依托实验课程的大学生创新性实验计划的实践与探索

陈 鹏，李 亚，纪 婧

（中国矿业大学（北京）资源与安全工程学院，北京 100083）

在探索能源工业精英教育教学体系建设过程中，中国矿业大学（北京）在2012版培养方案中开创性地提出了“创新教学环节”［1－2］。“创新教学环节”体系由创新方法类课程和创新实践活动等组成，大学生创新性实验计划是创新实践活动的主要构成。为提升大学生创新性实验计划的实施质量，教学研究人员在实施策略［3］、实施路径［4］、过程管理模式［5－6］以及创新成果评价［7］等方面做了诸多有益的探索。本科学生课程繁重，文献阅读量少，如何在指导教师的引导下自主选题是实施大学生创新性实验计划的关键，这也关系到实验计划的创新性和学生的研究兴趣，而其实施的质量关键在于实施方案的流程设计和过程指导［8－9］。

改革实验课程教学模式，可以拓展大学生创新性实验计划选题途径，根据笔者指导大学生创新性实验计划的实践经验，结合所授火灾探测与控制实验课程的创新教学模式改革，有针对性地对大学生创新性实验计划在选题、实施流程等方面进行了探索。

1 实验课程创新性教学改革

1.1 创新实验教学体系设计原则

笔者所授火灾探测与控制课程是一门探索火灾规律、研究火灾预防与控制的专业必修课，实验课在课程教学中占有重要地位。传统的实验教学模式偏重于知识的验证，学生按照指定的步骤按部就班地操作实验，在一定程度上抑制了学生的兴趣，忽视学生观察、分析和解决问题等创新能力的培养［10］。为适应研究型本科教育体系建设的需要，有必要对火灾探测与控制实验课进行创新性教学改革［11］。

围绕能源工业精英教育建设目标，火灾探测与控制创新实验教学体系应突出综合，强调创新，理论与实践融合。创新实验教学体系应具有以下特点：一是实验教学体系具有层次性，针对不同层次的学生提出不同的教学要求和学习任务；二是激发学生学习的主动性和探究性，需要学生在实验过程中探索，激起学习探究的兴趣；三是突出教师与学生的良性互动。与传统实验教学相比，创新实验教学更有利于学生知识结构的建立与创新能力的培养，激发学生学习的积极性和自主性。

1.2 创新性实验教学体系划分

火灾探测与控制实验课程建立了与课程体系相对应的“演示与验证、综合与设计、创新与前沿”三类型、五层次的实验项目体系，如表1所示，其中综合设计型和创新前沿型实验项目的比例约占总实验项目的50%。

表1 火灾探测与控制创新实验教学体系的划分

（1）演示与验证实验。通过演示与验证实验，培养学生火灾及其控制的基本概念，训练基本实验技能，激发学生的专业兴趣。实验教学任务主要是：（A）承担的认知任务是了解和理解；（B）验证课程中理论和原理，练习基本操作技能等。这一类型实验项目主要有：消防系统演示模型、灭火器实验。

（2）综合与设计实验。通过综合与设计实验，让学生学会用一定技术解决特定问题，增强综合判断能力。实验教学任务主要是：（A）通过实验方法、手段的综合，培养综合考虑问题的思维方式；（B）教师指定工程场景，学生设计实验方案，分析实验结果。这一类型实验项目主要有：火灾探测器可靠性实验、自动喷水灭火系统等。

（3）创新与前沿实验。通过创新与前沿实验，培养学生发现问题、分析问题、解决问题的创新能力。实验教学任务主要是：（A）承担的认知任务是观察实验现象，提出科学问题；（B）总结创新成果，发表科技论文、撰写专利或参加科技竞赛活动等。这一类型实验平台主要有可燃物火蔓延特性实验平台、细水雾灭火实验平台、多组分泡沫灭火实验平台。

在每个实验平台上，学生可根据兴趣自主选择实验题目和设计实验方案，如多组分细水雾灭火实验平台，可以开展细水雾与火焰相互作用实验、添加剂对细水雾灭火效能实验等。通过这一类型的实验，可以培养学生的创新意识，为创新性实验计划做准备。

2 基于创新性实验教学的创新性实验计划选题

大学生创新性实验计划类似于一般小项目的科学研究过程，要求学生首先搞清楚科学研究从何开始，认识发现矛盾、捕捉问题是科学研究的起点。大学生创新性实验计划起始于选题，也就是提出问题。选题可来自于研究者兴趣，也可以来源于国家和社会的各种需要，如煤矿瓦斯爆炸的防治问题等。创新性实验计划从选题开始，也就是要求大学生在实践创新性实验计划过程中，先要学会如何选题，提高选题的质量。

创新性实验计划选题的过程也是提出科学问题的过程。学生思维活跃，会在不同场合提出问题，在实验教学过程中会对各种实验现象提出很多个为什么，譬如，在进行细水雾灭火实验中，会产生“细水雾是如何产生的”、“细水雾与火焰如何作用”等问题。听闻煤矿瓦斯爆炸事故后，就会提出：“煤矿瓦斯爆炸为何会频繁发生”、“如何有效地防治瓦斯爆炸”的问题。虽然学生会提出各种问题，但很难将这些问题变成创新性实验计划的研究课题，这也是大学生参加创新性实验计划时感觉到无课题可以研究的原因。爱因斯坦说过：“提出一个问题，往往比解决一个问题更重要，因为解决问题也许仅仅是一个数学上或实验上的技能而已，而提出新的问题，从新的角度去看旧的问题，却需要有创造力和想象力。”对大学生创新性实验计划而言，发现问题、选择实验课题尤为重要。

