应用型人才培养目标下的实验教学模式研究

蒲保兴，秦波莲

（1. 邵阳学院信息工程系，湖南 邵阳 422001；2. 邵阳学院教务处，湖南 邵阳 422001）

应用型人才培养目标下的实验教学模式研究

蒲保兴1，秦波莲2

（1. 邵阳学院信息工程系，湖南 邵阳 422001；2. 邵阳学院教务处，湖南 邵阳 422001）

实验教学是培养学生创新实践能力的必要手段，实验教学的改革是目前高校面临的一个重要课题。以构建主义的教学理论为指导，对基于应用型人才培养目标的实验教学模式进行了研究与探索，提出了分层次的实验教学模式，划分实验为基础性实验、提高性实验、研究和创新性实验三个层次。并为建设相应的实验教学平台提出了具体的措施。

建构主义；教学理论；分层次实验教学模式；实验室开放模式

0 引言

教育部制定了重大教育创新项目“卓越工程师培养计划”，要求高校通过优化人才培养方案和改革教育教学的手段，培养具有创新能力和实践能力的高质量工程技术专业人才[1-5]。实验教学作为教学体系的一个重要组成部分，在培养学生的创新精神、实践能力以及综合应用能力方面起到了至关重要的作用。大力开展实验教学模式的改革，构建新型的实验教学平台，是实现应用型人才培养目标的必要条件。探索和研究实验教学的新模式，对实验教学方法实施改革，是目前高校面临的重要课题。本文以构建主义[6]为理论依据，对面向应用型人才培养目标的实验教学模式进行研究和探索，提出了分层次的实验教学模式，针对我校计算机中心的具体实践，为构建该实验教学模式提出了具体的建设措施。

我校计算机中心作为信息工程系下辖的一个实验室建制单位，面向全校所有专业的学生，承担计算机公共课程的实验教学任务；面向信息工程系所有专业的学生，承担信息类平台课程“数据结构”、“计算机组成原理”的实验教学任务；并承担了“计算机科学与技术”、“网络工程”两专业的部分专业基础课程和专业课程的实验教学任务。具有面向学生广、实验资源丰富的特点。如何把计算机中心打造成培养学生实践能力、应用能力、创新研究能力的实验教学平台，需要探索新型的实验教学模式，并从实验室的硬件、软件和管理制度等方面入手进行建设。

1 建构主义教学理论概述

构建主义教学理论认为知识和能力的获取是学生在一定的情境下，通过对原有知识的改造和重组的意义建构，包括了同化和顺应和两个方面[7-9]。斯皮罗等人把学习划分为初级学习和高级学习两个阶段。在初级学习阶段，涉及的是结构良好领域的问题，这一阶段的知识具有确定性和普遍性的特征，学习者应注重分析和抽象，需要学习者不断温习、反复演练，才能达到熟练掌握的程度，即初级学习阶段是学习者通过大量的练习和反馈而熟练掌握知识的过程。在高级学习阶段，学习者涉及到的大量结构不良领域的问题，这一阶段是学习者对初级阶段所获知识的改造和重组后的意义建构，其知识具有概念的复杂性和实例的差异性的特征。要求学习者把握这种概念的复杂性并广泛灵活地应用到具体的情境中，并强调学习者的主动性和建构性[7]。在此基础上，乔纳生进一步提出了知识获得的三个阶段：初级知识获得、高级知识获得、专门知识学习。对这三个阶段的含义，文献[8]有详细的论述，如表1所示。

表1 建构主义的学习三阶段Tab.1 Three Stages of Learning of Constructivism

2 分层次的实验教学模式

为了使实验教学遵循建构主义的教学理论，应划分实验为三个层次：基础性实验、提高性实验、创新性和研究性实验，如图1所示。

图1 分层次的实验教学模式Fig.1 Hierarchical Experiment Teaching Mode

2.1 基础性实验

从建构主义教学理论的角度来看，基础性实验属初级知识的获得。学生通过完成基础性实验，能熟练掌握基本知识和基本技能。该层次实验所蕴含的知识应属于结构良好的领域，它们揭示了专业领域的一些基本概念、基本事实、原理和规则，是学习者进一步学习的基础和知识迁移的源泉。这类实验主要以课程实验的方式开出，大都为验证性实验，部分为较简单的综合性实验。实验者需要强化记忆、不断练习、反复演练，才能达到熟练掌握的程度。因此，这类实验必须进行严格的考试，考试的方式就是要求学生重现实验过程。为简便操作，可让学生通过随机抽取实验项目重现实验过程。实验室应具有开放机制[10-12]，让学生在开放的时间内对实验课内所做的实验进行预习或复习。

