问题引领式应用型本科实验教学模式的探究

王鲁云， 于海霞， 李美花， 许少娟， 刁立强

(大连理工大学 城市学院，辽宁 大连 116600)

问题引领式应用型本科实验教学模式的探究

王鲁云， 于海霞， 李美花， 许少娟， 刁立强

(大连理工大学 城市学院，辽宁 大连 116600)

依据应用型人才培养总目标，对实验教学的根本任务、目标定位和应发挥的作用，以及以实验问题研究为引领的实验教学开展模式，引领问题题目的设计理念，和应达到的功能效果等问题进行了分析和介绍，辅助以强化对实验问题研究效果的考核手段，使学生分析问题和解决问题的能力得到同步提升。

实验研究过程； 问题引领； 虚拟实验; 教学模式

0 引 言

随着社会快速发展，高等教育结构性矛盾显得越发突出,为此《国家中长期教育改革和发展纲要(2010～2020)》明确提出了“重点扩大应用型、复合型人才培养规模”的要求。目前,包括“985”和“211”在内的130余所高校提出了转型申请，更有数量庞大的转型试点专业获得地方政府审批和资助。但是,由于高等教育长期以来形成的传统意识和运行轨迹的改变，还需要不断探索的过程[1]，虽然在培养计划上，都采取了将不同数量的理论课学时置换为实验教学学时，以加强实验教学的分量，但是在实验教学长期存在的共性问题的研究和解决上还明显滞后[2]，若这些问题不能及时解决，则学时调整非但不能达到有效的应用型人才培养效果，甚至严重的还将会形成“兴弊除良”的负面效果。

针对应用技术型本科实验教学共性问题的研究，本文从实验教学的根本任务出发，就实验教学的理念认识、解决思路、实施方法等方面的问题进行了系统分析，力图从更基础的层面上得到关于实验教学共性问题的发现和解决答案，使得到具有更广适用面的解决策略。

1 应用型本科实验教学几个基本问题的思考

1.1 应用型本科实验教学的根本任务是什么

应用型本科实验教学的根本任务是什么？对这个问题有一个清晰正确的认识，就会对实验教学的健康发展起到很好的引领和促进作用。认为这个问题的回答应该是：“培养和提高学生运用理论知识分析和解决实际问题的能力”，这个答案不但明确了任务目标，更重要的是还给出了完成任务应依据的对象，回答了应用型人才到底是“应用”什么的问题。但在这个问题的讨论上，还有一种其他的观点，即把实验教学的任务限定在“培养和提高学生分析和解决实际问题的能力”，而把涉及理论知识的部分归结到理论教学上，在理论和实验两大教学环节上各自完成自己的功能，最后在学生客体上自我综合，进而形成“培养和提高学生应用理论知识分析和解决实际问题的能力”这一总的培养任务的实现。

从学生最终得到能力培养，两者似乎没有本质差别，但是如果用后者倾向于单纯用“培养和提高学生分析和解决实际问题的能力”来作为实验教学的任务和指导思想，就很容易出现把理论放在一边，专注于结果的实验行为和倾向，其典型的特征是只要看到结果就是完成实验，而对出现结果所需的各种条件却不去研究，严重的忽视了在这个更大的视域下，存在着大量的理论教学不曾涉及的与之并行的其他相关理论的研究和应用[3-4]，没有注意到实验教学中“运用理论”的内涵，不仅仅是指支撑该实验结果的核心理论，还必须涵盖能对实验中各种问题和现象进行解释的相关理论，高质量的实验应该是理论和实践双丰收，很难说实验中两者谁更重要，两者水乳交融密不可分。因此说，在实验教学的根本任务中，“理论”和“解决问题”两者必须紧密联系，缺一不可[5]。

