陳文倩, 宋 軍, 顏忠誠, 張志強, 藍(lán)葉芬

(1. 首都師范大學(xué) 國有資產(chǎn)管理處, 北京 100048; 2. 首都師范大學(xué) 財務(wù)處, 北京 100048; 3. 首都師范大學(xué) 地理科學(xué)與技術(shù)國家級實驗教學(xué)示范中心, 北京 100048)

實驗室是高校教學(xué)和科研的重要基地,是新形勢下培養(yǎng)人才、開展科學(xué)研究和服務(wù)于社會現(xiàn)代化建設(shè)的主要場所,是衡量高校辦學(xué)水平的重要因素之一[1]。簡單地按功能區(qū)分,高校實驗室一般分為兩種類型：教學(xué)實驗室和科研實驗室。實驗教學(xué)是激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新能力、培養(yǎng)學(xué)生動手技能的重要方法。高校實驗教學(xué)體系的概念為實驗教學(xué)活動中各要素之間按照一定的秩序和內(nèi)部聯(lián)系而構(gòu)成的有機系統(tǒng)。該體系圍繞人才培養(yǎng)為中心,其根本宗旨是培養(yǎng)和提高學(xué)生的綜合素質(zhì)能力。高校實驗室體系構(gòu)建的主要內(nèi)涵包括實驗室類型的劃分、基本功能和主要面向?qū)ο?以及實驗室的運行機制等。本文重點研究教學(xué)實驗室創(chuàng)新性體系構(gòu)建問題。

1 教學(xué)實驗室的體系創(chuàng)新

1.1 傳統(tǒng)實驗教學(xué)體系存在的問題

在傳統(tǒng)教育觀念中,有著“重理論、輕實驗,重課堂教學(xué)、輕實驗教學(xué)” 的傾向。我國高校在實驗教學(xué)體系建設(shè)上尚未形成統(tǒng)一的認(rèn)識,更沒有把創(chuàng)新能力培養(yǎng)作為體系設(shè)計的核心和首要任務(wù)[2]。傳統(tǒng)實驗教學(xué)體系的運行主要存在著以下問題：實驗教學(xué)管理制度不規(guī)范、不健全；實驗教學(xué)理念相對滯后,不夠重視調(diào)動和啟發(fā)學(xué)生的積極性,在一定的程度上忽視了對學(xué)生實踐創(chuàng)新技能的培養(yǎng)；實驗教學(xué)方法和手段單一,采用的還是傳統(tǒng)的教師教授、學(xué)生接受的模式；實驗項目內(nèi)容形式單一、更新速度慢,往往按理論課程需要而設(shè)置,對于學(xué)生培養(yǎng)方案沒有整體性的考慮；實驗教學(xué)儀器設(shè)備管理不完善,沒有形成共享機制[3-5]。

1.2 實驗教學(xué)示范中心的建設(shè)促進(jìn)實驗教學(xué)體系改革

從2005年開始,教育部在全國范圍內(nèi)啟動了高等學(xué)校實驗教學(xué)示范中心建設(shè)工作,目標(biāo)旨在加強高等學(xué)校學(xué)生實踐能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng),加快實驗教學(xué)改革和實驗室建設(shè),促進(jìn)優(yōu)質(zhì)資源整合與共享, 提升高校辦學(xué)水平和教育質(zhì)量[6]。實驗教學(xué)示范中心的管理模式在專業(yè)和學(xué)科建設(shè)的平臺上集合了實驗人員和實驗設(shè)備資源,并由實驗教學(xué)示范中心統(tǒng)一調(diào)配,提高了空間、人員和儀器設(shè)備的利用率,避免了儀器的閑置與資金的浪費,也改變了原來教學(xué)實驗室管理模式下,實驗教學(xué)資源過于分散、利用率低的情況。實驗教學(xué)示范中心的建設(shè)有利于促進(jìn)實驗教學(xué)內(nèi)容和體系的革新,也為學(xué)生創(chuàng)造性思維的個性化培養(yǎng)提供了必要的條件和良好的環(huán)境。

