客慧明 林興桃 趙靖強 任海榮北京工業(yè)大學(xué)環(huán)境與能源工程學(xué)院 北京 100124

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探索實驗教學(xué)新模式

客慧明 林興桃 趙靖強 任海榮
北京工業(yè)大學(xué)環(huán)境與能源工程學(xué)院 北京 100124

摘 要：實驗教學(xué)是高校教學(xué)工作的關(guān)鍵環(huán)節(jié),也是提高人才培養(yǎng)質(zhì)量以及培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維和能力的重要途徑。本文結(jié)合北京工業(yè)大學(xué)基礎(chǔ)化學(xué)實驗中心在創(chuàng)新實驗教學(xué)中的實踐經(jīng)驗，詳細闡述了實驗開展過程中的重要環(huán)節(jié)和最終產(chǎn)生的良好效果，并對關(guān)鍵問題進行了討論。在實驗教學(xué)中，為提高大學(xué)生的實踐能力、創(chuàng)新能力提供了較好的實驗教改經(jīng)驗。

關(guān)鍵詞：實踐能力；實驗教學(xué)；教學(xué)模式；創(chuàng)新實驗

實踐的觀點是辯證唯物主義認識論首要的基本觀點。一切自然科學(xué)都來源于實踐。實驗教學(xué)在高等教育中發(fā)揮著舉足輕重的作用。然而現(xiàn)實情況是實驗教學(xué)的重要性被嚴(yán)重低估。許多高校基礎(chǔ)實驗課程被大幅度壓縮。在這種情況下傳統(tǒng)的實驗教學(xué)模式已無法適應(yīng)社會對高等人才的需求。要想從根本上提高大學(xué)生的綜合素質(zhì)，需要高度重視實驗教學(xué)，特別是基礎(chǔ)實驗教學(xué)。同時，高校要根據(jù)自身情況，探索適合自身特點的新的實驗教學(xué)模式[1-5]。為此，北京工業(yè)大學(xué)基礎(chǔ)化學(xué)實驗中心以創(chuàng)新實驗課題為基本內(nèi)容，以學(xué)生自主完成實驗課題為基本形式，開展了創(chuàng)新實驗的探索。為培養(yǎng)學(xué)生的實踐能力提供了新的思路。

1 創(chuàng)新實驗教學(xué)的設(shè)計

1.1 創(chuàng)新實驗教學(xué)的初衷

工科類高等院?；瘜W(xué)相關(guān)專業(yè)的基礎(chǔ)實驗課程被大幅壓縮，學(xué)生缺乏基本的實驗技能訓(xùn)練。這導(dǎo)致許多學(xué)生畢業(yè)時都沒有掌握基本的實驗操作。為了讓學(xué)生在課時嚴(yán)重不足的情況下熟練掌握基本實驗技能，我們建立了開放實驗平臺為學(xué)生提供充足的訓(xùn)練條件。

1.2 創(chuàng)新實驗教學(xué)的內(nèi)容

以培養(yǎng)學(xué)生實驗技能為目標(biāo)，以完成實驗項目為手段，將學(xué)生的興趣與課題結(jié)合起來，培養(yǎng)學(xué)生查閱文獻、分析問題、解決問題及團隊協(xié)作的能力。通過對課題的深入了解、實驗設(shè)計、實驗完成、實驗總結(jié)、課題答辯等環(huán)節(jié)， 培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、實踐、探究、總結(jié)、表達等能力，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣， 讓學(xué)生在自主實踐過程中掌握實驗的基本技能和科學(xué)研究的基本方法。

1.3 教學(xué)方式

以學(xué)生自主實踐為主教師引導(dǎo)為輔，完成相關(guān)實驗課題。學(xué)生查閱文獻并提出實驗方案。教師判斷方案的可行性并與學(xué)生探討進一步優(yōu)化實驗方案。在這一過程中教師會引導(dǎo)學(xué)生補充必要的理論知識和規(guī)范基本實驗操作。實驗方案確定后，學(xué)生獨立執(zhí)行。課題完成后學(xué)生要處理數(shù)據(jù)、總結(jié)實驗、撰寫論文及答辯。教師會根據(jù)學(xué)生所處的不同階段進行恰當(dāng)?shù)囊龑?dǎo)、規(guī)范和糾正。創(chuàng)新實驗對本科生來說是新鮮事物，完成課題具有一定的挑戰(zhàn)性，這樣更能激發(fā)學(xué)生的興趣[6]。

