本科生開放性創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的探索與實(shí)踐

高淑貞， 蔡 印， 牛立剛， 何 艷

(吉林大學(xué) a.教務(wù)處，b.電子科學(xué)與工程學(xué)院，長春 130012)

0 引 言

共享實(shí)驗(yàn)資源、培養(yǎng)創(chuàng)新人才，一直是高校開放實(shí)驗(yàn)室的研討熱點(diǎn)。在2017年7月召開的東北地區(qū)第四屆高校大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)研討會上，吉林大學(xué)開展的開放性創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)吸引了與會專家的關(guān)注。這種基于項(xiàng)目引導(dǎo)的實(shí)驗(yàn)室開放機(jī)制，探索了實(shí)驗(yàn)室開放的有效方法，實(shí)現(xiàn)了大學(xué)生基于問題進(jìn)行探究性學(xué)習(xí)的教學(xué)目的。

1 探究性學(xué)習(xí)模式

探究性學(xué)習(xí)模式是以實(shí)際問題切入，激發(fā)學(xué)生興趣，引導(dǎo)學(xué)生收集、研究相關(guān)信息，嘗試解釋問題，探索解決問題的方法，通過實(shí)驗(yàn)，思考分析問題，驗(yàn)證理論、求證假設(shè)，解釋解決問題的原理，分析總結(jié)探索方式與方法。學(xué)習(xí)參與者一同交流思考、方法、見解，交流求證結(jié)果，一起分析面臨的共同問題，共同尋求解決的方法與途徑。該模式是培養(yǎng)學(xué)生基本研究方法的有效途徑，能有效促進(jìn)學(xué)生合作意識與能力的培養(yǎng)，有利于學(xué)生勇于探索、嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的科學(xué)精神的養(yǎng)成。

探究性學(xué)習(xí)還是一種教師與學(xué)生平等參與、并以學(xué)生自主學(xué)習(xí)為前提的學(xué)習(xí)模式。教師激勵(lì)學(xué)生大膽?yīng)毩⑻剿?，?dāng)學(xué)生學(xué)會探究的原理后，就可以將探究活動利用資料來源與其他學(xué)生對話、實(shí)驗(yàn)以及與教師討論。所以，該模式有利于自主學(xué)習(xí)意識與推進(jìn)探究過程的能力和語言表達(dá)能力的培養(yǎng)。

2 設(shè)計(jì)開放性創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)

可以作為探究性學(xué)習(xí)的問題廣泛存在于學(xué)生學(xué)習(xí)的全過程。但是，在學(xué)生還不能有效設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)問題時(shí)，幫助學(xué)生設(shè)計(jì)真實(shí)問題去研究是學(xué)校的教學(xué)任務(wù)，也是實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法改革的方向。2013年我校開創(chuàng)了“吉林大學(xué)開放性創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)”。在課程實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，項(xiàng)目教學(xué)組提出具有研究性、實(shí)踐性的課題，提供給學(xué)生自己選擇；在教師輔助下，學(xué)生自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，自主進(jìn)行實(shí)驗(yàn)、分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，最終解決問題，并獨(dú)立撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告。開放性創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)，定位于我校實(shí)踐教學(xué)體系中的綜合訓(xùn)練層次。教學(xué)目的為承接課程實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生分析問題、解決問題能力，培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)合作意識和創(chuàng)新意識，進(jìn)而啟發(fā)學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練問題的自主設(shè)計(jì)能力。

開放性創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的難度設(shè)計(jì)應(yīng)符合最近發(fā)展區(qū)理論。項(xiàng)目設(shè)計(jì)堅(jiān)持以學(xué)生為中心，遵循最近發(fā)展區(qū)理論原理，研究學(xué)生在大學(xué)期間各個(gè)階段學(xué)習(xí)能力發(fā)展目標(biāo)，構(gòu)建難度遞進(jìn)、有利于挑戰(zhàn)學(xué)生好奇心但又適合各自學(xué)習(xí)階段的學(xué)習(xí)內(nèi)容，有利于學(xué)生有效建構(gòu)知識。項(xiàng)目安排應(yīng)作為特定的環(huán)境以幫助學(xué)生有效激活所學(xué)知識。在難度設(shè)計(jì)上應(yīng)注重保持與激發(fā)學(xué)生持續(xù)探究的熱情，保持學(xué)習(xí)動機(jī)的持續(xù)性。畢業(yè)時(shí)的學(xué)習(xí)目標(biāo)與訓(xùn)練成果要確保培養(yǎng)目標(biāo)的達(dá)成。