一般而言，本科生选择创新性实验计划课题的途径主要有3个，一是参与指导教师的科研课题，提出自己的想法；二是关注本专业领域的自然界或社会生活中的现象，凝练出有价值的问题；三是在专业实验课中学会观察与思考，分析实验现象和提炼问题。对本科生而言，实验课是大学生认识创新性实验计划的起点，依托专业实验课程提出创新性实验课题是行之有效的途径。

（1）引导学生观察实验现象。现象是指事物在发生、发展和变化中的外部形态和表面特征，实验现象是在受控条件下的实验对象发展规律的外在形式。笔者通过对火灾探测与控制实验课程进行创新改革，将其分为验证演示型、综合设计型和创新前沿型3个类型，以及了解、理解、应用、综合和研究5个层次。创新与前沿类实验课重点培养学生对新奇现象的观察，引导学生对一般现象、特殊现象和关键现象的观察和理解。

（2）培养学生从观察的实验现象中提出问题的能力。观察实验现象应与猜测、联想、推理等逻辑思维活动相结合，引导学生将实验现象与知识背景相比较，提出高质量的问题。例如，对气体燃烧感兴趣的学生，更会关注瓦斯爆炸这一煤矿安全生产问题，在细水雾灭火实验项目中，观察细水雾与油池火相互作用现象就会联想到“细水雾能否有效控制瓦斯爆炸”这一问题，进而提出“瓦斯气体火焰与细水雾是如何作用的”。观察实验现象应在指导教师的引导下有序进行，用创新的视角观察实验现象。教师指导学生不要急于判别实验结果，学生预判不一样的结果有时是创新的线索。

（3）将实验课程中的问题发展为创新实验计划的科学问题。大学生创新性实验计划的选题就是明确所要解决科学问题的过程。学生从观察实验现象中提出的问题有时还很模糊，需要在教师的指导下明晰问题的对象，通过查阅文献、了解国内外研究现状，从而提出创新性实验计划研究的内容。指导教师在评阅选题内容时注重以下几点：将问题转化为选题内容要遵循科学性、创新性和可行性原则；学生选题时要考虑现有实验条件，协调好创新实验计划和其他课程学习的关系，合理分配时间。

3 大学生创新性实验计划的实施流程

大学生创新性实验计划实施流程关乎其创新实验的质量。创新性实验计划从组建创新团队、选题、撰写项目书、实施实验以及申报成果等过程须制定详尽的实施流程，明确指导教师的参与节点，实现师生群体创新连锁反应［12］，制订大学生创新性实验计划具体研究活动的框架。由于大学生多是初次参加创新性学习活动，在制定实施流程中要界定研究对象、明晰研究目的和内容、确定成果形式，同时，指导学生制订详细的实验方案和实验进度，明确创新性实验计划成员的分工，以使创新性实验计划顺畅、高效地实施。应当指出，大学生创新性实验计划的实施流程并非一成不变，在实施过程中，可根据学生课程、实验条件等情况对实施方案进行修订和完善。

以多组分细水雾创新实验为例，说明大学生创新性实验计划的实施流程和指导教师的参与节点，如图1所示。创新实验计划项目的选题来自于火灾探测与控制实验课中的创新与前沿实验，教师与参与创新性实验计划互动的方式可以为实验教学、现场指导或Email通信等。

图1 创新实验计划实施流程图

4 结束语

大学生创新性实验计划是在科学研究的情景和途径下进行的一种学习形式，在实践创新性实验计划的过程中，学生是学习的主体，通过提出问题（选题）、评述国内外文献、理解国内外研究不足、提出实验研究的思路及内容、设计创新实验方案等一系列过程使学生体验创新的行为。其中创新性实验计划的选题是一项关键环节，而规范化的过程管理方式可提高大学生创新计划的实施质量，强调学生的主体作用，全程监控创新实验计划的关键环节，达到对项目的掌控，保证项目的顺利实施，培养学生的创新意识的目的，实现创新项目的立项初衷。

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［1］乔建永.构建“创新教学环节”突出创新能力培养［J］.中国高等教育，2012（9）：30－32.

［2］常维亚，朱郴韦，邢鹏.深化人才培养模式改革培养高素质创新性人才［J］.中国高等教育，2013（8）：39－41.

［3］吴平，黄本笑，张芳.实施“国家大学生创新性实验计划”的进展与探索［J］.高等理科教育，2009（3）：72－75.

［4］万思志.探索大学生创新性实验计划实施路径［J］.中国高等教育，2010（11）：42－43.

［5］丁侠，郑春龙.大学生创新性开放实验项目管理的探索与实践［J］.实验技术与管理，2009，26（4）：212－213.

［6］赖晓晨，惠煌，夏锋，等.大学生创新性实验计划实施的关键问题分析［J］.实验技术与管理，2012，29（7）：17－20.

［7］李旦，赵希文，吴菊花.以过程为导向的大学生创新性实验计划评价体系研究［J］.高等工程教育研究，2010（1）：102－105.

［8］冯林，张威.“质量工程”视角下的大学生创新性实验计划［J］.实验室研究与探索，2008，27（6）：27－29.

［9］王祖源，毛骏健，吴於人.实施“国家大学生创新性实验计划”的体会［J］.中国大学教学，2007（9）：26－28.

［10］熊宏齐，戴玉蓉，郑家茂.实验教学改革与实验室建设规划的研究与实践［J］.实验技术与管理，2008，25（10）：1－4.

［11］范迅，常维亚，邢鹏，等.研究型本科教育教学理念与模式构建［J］.中国大学教学，2012（12）：28－30.

［12］张武升.关于创新规律与创新人才培养的探讨［J］.教育学报，2006（4）：3－12.