2.2 提高性实验

提高性实验属高级知识的获得，这类实验需要学生理解实验中所蕴含的知识，并能运用到具体领域的情境中去解决实际问题。这类实验强调学生在实验过程中的自主学习和知识迁移。提高性实验大都是设计性和综合性实验项目，是由指导教师在基础性实验的基础上选择性地进行扩展，教师以课题的形式布置任务，学生在教师的指导下自行设计实验方案，并由学生自选时间、自定实验内容在开放实验时间内完成。由于这类实验项目需要较长时间的准备和操作，难以用课堂教学的形式实施，故要求学生在开放的实验时间段内对进行实验准备、预处理和实验操作，然后统一安排时间进行考核，考核过程中要求学生演示实验过程，并提交实验报告，教师根据学生的实验过程和实验报告来评定成绩。

2.3 研究性和创新性实验

研究性与创新性实验是培养学生创新能力的精华部分，对应于建构主义教学理论的专门知识学习的获得，它们是以解决实际问题为主线的实验项目，由教师通过创建问题情境而设计的实验课题，或者是由学生通过联系实际生活所确定的实验课题，也可以是教师科研的子课题，还可以是参加全国大学生竞赛或省级竞赛的培训而衍生出的实验课题。每个课题对应一个小型的科研项目或创新实践项目，学生通过查阅资料，在指导教师的指导下自主设计实验方案后，在实验室开放的时间内自主完成实验，最终结果可以是发明专利，软件著作权登记、科研论文、参加各种竞赛所取得的成绩等多种形式。其目的是培养学生观察问题，分析问题和解决问题的能力，并培养其科学素养和创新精神，争取在研究创新实践中有所突破，有所创造。学生通过完成这类实验，使学生能在科研和创新实践上获得乐趣，提高其知识和能力，得到真正意义上的知识建构。这一部分的实验考核形式是成果。分层次的实验教学模式的实验设置情况如表2所示。

表2 实验设置情况Tab.2 The Status of Experiment Planning

3 实验平台的建设

分层次的实验教学模式必须要有相应的实验教学平台。针对我校计算机中心，应通过充实硬件设备，开发教学资源，改革实验室的管理制度和运行模式等手段来构建一个以应用型人才培养为目标的新型实验教学平台，该平台以开放模式为主要特征，平台建设的具体内容以下：

3.1 硬件的建设

在人、财、物以及政策上争取学校的支持，在原有实验仪器设备的基础上，更换过时老化的实验设备，添加新的实验设备，并对仪器设备进行优化组合，改造 “计算机基础实验分室”和“计算机专业实验分室”，同时增设了“研究性与创新性实验分室”。

实验室的硬件建设规模应适中，实验容量不能过小或过大，如过大，会浪费实验资源，如过小，将不能满足教学的需要。“计算机基础实验分室”和“计算机专业实验分室”的容量应按一周的实验课程需求来设定，考虑到基础性实验学生需要不断练习和反复演练，每个实验项目允许学生做3次，分别是实验预习，正式上课实验和实验复习，因此每周的实验容量应是每周实验课程需求容量的3倍。“计算机专业实验分室”要兼顾班级课程安排的场地冲突和学生重复练习的因素来确定实验室的容量。例如，对于“计算机基础实验分室”，若每星期的教学计划为8000人时数，设实验室的机位数为x，按每星期7天计算，每天10小时，则7×x×10÷ 3=8000，求得x=342个机位，即实验容量应为能同时容纳342个学生上机。而“研究性和创新性实验分室”的实验容量可以略小一些。可取“计算机专业实验分室”的实验容量的一半即可。

3.2 软件建设

软件建设包括:实验教学计划的制订和完善，实验教学资源的建设，开放制度的完善。

完善实验教学计划：实验教学计划应符合应用型人才培养目标的要求，应适当提高实验教学的力度，对于专业课程，实验课时应占总课时的三分之一以上，重要的课程应达总学时的一半以上。课程实验应分为两部分，基础性实验和提高性实验，其中基础性实验应占60%以上，基础性实验在课内完成。提高性实验主要为综合性和设计性实验，以及专业综合实验，这类实验以开放模式完成。研究性和创新性实验为学有余力的学生开设，这类实验由指导教师根据实验的成果来评定成绩。对于基础性实验和提高性实验的考试的成绩应在课程教学的成绩中占据一定的比例，不能低于30%。而研究性与创新性实验项目的成绩，可以为学生记相应的选修学分。

实验教学资源的建设：制定完善的实验教学大纲和实验教学标准。开发实验教学资源，合理地开设实验项目，每个实验项目必须具有完整的实验指导资料，这些资料应以文档形式，课件形式和视频形式发放至学生，以便学生预习和和实验时参考。

