地质工程本科生实验能力培养模式的实践和探索

黄峰 王贵和

摘要：地质工程专业大学生的动手能力是培养目标的重要组成部分，学生实践能力的强弱在很大程度上反映培养方式的正确与否，而实验是在校大学生培养和提高动手能力的最佳途径。基于教学工作中的实验课以及大学生创新实验项目，探索本科生实验能力的培养模式，分别通过对“大课堂”模式、电子教程预习模式以及精准式培养模式特点的研究，分析各种模式的优势和劣势，对其优点进行整合和优化，建立培养地质工程专业本科生实验能力的高效综合模式。

关键词：地质工程;大学生;实验能力;培养模式

中图分类号：G642.0     文献标志码：A     文章编号：1674-9324（2016）41-0267-03

一、引言

工科是一种应用学科，它运用数、理、化等基础学科，结合人类生产生活中的实际问题，对技术经验进行综合和提炼。工科包含的学科很多，比如土木类、水利类、电工类、化工类、机械类等。工科的培养目标是培养在相应的工程领域从事规划、设计、实施以及研究和管理等方面工作的工程技术人才。基于这种培养目标，高校需要大力提高工科学生在校期间的实践动手能力[1]，以达到专业培养目标、满足实际工作要求。实验环节是培养学生实践动手能力的关键环节，因此对实验能力培养模式进行深入探索具有实际意义。国内众多学者对大学生实验能力的培养模式进行了深入的研究，比如开放式实验教学[2-3]、反转式课堂[4-5]、创新实验计划[6]等，多途径、多方式、多维度培养学生的实验动手能力，使学生真正达到“知行合一”[7]，提高工科大学生的综合培养质量。

二、“大课堂”模式

目前的实验课大多采用实验教师集中讲授实验内容、学生分散进行实验的模式，这种模式可称为“大课堂”模式，如图1所示。

实验课是让学生进行实操的主要途径，也是学生实践普及面最大的方法。实验课是书本上抽象知识的落地措施，通过实验课的学习，学生亲自动手实践，对书本知识进行更加深刻和实际的理解。

“大课堂”模式的涉及面最大，通过一堂实验课可让绝大多数学生进行实验操作。当学生在实际实验操作中碰到问题时会向教师寻求解答，进而完成实验内容。这种模式的优点是涉及面广，学生参与人数多，但也存在先天的不足。

首先，实验课的课时有限，而实验学生人数通常较多，教师无法一一解答。当学生在实验中遇到的问题无法得到及时、有效、正确的解答时，实验效果就会大打折扣，甚至会导致对知识的错误理解。其次，对于某些实验来说，实验设备数量不能满足每个学生在课时时间内都能亲手操作。实验课上通常会出现分组的情况，每个小组的学生进行分工，由一两名成员进行实际操作，其余成员进行记录等工作。在实际课中发现，当实验设备较少时，大多数学生没有机会亲自操作，仅仅通过观察和记录完成实验课，这样对实验的理解是很不深刻的。另外，由于人多设备少，小部分学生丧失了实验兴趣，这部分学生通常只关注实验结果和数据处理，对实验过程的理解非常肤浅。第三，由于实验课是大班授课，课程安排比较紧密，一旦在实验课上没有完成或者没有正确完成实验内容，继续进行实验和重复进行实验的机会是很少的。出现这种情况时，学生通常会得过且过，草草完成实验报告了事，同样没有达到实验的目的。

因此，对于传统“大课堂”模式来说，在对学生普及基本实验知识方面的贡献很大、效率最高。但“大课堂”模式过于仓促和浮浅，对于培养学生深厚的实验研究功底和培养良好的实践素质是不利的，无法使学生深入追求实验原理，更无法通过实验获得新的启发。

三、实验课电子教程预习模式

虚拟教学技术已经在多学科中得到应用，有力促进了教育模式[8-10]和教学方法[11-12]的变革。基于中国地质大学（北京）教学改革项目开发实验教学电子教程，将实验内容通过视频、图片、文字等多种方式，将实验过程进行展示。在电子教程中，在实验的关键节点设置问答环节，学生只有正确选择了答案后，实验过程的演示才能得以继续，通过对问答环节结果的评价，对学生课前的预习成果进行打分，使学生加深对实验过程的了解和思考。实验教学系统将传统的实验手册转变成可见的、可操控的、可互动的虚拟实验操作过程在课前教授给学生。

通过采用电子教程系统，改变实验课教学方式，完成从学生进入实验室才开始认识实验，到学生进入实验室之前就深入了解了实验的转变。电子教程的运用，改变了学生实验课参与度较低的局面，省去了大量实验讲解和排队做实验的时间，将更多的精力集中于实验现象本身，对实验会有充分和深刻的认识。同时，教师拥有更多时间充分解答学生在实验中遇到的问题，课堂效率和效果会大幅提高。传统实验课教学模式和电子教程预习模式的对比如图2。

