創(chuàng)新實驗教學(xué)模式的應(yīng)用研究——以“動態(tài)制冰蓄冷實驗”為例

趙 美，于 航，詹光毅，王曉東

（1.同濟大學(xué)機械與能源工程學(xué)院，上海 201804；2.同濟大學(xué)建筑設(shè)計研究院（集團）有限公司，上海，200092）

創(chuàng)新實驗教學(xué)模式的應(yīng)用研究——以“動態(tài)制冰蓄冷實驗”為例

趙 美1，于 航1，詹光毅2，王曉東1

（1.同濟大學(xué)機械與能源工程學(xué)院，上海 201804；2.同濟大學(xué)建筑設(shè)計研究院（集團）有限公司，上海，200092）

傳統(tǒng)實驗教學(xué)模式的內(nèi)容陳舊，體系單一、重理論輕實踐，束縛了學(xué)生個性的發(fā)展，不利于學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。文章在分析傳統(tǒng)實驗教學(xué)模式弊端的基礎(chǔ)上，以“動態(tài)制冰蓄冷實驗”為例，研究創(chuàng)新實驗教學(xué)模式的應(yīng)用，闡述了創(chuàng)新實驗教學(xué)模式的特點，如實施研究性教學(xué)、采用多樣化的教學(xué)手段、開拓網(wǎng)絡(luò)教學(xué)新思路等。結(jié)果表明，創(chuàng)新實驗教學(xué)模式有利于促進高校對實驗教學(xué)及其內(nèi)涵的再認(rèn)識和深化，切實提高創(chuàng)新人才培養(yǎng)的質(zhì)量。

傳統(tǒng)實驗教學(xué)模式；創(chuàng)新實驗教學(xué)模式；動態(tài)制冰蓄冷實驗；研究型實驗；網(wǎng)絡(luò)化

實驗教學(xué)作為理論教學(xué)的重要補充，是高等學(xué)校培養(yǎng)創(chuàng)新型人才必不可少的環(huán)節(jié)。實驗教學(xué)對于培養(yǎng)學(xué)生思考問題和解決問題的能力、實踐動手能力和開放性思維具有非常重要的作用，特別是在培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的方面，實驗教學(xué)具有其不可替代的地位和作用［1］。近年來，隨著國家加強本科教學(xué)質(zhì)量評估，各高校陸續(xù)開展理論教學(xué)模式改革，提升理論教學(xué)的效果，同時，在國家及地方實驗教學(xué)示范中心建設(shè)的大力推動下，高校也逐步加大對實驗室建設(shè)的投入，主要體現(xiàn)在更新陳舊的實驗教學(xué)設(shè)備和改善實驗教學(xué)環(huán)境［2］。而相對于理論教學(xué)模式、實驗硬件設(shè)備和實驗環(huán)境建設(shè)，實驗教學(xué)的模式改革相對滯后和緩慢。受到傳統(tǒng)教育思想的束縛和影響，傳統(tǒng)實驗教學(xué)模式人才培養(yǎng)目標(biāo)不明確、教學(xué)體系和內(nèi)容陳舊、教學(xué)手段和方法單一，不能滿足現(xiàn)代社會發(fā)展對創(chuàng)新人才培養(yǎng)的要求［3］。文章通過分析目前傳統(tǒng)實驗教學(xué)模式存在的問題，提出了一種創(chuàng)新的實驗教學(xué)模式，以提高實驗就學(xué)效果，培養(yǎng)適應(yīng)社會發(fā)展的創(chuàng)新型人才。

1 傳統(tǒng)實驗教學(xué)模式存在的問題

1.1 教學(xué)體系和內(nèi)容陳舊

隨著社會的進步和發(fā)展，高校本科學(xué)科建設(shè)已得到快速發(fā)展，然而傳統(tǒng)的實驗教學(xué)仍停留在原地，未與快速發(fā)展的本科理論教學(xué)接軌。傳統(tǒng)的實驗教學(xué)模式體系陳舊，其構(gòu)建和功能不能滿足對培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的要求，致使實驗教學(xué)對創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的貢獻和作用不能得到充分發(fā)揮［4］。此外，實驗教學(xué)的內(nèi)容也過于陳舊，許多相對較新的技術(shù)沒有相應(yīng)的實驗教學(xué)課程。

