研究型實驗教學(xué)模式的思考

劉福德 安 鋼 尹曉紅 萬 鈞

（天津理工大學(xué)，天津 300384）

人才是國家經(jīng)濟由制造型向創(chuàng)造型結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型的基礎(chǔ)。高等教育法規(guī)定：“高等教育的任務(wù)是培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神和實踐能力的高級專門人才”，《國家中長期人才發(fā)展規(guī)劃綱要（2010—2020年）》也將培養(yǎng)具有創(chuàng)新能力及實踐能力的人才列為高?？滩蝗菥彽娜蝿?wù)。創(chuàng)新能力是民族進步的靈魂，是個體運用科學(xué)理論及經(jīng)驗，提出獨特的、新穎的，具有經(jīng)濟價值、社會價值、生態(tài)價值等新思想、新理論、新方法和新發(fā)明的能力。它包括創(chuàng)新意識、創(chuàng)新思維和創(chuàng)新技能三部分，其核心是創(chuàng)新思維。然而，學(xué)生由于受傳統(tǒng)文化的影響，形成了一種求穩(wěn)趨同、不敢求異冒險的心理，缺乏一種大膽質(zhì)疑的批判思維，而應(yīng)試教育進一步抑制了學(xué)生個性的發(fā)揮。此外，人們所具有的思維慣常定勢，使得學(xué)生創(chuàng)新思維缺乏。因此，重樹學(xué)生創(chuàng)新意識、創(chuàng)新思維和創(chuàng)新技能是高等教育的重要任務(wù)。開展研究型實驗教學(xué)，在實驗教學(xué)中引入學(xué)生的自主性是學(xué)生創(chuàng)新能力及實踐能力培養(yǎng)的重要途徑。

一、實驗教學(xué)的現(xiàn)狀

傳統(tǒng)實驗教學(xué)內(nèi)容注重驗證性、測量性或操作技能性，實驗方法是固定的，學(xué)生只需按照實驗教材中的實驗方法進行操作即可[1]。教學(xué)方式大多是教師做好實驗的準備工作，包括實驗所需儀器、制定實驗操作步驟，學(xué)生按照操作步驟完成既定實驗。對于缺乏基本實驗技能訓(xùn)練的低年級大學(xué)生，這種以培養(yǎng)基本實驗技能為主的實驗教學(xué)模式是不可缺省的，有利于學(xué)生系統(tǒng)地掌握實驗儀器的使用方法、基本實驗技能、一些重要數(shù)據(jù)的測量方法及一些重要原理的驗證方法等。然而，這種實驗教學(xué)模式缺乏發(fā)揮學(xué)生的自主性，不利于學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)與鍛煉。

二、研究型實驗教學(xué)的特點

研究型實驗教學(xué)的重要特點是實驗教學(xué)中的研究性。研究性表現(xiàn)在實驗內(nèi)容、方法、技術(shù)和過程上面，研究的目標可以由教師提出，也可以由學(xué)生提出，但過程要有可操作性，實驗方法的設(shè)計由教師指導(dǎo)學(xué)生完成[2]。因此，研究型實驗教學(xué)是通過增強實驗教學(xué)中的研究性，充分發(fā)揮學(xué)生的自主性，培養(yǎng)和鍛煉學(xué)生創(chuàng)新能力。與傳統(tǒng)實驗教學(xué)相比，研究型實驗教學(xué)具有突出學(xué)生學(xué)習(xí)的主體性，思維的開放性，學(xué)習(xí)過程中的研究性、實踐性，知識和技能運用的系統(tǒng)性和綜合性，合作性與創(chuàng)新性等特點[3]。

