以培養(yǎng)專業(yè)型人才為目的構(gòu)建多層次大學(xué)生實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式

孫喜山 張永建 夏冬昱

【摘 要】實(shí)驗(yàn)教學(xué)是大學(xué)教育體系中的重要組成部分，現(xiàn)代實(shí)驗(yàn)教學(xué)的形式不再拘泥于傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)課堂上的面授與重復(fù)性操作，而要求在此基礎(chǔ)上有所拓展與創(chuàng)新。以驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，拓展綜合性實(shí)驗(yàn)，構(gòu)建研究創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)是當(dāng)今社會(huì)對(duì)大學(xué)教學(xué)的要求，本文從建環(huán)專業(yè)的特點(diǎn)出發(fā)就如何分層次合理安排大學(xué)生實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目提出了新的建議。

【關(guān)鍵詞】驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)；翻轉(zhuǎn)課堂；綜合性實(shí)驗(yàn)；專業(yè)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)；創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)；開放實(shí)驗(yàn)室

【中圖分類號(hào)】G642 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A

【文章編號(hào)】2095-3089（2019）13-0001-01

從人才培養(yǎng)的職能來看，大學(xué)的社會(huì)責(zé)任體現(xiàn)在大學(xué)培養(yǎng)的人才能夠滿足社會(huì)當(dāng)前和未來發(fā)展的需要，能夠適應(yīng)和促進(jìn)人類的全面發(fā)展，能夠保證高等教育的公平、質(zhì)量、社會(huì)適切，最終大學(xué)能否實(shí)現(xiàn)所承擔(dān)的社會(huì)責(zé)任，還取決于培養(yǎng)的人才在未來推動(dòng)社會(huì)進(jìn)步和發(fā)展中能否做出貢獻(xiàn)[1]。大學(xué)教育是培養(yǎng)創(chuàng)新應(yīng)用型人才的場(chǎng)所，是推動(dòng)社會(huì)文明發(fā)展的新生力量的發(fā)源地。實(shí)驗(yàn)課程作為大學(xué)課程的重要組成部分，起到了將書本的理論知識(shí)與實(shí)踐應(yīng)用搭接到一起，并進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生深入實(shí)踐，從而發(fā)展理論應(yīng)用創(chuàng)新的作用。

就大學(xué)期間的實(shí)驗(yàn)教學(xué)性質(zhì)而言可分為三大類，即驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)、綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)、研究創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)，三者之間是相輔相成的，一味地強(qiáng)調(diào)創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，忽視驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)的實(shí)施，從而違背思維體系認(rèn)知形成規(guī)律；或者過多的將實(shí)驗(yàn)課程流于形式，不考慮學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)都會(huì)影響到學(xué)生應(yīng)用能力的發(fā)展。

近年來，大學(xué)教學(xué)體系中加強(qiáng)大學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)成為教育改革的重要內(nèi)容之一，本文將從建筑環(huán)境與能源專業(yè)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)特點(diǎn)出發(fā)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)性質(zhì)的不同對(duì)大學(xué)實(shí)驗(yàn)課堂開展多層次遞進(jìn)化教學(xué)模式提出實(shí)施方案，并對(duì)操作過程中可能產(chǎn)生的問題給出具體對(duì)策。

一、“翻轉(zhuǎn)”驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)

驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)是結(jié)論明確、操作程序固定、數(shù)據(jù)處理公式化。因其特點(diǎn)被視為缺乏彈性，不具有趣味性，不利于培養(yǎng)學(xué)生的探索和創(chuàng)新意識(shí)，并逐漸被忽視，甚至在教學(xué)大綱的制定過程中為了提高綜合性、設(shè)計(jì)性、創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)所占比例，不惜對(duì)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容和課時(shí)進(jìn)行刪減，這種做法實(shí)際上違背了知識(shí)體系由簡(jiǎn)到難、由被動(dòng)到主動(dòng)的認(rèn)知規(guī)律。