1.2 重理論，輕實踐

我國的高等教育普遍存在著重理論、輕實踐的弊端，而這樣的問題也同樣存在于傳統(tǒng)的實驗教學(xué)模式中。目前大多數(shù)高校都是根據(jù)理論教學(xué)的培養(yǎng)計劃來設(shè)置實驗教學(xué)項目，因而大部分實驗教學(xué)項目都以驗證性實驗為主，僅強調(diào)對理論知識的驗證。驗證性實驗的指導(dǎo)書大都已經(jīng)將實驗原理、實驗內(nèi)容、實驗方法、實驗步驟和實驗數(shù)據(jù)處理等內(nèi)容寫得非常詳細，學(xué)生完全不需要思考，只需要按照實驗指導(dǎo)書上規(guī)定，按部就班地完成實驗，并對實驗結(jié)果加以總結(jié)分析，就完成了實驗任務(wù)。這種實驗教學(xué)模式?jīng)]有留給學(xué)生足夠發(fā)揮主動性的空間，只要求學(xué)生提供問題的答案，加重了他們學(xué)習(xí)的被動型［5］。在這種實驗教學(xué)模式下，學(xué)生實際動手操作的機會往往較少，忽視了實踐的作用，不利于學(xué)生實際操作能力和實驗研究能力的培養(yǎng)。

1.3 教師為主，學(xué)生為輔

傳統(tǒng)的實驗教學(xué)模式絕對的以教師為主，教師既是導(dǎo)演又是主角［6］。實驗教學(xué)的大部分內(nèi)容都由實驗教師來完成，包括設(shè)計實驗，編寫實驗指導(dǎo)書等。傳統(tǒng)的實驗指導(dǎo)書中從實驗?zāi)康?、實驗原理、實驗儀器設(shè)備到實驗步驟，甚至實驗數(shù)據(jù)處理方法都由教師完成。在實驗課之前，學(xué)生不需要做任何準(zhǔn)備，實驗過程中采用教師講解示范的方式，全部圍繞教師的“教”而展開［7］，實驗教師對每一步都講解得非常詳細。在整個實驗過程中，學(xué)生雖然也有參與，但大都是被動的、盲目的接受［4］，缺乏主動性。學(xué)生不需要查資料，不需要思考，更談不上質(zhì)疑和創(chuàng)新。

1.4 教學(xué)方法和手段單一

目前，理論教學(xué)的手段得到快速發(fā)展，各種現(xiàn)代化的教學(xué)技術(shù)和手段慢慢融入理論教學(xué)中，但是實驗教學(xué)方法和手段卻依然以傳統(tǒng)的知識傳授為主。這種單一的教學(xué)方法和手段在一定程度上限制了實驗信息的共享，不利于激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的興趣，而且會挫傷學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性；傳統(tǒng)單一的教學(xué)手段無法調(diào)動學(xué)生所有感官，不利于學(xué)生思維能力的培養(yǎng)，更不利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。正如楊振寧博士所說:中國傳統(tǒng)教學(xué)方法注重演繹和推理，培養(yǎng)出來的學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真、基礎(chǔ)扎實，但缺少創(chuàng)新精神和自主學(xué)習(xí)的能力［8］。