研究型實驗教學(xué)與傳統(tǒng)實驗教學(xué)的重要區(qū)別在于：一是實驗內(nèi)容非固定不變。每一屆學(xué)生可能提出不同選題，通過選題活動鍛煉了學(xué)生科學(xué)研究的選題能力，教師可對不同選題進行匯總，確定具有可操作性及實驗條件滿足的研究型實驗內(nèi)容。二是實驗方法具有結(jié)果是未知的研究特點。根據(jù)學(xué)生提出的選題或教師提出的選題，在教師指導(dǎo)下由學(xué)生在查閱相關(guān)文獻資料的基礎(chǔ)上設(shè)計出實驗方法，并對研究目標進行實驗研究。三是實驗數(shù)據(jù)分析具有復(fù)雜性特點。例如，對于一個化學(xué)反應(yīng)，傳統(tǒng)實驗教學(xué)中反應(yīng)條件是固定的，實驗中按照實驗教材給定的反應(yīng)條件進行即可。作為研究型實驗，反應(yīng)條件是不固定的，要求對反應(yīng)時間、反應(yīng)溫度、原料配比、溶劑選擇、后處理方法等進行研究，確定最佳工藝條件。數(shù)據(jù)處理比傳統(tǒng)實驗要復(fù)雜的多，實驗內(nèi)容更加系統(tǒng)、完整。四是研究報告不同于實驗報告。傳統(tǒng)實驗教學(xué)的實驗報告僅僅包括實驗方法、原理、儀器、步驟、結(jié)果，相當于研究型實驗教學(xué)的一個實驗；研究型實驗教學(xué)要求學(xué)生寫出研究報告，內(nèi)容相當于一篇研究論文，包括選題意義、研究進展、研究目標、研究方案、研究方法、實驗方法、數(shù)據(jù)處理、理論分析、結(jié)論、參考文獻。由此也鍛煉了學(xué)生撰寫研究論文的能力。五是對學(xué)生培養(yǎng)的目標不同。傳統(tǒng)實驗教學(xué)過程中，學(xué)生是被動的，只是按照教材要求進行實驗，因此只能培養(yǎng)學(xué)生基本實驗技能。研究型實驗教學(xué)過程中，學(xué)生是主動的，并充分發(fā)揮了學(xué)生的創(chuàng)造性思維，培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新、實踐能力。

三、研究型實驗教學(xué)與學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)

美國密西根大學(xué)行為科學(xué)家丹尼遜把人才分為七個層次，其中具有創(chuàng)造性及想象力，并能夠經(jīng)常提出機智的方法解決問題的人才為最高層次；善于用首創(chuàng)方法解決問題，并提出很多新意見的為第二層次；能夠提出一些值得思考的新問題，并考慮用不同方法解決的為第三層次。總之，作為具有較強創(chuàng)新能力的人才，必須具有較強的創(chuàng)新思維。創(chuàng)新性思維具有如下特點：求實性、批判性、連貫性、靈活性、跨越性、綜合性等。創(chuàng)新性思維的形式包括抽象思維、形象思維、直覺思維、靈感思維、發(fā)散思維、收斂思維、逆向思維、聯(lián)想思維等。創(chuàng)新思維不是先天具有的，而是在實踐中鍛煉培養(yǎng)出來的，只有實踐活動才能使得學(xué)生創(chuàng)新能力得以體現(xiàn)。

CDIO教學(xué)模式已引起各高校的重視。該教學(xué)模式將實踐教學(xué)提升至教學(xué)的重要地位，既重視工程能力、創(chuàng)新能力培養(yǎng)，又注重團隊精神。CDIO模式可用圖1表示。

圖1 CDIO教學(xué)模式示意圖

與傳統(tǒng)教學(xué)模式比較，“知識傳授”的中心位置即“聽中學(xué)”被相對弱化，而學(xué)生的實踐能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)在教學(xué)體系建設(shè)中被重點強調(diào)。即將構(gòu)思——設(shè)計——實現(xiàn)——運作（CDIO）的工程教育新模式貫穿到教學(xué)體系中去，力求使學(xué)生在每個環(huán)節(jié)中均得到工程化訓(xùn)練及創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，使學(xué)生具備較強的工程能力和創(chuàng)新能力。

