現(xiàn)代教育技術(shù)環(huán)境下開放實驗教學模式研究

摘要：以長沙理工大學能源動力專業(yè)實驗教學模式改革為例，分析了開放實驗?zāi)Ｊ胶Y選、開放實驗題目設(shè)置、開放實驗過程監(jiān)督及開放實驗教學管理，提出了開放實驗教學模式的基本實施方案和改進措施，并從制度建設(shè)、平臺建設(shè)、實驗項目建設(shè)和實驗教學成效方面展示了該專業(yè)開放實驗教學改革的階段性結(jié)果。實踐表明，該實驗教學模式的改革有利于大學生創(chuàng)新精神和實踐能力的培養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：實驗教學；開放實驗室；教學模式；現(xiàn)代教育技術(shù)；改革與創(chuàng)新

中圖分類號：G642.423#8195；#8195；#8195；#8195；#8195；文獻標識碼：A#8195；#8195；#8195；#8195；#8195；文章編號：1007-0079（2014）17-0082-02

自1980年起，國內(nèi)外教學家開展了“開放實驗室”的探索，在理論實踐上取得了較好成績。[1]虛擬實驗技術(shù)極大地促進了開放實驗教學模式的變革，國內(nèi)外部分高校根據(jù)自身教學需求建立了虛擬實驗室，[2-4]進行了遠程實驗系統(tǒng)的研究及應(yīng)用，以提高教學質(zhì)量和實驗資源的利用率。[5，6]但目前大部分研究僅僅停留在實驗室的單純開放、開放時間和開放力度上，過分強調(diào)和依靠現(xiàn)代教育技術(shù)，缺乏從開放實驗教學模式、管理體制和運行機制等方面深入挖掘?qū)嶒灲虒W問題的解決方法。[7-9]而目前開放實驗實施過程中存在著實驗室運行機制與管理的矛盾、教師與學生實驗時間的矛盾及實驗過程監(jiān)督控制與實驗效果的矛盾等尚未引起關(guān)注。本文結(jié)合本單位實驗教學的改革，闡述了現(xiàn)代教育技術(shù)環(huán)境下開放實驗教學模式的改進，包括實施方案的完善和關(guān)鍵難題的解決途徑。

一、現(xiàn)代教育技術(shù)環(huán)境下開放實驗教學模式的改進

1.開放實驗教學的實施方案

長沙理工大學能源與動力工程學院以“電力生產(chǎn)與控制虛擬仿真實驗教學中心”國家級虛擬仿真實驗教學中心和“能源系統(tǒng)與動力工程”國家實驗教學示范中心的建設(shè)為契機，大膽探索新的開放實驗教學模式。在現(xiàn)代教育技術(shù)環(huán)境下，采取開放實驗教學實施方案（見圖1）。在開放實驗?zāi)Ｊ椒矫?，結(jié)合實驗教學項目、教學任務(wù)及學生參與開放實驗的需求，著重考慮開放實驗的時間、場地、自選實驗項目設(shè)置、自定實驗項目設(shè)置及理論課程的開放實驗設(shè)置；在現(xiàn)代教育技術(shù)的應(yīng)用方面，重點開展虛擬實驗平臺、基于網(wǎng)絡(luò)的開放實驗室及多媒體演示平臺的建設(shè)；在實驗教學模式的完善方面，重點進行管理體制的改革、運行機制的完善和實驗教學開放模式的優(yōu)化設(shè)置。

2.若干難題的解決方案

在開放實驗教學模式的改進和實施過程中主要存在以下問題：開放實驗?zāi)Ｊ胶Y選、開放實驗題目的設(shè)置、開放實驗過程的監(jiān)督、開放實驗教學的管理等。下面介紹針對這些問題的解決方案和途徑。

（1）開放實驗?zāi)Ｊ胶Y選。根據(jù)教學任務(wù)合理安排開放實驗教學時間、場地、自選實驗、自定實驗及基于理論課程實驗項目；根據(jù)不同學期實驗室教學任務(wù)的輕重，教師和學生共同協(xié)商決定開放時間；在實驗場地上，既可見縫插針地利用教學實驗室，也可安排固定的開放實驗場所。

（2）開放實驗題目設(shè)置。難易結(jié)合，以基礎(chǔ)驗證性為主，將低難度的實驗面向低年級和非本專業(yè)的學生開放，使其能切實地通過開放過程進一步練習教學課內(nèi)容；學生選擇開放實驗的題目和具體內(nèi)容時，可以參考指導(dǎo)教師編的開放實驗項目，也可以由學生先自行設(shè)計，再與實驗指導(dǎo)人員共同商定，以更好地發(fā)揮學生的創(chuàng)新積極性，培養(yǎng)獨立實踐能力。