自2013年春季學(xué)期開始，課題組在征集題目之前，進(jìn)行廣泛的理念研討，統(tǒng)一思想，找準(zhǔn)開放實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)目的定位；每學(xué)期開放的實(shí)驗(yàn)題目要經(jīng)過專家反復(fù)參照學(xué)生的實(shí)驗(yàn)報(bào)告與檢查反饋等內(nèi)容進(jìn)行審定。

3 形成性評價(jià)

探究性學(xué)習(xí)模式在邏輯上要求學(xué)習(xí)的促進(jìn)者——教師，一定要在學(xué)生整體探究過程中給予指導(dǎo)、反饋。在指導(dǎo)過程中鼓勵(lì)學(xué)生積極參與學(xué)習(xí)實(shí)踐過程，讓學(xué)生把思維展示給他們自己、同伴和老師，為學(xué)生提供修改或改進(jìn)思維和理解的機(jī)會，幫助他們看到自己的進(jìn)步，不斷改進(jìn)個(gè)人理解以及建構(gòu)新知識，從而體驗(yàn)學(xué)習(xí)本身應(yīng)有的樂趣、興奮和挑戰(zhàn)，在興趣、需求或好奇心驅(qū)動下不斷探索。因此，我校開放性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目實(shí)施中強(qiáng)調(diào)老師對學(xué)生的學(xué)習(xí)過程、效果與提升等給予形成性評價(jià)。

4 建立支持體系

開放性創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的可持續(xù)開展，有賴于全校來自管理者層面直達(dá)教師個(gè)體的完整有效的四維支持體系。①具備熟練過程指導(dǎo)能力及不倦啟發(fā)與激勵(lì)學(xué)生的教師；②能夠支持各類問題、便捷獲得的豐富的包括最新技術(shù)實(shí)驗(yàn)條件在內(nèi)教學(xué)資源，支持學(xué)生便捷獲得學(xué)習(xí)機(jī)會、進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探索解決問題，如實(shí)驗(yàn)室、信息源、信息管理系統(tǒng)；③提供學(xué)生及時(shí)展示、交流、研討，包括接受廣泛質(zhì)疑、驗(yàn)證探索結(jié)果的機(jī)會。④制度保障。本科實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理辦法、開放性創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)管理辦法、大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐成果獎勵(lì)辦法、本科課外培養(yǎng)計(jì)劃實(shí)施細(xì)則、實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心管理辦法等全面覆蓋的制度。在激勵(lì)機(jī)制上體現(xiàn)激勵(lì)教師貢獻(xiàn)、認(rèn)定學(xué)生學(xué)分；同時(shí)制定支持學(xué)生便捷進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室利用教學(xué)資源、得到物質(zhì)條件支持、高水平指導(dǎo)、保證學(xué)習(xí)效果的制度保障。

四維支持體系的構(gòu)建，需要學(xué)校積極作為，以項(xiàng)目為引導(dǎo)，全校范圍內(nèi)開放課題、交叉指導(dǎo)、共享資源，大力營造探究氛圍、創(chuàng)設(shè)激勵(lì)機(jī)制，吸引學(xué)生持續(xù)探究。