研究型實驗教學(xué)過程貫穿了CDIO教學(xué)模式的基本思想，有利于培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力。在研究型實驗教學(xué)過程中，學(xué)生或者根據(jù)實踐需要提出技術(shù)改進方法，或者根據(jù)查找的大量文獻進行系統(tǒng)的歸納、綜合，發(fā)現(xiàn)問題，并結(jié)合所學(xué)理論知識提出解決措施，即研究目標，此過程即為CDIO教學(xué)模式中的構(gòu)思過程。然后，根據(jù)這一構(gòu)思提出實驗設(shè)計方案，包括實驗方法、實驗步驟、實驗內(nèi)容等。實驗方案確定后，組裝實驗儀器，采購實驗藥品，組織實驗人員進行實驗。實驗過程中鍛煉了學(xué)生實踐能力及合作精神。此外，應(yīng)針對實驗中出現(xiàn)的問題，提出改進方法，進一步鍛煉學(xué)生分析問題、解決問題的能力。最后，對實驗數(shù)據(jù)進行分析、整理，確定實現(xiàn)研究目標的最佳方案等。在研究型實驗教學(xué)過程中，充分發(fā)揮了學(xué)生的潛科學(xué)意識[4]即科學(xué)問題的識別意識、科學(xué)猜想的識別意識、科學(xué)經(jīng)驗的識別意識、科學(xué)蒙難意識、科學(xué)論證意識、科學(xué)成敗觀認識，對鍛煉學(xué)生創(chuàng)新意識、創(chuàng)新思維、創(chuàng)新技能有重要意義。

四、研究型實驗教學(xué)模式的思考

1.研究型實驗教學(xué)的組織方式

研究型實驗教學(xué)有別于傳統(tǒng)實驗教學(xué)，其教學(xué)的組織方式可采取兩種模式：其一是利用教學(xué)計劃對實驗課程安排的時間，對同一目標由整個班級的學(xué)生進行實驗研究，不同學(xué)生或不同組進行不同實驗研究內(nèi)容，最后由教師對實驗數(shù)據(jù)進行匯總，交由學(xué)生寫出研究報告；其二為將整個班級學(xué)生分成幾個研究小組，利用課余時間，在教師指導(dǎo)下于開放實驗室進行實驗研究。根據(jù)研究內(nèi)容所需時間、儀器等，由教師確定采取哪一種形式，例如，當實驗儀器臺套數(shù)少或?qū)嶒灂r間比較長時，則可采用第二種模式。

2.研究型實驗教學(xué)平臺建設(shè)

鑒于研究型實驗教學(xué)特點，學(xué)院應(yīng)采取實驗室開放管理，將教學(xué)實驗室、教師科研室對學(xué)生開放。由學(xué)生提出并經(jīng)教師確定或教師提出的選題，在教師指導(dǎo)下可在開放實驗室內(nèi)由學(xué)生利用課余時間進行實驗研究[5]。學(xué)院實驗儀器統(tǒng)一管理，不再局限于各實驗室管理，學(xué)院所有實驗儀器對學(xué)生開放。學(xué)院給予研究型實驗教學(xué)經(jīng)費支持，鼓勵教師科研與研究型實驗教學(xué)相結(jié)合，讓更多學(xué)生參與教師科研活動。

研究型實驗教學(xué)對教師科研水平要求高，參與研究型實驗教學(xué)的教師數(shù)量要求多，因此有必要把學(xué)院具有碩士以上學(xué)歷或具有高級職稱的教師納入研究型實驗教學(xué)的教師隊伍，不再僅僅局限于實驗教學(xué)隊伍。