在國家級實驗教學(xué)示范中心建設(shè)的基礎(chǔ)上,我校地理國家級實驗教學(xué)示范中心(以下簡稱“示范中心”)通過近10年的建設(shè),以培養(yǎng)具有地理學(xué)綜合分析問題、解決問題能力的應(yīng)用創(chuàng)新人才為目標(biāo), 從實驗教學(xué)方法和技術(shù)、實驗教學(xué)內(nèi)容體系、實驗教學(xué)質(zhì)量保障等方面對實驗教學(xué)體系進(jìn)行了改革和研究[7]。

2 以示范中心建設(shè)為契機,構(gòu)建創(chuàng)新性實驗教學(xué)體系

實驗教學(xué)是連接理論知識與工程應(yīng)用的橋梁,是培養(yǎng)學(xué)生實踐能力和創(chuàng)新意識的重要途徑,深化實驗教學(xué)改革和提高實驗教學(xué)質(zhì)量是當(dāng)前高校教學(xué)改革的重要任務(wù)[7]。示范中心堅持“實驗教學(xué)與學(xué)科專業(yè)一體化建設(shè)的發(fā)展互為依托、相互促進(jìn)”的改革思路,圍繞“室內(nèi)室外實驗教學(xué)結(jié)合、基礎(chǔ)理論與技術(shù)應(yīng)用結(jié)合、現(xiàn)實世界環(huán)境演化與虛擬現(xiàn)實模擬結(jié)合”的實驗教學(xué)定位,開展以室內(nèi)實驗為基礎(chǔ),以野外實習(xí)為補充,以3S高新技術(shù)為支撐的實驗教學(xué)體系,實行開放式實驗教學(xué)模式,整合更新實驗教學(xué)內(nèi)容,改進(jìn)實驗教學(xué)方法和技術(shù),構(gòu)建分層次實驗教學(xué)體系,建立科技創(chuàng)新實習(xí)基地。構(gòu)建地理科學(xué)與信息技術(shù)互為依托、相互促進(jìn)的實驗教學(xué)平臺,滿足多層次地理科學(xué)與技術(shù)實驗教學(xué)和科學(xué)研究需要。

2.1 建立主體化、層次性的立體實驗教學(xué)新體系

實驗教學(xué)體系的改革,必須遵循實驗教學(xué)的規(guī)律[8]。圍繞教學(xué)目標(biāo),構(gòu)建“一體化、四個層次的開放性實驗教學(xué)新體系”。 “一體化”是指該體系建立在地理科學(xué)的一級學(xué)科之上,在相對獨立開設(shè)實驗課的基礎(chǔ)上,面向地理科學(xué)的各分支學(xué)科設(shè)計實驗項目和內(nèi)容[4]。“四個層次”是指采用 “基礎(chǔ)實驗—綜合實驗—設(shè)計實驗—創(chuàng)新性實驗”四級逐步提高的實驗教學(xué)模式。“開放性”指的是向?qū)W生開放教學(xué)實驗室。以培養(yǎng)具有地理學(xué)綜合分析問題、解決問題能力的應(yīng)用創(chuàng)新人才為目標(biāo),以綜合能力培養(yǎng)為核心,積極開展實驗教學(xué)改革與人才培養(yǎng)模式創(chuàng)新。

通過層級分明、難度循序漸進(jìn)的實驗訓(xùn)練,使得學(xué)生能夠掌握基本的實驗操作方法、正確地操作儀器設(shè)備、準(zhǔn)確地獲取與處理實驗數(shù)據(jù)、科學(xué)地分析與表達(dá)實驗結(jié)果,進(jìn)而培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維能力、理論聯(lián)系實際能力以及創(chuàng)新的能力。在整個過程中,一體化的目標(biāo)貫穿始終,四個層次為具體操作規(guī)劃,將實驗課與相關(guān)的專業(yè)課相結(jié)合(見圖1)。截至2016年,示范中心承擔(dān)了學(xué)院地理科學(xué)、地理信息科學(xué)、遙感科學(xué)與技術(shù)、旅游管理4個本科專業(yè)和20個學(xué)位點的實驗教學(xué),項目資源總量達(dá)1.5TB,年度開設(shè)各類實驗項目237項,自編公開出版實驗教材10部。