1.2 应用型本科实验(践)教学的定位及改革方向

在传统的本科教学中，实验教学是处于帮助理解理论知识的从属位置[6-7]。通过对教学实践的总结，在应用型人才培养任务下，理论与实践教学关系的定位应该是：以理论教学建立知识体系为基础，以实验(践)教学培养高质量的应用能力为成果体现，对应用能力产生直接作用的实验(践)教学环节应处于人才培养体系结构的顶尖。应用型人才培养的质量如何，主要不是看理论知识学得有多好，而是要看学生能在多高多广的层面上，体现出应用理论所取得的实践成果[8-10]。因此，相对于其他类型本科，它的实验教学成果必须更加丰满，它涉及的问题必须是多层面的、具有工程效用的，是以一个或多个与实验项目相关的理论为核心，具有充分外延性的实验(践)。虽然目前高校广泛采取了减少理论学时、增加实验(践)学时，以及减少验证型实验、增加设计型和综合型实验等改革方向，但由于大多数学校还在沿用传统的“预习报告+实验指导+总结报告”这种三段式实验教学基本形式，这种形式与学生在更加宽广的思维和视野下开展实验教学这一更高的定位要求已极不适应，成为实验(践)教学上升到新台阶的瓶颈。探索一种能与新要求相适应的实验教学开展的一般形式，已经成为实验教学改革需要研究的重要方向之一。

1.3 实验教学开展形式中的“两步走”及功能分析

研究应用型本科实验教学开展形式的基本特征，有利于认识它的内在规律，在各环节中设计恰当的功能，充分发挥各自作用。

现从本科教学的一般过程分析入手，把这个过程从总体上分解为如图1所示的正向和逆向两大研究过程。

图1 教学过程分解图

在图1中，正向研究过程泛指理论教学过程，其作用主要是打牢理论知识基础，构建专业知识体系，它的学习形式都是基于抽象思维，用推理和计算的方法获得对某个命题的研究结论。而实验教学过程则是与之相对应的逆向研究过程，它是由得出的理论结论出发，经过对实验条件的“研究与创建”和“观测与调试”这两大环节，构成了完成实验教学所需的 “两步走” 的过程。第1步实验条件的“研究与创建”，是指对需要完成某项实验所需的各种条件的研究，包含了与之对应的理论、各项实验参数的设计计算、实验步骤的设计、测试的方法与要求、各种现象的预判、故障情况的排除等问题；第2步“观测与调试”是指在实验室环境下，观察依据研究的条件所构建实验的状况。将上述实验过程划分的两大步简单概括为实验研究和结果测试，这样划分的意义：①它指出了图1中左侧的“命题”和右侧的“理论结论”之间是通过不同渠道建立的联系形式，各渠道分别具有完全不同的教学手段和形式，在降低实验教学目标和要求的情况下，逆向研究的许多问题被忽视，正、反向的两个渠道将会回到单一渠道的模式，实验教学成为理论教学的“背书”，这是应用型实验教学的大忌；②它指出了实验教学具有研究和实践双重属性[11-12]，区别了一般的把实验教学过程局限在实验室内完成的认识，强调了实验教学存在的且必须予以重视的另一重要过程——“实验研究过程”，并希望人们对实验研究过程所具有的巨大潜在价值引起足够的重视。

决定实验能否成功的关键在于图1中的第1步，应用型人才培养措施最终的落实也在于这第1步。图2中给出了针对第一步(实验研究)的任务剖析图，从中可以清楚地看到，在实验条件的研究中，运用理论研究结果，只是N多条件研究中的一个，虽然它是所有条件中最重要的，但是其他任何条件都是无法回避的客观存在的，任何一个微小条件的缺失，都会招致实验失败，这便是在理论课中抽象研究和在实验课中对真实条件研究的差别。我们培养应用型人才始终不尽人意，很重要的一条，在实验教学过程中，大家都是把眼光局限在“理论结论”→“运用理论研究成果” →“观测与调试”这一条主线上了，没有积极的挖掘实验教学潜在的巨大价值，葬送了学生借助实验增加各种感受和锻炼的机会(学生做实验总显得“笨手笨脚”，缺乏条件研究的培养是其中一个重要原因)。