2 “動態(tài)制冰蓄冷實驗”創(chuàng)新教學(xué)模式

2.1 開發(fā)新穎的實驗內(nèi)容，突出時代性

教育部2007年2月27日頒布的“關(guān)于進一步深化本科教學(xué)改革全面提高教學(xué)質(zhì)量的若干意見”中指出:“要根據(jù)經(jīng)濟社會發(fā)展和科技進步的需要，及時更新教學(xué)內(nèi)容，將新知識、新理論和新技術(shù)充實到教學(xué)內(nèi)容中，為學(xué)生提供符合時代需要的課程體系和教學(xué)內(nèi)容［9］?！币虼?，為了跟上時代發(fā)展的步伐，高校的實驗教學(xué)內(nèi)容必須進行更新，開發(fā)新穎的實驗內(nèi)容。在節(jié)能減排和環(huán)境保護的時代背景下，世界眾多國家開始了蓄能技術(shù)的研究與應(yīng)用，一些高校也將“蓄能技術(shù)”納入本科培養(yǎng)計劃。動態(tài)冰蓄冷技術(shù)由于具有能效高，蓄冰和融冰快，負荷響應(yīng)靈敏等優(yōu)點，成為國際上冰蓄冷的主要發(fā)展方向［10］。冰蓄冷也是本科“蓄能技術(shù)”課程中的重要組成部分?！皠討B(tài)制冰蓄冷實驗”與該部分理論教學(xué)相結(jié)合，通過實驗加強和鞏固該部分的學(xué)習(xí)，使學(xué)生更好地理解過冷法制取冰漿的原理，分析影響動態(tài)制冰蓄冷率的因素，培養(yǎng)學(xué)生的實踐能力和創(chuàng)新意識。通過本實驗項目的開發(fā)，使學(xué)生及時掌握專業(yè)新技術(shù)，汲取新知識，獲得新思想，保持創(chuàng)新的意識和能力?！皠討B(tài)制冰蓄冷實驗”將本學(xué)科發(fā)展的最新科技知識融入實驗教學(xué)中，系統(tǒng)地對學(xué)生進行實驗理論、實驗方法和實驗技能的培養(yǎng)。

2.2 實施研究型教學(xué)，注重實踐性

“動態(tài)制冰蓄冷”實驗的形式是研究型實驗教學(xué)，改變過往以教師為絕對主體的教學(xué)模式。實驗過程中教師只起到引導(dǎo)和指導(dǎo)的作用，實驗全部是學(xué)生通過自主學(xué)習(xí)，自行設(shè)計實驗方法和步驟來完成的。實驗前，實驗教師向?qū)W生介紹實驗原理和現(xiàn)有實驗裝置，并提出實驗?zāi)康暮腿蝿?wù)，學(xué)生根據(jù)所學(xué)理論知識，進行分組，組內(nèi)同學(xué)協(xié)同合作，自行設(shè)計實驗方案，自行確定實驗參數(shù)，自主進行實驗以達到實驗要求。實驗過程中雖然強調(diào)實驗自主性，但并不排斥實驗小組之間的協(xié)同性，也不忽視教師的指導(dǎo)作用［11］。實驗突出學(xué)生的自主學(xué)習(xí)，包括實驗方案、實驗步驟和實驗數(shù)據(jù)處理都是由學(xué)生設(shè)計完成的，實驗教師只起到啟發(fā)和指導(dǎo)的作用。在此實驗?zāi)Ｊ较拢瑢W(xué)生得到的能力訓(xùn)練是多方面的。首先學(xué)生要設(shè)計合理的實驗方案，必須通過查閱相關(guān)的科技文獻，這一過程增強了學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力和科學(xué)的思維能力［2］。其次，實驗過程中要確定和調(diào)節(jié)實驗參數(shù)，該過程必須經(jīng)過分析，計算，比較，總結(jié)和糾錯等積極的思維活動。再次，學(xué)生要對實驗設(shè)備、儀器進行調(diào)試和實際操作，強調(diào)學(xué)生手腦并用，獨立思考，獨立操作，獨立觀察，鍛煉了學(xué)生的操作能力和動手能力。最后，學(xué)生要通過觀察實驗現(xiàn)象和分析實驗結(jié)果來自行解決實驗過程中出現(xiàn)的問題，提高其分析問題和解決問題的能力［12］。