（3）開放實驗過程監(jiān)督。通過網(wǎng)絡(luò)平臺進行實驗方案的提交、審核，學生每次實驗進度的記錄，實驗數(shù)據(jù)的提交等，以加強監(jiān)督，從而為實驗成績的評定提供依據(jù)；此外，對設(shè)計型實驗項目可采用小型匯報答辯的形式進行優(yōu)秀學生的成績評定。

（4）開放實驗教學管理。通過完善的開放實驗教學制度，建立有利于素質(zhì)教育的開放實驗教學機制，規(guī)范開放實驗教學的各個環(huán)節(jié)，將開放實驗教學有序地合理地納入學校的教學計劃、學生的學分認定體系和教師的考評獎勵制度，以提高實驗室在素質(zhì)教育、創(chuàng)新精神和實踐能力培養(yǎng)中的教育質(zhì)量與管理水平。

二、實踐及成效

長沙理工大學能源與動力工程學院以現(xiàn)有能源動力專業(yè)實驗教學條件設(shè)施為基礎(chǔ)，逐步完善了開放實驗室管理體制和運行機制，在制度建設(shè)、平臺建設(shè)、實驗項目建設(shè)和實驗教學效果方面均取得顯著成效。

1.制度建設(shè)

通過將現(xiàn)代教育技術(shù)與專業(yè)實驗教學的深度融合，不斷深化開放實驗教學的改革與創(chuàng)新，逐步完善了開放實驗室管理體制和運行機制，建立了實驗室管理及運行的規(guī)范和制度，主要包括：《開放實驗室管理辦法》《開放實驗專項基金管理辦法》《開放實驗項目》《開放實驗室學生管理辦法》《開放實驗預(yù)約制度》《開放實驗室安全和衛(wèi)生制度》《開放實驗室儀器使用管理制度》《校外人員開放實驗室的收費標準》等。

2.平臺建設(shè)

自2009年教育部批準建設(shè)“能源系統(tǒng)與動力工程”國家實驗教學示范中心以來，長沙理工大學能源與動力工程學院構(gòu)建了7個開放性實驗教學平臺：熱工基礎(chǔ)實驗平臺、熱工測量與自動控制實驗平臺、鍋爐與燃燒實驗平臺、動力機械模擬實驗平臺、電力生產(chǎn)過程仿真實驗平臺、新能源發(fā)電實驗平臺、建筑環(huán)境與設(shè)備工程測試實驗平臺。

自2013年起，長沙理工大學能源與動力工程學院以“電力生產(chǎn)與控制虛擬仿真實驗教學中心”國家級虛擬仿真實驗教學中心建設(shè)為契機，加快專業(yè)實驗教學與現(xiàn)代信息技術(shù)的深度融合，努力實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)實驗教學資源的共建共享。學院逐步實現(xiàn)真實實驗不具備或難以完成的教學功能，并且在涉及高危或極端的環(huán)境、不可及或不可逆的操作，高成本、高消耗、大型或綜合訓練以及現(xiàn)有實驗條件不足或?qū)W生自主開展實驗與訓練等情況時，利用開放性虛擬仿真實驗教學中心和平臺提供可靠、安全和經(jīng)濟的實驗項目。目前開放性虛擬仿真實驗教學中心已從以下方面加強建設(shè)：一是創(chuàng)造性地建設(shè)與應(yīng)用高水平實驗教學資源，包括軟件共享虛擬實驗、儀器共享虛擬實驗和遠程控制虛擬實驗等，開展綠色實驗教學。二是建設(shè)具有擴展性、兼容性、前瞻性的管理和共享平臺，實現(xiàn)校內(nèi)外實驗教學資源共享，探索學校和企事業(yè)單位共建共管的新模式與新途徑，建立可持續(xù)發(fā)展的虛擬仿真實驗教學服務(wù)支撐體系。三是建設(shè)教學、科研、技術(shù)人員結(jié)合的虛擬仿真實驗教學團隊。四是建立有利于激勵學生學習和提高學生創(chuàng)新能力的教學效果考核、評價和反饋機制。

3.實驗項目建設(shè)