驗(yàn)證性試驗(yàn)是課堂上理論知識(shí)與實(shí)際應(yīng)用的最初的結(jié)合點(diǎn)、契合點(diǎn)，其意義不僅僅局限于簡(jiǎn)單的操作，而是通過驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)的鍛煉，加深學(xué)生對(duì)課堂講解知識(shí)點(diǎn)的理解與吸收，進(jìn)而對(duì)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的設(shè)計(jì)思路、結(jié)構(gòu)組成、功能缺陷、可拓展的實(shí)驗(yàn)方向得以充分認(rèn)識(shí)。建筑環(huán)境與能源專業(yè)總實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)為60學(xué)時(shí)，其中驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)16學(xué)時(shí)，占總學(xué)時(shí)的27%，其中流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)和工程熱力學(xué)實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)儀器多為玻璃制品或壓力容器，在多年的實(shí)驗(yàn)運(yùn)行過程中，常常出現(xiàn)學(xué)生誤操作導(dǎo)致儀器損壞的情況。

如何讓學(xué)生在有限的時(shí)間里完成理論知識(shí)到實(shí)踐應(yīng)用的轉(zhuǎn)變過程成為驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)的主要難點(diǎn)，近年來“翻轉(zhuǎn)課堂”教學(xué)模式給出了很好的借鑒作用，利用互聯(lián)網(wǎng)的優(yōu)勢(shì)，引導(dǎo)學(xué)生通過網(wǎng)上視頻對(duì)實(shí)驗(yàn)課堂內(nèi)容進(jìn)行初步了解，并將問題記錄下來，這種方式鼓勵(lì)學(xué)生帶著問題進(jìn)入實(shí)驗(yàn)課堂，在增強(qiáng)學(xué)習(xí)目的性的同時(shí)，通過課堂上與教師的交流、討論，達(dá)到解決問題并將知識(shí)進(jìn)行進(jìn)一步拓展的目的。

以建環(huán)專業(yè)流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)為例，首先我們要求學(xué)生借助網(wǎng)絡(luò)視頻完成預(yù)習(xí)，預(yù)習(xí)內(nèi)容不是簡(jiǎn)單的抄寫實(shí)驗(yàn)步驟，而是要求學(xué)生真正的理解實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊约芭c之相對(duì)應(yīng)的儀器設(shè)備的構(gòu)造特點(diǎn)，并在上課過程中，隨機(jī)的挑選學(xué)生講解實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，并給與一定的分?jǐn)?shù)評(píng)定，這樣的要求會(huì)使學(xué)生認(rèn)真對(duì)待實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)部分。同時(shí)，任課教師就學(xué)生講解過程中出現(xiàn)的紕漏進(jìn)行修正補(bǔ)充，強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)操作的重點(diǎn)、難點(diǎn)。通過采取這些措施，使學(xué)生順利的理解并完成實(shí)驗(yàn)，近三年的由于誤操作導(dǎo)致的儀器破損率保持為零。

根據(jù)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)，將實(shí)驗(yàn)原理、從未接觸過的實(shí)驗(yàn)儀器、實(shí)驗(yàn)操作步驟、難點(diǎn)、注意事項(xiàng)通過視頻形式直觀的展現(xiàn)在學(xué)生眼前，學(xué)生經(jīng)過觀看視頻學(xué)習(xí)之后，完成課前預(yù)習(xí)。教師通過學(xué)生講解內(nèi)容的反饋信息可以掌握學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)原理及實(shí)驗(yàn)操作的理解程度，找到知識(shí)誤區(qū)和薄弱點(diǎn)，有助于教師課堂講解更具有針對(duì)性，更便于學(xué)生理解，同時(shí)有效的減少、避免實(shí)驗(yàn)過程因操作不當(dāng)引起的錯(cuò)誤。

驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用使學(xué)生的課前預(yù)習(xí)由被動(dòng)變?yōu)橹鲃?dòng)，由接受知識(shí)的受體轉(zhuǎn)變?yōu)樘岢鰡栴}、思考問題、解決問題的主體，這種教學(xué)模式既可以遵循完整的學(xué)習(xí)認(rèn)知規(guī)律，在保證課堂時(shí)間的同時(shí)，又可以根據(jù)每一位學(xué)生的學(xué)習(xí)能力和認(rèn)知水平而達(dá)到因材施教完成個(gè)體化差異教學(xué)。