5 運(yùn)行效果

自2013年春季學(xué)期以來，開放性創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)吸引了廣大學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。課題組制定了學(xué)習(xí)效果問卷，通過管理系統(tǒng)收集反饋結(jié)果。問卷內(nèi)容涉及學(xué)習(xí)動機(jī)、學(xué)習(xí)態(tài)度、學(xué)習(xí)投入、教師指導(dǎo)、條件保障、學(xué)習(xí)效果等6個(gè)方面。前三項(xiàng)力求反映學(xué)生的認(rèn)真程度與學(xué)習(xí)過程的身心投入；在學(xué)習(xí)態(tài)度與學(xué)習(xí)效果中，對問題難度的反饋，可以體現(xiàn)出設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)問題的難度；教師指導(dǎo)、條件保障反映學(xué)生對支持系統(tǒng)的滿意度；學(xué)習(xí)效果反饋中可以反映學(xué)生的學(xué)習(xí)收獲與教育效果。

提交問卷調(diào)查表的學(xué)生是上個(gè)學(xué)期選做開放實(shí)驗(yàn)、本學(xué)期又登錄系統(tǒng)選做實(shí)驗(yàn)者，即問卷覆蓋范圍僅限于連續(xù)學(xué)期選做實(shí)驗(yàn)的同學(xué)。課題組共進(jìn)行過兩次反饋信息收集，回答問卷的學(xué)生為2016秋季1 202人、2017春季1 738人。下面以2017春季問卷填寫情況為例進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

5.1 學(xué)習(xí)動機(jī)

學(xué)習(xí)動機(jī)反饋由對規(guī)范的理解、選做實(shí)驗(yàn)的原因、選擇實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目方向以及實(shí)驗(yàn)小組合作意向四個(gè)問題。①對規(guī)范的理解。調(diào)查顯示，88%學(xué)生閱讀過“吉林大學(xué)開放性創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)管理辦法”，其中42%的學(xué)生完全了解“辦法”內(nèi)容，表明學(xué)生主動把握學(xué)習(xí)機(jī)會。②關(guān)于選做實(shí)驗(yàn)的原因，90%的學(xué)生主動選擇實(shí)驗(yàn)，特別是有43%的學(xué)生表示“非常喜歡”。③在選擇實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目方向上，66%的學(xué)生“偏向本專業(yè)課題”；15%的學(xué)生“偏向跨專業(yè)選題”。在跨專業(yè)選實(shí)驗(yàn)的學(xué)生中，93%的學(xué)生基于“(A)拓寬專業(yè)視野”考慮，同時(shí)47%的學(xué)生期待“(B)領(lǐng)略教師的風(fēng)采”；62%的學(xué)生期待“(C)體驗(yàn)優(yōu)質(zhì)實(shí)驗(yàn)條件”。與2016年秋季學(xué)期比較，2017年春季學(xué)期BC的比例下降，同時(shí)“偏向跨專業(yè)選題”有3%的增幅，表明學(xué)生更明確趨向于開拓專業(yè)視野學(xué)習(xí)動機(jī)。④實(shí)驗(yàn)小組合作意向。67%的學(xué)生期待小組合作性學(xué)習(xí)，其中95%的學(xué)生希望同學(xué)間“能夠取長補(bǔ)短相互協(xié)作”，還有55%的學(xué)生同時(shí)也希望“認(rèn)識更多的朋友”。

由此可見，學(xué)生是在了解管理辦法基礎(chǔ)上主動把握實(shí)驗(yàn)機(jī)會，并希望同學(xué)間能夠取長補(bǔ)短、相互協(xié)作學(xué)習(xí)。

5.2 學(xué)習(xí)態(tài)度

學(xué)習(xí)態(tài)度可以從對選做實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的認(rèn)知、題目難度取向、選擇實(shí)驗(yàn)的考量因素、學(xué)習(xí)方案的形成等問題，以及選擇“小組合作”同學(xué)中對小組交流協(xié)作和完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告的態(tài)度等方面反映。①在小組合作選項(xiàng)的同學(xué)中，73%的學(xué)生認(rèn)為應(yīng)當(dāng)小組合作完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告，其中59%的學(xué)生認(rèn)為同時(shí)應(yīng)當(dāng)研討交流。②關(guān)于對選做實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的認(rèn)知，97%以上的學(xué)生是在對問題的基本理解基礎(chǔ)上認(rèn)真、明確、鄭重地選實(shí)驗(yàn)。③關(guān)于題目難度取向，24%的學(xué)生希望選擇“具有挑戰(zhàn)性”的項(xiàng)目，64%的學(xué)生喜歡選擇“稍有挑戰(zhàn)性”的項(xiàng)目。④對于選擇實(shí)驗(yàn)的考量因素，81%的學(xué)生優(yōu)先考慮學(xué)習(xí)問題。⑤對于學(xué)習(xí)方案的形成問題，68%的學(xué)生回答實(shí)驗(yàn)小組自己制定實(shí)驗(yàn)方案，再和老師一起研討。