图2 第1步(实验研究)任务剖析图

还要强调的是，不管是验证型、设计型还是综合型实验，都符合实验教学需要“两步走”这一结论。只有有了实验研究环节，实验才不会走马观花，才可以把实验教学引向深入，应用型人才所需要的综合素质才能得到扎实培养。以一个最最简单的万用表的使用这样一个了解性的实验为例，如果只是告诉学生该怎样使用操作万用表，那么方波和三角波的电压可以测量吗？它的示数该怎样解读？道理是什么？1 kHz的正弦波电压可以用万用表测量吗？为什么？同一个高阻电压源，为什么用不同型号的电压表测量的电压值各不相同？误差可以校正吗？测量电路某两点之间的电阻值，可以带电测量吗？类似这样的问题还可以例举许多，这些问题不解决，可以说学生会使用万用表了吗？他具有工程素质吗？这个简单例子说明，就实验教学的某个项目来说，实际上是给学生提供了一个广泛的发散的问题研究平台，充分自觉的利用好它，不但可以使实验得以深入，更重要的是它是培养学生工程素质的唯一重要的机会[13]，而没有工程素质培养的学生是成不了应用型人才的。这就是为什么要强调实验教学所具有的研究性属性，以及要把它作为实验教学过程中专门的“第1步”的过程来加以对待的原因。

2 实验研究过程开展形式的探讨及体会

现在一些高校在尝试将理论和实验合并的一体化教学模式，这种模式打破了理论和实验教学的界限，对于帮助学生理解理论知识、了解实验原理都有很好的补益[14]。但这种方法也存在着明显不足:①它严重的弱化了理论教学培养学生抽象思维能力的作用，把困难问题都用实验观察的方法解决，学生一旦失去抽象思维的能力，学习也就终止了；②在实验教学中，实验研究的关注点应具有很强的发散性，使问题辐射到与之相关的各方面，多想多研究才能使实验成果丰富，为学生打下宽厚的能力培训基础，这才是培养应用型人才工程能力的解决之道。显然一体化教学在这两个方面都有难以弥补的弱点，还需要探索其他解决的办法。

2.1 问题引领式实验教学的基本模式

所谓问题引领式实验教学模式，就是在实验课开始之前，给学生安排一个自行开展实验问题研究的学习过程，用以完成实验教学“两步走”的第1步。具体的做法是，在实验教材的每一个实验项目中，先将有关的理论知识进行必要的铺垫，然后在预习思考题中，就实验中诸如电路原理、测试方法、操作步骤、现象研判、故障排查等各种实验理论、方法和情景等问题设计成一套内容完整的预习思考题，供学生开展实验研究。与一般教材只有3～5道预习思考题不同，它是由几十道涵盖了实验条件研究各部分的思考题构成，形成了由量变到质变的升华。它第1个功能是把与实验相关的各种理论问题进行一次梳理，第2个功能是把实验的原理、方法和步骤让学生更扎实的掌握起来，第3个功能也是最重要的是，要通过实验问题引领，把实验中可能出现的包括正常和异常的各种现象预想出来，让学生运用理论进行分析判断、做出处理预案，使实验在预习问题的引领下，预先在头脑中进行一次虚拟的演练，做好实验前充分准备，做到“未雨绸缪”。这样学生在做实验时，对每一步的结果是什么样，心中有明确的预期，对了，则说明你的理论分析正确，把这样的分析方法作为实验收获肯定下来；错了，则运用各种实验预案予以解决。整个实验是在理论分析的引领下有序进行，体现了运用理论知识分析和解决实际问题的教学理念。

2.2 思考题设计应注意的几个问题

问题引领式的实验教学模式，核心思想是用理论研究驱动实验走向深入，使学生的实验不再具有盲目性，要想实现这一预期，预习思考题的设计还应注意以下一些方面的问题。

(1) 预习思考题的内容必须要有完整的涉猎面，使之能够承担起实验教学过程“两步走”中第1步“实验研究”的重任，成为开展实验研究的优质平台。

(2) 因为预习思考题主要是供学生自主学习之用，所以对于一些分析困难的问题，要注意将难题进行分解、形成台阶，用循序渐进启发引导的办法，引领学生得到正确答案。

(3) 思考题应更多关注对实验现象的分析研判、实验故障的循迹排查、以及与实验相关的其他所有客观条件的研究，应充分认识到应用能力的培养需要扎根于广泛的基础性训练之中。

