的处罚。总之，专业实验授课教师应时刻注意出现问题的学生，及时的、有针对性的、合理进行指导和教育，挖掘学生独立思考能力，发挥互相协作的积极作用，让每一个学生在专业基础实验的学习过程中都有收获。

3 预期效果

专业实验教学的改善可以提高本科生的实际操作能力、改善其对专业知识的掌握深度、强化其创新潜质，培养出具有科研能力和工程能力的复合型专业技术人才，提升就业后的工作能力、提升科研能力、提升学校知名度、提升国内教育教学质量。以作者所在能源与环境专业为例，在上述方案指引下本科毕业生生培养取得了很大提高。以突出重点、紧随科学前沿的专业实验教学内容为基础，给予学生充分发挥主观创造力的空间，在专业技能和发现创新能力培养方面取得了进步。主要表现在：

(1) 培养了学生专业兴趣。读研比例提高，分析2011-2013年本专业本科毕业生读研人数(分别为13、18、17人)可以看出，专业实验教学内容改革后读研人数显著提高；同时数据显示2013年本科毕业读研学生有3/4选择本专业继续深造。

(2) 培养了学生科学研究能力。创新成果水平有所改善，以2013年毕业的学术性硕士研究生为例，有两名本专业本科毕业生生源(共3人)从事实验研究的学生发表期刊论文被科学引文索引(SCI)和工程索引(EI)检索，同时2012级硕士研究生中本专业本科毕业生在第一年的科研工作中表现突出。

(3) 培养了学生专业基础知识。实践操作能力较强。通过对2011和2012年毕业后参加工作的的17名本科生调查显示，有13名从事工程类工作的同学认为专业实验课对他们工作的帮助很大，尤其是现场工作初期具有一定优势。

(4) 实验类本科毕业设计(论文)比重增加。质量显著提高，以2013年为例，有25名(总人数为30人)本科毕业学生选择从事实验方面的毕业设计研究，初步统计有1/3的成果可以直接(或补充部分数据)在学术期刊发表，对作者所在专业科研具有重要辅助意义。

能源与环境专业的目标是培养面向适应社会主义市场经济需要的具有较高的思想道德素质，扎实的理论基础，较宽的专业面，较强的外语、计算机、工程实践能力以及开拓创新意识，能够从事能源与环境发展战略、规划、政策与对策、技术以及科研与教学等方面的高级管理与工程技术人才。合理的专业实验教学课程和教学方法可以巩固学生对本学科理论研究和工程技术前沿动态的了解，提高学生理论分析、实验研究能力，使其能够结合与本学科有关的实际问题从事科学研究或担负专门工程技术工作；挖掘学生的创新精神和独立工作能力，能够在教学、科研、生产技术方面有所突破；培养学生在处理复杂问题过程中协作沟通能力，能够树立远大目标并在不断学习中有所成就。

4 结 语

普通高等学校专业实验教学作为教学过程的重要环节，对本科生、尤其是工科类学生具有重要的意义，其具体作用在于通过对学生动手操作能力的培养，能够加深学生对专业知识的理解，进而实现学生创新思维的发展。作为从事实验教学方向的高校教师应该在确保实验内容与专业发展前沿切实相关的前提下，利用自身积极的工作热情和渊博的学识水平引导学生发挥主观能动性，进而促使在专业实验过程中培养学生的观察、判断、分析和解决实际问题的能力，最终保证学生在今后的相应学习和工作岗位上有所建树。

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把促进公平作为国家基本教育政策。教育公平是社会公平的重要基础。教育公平的关键是机会公平，基本要求是保障公民依法享有受教育的权利，重点是促进义务教育均衡发展和扶持困难群体，根本措施是合理配置教育资源，向农村地区、边远贫困地区和民族地区倾斜，加快缩小教育差距。教育公平的主要责任在政府，全社会要共同促进教育公平。

——摘自《国家中长期教育改革和发展规划纲要》