總體來說學(xué)生能夠在對實(shí)驗(yàn)問題理解的基礎(chǔ)上，敢于接受具有一定難度挑戰(zhàn)的問題，小組(自己)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，在老師的指導(dǎo)下通過小組討論等合作性學(xué)習(xí)完成問題的探究，撰寫報(bào)告，研討解決問題的方法。

5.3 學(xué)習(xí)投入

學(xué)習(xí)投入情況調(diào)查，采集了學(xué)生做第一個(gè)實(shí)驗(yàn)、第二個(gè)實(shí)驗(yàn)所需要的全部時(shí)間，以及“完成一個(gè)項(xiàng)目花在學(xué)習(xí)參考文獻(xiàn)、撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告的時(shí)間”所用的時(shí)間。

學(xué)習(xí)時(shí)間投入調(diào)查中，69%學(xué)生反映做第一個(gè)實(shí)驗(yàn)，從學(xué)習(xí)參考文獻(xiàn)直至完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告大約需要用30 h以上；40%的學(xué)生完成第二個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目大約用30 h以上。而且有32%的同學(xué)用于閱讀參考文獻(xiàn)、撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告的時(shí)間在30 h以上。按照課題組設(shè)計(jì)的課題難度與工作量預(yù)想，學(xué)生投入時(shí)間的反饋表明提供實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的體量與難度應(yīng)該符合學(xué)生的實(shí)際程度。

5.4 教師指導(dǎo)

教師指導(dǎo)主要考量老師的教學(xué)態(tài)度、時(shí)間投入和指導(dǎo)內(nèi)容。①對于教師指導(dǎo)及時(shí)程度，82%的學(xué)生反映能夠順利地聯(lián)系到指導(dǎo)教師，13%的學(xué)生反映有時(shí)候能找到教師，說明96%以上的學(xué)生受到老師的直接指導(dǎo)；一個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目得到老師2次以上指導(dǎo)的達(dá)92%，其中59%的學(xué)生得到4次以上指導(dǎo)。②在學(xué)習(xí)資料來源問題上，58%的學(xué)生反映老師幫助提供了資料的來源，14%的學(xué)生收到老師提供的學(xué)習(xí)資料。③在規(guī)范撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告的指導(dǎo)方面，93%的學(xué)生反映老師指導(dǎo)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)報(bào)告中有實(shí)驗(yàn)方法比較分析要求，幫助學(xué)生在解決問題的方法上有所拓展。④交流研討方面，81%的反饋結(jié)果表明，指導(dǎo)教師在一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)中組織了2次以上的研討活動。由此可見，老師指導(dǎo)力度總體上是充分的。

5.5 條件保障

條件保障是要考查學(xué)生是否能夠便捷進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室、使用性能可靠的儀器、得到充足的實(shí)驗(yàn)耗材。①對實(shí)驗(yàn)室及儀器設(shè)備支持的反饋中，17%的學(xué)生不需要實(shí)驗(yàn)儀器，其余都需要儀器。在需要實(shí)驗(yàn)儀器的同學(xué)中，有98%能夠順利預(yù)約到實(shí)驗(yàn)室，而且96%能夠順利預(yù)約到儀器，97%認(rèn)為儀器性能可靠。②實(shí)驗(yàn)耗材支持問題回答結(jié)果表明，81%學(xué)生得到充足實(shí)驗(yàn)耗材；8%的學(xué)生反映稍有不足；9%的學(xué)生反映實(shí)驗(yàn)不需耗材?？梢妼W(xué)?？傮w支持得到學(xué)生高度認(rèn)可。