(4) 做预习思考题的最高境界，是要让学生能预先在头脑中把整个实验先虚拟的运转起来，爱因斯坦有句名言“想象力比知识更重要”，对于实验同样如此。因此，需要设计足够多的实验情景问题，引领学生的思维进入到虚拟实验状态中去，通过这样的预演使学生做到对实验胸有成竹。

2.3 改革预习检查模式，促进自主研究学习

重视实验研究过程的重要作用，并使其发挥出应有价值，不但要在预习思考题的设计上架构全面、精雕细琢，还要在考核方法上进行相应的调整。

传统的写实验预习报告的方法，由于对学生要求的目标表面化，学生只能写些格式化的东西，在一定程度上误导了学生实验预习的方向，造成空话多、抄袭多、区分难、成绩假的严重弊端。在实施了问题引领式的教学模式后，通过大量的预习思考题，把理论和实验紧密的联系在一起，对学生实验前应掌握的实验理论、技术方法以及各种情况的分析，都做了充分铺垫和具体要求，为改革预习报告形式创造了条件。具体的做法是，在每次实验课上课的头两分钟内，发给学生打印了两道与预习思考题相关的小测验纸条(分AB卷)，对于预习较好的学生可用1 min的时间完成答案，小测验在2 min内结束，没有很好预习的学生将很难在2 min内完成。预习小测验的特点是便捷、真实、激励效果明显，我们将小测验的分数设定在-50分～50分之间，得-50分的学生即使可能在其他考察环节取得一些分数，但最终本次实验的总成绩可能还是零分或负分。通过充分细致的问题引导和严格的预习要求，使实验研究这第1步做得深入扎实，实验教学效果自然也就能取得非常明显的提高。

3 结 语

面对应用型人才培养目标，只靠增加实验学时，而没有对实验教学的根本任务有明确的认识，没有根据这一认识创立与之相适应的实验教学模式，就无法获得令人满意的效果。问题引领式实验教学模式，根据对应用型人才培养要求的实验教学的内在规律的认识，把实验教学过程按照其本来面目，划分为实验研究和结果测试两大块，按照“两步走”的思路，把实验研究作为重要的第1步，把理论引领、学生自主学习和虚拟实验的概念相结合，并运用有效的考核手段予以强化，体现了应用型本科实验教学“培养和提高学生运用理论分析和解决实际问题的能力”的根本任务。在实验教学中用问题研究开路，以把分析解决问题的方法归纳总结重新上升到理论认识层面为收获，使学生的实践能力不但是在操作层面的外在表现，更是在运用理论解决问题这一核心能力上得到了提高，顺应了应用型人才培养目标下的实验教学改革的发展方向。

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Research of Applied Undergraduate Experimental Teaching by Problem Leading Mode

WANGLuyun,YUHaixia,LIMeihua,XUShaojuan,DIAOLiqiang

(City College, Dalian University of Technology, Dalian 116600, Liaoning, China)

According to the applied talents cultivating overall goal, the basic task, basic form and basic role of experimental teaching are analyzed. The experimental study should be led by problems, and the design concept, teaching results and experimental effect of the problem leading mode are analyzed and introduced. With the exam of experimental effects, the new mode strengthens the student ability of solving problem and analyzing problem synchronously.

experimental research process; problem leading; virtual experiment; teaching model

2016-08-15

辽宁省普通高等学校本科教育教学改革研究项目(UPRP20140750)

王鲁云(1959-)，男,云南腾冲人，学士，副教授，电子与自动化学院副院长，研究方向为教学管理、电子技术应用。

Tel.:18940965359; E-mail: wangluyun9@163.com

G 642.0

A

1006-7167(2017)02-0192-04