開放性創(chuàng)新實驗項目的教學(xué)實踐與探索

肖鋒 李洪麗

摘 要：開放性創(chuàng)新實驗項目對創(chuàng)新型人才培養(yǎng)具有重要作用。盡管學(xué)生是實驗項目的主體，但教師的作用也至關(guān)重要。文章以筆者指導(dǎo)的“重磁”方法的兩個開放性創(chuàng)新實驗項目為例，從項目立項、項目指導(dǎo)措施、考核方式等方面對五年來的教學(xué)實踐過程進行分析和總結(jié)，并針對存在的不足提出了相應(yīng)建議。從教師的角度，探索進一步完善開放性創(chuàng)新實驗項目的途徑。

關(guān)鍵詞：開放性；開放創(chuàng)新；創(chuàng)新實驗項目

中圖分類號：G642.0 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1002-4107（2018）11-0004-02

為了與我國科技和經(jīng)濟發(fā)展相適應(yīng)，高等學(xué)校的人才培養(yǎng)目標(biāo)和要求也逐步提高。開放性創(chuàng)新實驗作為新型的實驗教學(xué)環(huán)節(jié)，通過實驗選題、實驗時間、實驗室和實驗儀器的開放，以及實驗選題和實驗內(nèi)容等方面的創(chuàng)新，有助于提升學(xué)生的創(chuàng)新素質(zhì)、實踐能力和工程意識[1-2]。近年來，國內(nèi)高校積極設(shè)立開放性創(chuàng)新實驗項目，為培養(yǎng)創(chuàng)新型人才服務(wù)。

前人對于開放性創(chuàng)新實驗的探索與實踐，涵蓋了多個方面。如學(xué)科交叉、綜合訓(xùn)練的教學(xué)模式、研究型實驗為主導(dǎo)的教學(xué)模式等[3-4]；教學(xué)方法有任務(wù)驅(qū)動教學(xué)法、項目教學(xué)法，以及二者結(jié)合的教學(xué)法等[5-7]；教學(xué)平臺有虛擬仿真的平臺、軟件與硬件結(jié)合的平臺等[8-10]。這里我們僅以兩個“重磁”方法的開放性創(chuàng)新實驗項目為例，對教學(xué)活動具體實施過程中的經(jīng)驗和不足進行總結(jié)，探索如何在新形勢下更好地指導(dǎo)開放性創(chuàng)新實驗項目。

一、立足實驗項目內(nèi)涵科學(xué)選題

以吉林大學(xué)對開放性創(chuàng)新實驗的定位為例，認為它處于實踐教學(xué)體系中的綜合訓(xùn)練層次。教學(xué)目的是為承接課程實驗，培養(yǎng)學(xué)生分析問題、解決問題能力，培養(yǎng)團隊合作意識和創(chuàng)新意識，進而啟發(fā)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練項目研究。因此，對實驗項目的選題要求是：高于課程設(shè)置的研究性實驗，承接課內(nèi)實驗，啟發(fā)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題和研究問題；盡量結(jié)合科研、生產(chǎn)、社會實踐；思路新穎、目標(biāo)明確、具有創(chuàng)新性和探索性；工作量以學(xué)生在一學(xué)期內(nèi)完成為宜，工作場所依托市內(nèi)及校內(nèi)實驗室。

結(jié)合我們從事的地球物理學(xué)（重力與磁法）教學(xué)工作，分別設(shè)立了一個開放性創(chuàng)新實驗項目。重力方法的實驗是計算復(fù)雜地質(zhì)體的重力異常。學(xué)生在本科畢業(yè)論文或大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練計劃中，有時會面臨如何計算復(fù)雜地質(zhì)體的重力異常的問題。在重力學(xué)課堂中，他們接觸到的地質(zhì)模型都是規(guī)則形體，而實際地質(zhì)情況非常復(fù)雜，只用簡單規(guī)則形體去模擬復(fù)雜的真實地質(zhì)體會引起較大誤差。將該問題設(shè)立為開放性創(chuàng)新實驗項目具有承接課程實驗與畢業(yè)設(shè)計和大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練項目的作用。由于開放性創(chuàng)新實驗以問題為導(dǎo)向，因此，我們引導(dǎo)學(xué)生自主設(shè)計不同的地質(zhì)模型，然后選擇相應(yīng)的算法進行正演計算。例如：在知道水庫地形和圍巖密度的前提下，可以計算存貯的水體產(chǎn)生的重力異常；已知潛艇的形狀和平均密度，可以計算它在海面上產(chǎn)生的重力異