表1 “動態(tài)制冰蓄冷實驗”的教學(xué)模式具體操作［13］

2.3 采取多樣化教學(xué)手段，實現(xiàn)網(wǎng)路化

21世紀(jì)以來，隨著網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)的不斷發(fā)展，人們的工作、生活和學(xué)習(xí)方式受到了網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)深刻的影響［2］。同時，網(wǎng)絡(luò)信息與多媒體技術(shù)也被引入到高等教育的領(lǐng)域，由此教學(xué)管理、教育模式、教學(xué)方式等方面都發(fā)生了巨大的變化和改革。教育部教高［2005］8號文“教育部關(guān)于開展高等學(xué)校實驗教學(xué)示范中心建設(shè)和評審工作的通知”中建設(shè)內(nèi)容第六條指出:要建立網(wǎng)絡(luò)化的實驗教學(xué)和實驗室管理信息平臺，實現(xiàn)網(wǎng)上輔助教學(xué)和網(wǎng)絡(luò)化、智能化管理［9］?！皠討B(tài)制冰蓄冷實驗”采用多樣化的教學(xué)手段，引入多媒體技術(shù)進行教學(xué)，演示動態(tài)法制取冰漿的實驗過程。此外該實驗開發(fā)了網(wǎng)絡(luò)化實驗教學(xué)系統(tǒng)，整合了相關(guān)方面的實驗教學(xué)資源，使學(xué)生可以隨時隨地開展實驗相關(guān)知識的學(xué)習(xí)。

“動態(tài)制冰蓄冷實驗”建設(shè)的網(wǎng)絡(luò)化實驗教學(xué)系統(tǒng)包括實驗項目概括、實驗動態(tài)、實驗教學(xué)資料、規(guī)章制度以及資源共享5大塊內(nèi)容。實驗項目概況主要是介紹包括實驗內(nèi)容、實驗設(shè)備和儀器構(gòu)成等情況；實驗動態(tài)會發(fā)布實驗時間安排、分組情況、實驗報告提交等公告通知；教學(xué)資料包括多媒體課件、講義等；規(guī)章制度包括實驗室管理制度、安全管理辦法、安全操作教程等；資源共享是整合了與實驗相關(guān)的基礎(chǔ)知識，便于學(xué)生進行預(yù)習(xí)及完成實驗總結(jié)。

系統(tǒng)采用browser/server模式，將服務(wù)器配置成一臺Web服務(wù)器，學(xué)生可以直接在瀏覽器上輸入網(wǎng)址或通過掃描實驗室中的二維碼來訪問實驗教學(xué)主頁，網(wǎng)絡(luò)層次結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 網(wǎng)絡(luò)化實驗教學(xué)系統(tǒng)構(gòu)成

該網(wǎng)絡(luò)化教學(xué)系統(tǒng)可以很好地輔助學(xué)生做好實驗預(yù)習(xí)，讓學(xué)生了解實驗?zāi)康摹嶒炘?，使學(xué)生自主學(xué)習(xí)成為可能。此外，這種開放式的實驗教學(xué)模式，可以將師生之間的交流互動從課內(nèi)延伸到課外，從而更大程度地發(fā)揮教師的主導(dǎo)作用［2］。

通過一個學(xué)期的實踐，發(fā)現(xiàn)這種創(chuàng)新的實驗教學(xué)模式可以激發(fā)學(xué)生強烈的自主學(xué)習(xí)興趣，并增強了學(xué)生自學(xué)的能力、獨立思考解決問題的能力以及動手操作的能力。而且通過學(xué)生的反饋可知學(xué)生對理論知識的掌握更加牢固，學(xué)生成績得到普遍提高。

3 結(jié)束語

培養(yǎng)高素質(zhì)創(chuàng)新人才，實驗教學(xué)模式改革至關(guān)重要［14］。以“動態(tài)制冰蓄冷實驗”為例，積極探索開發(fā)一種創(chuàng)新的實驗教學(xué)模式，促進對實驗教學(xué)內(nèi)涵的深化和再認(rèn)識。注重學(xué)生觀察能力、合作能力和表達能力等素質(zhì)的培養(yǎng)，切實提高創(chuàng)新人才培養(yǎng)質(zhì)量，培養(yǎng)21世紀(jì)需要的人才。

［1］李翠香，景紅娟，胡元森.生物技術(shù)專業(yè)試驗教學(xué)改革與創(chuàng)新人才培養(yǎng)的探索［J］.實驗室科學(xué)，2013（5）:69-71.