5.6 學(xué)習(xí)效果

①選做實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，同學(xué)們對實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的難度再次進(jìn)行反思，有7%認(rèn)為項(xiàng)目“很難”，28%認(rèn)為“比較難”，54%認(rèn)為“有一點(diǎn)難度”。②對實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目內(nèi)容設(shè)計(jì)問題，22%認(rèn)為項(xiàng)目內(nèi)容與課內(nèi)實(shí)驗(yàn)不重復(fù)，65%認(rèn)為項(xiàng)目內(nèi)容與課內(nèi)實(shí)驗(yàn)有一些關(guān)聯(lián)但不重復(fù)；③“在開放性創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目對理論課程學(xué)習(xí)及課內(nèi)實(shí)驗(yàn)是否具有拓展和促進(jìn)作用”回答中，47%認(rèn)為“有，作用很大”，36%回答“有，作用較大”。④在對實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目(學(xué)習(xí)問題)的興趣方面，有56%感覺“很有興趣”，36% “比較有興趣”，“很有興趣”和 “比較有興趣”的學(xué)生占92%。⑤對“學(xué)習(xí)各方面收獲”“拓展知識”“增加實(shí)驗(yàn)技能”“經(jīng)歷了分析復(fù)雜問題的訓(xùn)練”“提高了分析復(fù)雜問題的能力”及“促進(jìn)自主學(xué)習(xí)”5個(gè)選項(xiàng)的回答占據(jù)前五分別為：85%、80%、57%、57%和53%，成為響應(yīng)度較高的選項(xiàng)。⑥在考核成績滿意度反饋中，94%學(xué)生認(rèn)可成績評價(jià)合理。

5.7 教育效果

對“通過開放性創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的開展，你是否想過要自己去發(fā)現(xiàn)問題、研究問題”的反饋，76%的學(xué)生被激發(fā)了探究的愿望，自己也想找問題研究。在對第28題“開放性創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)，對您的學(xué)習(xí)有什么促進(jìn)作用的調(diào)查”問題回答中，80%的學(xué)生認(rèn)為促進(jìn)了“主動學(xué)

習(xí)意識”；9% 學(xué)生認(rèn)為促進(jìn)了“自主控制學(xué)習(xí)過程的能力”；8%的學(xué)生認(rèn)為促進(jìn)了“理解性、實(shí)踐性學(xué)習(xí)能力”。3項(xiàng)合計(jì)占比97%?？梢?，通過開放實(shí)驗(yàn)，完全達(dá)到了探究性學(xué)習(xí)的教育目的，再次印證了開放性創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的科學(xué)性與實(shí)施環(huán)境設(shè)計(jì)的合理性。

6 結(jié) 語

經(jīng)過不斷探索與完善，特別是學(xué)習(xí)問題的設(shè)置、指導(dǎo)教師教學(xué)理念的更新與指導(dǎo)方法的優(yōu)化，在實(shí)驗(yàn)條件、信息化條件與管理制度的保障下，我校探索形成了開放實(shí)驗(yàn)管理運(yùn)行規(guī)律，收到了喜人的教學(xué)效果。同學(xué)們在全校實(shí)踐教學(xué)管理體系與指導(dǎo)教師的幫助下，了解相關(guān)管理制度，主動把握學(xué)習(xí)機(jī)會，敢于迎接具有一定難度的探究問題的挑戰(zhàn)，投入大量的時(shí)間用于開放實(shí)驗(yàn)，學(xué)會了小組學(xué)習(xí)、實(shí)踐性學(xué)習(xí)，強(qiáng)化了以問題為基礎(chǔ)的自主學(xué)習(xí)意識，學(xué)會學(xué)習(xí)、喜歡所學(xué)專業(yè)。

5年來，課題組每學(xué)期都檢查工作、評估效果和優(yōu)化題目。實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目經(jīng)過專家反復(fù)評審，難度逐漸增加，但學(xué)生對難度反饋卻呈下降趨勢，“有一點(diǎn)難度”反饋的比例增加，可見學(xué)生的學(xué)習(xí)能力已有所提高。