电子教程还会对实验操作安全进行明确提醒。教师在课堂上口头对学生集中强调实验安全环节效果不佳，学生在没有实际参与实验之前对需要注意的潜在危险点认识模糊。通过电子教程系统的互动学习，整个实验程序学生都会了解，在关键节点上系统会告知其潜在危险点，这样学生在实验之前就会有明确的认识和思想上的把握，人身安全将得到更好的保护。

电子教程预习模式能够大幅提高课堂效率，留出充足时间进行实验和探讨。但同时，由于电子课程系统将实验过程进行了完整展示，导致部分学生对课上实验操作失去兴趣，以致于不进行实验操作就撰写实验报告，没有达到电子教程创建的初衷，反而不利于学生实践能力的培养，助长“懒学”思想。

四、精准式培养模式

无论是“大课堂”模式还是电子教程预习模式，都是针对大班授课的实验课。虽然电子教程预习模式能够提高教学效果和效率，但限于实验课时和实验设备数量等条件的限制，同样无法对相关实验进行深入研究和探索，也无法真正培养学生的实验素质和探索精神。作为实验课的延伸和深入，很有必要结合教师的科研项目和大学生创新实验计划等资源对一部分学生的实验能力进行专门训练，这种模式可称为精准式培养模式。精准式培养模式类似于“开小灶”，由于实验时间具有弹性、人数不多，实验成员之间可以充分就实验内容进行沟通，指导教师也可以进行充分并且有针对性的指导。这种模式的特点是信息在学生之间、学生和教师之间多向传输。精准式培养模式示意图如图3。

精准式培养模式为对某一方面具有浓厚兴趣的学生提供良好的平台，在实验课的基础上进行拔高，使部分学生深入进行实验能力培养。精准式实验能力培养模式依托某一方面的课题，学生自己提出实验目的、实验方案、实验内容和预期实验结果等，通过实验计划的编写，增强学生主动学习、研究的兴趣，提高其独立解决问题的能力。同时，在实验过程中遇到问题，可与指导教师一起研究对策，充分发挥了教师的指导作用。

依托于两项国家级大学生创新实验项目“新型水泥土合成材料研究”和“真空定向注浆模型试验研究”，共有6名本科二年级学生和2名本科三年级学生组成两个小组分别进行实验研究。通过项目的实施过程可以发现，学生的自主性很强，充分利用课余时间在实验室进行相关研究，并已熟练掌握实验仪器、设备的操作方法，对实验现象和规律有了深刻的认识。在实验过程中，小组成员间协调配合、互相探讨、共同研究，与指导教师充分沟通，实验能力的提升非常显著。通过精准式实验模式的培养，学生的实践、文字和团队工作能力都得到了极大的提升。

虽然精准式培养模式能够使学生的实验能力得到快速提升，但实际能够参与到项目中的学生人数还是少数。因此，精准式培养模式对于整体培养目标来说，其覆盖面不足是其最大的弊端。

五、综合优化教学模式

通过对前几种模式的分析，对多种模式进行优化组合，扬长避短，形成综合优化教学模式。在电子教程预习系统中，对实验现象和结果留有悬念，激发学生主动探索的兴趣。在预习了电子教程之后，学生直接进入大课堂进行实验，实验的过程中教师对疑问进行实时解答。当大课堂实验完成后学生对某一内容产生了继续研究的兴趣之后，可通过集合多类型科研项目、创新计划等资源和平台，对实验进行深入研究，实行精准式培养模式，这在一定程度上扩大了精准式培养的受众面。同时，为了进一步的解决精准模式受众范围有限的局面，在实验完成后可举行交流会、报告会等活动，将实验内容和过程进行完整展示，使得没有参与实验的学生也能有所受益。

六、结语

通过对“大课堂”模式、电子教程预习模式和精准式教学模式的优化组合，形成了高效的综合优化教学模式，对提高学生的实验能力大有裨益。实验教学工作重要而繁杂，在实验教学工作中不断摸索与时俱进的教学模式，对提高工科大学生的实验能力具有重要作用。

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Practice and Exploration of the Cultivation Mode of Geology Engineering Students' Experimental Ability

HUANG Feng，WANG Gui-he

（School of Engineering and Technology，China University of Geosciences，Beijing 100083，China）

Abstract：The practical ability of geology engineering students is an important part of the training objectives. The students' practical ability is largely reflected in the training mode，and the experiment is the best way to cultivate and improve students' ability. Based on the experimental courses and college students' innovative experiment project， the training mode of undergraduates' experimental ability is explored. Through the study of the "big classroom" model，the preview mode and the precision mode，the advantages and disadvantages of various models are analyzed，and the advantages of them are integrated and optimized.

Key words：geology engineering;college students;experimental ability;training model