1.4 組織形式

由于受實驗室資源的限制，創(chuàng)新實驗每期限20名對科研感興趣的同學(xué)參加。由每位教師向?qū)W生介紹自己設(shè)計的課題，學(xué)生自行選擇課題并組成兩人實驗小組。每個小組均由專門的教師負責(zé)，引導(dǎo)學(xué)生理論知識的學(xué)習(xí)和操作技能的訓(xùn)練，對學(xué)生的論文進行審閱和提出修改意見。而學(xué)生則根據(jù)自己的時間安排實驗[7-10]。

1.5 考核方式

創(chuàng)新實驗本著鼓勵成功允許失敗的原則對每位同學(xué)進行考核?？己酥饕槍φn題進行的過程，以論文和答辯的方式進行。該過程主要培養(yǎng)學(xué)生的總結(jié)及表達能力。創(chuàng)新實驗并不要求每位學(xué)生都能圓滿完成自己的課題。

2 創(chuàng)新實驗教學(xué)的過程

創(chuàng)新實驗過程包括選題、討論、實驗、數(shù)據(jù)處理及論文撰寫、考核等五個階段。

2.1 選題階段

目的是讓學(xué)生了解課題內(nèi)容，并選擇自己感興趣的課題。教師將創(chuàng)新課題公布在網(wǎng)上，供學(xué)生了解。兩周后，學(xué)生們集合起來聽每位教師對自己課題的詳細介紹，并根據(jù)自己的興趣做出選擇。

2.2 討論階段

目的是了解學(xué)生理論知識及實驗技能方面的不足，引導(dǎo)學(xué)生制定自學(xué)和實驗技能培訓(xùn)計劃。學(xué)生選擇課題后，將與指導(dǎo)教師進行單獨討論。討論過程中學(xué)生將了解更加詳細的課題背景，以及需要具備的理論知識和基本技能。教師將了解學(xué)生的時間安排，以便更好地輔導(dǎo)學(xué)生。討論完畢后，教師培訓(xùn)學(xué)生查閱文獻。學(xué)生在進入實驗階段前閱讀文獻并提出自己的設(shè)計方案。第一次討論如果不能達到目的，教師會安排第二次討論。討論階段能進一步激發(fā)學(xué)生對課題的興趣。

2.3 實驗階段

目的是培養(yǎng)學(xué)生的實踐能力。學(xué)生經(jīng)過前期的理論學(xué)習(xí)和技能訓(xùn)練后，根據(jù)實驗方案獨立完成課題。這個過程是復(fù)雜的實踐與認識的過程。學(xué)生在實踐中不斷發(fā)現(xiàn)問題并解決問題，教師只對學(xué)生實驗過程中遇到的難點給予引導(dǎo)和啟發(fā)[11]。

2.4 數(shù)據(jù)處理及論文撰寫階段

目的是培養(yǎng)學(xué)生的分析總結(jié)能力和論文撰寫能力。學(xué)生通過對實驗過程的梳理和實驗數(shù)據(jù)的分析，既能發(fā)現(xiàn)實驗過程中的不足，分析實驗成敗的原因，還能進一步提出改進意見，是學(xué)習(xí)過程的升華。論文撰寫過程是總結(jié)的過程也是再實踐再認識的過程。通過論文撰寫能夠提升學(xué)生的成就感和從事科研活動的信心。

2.5 考核階段

目的是讓學(xué)生展示創(chuàng)新實驗的收獲，培養(yǎng)學(xué)生的表達能力，增強學(xué)生的成就感。同時，教師通過觀摩和交流進一步提高自己指導(dǎo)學(xué)生的能力?？己说闹攸c是學(xué)生參與創(chuàng)新實驗的過程以及學(xué)生在實驗技能、查閱文獻、解決問題方面是否有所收獲。即使實驗失敗了我們也要求學(xué)生認真分析失敗的原因和改進的方向。

3 創(chuàng)新實驗教學(xué)的效果

經(jīng)過十年的不斷摸索和完善，北京工業(yè)大學(xué)基礎(chǔ)化學(xué)實驗中心的創(chuàng)新實驗課程共完成課題78項，參加實驗的教師也由起初的四人增加到了九人，學(xué)生共計170余人。建立并完善了為本科生提供服務(wù)的創(chuàng)新實驗平臺，并發(fā)表多篇實驗教學(xué)論文。