圖1 構(gòu)建實驗教學(xué)新體系

2.2 整合實驗教學(xué)資源,強化實驗教學(xué)模式的多元化創(chuàng)新

示范中心開展“以室內(nèi)實驗為基礎(chǔ)、以野外實習(xí)為補充、以3S高新技術(shù)為支撐”的實驗教學(xué)模式,構(gòu)建地理科學(xué)與信息技術(shù)互為依托、相互促進(jìn)的多元化創(chuàng)新實驗教學(xué)平臺,滿足多層次地理科學(xué)與技術(shù)實驗教學(xué)和科學(xué)研究的需要。

2.2.1 實驗教學(xué)與校外、野外實習(xí)相結(jié)合

緊密圍繞該專業(yè)的綜合性、應(yīng)用性的特點,精心遴選綜合性實習(xí)基地,建立實習(xí)基地基礎(chǔ)地理空間數(shù)據(jù)庫與資料庫、野外觀測臺站系統(tǒng)。目前,已經(jīng)建有包括“北大方正3S技術(shù)開發(fā)與應(yīng)用實習(xí)基地”“北京地面沉降監(jiān)測實習(xí)基地”“野鴨湖濕地自然保護區(qū)3S實習(xí)基地”等多個野外實習(xí)基地。與國內(nèi)外知名軟件公司聯(lián)合建立了6個軟件培訓(xùn)基地,包括ENVI、PCI、ArcGIS等,吸引了國內(nèi)各地高校的學(xué)生和技術(shù)工作者前來參加培訓(xùn),學(xué)生可免費聽課,并進(jìn)行實驗與實習(xí)。

2.2.2 虛擬仿真實驗教學(xué)

虛擬仿真教學(xué)能夠再現(xiàn)自然現(xiàn)象或事物變化過程,為學(xué)生提供生動、逼真的實驗教學(xué)環(huán)境,使實驗教學(xué)空間從物理空間延伸到虛擬空間[9]。依托于城市環(huán)境過程虛擬仿真國家級實驗教學(xué)中心,對傳統(tǒng)實驗教學(xué)項目中難于觀測、重現(xiàn)的典型城市環(huán)境過程進(jìn)行綜合虛擬仿真,采取“先仿后做、課外虛仿、課內(nèi)實做、虛實結(jié)合”方法,采用虛擬仿真這種技術(shù)手段,配合學(xué)生從基礎(chǔ)實驗直至創(chuàng)新性綜合實驗的教學(xué)過程,幫助學(xué)生理解掌握現(xiàn)代地理信息科學(xué)的基本概念、理論,提高學(xué)生綜合分析和解決地理學(xué)實際問題的能力[10]。

2.2.3 網(wǎng)絡(luò)實驗教學(xué)

傳統(tǒng)的實驗教學(xué)模式對理論依懶性較強、教學(xué)活動內(nèi)容形式單一、以課堂授課為主,開展的實驗數(shù)量固定且更新緩慢,不利于學(xué)生在課下自主學(xué)習(xí),也不利于學(xué)生開展自主實驗和培養(yǎng)自主創(chuàng)新的能力。網(wǎng)絡(luò)教學(xué)具有無時空限制、教學(xué)資源共享、教師多元化、教學(xué)過程非線性化、學(xué)習(xí)個性化的特點。因此,在時間、空間、內(nèi)容、設(shè)備上可以實現(xiàn)實驗教學(xué)的全面開放[9]。為此,示范中心建成了網(wǎng)絡(luò)化實驗教學(xué)體系,具有豐富的網(wǎng)絡(luò)實驗教學(xué)資源,實現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)化、智能化的教學(xué)資源管理。通過學(xué)校建設(shè)的網(wǎng)絡(luò)輔助教學(xué)平臺，“首都師范大學(xué)網(wǎng)絡(luò)學(xué)堂”,包括“土壤地理實驗”“野鴨湖3S綜合實習(xí)”等49門課程的網(wǎng)絡(luò)化教學(xué),教師的教學(xué)活動可以通過網(wǎng)絡(luò)的方式進(jìn)行管理、執(zhí)行和維護,學(xué)生可以通過網(wǎng)絡(luò)隨時隨地地對實驗課程進(jìn)行自主學(xué)習(xí),不但有利于激勵學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣,而且也改善了課堂實驗教學(xué)的效果。