开放制度：实验室采用全天候的开放形式，除了实验课表占用的时间外，均对学生开放，其开放时间与图书馆自习室的开放时间相同。但学生必须采用预约审批的方式进入实验室。中心提前一周通过校园网公布每个实验分室的开放时间段和相应可容纳的学生数，学生可以通过校园网进行申请，中心指派专门的人员进行审批。为解决均衡问题，对每个基础性实验项目，规定每个学生只能预习一次和复习一次，而对于每个提高性实验，学生可以在开放的时间内作两次准备，且对这类实验，学生申请时必须提交实验设计方案，并获任课教师的申批同意。而对于研究性和创新性实验项目，学生申请后由指导教师和实验室管理人员共同审批后方可进行实验。开放时间内可安排实验管理人员值班，以学生自主实验为主，不安排指导教师。

4 结束语

从建构主义教学理论出发来探索实验教学的改革措施，提出了一种新型的实验教学模式，把实验划分为“基础性实验”、“提高性实验”、“创新性和研究性实验”的三个层次，分别对应于建构主义教学理论的“初级知识获得”、“高级知识获得”和“专门知识的获得”三个阶段。提出了适应这种实验教学模式的实验教学平台的建设措施与建设内容。

[1] 李德才, 王俊. 关于培养“卓越工程师”的几点认识[J]. 研究生教育, 2011, 1(3): 53-57.

[2] 曹卫锋, 宋寅卯, 郑安平. 本科阶段卓越工程师教育培养计划的研究与探索[J]. 中国现代教育装备, 2011, (13): 126-128.

[3] 侯永峰, 武美萍, 宫文飞等. 深入实施卓越工程师教育培养计划, 创新工程人才培养机制[J]. 高等工程教育研究, 2014, (3): 1-6.

[4] 顾嘉, 张航, 唐永升. 构建“卓越工程师教育培养计划”实施保障体系[J]. 教育与教学研究, 2012, 26(2): 59-63.

[5] 梁莉. 环境工程领域工程师计划本科层次实践教学体系构建[J]. 课程教育研究, 2012(11): 214-215.

[6] 尹观海, 方燕红. 从认知主义到建构主义的知识观转变与未来学习的变革[J]. 井冈山学院学报, 2005, 26(1): 117-119.

[7] 张建伟, 陈琦. 从认知主义到建构主义[J]. 北京师范大学学报, 1996, 50(4): 75-82.

[8] 罗礼进, 全宏瑞. 认知灵活性理论视野下的量子力学三层次教学模式探讨[J]. 牡丹江大学学报, 2009, 18(2): 105-107.

[9] 毛齐明. 建构主义学习理论的基本原理与学习模型[J]. 福建基础教育研究, 2016(1): 4-7.

[10] 蒲保兴. 开放性实验室建设的探索与思考[J]软件, 2017, 38(2): 6-9.

[11] 张琪, 林向东. 高校“开放性实验室”的建设与探索[J]. 海南大学学报, 2010, 28(3): 279-284.

[12] 张曼, 宋桂珍. 高校开放性实验室的研究与探索[J]. 实验科学与技术, 2015, 13(1): 143-145.

Research on Experimental Teaching Mode Based on the Target of Applied Talents Training

PU Bao-xing1, QING Bo-lian2
(1. Department of Information Engineering, Shaoyang College, Shaoyang 422001, China; 2. Academic Affairs Office, Shaoyang College, Shangyang 422001, China)

Experimental teaching is the necessary means to cultivate students' ability of innovation and practice. The reform of experimental teaching is an important subject facing colleges and universities at present. Based on the teaching theory of constructivism, this paper studies and explores the experimental teaching mode based on the goal of cultivating the applied talents. It puts forward the experimental teaching mode of hierarchical experiment, which divides the experiment into three levels, include foundational experiment, advanced experiment, studied and innovative experiment. This paper also puts forward specific measures of the construction of the corresponding experimental teaching platform.

Constructivism; Teaching theory; Hierarchical experimental teaching model; Laboratory open model

G642

A

10.3969/j.issn.1003-6970.2017.05.012

湖南省普通高校教改项目“构建应用型人才培养的计算机中心实验教学平台研究与实践”

蒲保兴(1965-)，男，教授，主要研究方向为网络编码和实验室教学改革研究；秦波莲(1968-)，女，本科，统计师，主要研究方向为实验室教学管理。

蒲保兴(1965-)，教授，主要研究方向为网络编码和实验室教学改革研究。

本文著录格式：蒲保兴，秦波莲. 应用型人才培养目标下的实验教学模式研究[J]. 软件，2017，38（5）：55-58