創(chuàng)新實驗激發(fā)了學(xué)生對化學(xué)相關(guān)學(xué)科的興趣使學(xué)生自主學(xué)習(xí)的積極性得到充分調(diào)動；在實驗操作、數(shù)據(jù)處理、分析問題及解決問題、論文撰寫等能力方面都得到有效提高；在端正學(xué)習(xí)態(tài)度、培養(yǎng)團隊精神方面得到了培養(yǎng)和鍛煉。同時也加深了學(xué)生對科學(xué)研究的正確認識，提高了學(xué)生處理問題的綜合能力，為本科生順利完成畢業(yè)設(shè)計以及繼續(xù)進行學(xué)業(yè)深造奠定了良好的基礎(chǔ)。

4 創(chuàng)新實驗的體會

4.1 興趣是最好的老師

教師在教學(xué)時積極引導(dǎo)，培養(yǎng)學(xué)生在化學(xué)實驗方面的興趣是十分重要的。我們開發(fā)的實驗項目盡量貼近學(xué)生的生活，盡量貼近學(xué)生關(guān)注的熱點，同時課題的難度適中。這樣設(shè)計出來的課題既能吸引學(xué)生，又不會因為太難而令學(xué)生止步。這樣的課題會讓學(xué)生覺得自己學(xué)習(xí)的理論知識和實驗技能是有實際用處的[12]。

4.2 綜合能力的培養(yǎng)是創(chuàng)新實驗的靈魂

(1)培養(yǎng)學(xué)生查閱文獻的能力。創(chuàng)新實驗不是傳統(tǒng)實驗教學(xué)的復(fù)制和延續(xù)，而是以自主實踐能力為核心的綜合能力的培養(yǎng)過程。學(xué)生要分析并解決實驗中遇到的問題，需要培養(yǎng)查閱文獻的能力。教會學(xué)生如何有效地利用圖書館及網(wǎng)絡(luò)資源是創(chuàng)新實驗?zāi)芊耥樌M行的關(guān)鍵。

(2)培養(yǎng)學(xué)生分析問題的能力?；瘜W(xué)是一門以實驗為基礎(chǔ)的自然科學(xué)，每一個實驗現(xiàn)象及結(jié)果都需要認真觀察和分析。在實驗過程中，學(xué)生對實驗現(xiàn)象或?qū)嶒灁?shù)據(jù)分析的不夠透徹往往得出錯誤的結(jié)論。這些都是實驗過程中必須經(jīng)歷的過程，也是學(xué)生積累經(jīng)驗、磨煉意志的過程。這時候教師適當(dāng)?shù)膯l(fā)與引導(dǎo)會培養(yǎng)起學(xué)生細致觀察和分析問題的能力。

(3)培養(yǎng)團隊協(xié)作精神。在實驗過程中每兩人組成一個小組，在小組內(nèi)部兩人協(xié)商尋找解決問題的思路。同時，小組之間也可以互相討論，互相幫助。這樣不僅有助于學(xué)生之間取長補短，而且還有助于培養(yǎng)學(xué)生的團隊精神，為日后走上工作崗位培養(yǎng)良好的團隊協(xié)作能力。

(4)培養(yǎng)分析總結(jié)能力。創(chuàng)新實驗要求學(xué)生撰寫科研論文。在撰寫論文時，既要使用正確的資料統(tǒng)計分析方法，又要科學(xué)準(zhǔn)確描述和解釋實驗結(jié)果。所以，創(chuàng)新實驗過程也是不斷總結(jié)和分析的過程。在這個過程中學(xué)生不僅要對實驗背景材料進行深入分析，還要對每一組數(shù)據(jù)和現(xiàn)象進行深入的剖析。所以，在完成創(chuàng)新實驗后學(xué)生的分析總結(jié)能力都得到了一定程度的提高。

(5)培養(yǎng)表達能力。答辯是創(chuàng)新實驗考核的重要環(huán)節(jié)，學(xué)生通過PPT把自己的實驗過程及結(jié)論講解給大家，并回答教師所提出的問題。這對學(xué)生表達能力的提高有極大的促進作用。

4.3 創(chuàng)新實驗促進了實驗室開放

創(chuàng)新實驗是開放式實驗教學(xué)，這要求實驗室有足夠的開放時間保證學(xué)生能夠按照自己的意愿來安排實驗。同時學(xué)校也應(yīng)提供必要的支持來滿足學(xué)生的需求。