2.2.4 開放性實驗

以示范中心的形式充分利用現(xiàn)有資源、統(tǒng)籌規(guī)劃,有組織、有計劃地開展各類開放活動,采取多種形式向校內(nèi)外的本科生開放。2017年,示范中心承擔(dān)了地理科學(xué)、地理信息科學(xué)、遙感科學(xué)與技術(shù)、旅游管理4個本科專業(yè)和20個學(xué)位點的實驗教學(xué)與科研實驗。同時,示范中心部分實驗課向本校和其他高校開放,為我校以及“中關(guān)村地區(qū)跨校教學(xué)聯(lián)合體”開設(shè)了“電子地圖設(shè)計與應(yīng)用”“地學(xué)基礎(chǔ)”“北京物候”“空間信息基礎(chǔ)”等20余門公共選修課。通過實驗教學(xué)體系、內(nèi)容、方法、手段的不斷優(yōu)化,學(xué)生的實驗興趣、實驗?zāi)芰?、?chuàng)新意識等都得到顯著提高。

3 在示范中心模式下,改進(jìn)實驗室體系

近10年時間里,我校抓住契機,以學(xué)科為單位,整合實驗教學(xué)資源,建設(shè)了一批各級別的實驗教學(xué)示范中心。這其中包括2個國家級實驗教學(xué)示范中心、7個北京市實驗教學(xué)示范中心和3個校級實驗教學(xué)示范中心。實踐證明示范中心建設(shè)模式的優(yōu)勢在于：

(1) 更能集中各種人力、物力、財力的力量,充分發(fā)揮實驗教學(xué)的整體優(yōu)勢,提高教學(xué)和人才培養(yǎng)質(zhì)量和實驗室軟硬件建設(shè)水平；

(2) 能將學(xué)科和專業(yè)優(yōu)勢引入到實驗課程的設(shè)置中,優(yōu)化組合實驗內(nèi)容與課程,采用實驗課獨立教學(xué)、單獨計入學(xué)分的方式,改變實驗教學(xué)附屬于理論教學(xué)的傳統(tǒng)模式,突出實踐教學(xué)的重要性；

(3) 能將科研成果引入實驗教學(xué),打通基礎(chǔ)教學(xué)實驗和科研實驗的界限,使有能力的學(xué)生在本科學(xué)習(xí)階段就可以學(xué)習(xí)本學(xué)科領(lǐng)域的前沿新知識、新方法和新技術(shù)[11]。

示范中心建設(shè)的最終目的是通過實驗教學(xué)理念、實驗教學(xué)體系、實驗隊伍建設(shè)、實驗資源配置、管理運行機制等方面的創(chuàng)新,形成引領(lǐng)實驗教學(xué)改革方向的建設(shè)成果,進(jìn)而帶動整個高校人才培養(yǎng)模式的根本變革,達(dá)到提高大學(xué)生創(chuàng)新能力和綜合素質(zhì)的目的[6]。

在現(xiàn)行的示范中心體制下進(jìn)行的實驗教學(xué)體系改革,取了一定的成績,但是在未來的實驗室建設(shè)和規(guī)劃中如何鞏固和提高實驗教學(xué)成果,還需要我們進(jìn)一步的思考。我們認(rèn)為需要進(jìn)一步完善實驗室建設(shè)布局,需要進(jìn)一步加大和規(guī)范教學(xué)實驗室資金投入,需要進(jìn)一步加強教學(xué)實驗室投入—產(chǎn)出績效評價,以便切實提高資金的使用效益,需要充分發(fā)揮各類資金引導(dǎo)作用,以便進(jìn)一步加強管理和支撐體系建設(shè),需要進(jìn)一步強化信息和資源共享,以及進(jìn)一步擴大師資力量,強化技術(shù)支持[12-13]。

4 結(jié)語

我校在國家級實驗教學(xué)示范中心的建設(shè)實踐中,探索建立了一種主體化、層次性的立體化實驗教學(xué)體系,并且對實驗教學(xué)模式進(jìn)行了多元化創(chuàng)新,整合優(yōu)化實驗教學(xué)資源,將一定范圍內(nèi)的實驗教學(xué)資源效益最大化；充分激發(fā)、培養(yǎng)了學(xué)生的實踐動手能力和創(chuàng)新精神；進(jìn)一步完善新型實驗教學(xué)體系的構(gòu)建,提高教學(xué)科研及人才培養(yǎng)水平,這在未來仍需要我們進(jìn)行更多的思考與實踐。