高校工科专业实验教学模式改革研究

王珊+杨续东+刘晓波

摘要：通过对高校工科实验教学的改革，建立以“综合性实验”、“设计性实验”为主的教学模式。采用“翻转课堂”实验教学，激发学生的实验积极性。因材施教，按照学生的个体差异开展分级实验教学。强化实验师资队伍建设，不断充实实验内容，引入最新的科研成果，有效提高工科实验的教学水平。

关键词：工科专业；实验教学；教学改革；能力培养

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）46-0269-02

一、实验教学存在的问题

工科专业是指研究工学方面的学科专业，包括材料、机械、水利以及生物工程等学科的近百个专业[1]。实验教学是工科院校培养大学生动手能力、实践技能和创新思维能力的重要手段。但目前，国内工科院校实验多为演示性、验证性，极少有设计性、综合性的元素，实验教学一直是被动盲目实验的方式，即实验对象、方法等关键因素都是由教师制定，其不仅抹杀了学生的创新思维，而且也不利于培养学生认真严谨的实验精神，容易产生实验现象观察不仔细，数据记录不真实、不规范等问题。一些教师对实验报告只注重书写格式是否规范，而忽视数据处理结果的分析与讨论，造成学生为完成报告而实验。此外，一些课程对实验成绩的考核，仅以笔试方式进行，导致学生死记硬背实验原理、方法和步骤，不利于学生动手能力的培养。学生如果不能通过实验系统地整合知识，那么就完全背离了实验的目的和初衷。

二、实验教学的改革与设计

1.实验教学内容的改革。实验教学改革要以充分发挥学生的主动性、创造性为出发点，改革陈旧、落后的实验，不断更新、充实实验教学内容。设置实验更加贴近实际，将以“验证性实验”为主的实验，逐渐过渡到“综合性实验”和“设计性实验”。不断充实实验内容，将最新科技成果引入其中，更加趋于“工程化”。这样有利于开阔学生视野，提高学习兴趣，强化创新意识，培养创造性思维，锻炼实践能力，增强综合运用所学知识解决实际问题的能力。

2.实验教学设计。美国学者肯普提出“教学设计”为运用系统方法分析教学过程中各部分相互联系的问题和需求，提出解决问题的最佳方案，然后评价教学成果的系统计划过程，而大学实验课程的“教学设计”是依据实验教学的目标，提出建立实验教学的最佳方案以及优化实验教学设计效果的过程。（1）教学内容设计。实验教学的重点是对实验教学内容的制定。对验证性实验，应强调演示和证明内容相关的知识点，使学生加深对教学内容的理解，培养学生进行科学实验的基本素养。学生要注重原始实验数据的记录，实验报告的关键是进行实验数据的处理，实验结果的分析与讨论。对于综合性实验是综合所学的专业知识，强化灵活运用专业知识的训练，要求学生能够掌握实验方案的制定、实验仪器设备的调试，实验报告的数据分析等各环节，以培养学生的工程实践能力。实验报告要写有完整的数据记录及数据处理结果。结果分析说明所测数据存在问题，并提出改进意见。设计性实验，是学生自行提出有创意的实验方案，教师对实验方案进行评价，从理论上分析和讨论方案的可行性，并最终实施解决。学生要完成查阅资料、设计方案，确定实验步骤，培养协同合作的团队精神。要求学生分析实验结果，写出报告或小论文。（2）教学方法设计。在调研的基础上，采用“模块化+个性化”的实践教学理念，更新师生的教学理念，注重培养学生的实践能力。逐步完善实验教学内容与方法，并建立起实验教学的管理制度和相应的评价体系。在教学上应设计出实验的流程，给学生留下思考的空间，并对其进行个性化的启发和指导。由学生确定实验步骤，根据相关实验所需设备、仪器及试剂等要求，选择恰当的实验装置或对实验仪器进行组装、校准。在实验教学中要求设置的问题能为学生提供多种可选原理和仪器。学生带着问题去思考，尝试不同实验方法的可行性，以优化实验过程的效果。学生不仅开拓了思路，极大地提高了动手能力，还培养了对实验课的兴趣。