4.4 創(chuàng)新實驗對教師提出了更高的要求

第一，要求教師不斷學(xué)習(xí)、積累經(jīng)驗與學(xué)生共同成長。創(chuàng)新實驗要求教師能夠開發(fā)出貼近生活，貼近社會熱點，貼近學(xué)生的實驗課題。這些課題不僅要專業(yè)而且要能夠吸引學(xué)生的參與。否則枯燥的課題只會將學(xué)生拒之門外。這不僅要求教師要具備極高的專業(yè)素養(yǎng)，還要廣泛涉獵，同時要求教師能走進學(xué)生，了解學(xué)生的生活、興趣以及關(guān)注的焦點，在不斷學(xué)習(xí)中積累經(jīng)驗與學(xué)生共同成長。

第二，要求教師走下講壇聆聽學(xué)生。創(chuàng)新實驗是以學(xué)生為主的實踐活動。教師的教學(xué)理念必須適應(yīng)這一要求，教師要從講授者、指揮者轉(zhuǎn)變成聆聽者、啟發(fā)者。

第三，教師要關(guān)注學(xué)生的心理變化。創(chuàng)新實驗是一個復(fù)雜的學(xué)習(xí)過程，在遇到困難時有些學(xué)生會出現(xiàn)較大的心理波動。這要求教師能及早發(fā)現(xiàn)，適時激勵學(xué)生克服困難樹立面對困難的決心和勇氣。

第四，要求教師甘于奉獻。創(chuàng)新實驗是利用學(xué)生課余時間來完成的，這要求教師要樂于為學(xué)生付出更多的時間和精力。

5 創(chuàng)新實驗遇到的問題

5.1 有些學(xué)生看中的是學(xué)分而不是興趣

創(chuàng)新實驗之初，同學(xué)們是憑著興趣來參加的，而現(xiàn)在有些同學(xué)是為了學(xué)分來參加實驗。這與創(chuàng)新實驗的初衷不相適應(yīng)，同時也浪費了大量寶貴的實驗室資源。

5.2 創(chuàng)新實驗需要新的評價體系

創(chuàng)新實驗是一個長期的建設(shè)過程，而傳統(tǒng)的評價體系卻只關(guān)注論文、專利等評價指標(biāo)。這樣的評價體系不符合實驗教學(xué)的內(nèi)在規(guī)律，也無助于創(chuàng)新實驗教學(xué)的健康發(fā)展。

6 結(jié)束語

化學(xué)是一門以實驗為基礎(chǔ)的自然科學(xué)。實踐本身就是化學(xué)教學(xué)中不可或缺的重要環(huán)節(jié)。創(chuàng)新能力的培養(yǎng)離不開學(xué)生對基本實驗技能的熟練掌握。脫離了化學(xué)基礎(chǔ)實驗教育來培養(yǎng)高素質(zhì)人才是舍本逐末。在當(dāng)前形勢下，高校更應(yīng)該重視實驗教學(xué)，加強對基礎(chǔ)實驗教學(xué)的投入，重視學(xué)生基本實驗技能的培養(yǎng)和訓(xùn)練，為我國高素質(zhì)創(chuàng)新人才的培養(yǎng)奠定基礎(chǔ)。

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項目教學(xué)法課程應(yīng)用專題

Exploration of Innovative Experiment Teaching

Ke Huiming, Lin Xingtao, Zhao Jingqiang, Ren Hairong
College of Environmental and Energy Engineering, Beijing University of Technology, Beijing, 100124, China

Abstract:Experiment teaching is a major component of the instructional work in higher education, and it is the important way to improve the quality of talents training. It is also the way to cultivate students’ creative thought and creative ability. Teaching experiences of innovative experiment in laboratory center of basic chemistry in Beijing University of Technology is summarized in this paper to describe the whole process of the question for study in details, including the important steps and the excellent effects of the innovative experiments, and making some discussion to the key questions. This paper gives the experience on how to enhance students' ability of practice and creativity in laboratory teaching.

Key words:practice ability; experiment teaching; teaching formats; creative experiment

收稿日期：2015-10-14

作者簡介：客慧明，碩士，助理研究員。

基金項目：北京高等學(xué)校青年英才計劃入選人員項目“基礎(chǔ)化學(xué)實驗交互性教學(xué)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的建設(shè)”(編號：YETP1609)。