［2］宋國利，蓋功琪，蘇東妹.開放式實驗教學(xué)模式的研究與實踐.實驗室研究與探索，2010，29（2）:90-93，132.

［3］劉銀萍，彭端，蔣力李.創(chuàng)新實驗教學(xué)與傳統(tǒng)實驗教學(xué)的比較.廣東工業(yè)大學(xué)學(xué)報（社會科學(xué)版），2010，10（5）:27-30.

［4］馮潔.創(chuàng)新型人才培養(yǎng)中實驗教學(xué)的問題與對策［J］.實驗室研究與探索，2008（4）:102-105.

［5］張潤杰，劉維民，郭錦平.基于“案例”的探究式實驗教學(xué).實驗技術(shù)與管理.2006，23（6）:96-98.

［6］馬斌，狄柯坪，韓曉靜，等.“學(xué)生為主角”教學(xué)模式在病理教學(xué)中的應(yīng)用.白求恩軍醫(yī)學(xué)院學(xué)報，2013（5）:451-452.

［7］王建祥，蘇枋，葛椅汀.工程力學(xué)實驗教學(xué)的改革與探索.實驗技術(shù)與管理，2010，27（1）:130-133.

［8］陽太林.以學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)為中心改革高校實驗教學(xué).實驗技術(shù)與管理，2005，22（10）:34-38.

［9］教育部關(guān)于開展高等學(xué)校實驗教學(xué)示范中心建設(shè)和評審工作的通知［EB/OL］.［2012-03-26］.http:// www.zlgc.org/Detail.aspx Id=1143.

［10］常先問，冀兆良.動態(tài)冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)特性分析［J］.制冷.2007，26（3）:56-60

［11］黃琰，蔣玲，黃磊.翻轉(zhuǎn)課堂在“現(xiàn)代教育技術(shù)”實驗教學(xué)中的應(yīng)用研究［J］.中國電化教育，2014（4）:110-115.

［12］崔紅霞.中職化學(xué)教學(xué)中提高學(xué)生思維能力初探［J］.成才之路.2013（34）:24-24.

［13］黃琰，蔣玲，黃磊.翻轉(zhuǎn)課堂在“現(xiàn)代教育技術(shù)”實驗教學(xué)中的應(yīng)用研究［J］.中國電化教育，2014（4）:110-115.

［14］周文富.地方高校實驗教學(xué)模式改革與創(chuàng)新人才培養(yǎng)［J］.實驗室研究與探索，2009，28（7）: 97-102.

Application Research of Innovative Experiment Teaching Model—A Case Study of Dynamic Ice Storage Experiment

ZHAO Mei，YU Hang，ZHAN Guangyi，WANG Xiaodong
（1.School of Mechanical and Energy Engineering，Tongji University，Shanghai 201804，China；2.Tongji Architectural Design（Group）Co.，Ltd，Shanghai 200092，China）

The traditional experiment teaching model has the disadvantage of out-dated contents，monotonic system and theoryemphasized and practice-underestimated which constrained the development of students’personality and was unfavorable to the cultivation of students’innovation ability.Based on the analysis of the shortcomings，this paper studies the application of innovative experiment teaching model using“dynamic ice storage experiment”as an example.This paper expounds the characteristics of the innovative experiment teaching model，such as the implementation of research-based teaching，adoption of diversified teaching methods and developing network teaching new ideas.Results show that the innovative experiment teaching model is helpful to promote the re-recognition of experiment teaching and deepen its connotation.Beside it can raise the quality of innovative talent training effectively.

traditional experiment teaching model；innovative experiment teaching model；dynamic ice storage experiment；research-oriented experiment；network

G642.0

A

10.3969/j.issn.1672-4550.2016.05.057

2015-08-04；修改日期：2016-09-12

同濟大學(xué)實驗教學(xué)改革項目（2013年10月）。

趙 美（1987-），女，碩士，助理工程師，主要從事實驗室教學(xué)與管理工作。