在解決驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)課時(shí)緊張問題的同時(shí)，可以避免因課時(shí)不足導(dǎo)致驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)走過場(chǎng)、不被重視的問題，為創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)以及學(xué)生自主研發(fā)能力的培養(yǎng)提供了更為充足的時(shí)間和堅(jiān)實(shí)的實(shí)踐基礎(chǔ)。

二、整體掌握設(shè)計(jì)性、綜合性實(shí)驗(yàn)

設(shè)計(jì)性、綜合性實(shí)驗(yàn)是驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)的進(jìn)一步拓展，是在掌握驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)的前提下，將實(shí)驗(yàn)任務(wù)交給學(xué)生，由學(xué)生綜合多種專業(yè)知識(shí)和已經(jīng)做過的實(shí)驗(yàn)，自行設(shè)計(jì)操作步驟，最終得到預(yù)期結(jié)果的實(shí)驗(yàn)過程。

不同于創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)，設(shè)計(jì)性、綜合性實(shí)驗(yàn)的課題項(xiàng)目由靈活，學(xué)生根據(jù)課題確定實(shí)驗(yàn)所依據(jù)原理、提出需要使用的儀器設(shè)備、制定實(shí)驗(yàn)的操作步驟。該類型的實(shí)驗(yàn)有一定的樣板，實(shí)驗(yàn)結(jié)果是可預(yù)測(cè)的，是最終的目的，其內(nèi)容主要注重學(xué)生對(duì)本專業(yè)一門課程多個(gè)原理或幾門課程內(nèi)容的綜合理解與消化，是培養(yǎng)學(xué)生對(duì)知識(shí)的綜合運(yùn)用能力，并將理論與實(shí)際項(xiàng)目的實(shí)施、操作相聯(lián)系的重要環(huán)節(jié)。

建環(huán)專業(yè)的設(shè)計(jì)性、綜合性實(shí)驗(yàn)共計(jì)28學(xué)時(shí)，占總實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)的47%，主要集中于專業(yè)課程，并在建筑環(huán)境檢測(cè)與實(shí)踐課中得以充分實(shí)施。實(shí)驗(yàn)前，指導(dǎo)教師需要與學(xué)生進(jìn)行溝通，要根據(jù)學(xué)生學(xué)習(xí)程度提供專業(yè)相關(guān)的命題方向，學(xué)生查閱相關(guān)資料并確定實(shí)驗(yàn)立項(xiàng)內(nèi)容，教師根據(jù)學(xué)生提出的實(shí)驗(yàn)初稿提出意見，修改方案，完善實(shí)驗(yàn)步驟，最后經(jīng)學(xué)生修改、教師認(rèn)可后方可實(shí)施具體的實(shí)驗(yàn)步驟，完成實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。該類型實(shí)驗(yàn)的周期較驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)長(zhǎng)，實(shí)驗(yàn)前需要充足的準(zhǔn)備時(shí)間，對(duì)教師而言指導(dǎo)任務(wù)比較重，且實(shí)驗(yàn)前儀器設(shè)備的準(zhǔn)備工作因命題不同而比較繁雜，實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的設(shè)置可以有效的簡(jiǎn)化教師工作程序，利于教師整體掌握學(xué)生的進(jìn)度，掌控實(shí)驗(yàn)過程。

為了有效完成設(shè)計(jì)性、綜合性實(shí)驗(yàn)，建設(shè)與專業(yè)知識(shí)對(duì)應(yīng)的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)尤為重要，所謂的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)是按照本專業(yè)的不同課程方向進(jìn)行分類別設(shè)置，與專業(yè)課程知識(shí)明確搭接，對(duì)應(yīng)確定的專業(yè)方向，并且具有可將本專業(yè)不同課程操作平臺(tái)綜合運(yùn)用的功能；儀器設(shè)備按平臺(tái)不同分類別集中管理，實(shí)現(xiàn)平臺(tái)與儀器設(shè)備的專屬對(duì)應(yīng)關(guān)系，由指定教師負(fù)責(zé)，該措施避免了指導(dǎo)教師實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備工作的重復(fù)勞動(dòng)，且因?qū)I(yè)方向明確，便于學(xué)生分組，通過一個(gè)或多個(gè)平臺(tái)組合的形式完成實(shí)驗(yàn)。