3.研究型實驗教學(xué)內(nèi)容

研究型實驗教學(xué)目的是使學(xué)生掌握“研究”的一般方法和程序，鍛煉學(xué)生創(chuàng)新能力和實踐能力，培養(yǎng)創(chuàng)新意識、創(chuàng)新思維。因此，教學(xué)上要求指導(dǎo)教師向?qū)W生傳授文獻資料的查找方法及途徑，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會利用圖書館及網(wǎng)絡(luò)資源進行文獻檢索。學(xué)生將所查文獻資料進行匯總、歸納，提出研究目標，分析實現(xiàn)研究目標的文獻方法并進行方法的比較，提出自己的方法及研究方案。

教師指導(dǎo)下由學(xué)生對實驗方法進行設(shè)計，并確立實驗研究內(nèi)容。實驗過程中一要使學(xué)生學(xué)會實驗儀器的使用方法，特別是一些重要的實驗儀器，如化學(xué)化工專業(yè)中氣相色譜、液相色譜、紫外光譜、紅外光譜等；二要使學(xué)生掌握一定的研究方法，如化合物結(jié)構(gòu)鑒定方法，化工工藝條件的優(yōu)化方法等；三要使學(xué)生學(xué)會數(shù)據(jù)處理方法，如最小二乘法、正交實驗優(yōu)化法、均勻設(shè)計法等；四要使學(xué)生學(xué)會研究報告及科研論文的撰寫方法。

4.研究型實驗教學(xué)的評價

研究型實驗教學(xué)的評價包括如下幾方面：一是學(xué)生自主選題的能力，包括學(xué)生文獻查閱能力，文獻總結(jié)、歸納能力，發(fā)現(xiàn)問題并提出解決方案的能力。二是研究能力。它本身是一種綜合能力，是學(xué)生綜合素質(zhì)的體現(xiàn)，反映了學(xué)生思維、動手及合作等方面的能力，包括研究方案的設(shè)計能力，實驗動手能力，實驗過程中分析問題解決問題的能力，研究報告撰寫能力等。三是其他能力，如吃苦耐勞、科研興趣、研究態(tài)度、合作與團隊精神等。評價中應(yīng)考慮大學(xué)生經(jīng)驗欠缺的一面，老師的點撥和示范可能會多一點，但要逐漸由“教研究”向“自主研究”過渡，因為只有自主研究才能夠真正激發(fā)學(xué)生的原創(chuàng)力。

五、結(jié)束語

傳統(tǒng)實驗教學(xué)盡管對培養(yǎng)學(xué)生掌握基本實驗技能具有重要性，但是實驗內(nèi)容缺乏“研究性”，實驗教學(xué)過程缺乏主動性，不能發(fā)揮學(xué)生自主性，抑制了學(xué)生的創(chuàng)新意識。將“研究性”貫穿于實驗教學(xué)的研究型實驗教學(xué)，對培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識、創(chuàng)新思維、創(chuàng)新技能具有重要意義。通過研究型實驗教學(xué)，使學(xué)生能夠掌握研究的一般方法及程序，研究過程中更能激發(fā)學(xué)生的原創(chuàng)能力，發(fā)揮學(xué)生潛科學(xué)意識，培養(yǎng)學(xué)生合作及團隊精神。

[1]朱慧群，瑞欽，王憶.論綜合性研究型實驗教學(xué)[J].中山大學(xué)年報論叢，2007，27（7）：50-52.

[2]王葉，馬國宏，閻曉娜.研究型實驗教學(xué)探索[J].實驗室研究與探索，2009，28（6）：101-102.

[3]董壯龍，楊秀清.研究型實驗教學(xué)與學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)[J].新鄉(xiāng)師范高等?？茖W(xué)校學(xué)報，2004，18（2）：63-66.

[4]蔣林華.討論研究型實驗的潛科學(xué)意識[J].大學(xué)物理實驗，2003，16（3）：89-92.

[5]錢潔，劉志學(xué)，唐吉吉，等.開放式研究型實驗教學(xué)平臺建設(shè)[J].實驗室研究與探索，2009（6）：155-157.