常；如果掌握了地下巖株的形體和剩余密度信息，也可以計算它在地表產(chǎn)生的重力異常。

磁法的開放性創(chuàng)新實驗項目依托古地磁實驗室，旨在培養(yǎng)學(xué)生進行樣品剩磁參數(shù)測試的能力。在磁法勘探的生產(chǎn)教學(xué)實習(xí)活動中，學(xué)生已經(jīng)學(xué)會了利用質(zhì)子旋進磁力儀測試巖石標(biāo)本的剩磁參數(shù)，但這只是一種誤差較大的簡易測試方法。更精確的剩磁參數(shù)測量應(yīng)該在無磁空間進行，而古地磁實驗室具備這樣的無磁環(huán)境和相應(yīng)的儀器設(shè)備。獲得的剩磁參數(shù)除了應(yīng)用于古地磁學(xué)的研究外，也可以幫助我們計算巖石樣品的Q值，輔助鑒定巖石類型等。吉林大學(xué)古地磁實驗室近年來更新和補充了儀器設(shè)備，有條件完成巖石樣品的采集、加工、測試與分析。古地磁實驗室位于長春市凈月潭國家森林公園，便于野外采集巖石露頭標(biāo)本。作為課程設(shè)置實驗的有益補充，我們設(shè)計了一套比較全面的實驗內(nèi)容（包含野外巖石樣品采集與加工），提高了磁性參數(shù)測試的精度，補充了實驗鏈條的完整性。

二、實驗項目指導(dǎo)措施靈活多變

在選題環(huán)節(jié)，我們傾向于與學(xué)生見面座談。由于開放性創(chuàng)新實驗項目采取全校不同專業(yè)學(xué)生公開選題的方式，因此學(xué)生的專業(yè)基礎(chǔ)也不盡相同。以選擇重力實驗的學(xué)生為例，有理科班地球物理學(xué)專業(yè)的學(xué)生，也有工科班勘查技術(shù)與工程專業(yè)的學(xué)生。盡管他們都學(xué)過重力勘探方法，但前置課程的側(cè)重點不同。前者偏重基礎(chǔ)理論，后者偏重實際應(yīng)用。即使是同一個班級的學(xué)生，編程能力、動手能力也有顯著差異。此外，開放性創(chuàng)新實驗項目實現(xiàn)了網(wǎng)上選題，雖然為師生帶來了方便，但選題前的師生互動效果不及面談。尤其是參加開放性創(chuàng)新實驗項目與學(xué)生的“課外培養(yǎng)計劃”環(huán)節(jié)的學(xué)分掛鉤之后，學(xué)生的積極性被調(diào)動了起來，但是教師有必要從眾多的報名者中通過面談進行篩選，確保將有限的實驗資源提供給真正有興趣、有能力的學(xué)生。

實驗準(zhǔn)備環(huán)節(jié)要細心嚴謹。學(xué)生人數(shù)確定之后，便可以對學(xué)生進行分組、準(zhǔn)備實驗耗材、預(yù)約實驗室開放時間等。以磁法的開放性創(chuàng)新實驗項目為例，由于涉及野外采集巖石定向標(biāo)本和巖石樣品加工，安全帽、護目鏡、手套、降噪耳塞等勞動保護用品缺一不可；對學(xué)生的健康、安全、環(huán)保教育也要在項目實施前進行；在古地磁實驗室進行巖心的切割和打磨，需要進行水冷，因此為學(xué)生配備不同尺碼的雨衣和雨靴；實驗指導(dǎo)書、儀器操作規(guī)范、記錄紙等提前發(fā)放給學(xué)生，便于學(xué)生提前準(zhǔn)備。