設(shè)計(jì)性、綜合性實(shí)驗(yàn)前期需要將實(shí)驗(yàn)室的專業(yè)操作平臺(tái)的結(jié)構(gòu)、原理、使用方法等詳細(xì)內(nèi)容發(fā)布給學(xué)生。指導(dǎo)教師將命題下發(fā)給學(xué)生之后，由學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案并與對(duì)應(yīng)的平臺(tái)指導(dǎo)教師進(jìn)行交流，平臺(tái)指導(dǎo)教師對(duì)學(xué)生提交的實(shí)驗(yàn)方案初稿進(jìn)行論證，結(jié)合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的實(shí)際條件，對(duì)方案提出修改、優(yōu)化，之后學(xué)生通過網(wǎng)絡(luò)向指導(dǎo)教師提出實(shí)驗(yàn)操作的預(yù)約登記，由指導(dǎo)老師根據(jù)預(yù)約情況排定實(shí)驗(yàn)時(shí)間，準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備。

對(duì)于學(xué)生而言，設(shè)計(jì)性、綜合性實(shí)驗(yàn)可以結(jié)合課堂理論知識(shí)自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，一方面有助于專業(yè)知識(shí)的理解與應(yīng)用，另一方面發(fā)揮主觀能動(dòng)性，極具新鮮感與挑戰(zhàn)性。通過設(shè)計(jì)性、綜合性實(shí)驗(yàn)的實(shí)施，專業(yè)課任課老師反映課堂上學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的學(xué)習(xí)興趣明顯提高，并且就實(shí)驗(yàn)過程的現(xiàn)象與老師積極探討，主動(dòng)尋找解釋。

三、協(xié)同培養(yǎng)創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)室是重要的創(chuàng)新教育基地，在大學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)中占有重要的地位。

創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)的課題方向是由學(xué)生自身確定完成的，研究方向的確定源自學(xué)生對(duì)專業(yè)的深入了解。本科教育過程中，學(xué)生對(duì)專業(yè)知識(shí)的認(rèn)知一方面來自課堂上教師所講授的知識(shí)，另一方面來自實(shí)習(xí)過程中對(duì)實(shí)踐工作的認(rèn)識(shí)。創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)研究方向的形成過程是一個(gè)由淺入深，層次疊加的過程，單單靠課堂教學(xué)過程中教師對(duì)理論知識(shí)的講解和大學(xué)生認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)中較為暫短時(shí)間很難對(duì)本專業(yè)的發(fā)展前沿、專業(yè)走向趨勢(shì)有系統(tǒng)全面的認(rèn)識(shí)，更難誘發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)。學(xué)生在大學(xué)教育期間完成理論知識(shí)由認(rèn)知到理解直至拓展的過程既需要教師的參與和引導(dǎo)以及科技創(chuàng)新實(shí)習(xí)基地的建設(shè)，同時(shí)也需要企業(yè)單位合作協(xié)同。

教師在課堂上的授課主要依據(jù)教材內(nèi)容，并在此基礎(chǔ)上做一些拓展發(fā)揮，使用的教材雖然也在不斷更新，但是與應(yīng)用技術(shù)、科研動(dòng)向很難同步，況且授課內(nèi)容以基礎(chǔ)的理論知識(shí)為主，在課堂時(shí)間擴(kuò)展內(nèi)容也受到了限制，所以課堂外的交流也是非常必要的，為此本學(xué)院定期的舉辦教師論壇，以教師發(fā)表近期的研究課題及其發(fā)展應(yīng)用為主線，同時(shí)設(shè)定提問時(shí)間，解答學(xué)生疑問的同時(shí)誘發(fā)其學(xué)習(xí)興趣，既有助于學(xué)生對(duì)教師的研究方向、專業(yè)前沿有深入的了解，又有助于學(xué)生選擇自己有興趣的研究?jī)?nèi)容拓展創(chuàng)新。