自2009年以來，長沙理工大學能源與動力工程學院對綜合性實驗項目、開放性自選實驗項目、開放性創(chuàng)新實驗項目、虛擬實驗項目等進行了合理篩選和優(yōu)化設(shè)置。以熱工基礎(chǔ)實驗室為例，不僅在原有的常規(guī)實驗項目基礎(chǔ)上成功開設(shè)了“超聲波防垢除垢及強化傳熱的實驗研究”“磁場作用下的氣液傳熱傳質(zhì)的實驗研究”“磁場作用下水和油凝結(jié)特性的實驗研究”等14個開放性創(chuàng)新實驗項目，而且利用現(xiàn)代教育技術(shù)，建立了面向熱能動力類本科專業(yè)的“空氣-水換熱實驗”“噴管性能測定實驗”等開放性虛擬實驗項目。熱工基礎(chǔ)實驗室的實驗項目變化情況如表1所示。

表1#8194；熱工基礎(chǔ)實驗室的實驗項目變化情況

年份綜合性實驗開放性自選實驗開放性創(chuàng)新實驗虛擬實驗

200910120

2014159148

4.實驗教學

長沙理工大學能源與動力工程學院通過開放實驗教學模式的創(chuàng)新和實踐，取得了顯著的實驗教學成效。一是在教學成果方面，獲國家級教學成果1項、?。ú浚┘壗虒W成果5項；出版國家級及省級規(guī)劃教材各1部、其他教材21部；獲省部級科技進步獎10余項。二是在大學生科技活動和實踐能力培養(yǎng)方面，承擔國家和省級以上大學生創(chuàng)新性實驗項目10余項，在全國大學生“挑戰(zhàn)杯”“節(jié)能減排大賽”及“課外科技作品競賽”中獲國家級競賽特等獎1項、一等獎1項、二等獎2項，湖南省挑戰(zhàn)杯大學生課外科技作品競賽特等獎1項。三是在學生創(chuàng)新意識方面，通過開放實驗教學模式的創(chuàng)新和本科生科技創(chuàng)新實驗教學平臺的構(gòu)建，提高了學生的科技創(chuàng)新意識與工程實踐能力，從而為電力企業(yè)和科研院所及時培養(yǎng)了大批具備較強創(chuàng)新能力和科研能力的能源動力類優(yōu)秀技術(shù)骨干與管理人才。

三、結(jié)論

現(xiàn)代教育技術(shù)環(huán)境下的開放實驗教學模式是實驗教學發(fā)展的必然趨勢，也是培養(yǎng)創(chuàng)新人才的迫切需要。開放式實驗教學模式的開展和實施，總體上應(yīng)該充分利用現(xiàn)代教育技術(shù)優(yōu)勢，以網(wǎng)絡(luò)化實驗教學平臺為基礎(chǔ)，體現(xiàn)因材施教的個性化教學原則，遵循人才發(fā)展的認知規(guī)律，為學生的自主性學習創(chuàng)造良好環(huán)境。在實驗項目選擇上，應(yīng)根據(jù)學科要求選擇合適的實驗項目，控制好難易程度；同時要做好開放實驗教學過程中的監(jiān)督、評定及管理工作，提高學生的學習主動性和指導(dǎo)教師的工作積極性，做到實驗教學的有序開放，保障開放實驗教學長期良性開展，不斷改善適合專業(yè)特色的實驗室開放管理模式和實驗教學環(huán)境。

參考文獻：

[1]姜文聰，郭亮，劉潤華.拔尖型人才創(chuàng)新性實驗教學模式的研究與探索[J].中國教育技術(shù)裝備，2013，（33）：137-138.

[2]李慧迎，祁玉娟.體驗式虛擬實驗的設(shè)計及實效性分析[J].中國教育信息化，2013，（18）：80-83.

[3]郭桂蘋，南岳松.虛擬實驗教學研究現(xiàn)狀及問題分析[J].實驗室科學，2010，13（5）：175-178.

[4]李盧一，鄭燕林.基于RIA技術(shù)的虛擬實驗室的設(shè)計與開發(fā)研究[J].現(xiàn)代遠距離教育，2012，（4）：64-69.

[5]楊延梅，楊清偉，周富春.高等學校開放式實驗教學的探討[J].高校實驗室工作研究，2012，（2）：6-7.

[6]宋正國，刁秀麗.虛擬實驗教學環(huán)境研究現(xiàn)狀及其趨勢探悉[J].現(xiàn)代教育技術(shù)，2009，19（12）：115-118.

[7]梁桂英，劉俊景.開放式實驗教學改革的實踐與研究[J].實驗科學與技術(shù)，2012，10（3）：63-64.

[8]潘志康，孟曉辰，劉超.信息化技術(shù)在實驗教學管理中的應(yīng)用探索[J].中國電力教育，2014，（2）：182-183.

[9]王曉崗，趙超，許新華，等.分層次、跨學科開放實驗教學實踐[J].實驗室研究與探索，2013，32（9）：160-163.

（責任編輯：孫晴）