開放性創(chuàng)新實驗項目執(zhí)行階段，盡管以學(xué)生自主完成為主，以教師指導(dǎo)為輔，但教師積極參與對項目順利執(zhí)行也起著重要作用。首先，教師要對學(xué)生進行必要的培訓(xùn)，特別是實驗儀器操作部分，要進行示范操作，并在現(xiàn)場監(jiān)督他們練習(xí)。以磁法實驗為例，在巖石樣品加工過程中，如果不規(guī)范操作，有被高速旋轉(zhuǎn)的刀片切傷手指的危險。巖石剩余磁化強度測試過程中，如果定向標(biāo)本放置的順序不正確，那么測試的數(shù)據(jù)也是錯誤的。只有學(xué)生通過了儀器操作考核之后，才允許使用。其次，教師要對學(xué)生在項目實施過程中產(chǎn)生的問題進行引導(dǎo)或解答。開放性創(chuàng)新實驗項目具有一定的創(chuàng)新性，項目執(zhí)行期間可能會產(chǎn)生一些新問題。教師的及時幫助，會使項目實施得更加順利，也節(jié)省了學(xué)生的時間。例如：一個學(xué)生按照一篇參考文獻編寫了相關(guān)的程序代碼，并進行了算法改進。程序在編譯過程中沒有提示任何錯誤，計算的結(jié)果不正確。他自己反復(fù)核對算法與代碼，用了一個上午都沒有解決問題。我們與他一起調(diào)試程序，發(fā)現(xiàn)代碼中缺少對一個反正切角度的象限進行討論，這正是學(xué)生本人遺忘的。因此，教師的知識和經(jīng)驗對學(xué)生有所幫助。最后，教師要督促學(xué)生按進度執(zhí)行項目。特別是以小組為單位的實驗項目，有時會出現(xiàn)由于個別學(xué)生沒有及時完成自己的任務(wù)拖累整個項目進程的情況。在組長不能安排協(xié)調(diào)的情況下，教師可以出面與學(xué)生談話，找出問題的癥結(jié)，然后對癥下藥。

項目執(zhí)行階段，教師可以采用不同的方式進行指導(dǎo)。教師在外地出差時，可以通過網(wǎng)絡(luò)通信工具、打電話、發(fā)郵件，甚至視頻會議的方式與學(xué)生進行交流。如果師生都在學(xué)校，可以采用定期或不定期匯報、組會討論的方式溝通，還可以讓研究生、完成過實驗的本科生參與指導(dǎo)。他們具有學(xué)生的身份，和參與實驗的學(xué)生年齡相當(dāng)，在心理上更加接近，溝通無障礙。這些“助教”在一定程度上也能彌補師資的不足，提供更多的指導(dǎo)時間。總之，我們有很多選擇來確保溝通渠道的通暢、信息的及時準(zhǔn)確送達，這些都服務(wù)于實驗項目執(zhí)行環(huán)節(jié)。

三、實驗考核方式多樣化

按照學(xué)校規(guī)定，指導(dǎo)教師要批改實驗小組的實驗報告，完成實驗成績的評定工作。實驗成績分為優(yōu)秀、良好、中等、及格、不及格五個檔次。實驗報告是對實驗項目的總結(jié)，還需要相應(yīng)的支撐材料。開放性創(chuàng)新實驗項目內(nèi)容的不同決定了實驗成果的不同。因此，基于實驗項目的特殊性，在考核階段我們提出了額外的要求。例如：重力實驗中，要求學(xué)生提供程序源代碼，函數(shù)調(diào)用說明。如果完成了人機交互界面，形成了軟件，還要提交用戶使用說明書。磁法實驗中，學(xué)生還需要提供他親自采集、加工、制作的巖石樣品。我們在實驗室也準(zhǔn)備了陳列柜，將學(xué)生的實物成果進行展示。

指導(dǎo)教師從專業(yè)的角度對學(xué)生的實驗項目進行成績評定。學(xué)院和學(xué)校在學(xué)期末也會對每組實驗項目進行檢查，主要是從項目管理、實施及完成度等方面進行評估。

四、存在的不足與建議

通過對近年來指導(dǎo)的開放性創(chuàng)新實驗項目的總結(jié)，我們發(fā)現(xiàn)存在以下問題：（1）個別學(xué)生主觀能動性不足。由于參加開放性創(chuàng)新實驗項目能獲得學(xué)分，而且以小組為單位評定成績，這為他們在組內(nèi)消極怠工創(chuàng)造了條件。（2）實驗時間比較難協(xié)調(diào)。每個小組的成員可能是不同專業(yè)、不同班級的學(xué)生，正常上班時間內(nèi)，他們的共同課余時間較少。因此，預(yù)約的實驗時間多安排在周末或假期。這需要指導(dǎo)教師或?qū)嶒瀱T進行加班。（3）實驗經(jīng)費只有耗材，并不包括野外補助。由于磁法實驗的特殊性，需要采集巖石露頭的定向標(biāo)本。從市中心到郊區(qū)路途遙遠，跋山涉水去鉆取巖心往往需要在野外耗費一整天時間。

基于以上問題，我們建議：（1）小組成員單獨提交實驗報告，且每個組員成績可以不同。（2）實驗項目的時間可以跨越學(xué)期，利用寒假或暑假可以創(chuàng)造出更多的師生共同時間。（3）經(jīng)費預(yù)算應(yīng)該更加靈活。

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[責(zé)任編輯 包玉紅]