除此之外，盡可能地提供多元化的學(xué)習(xí)與交流空間，大學(xué)生創(chuàng)新項(xiàng)目允許不同專業(yè)方向的學(xué)生合作，互相學(xué)習(xí)，取長(zhǎng)補(bǔ)短，更有助于學(xué)生將所學(xué)知識(shí)橫向聯(lián)系，有目的地補(bǔ)充相關(guān)專業(yè)的知識(shí)，為將來服務(wù)于社會(huì)提供堅(jiān)實(shí)的橫向理論知識(shí)基礎(chǔ)。近年來，本專業(yè)通過組織學(xué)生積極參加燕山大學(xué)大學(xué)生科技節(jié)、“創(chuàng)青春”河北省大學(xué)生創(chuàng)業(yè)大賽、河北省創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽，京津冀大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽等活動(dòng)、組織申報(bào)秦皇島市大學(xué)生科技創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)專項(xiàng)資金項(xiàng)目，為學(xué)生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)提供了良好的環(huán)境。

學(xué)校與企業(yè)的協(xié)同合作是校企共贏的新機(jī)制，這種機(jī)制在以人才培養(yǎng)和合作研究開發(fā)為目標(biāo)的前提下，將學(xué)校的教育與企業(yè)的研究開發(fā)緊密的聯(lián)系起來，企業(yè)作為實(shí)習(xí)基地，學(xué)生走出學(xué)校與經(jīng)驗(yàn)豐富的工作人員學(xué)習(xí)交流，在了解社會(huì)需求的同時(shí)，將所學(xué)知識(shí)與實(shí)際應(yīng)用相結(jié)合，同時(shí)以活躍的思維給企業(yè)帶來活力，為企業(yè)的研究開發(fā)注入新生力量。到目前為止學(xué)院已成立產(chǎn)學(xué)研創(chuàng)新基地40余個(gè)，建環(huán)專業(yè)利用學(xué)院良好的基地平臺(tái)積極組織學(xué)生參觀實(shí)習(xí)，學(xué)以致用，校企合作作為創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)的拓展空間得以應(yīng)用。

構(gòu)建多層次大學(xué)生實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式是系統(tǒng)化的工程，不僅僅需要實(shí)驗(yàn)室人員的辛勤工作，還需要專業(yè)任課教師、相關(guān)專業(yè)、學(xué)院、學(xué)校各部門的合作支持，社會(huì)上各方面的協(xié)同配合，同時(shí)根據(jù)地方特色，建成工程應(yīng)用型實(shí)驗(yàn)室也極為重要。除此之外，還需要學(xué)校合理配置專職實(shí)驗(yàn)人員，建立結(jié)構(gòu)合理的實(shí)驗(yàn)室隊(duì)伍、學(xué)校定期舉辦設(shè)備、實(shí)驗(yàn)室內(nèi)部管理等方面的培訓(xùn)，保證在設(shè)備更新的同時(shí)進(jìn)行安全知識(shí)的普及、實(shí)驗(yàn)室出入安全、儀器設(shè)備管理規(guī)章制度的建立等等多方面的協(xié)同保障。

我國著名物理學(xué)家馮端說過“實(shí)驗(yàn)室是現(xiàn)代大學(xué)的心臟”，合理有效的安排大學(xué)實(shí)驗(yàn)課程，不僅可以幫助學(xué)生加深對(duì)課堂知識(shí)的理解，全面提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量，完成由理論知識(shí)到實(shí)踐操作的轉(zhuǎn)化過程，而且可以開拓學(xué)生視野，提高學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)，培養(yǎng)創(chuàng)新人才。多層次大學(xué)生實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的構(gòu)建是在傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)基礎(chǔ)上的進(jìn)一步拓展，順應(yīng)時(shí)代的發(fā)展，將現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)充分應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，同時(shí)將實(shí)驗(yàn)室開放，打開學(xué)校大門，有效的把課堂教學(xué)與實(shí)踐應(yīng)用相接軌，協(xié)同培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，為社會(huì)輸送應(yīng)用型人才起到重要作用。

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作者簡(jiǎn)介：孫喜山（1964-），男，黑龍江人，博士，副教授，主要從事有關(guān)建筑能源與環(huán)境專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)與數(shù)值模擬等工作。