3.翻转实验教学。“翻转教学”就是将以教师为主的课堂教学和以学生为主的课外学习交换位置，实现以翻转学习为主的课堂教学方式。建立翻转课堂实验教学模式，首先要明确教师与学生在实验课前、课堂以及课后的具体任务。（1）实验课前学习。在实验课前，学生根据教师安排的实验任务，自主安排学习时间和地点。教师为学生提供详细的课前指导材料，包括在网络平台等资源，学生与教师通过互动交流，明确实验中存在的问题，极大激发了实验学习的兴趣。（2）实验课堂学习。学生按4—6人分组，在教师的指导下，分工合作完成实验。由于实验操作过程的实时性和不可重现性，教师只有在实验课堂上观察每个学生的实验情况，才能对学生的真实操作水平做出客观评价。学生首先明确实验过程中的重、难点问题，教师引导学生独立思考并解决问题，培养学生的求知欲。教师要了解学生对实验内容的掌握情况，引导学生对实验内容进行总结和分析。（3）实验课后学习。在实验课后开展小组讨论，巩固实验知识点。教师与学生交流得到反馈信息，了解学生实验过程存在的问题。对学生的实验结果进行评价，强调学生在今后实验中应注意的问题。

4.充分调动学生积极性。陈旧、落后的实验设备极大地抑制了学生的实验兴趣和对新知识的渴望。随着国家对高校经费投入力度的不断加大，实验室各种新型实验仪器设备得到很大提升。高校各专业实验室已经具备了从基础实验到进行高水平实验的实力，对先进的仪器和相关领域较前沿的实验方法学生有着浓厚的兴趣，学生也迫切希望能用先进的仪器设备进行实验。同时，现代化设备需要学生具有相关的专业知识，从而激发了学生对理论课程的学习热情。

在实验教学中要避免满堂灌式教学方法，教师提示实验操作的关键步骤和注意事项，让学生自己动手实践，教师要为学生留下思考的余地，培养学生在实验过程中能透过现象去发现问题的本质，激发学生的求知欲。

5.因材施教。实验教学应注重对不同能力的学生因材施教，按照学生实验的差异开展分级教学。工科实验教学从博士、硕士到本科，每个层次都有各自的实验教学模式。层次越高学生独立性的成分就越多。

三、实验师资建设

若实验教师工程实践能力薄弱，会对学生科技创新思维缺少正确的引导，学生在实验过程中碰到问题不能得到及时解答，从而丧失了对后续实验的兴趣，学生实验学习的积极性受到严重影响，实验效果也达不到预期的目标。学生实验创新的思路、能力往往受实验教师的直接影响。因此，强化实验师资队伍建设尤为重要。

四、开放性实验室建设

开放性实验室是工科院校实验室体系改革的方向，学生可根据自己的计划到实验室预约实验时间。如何能科学合理安排开放时间，既能充分利用有限的实验室资源，提高仪器的使用率，又能给学生提供一个自由、独立实验的空间，是开放性实验室教学中急需解决的问题。实验室可将内容相关、时间安排上能衔接的实验项目集中开设，这样便于实验室管理，学生也能根据自己实际情况选择实验时间。开放性实验室能够真正体现以学生为主体的教学方针，充分发挥学生的主观能动性，有效提高学生的实践能力以及科研能力。

结论：

本文分析了高校工科专业实验教学中存在的问题。通过加强工科实验教学环节，促使学生更好地掌握所学理论知识。具体来说，高等工科院校开设实验课的教学改革包括以下内容：

1.以“验证性实验”逐渐过渡到“综合性实验”和“设计性实验”。培养学生在实验过程中能透过现象发现问题本质属性的能力，构建严谨的实验思维方法与打造实事求是的科学精神。

2.开展实验教学设计，基于“模块化+个性化”模式，更新实验教学理念，注重培养学生实践能力和综合素质，加强实践环节的系统设计和规划，培养学生动手和实操能力。

3.充分讨论当前师资队伍对实验教学的影响，通过提高教师的实践能力，组织教师到企业参加实践锻炼，对当前工科专业人才培养实践教学具有重要的意义。

参考文献：

[1]王文生，史晓娟，王晓敏.提高工科本科实验教学质量的思考与建议[J].中国印刷与包装研究，2012，4（4）：57-60.