论高校实验教学如何适应学生的自主选择要求

熊宏齐

（东南大学 研究生院，江苏 南京 210096）

高校实验教学应注重基础性［1－2］。鉴于基础教育中实验课程缺乏和学生入学时实验基础薄弱的状况，大学实验教学首先要立足于让学生掌握常用仪器设备的基本使用方法、实验操作的基本技能以及相关学科的实验基本知识，培养学生利用科学实验研究问题的基本意识和思维习惯，这是高校教学全过程的基本立足点。高校实验教学同样强调系统性［3］。作为高校最重要的教学环节，应该立足给学生提供相对系统的基本知识体系，构建由不同实验项目或课程有机联系的能力与素质培育体系，以期有利于学生学习，并形成在相关领域继续学习的稳定的能力基础和行为习惯。然而，长期以来，我国高校实验教学中传授验证检验有余、综合开放创新不足，统一要求和教师主导有余、自主选择和个性培养不足，严重制约了学生创新实践能力的培养。

针对目前我国高校实验教学中存在的这些主要问题，我们应创造适应学生自主选择和个性培养的实验教学环境［4］，一是确保学生想做的实验都在实验室来完成，二是实验室有条件保证学生完成各类实验，进而在引导学生自主到实验室做实验的基础上，发展到自主提出问题、自主设计课题、自主解决问题，在开放、宽松、自主的环境中，养成自主建构知识、发展能力的习惯，从而改变统一要求和教师主导有余、自主选择和个性培养不足的传统模式。

我们认为，层次性设置实验教学内容是适应学生自主选择要求的重要方式。在高等教育大众化快速发展的进程中，大规模的教学群体彰显出多样化的生源、多样化的需求和多层次的要求，这无法采用统一或单一的教学模式去适应。因此，在实验教学中必须贯彻因材施教的层次性原则。这其中包括普适的统一基本要求，多样化、多类型、多层次的适应性要求，以及在教学活动中体现出课程要求的层次性、实验内容要求的层次性和实验过程要求的层次性。同时，为了适应实验教学层次性的教学要求，高校实验室在设备条件、实验指导模式、网络环境等方面应进行必要的改革与建设。

1 实验教学内容适应学生的自主选择要求

1.1 课程体系

高校实验课程体系包括课程及相关实践环节，实验教学安排要突出早入门引导、突出课内外一体、突出开放教学、突出综合设计、突出研究探索、突出自主创新［5］等。课程体系应具有层次性，包括设置基础性、综合性、研究性的系列实验课程。课程类型要丰富，包括独立设置的实验课程、课程中设置实验要求、开设基于实验的研讨课、基于项目实践的项目课等。这些课程和实验教学环节中，有必修和选修的要求，实现基本教学要求基础上的自主选择。

实验室每门实验课程要正常开出，提供给学生必修或自主选修［6］。为了提高层次性实验课程体系的教学效益，实验室应积极创造条件，在基本教学要求基础上，确保选修实验课程的学生要多，同时实验室被学生选修的课程要多。

1.2 实验项目

1.2.1 合理设置实验项目类型

实验项目按基础型、综合设计型、研究探索型3类设置。建议基础实验室综合设计型、研究探索型实验项目的比例为50%左右，专业实验室综合设计型、研究探索型实验项目的比例一般达到50%以上。实验室实验项目设置总数不仅要满足实验教学学时的基本要求，更要为实现学时自主选择创造条件，要求实验项目菜单化，实现学生自主选择。

1.2.2 提高设计型、研究探索型实验项目的利用频度

基础实验和综合实验可通过项目菜单化，在选择实验项目、实验时间等方面满足学生的自主选择［7－8］。部分实验虽然是基础实验和综合实验，但若存在设计方面的实验内容和方法，也可以归为设计型实验。

设计型实验在教师的指导下，学生根据实验目的和实验条件，自己设计实验方案、自主选择实验方法、自主选择实验器材、自主拟定实验操作程序、自主完成并对实验结果进行分析处理。我们一般认为，这类设计型实验为实验室设置的固有实验项目，并非学生自主设立的研究探索型实验项目，实验结果具有定向性和重复性。这类实验项目侧重于培养学生自主学习、自主研究、综合运用知识的能力和组织能力。

研究探索型实验承担的认知任务是“研究”，包括对新理论的研究，对实验方法、技术的改进和创新，自主立项，或直接参与教师的科研项目。学生在教师的指导下独立自主地完成实验，实验结果具有非定向性。这类实验要求学生自主选择研究领域，自主遴选实验研究项目，自己设计实验方案、自主选择实验方法、自主选择实验器材、自主拟定实验操作程序，自主完成并对实验结果进行分析处理。从实验内容方面来看，这类实验是综合设计型实验的范畴，其教学作用为激发学生创新欲望、培养学生研究兴趣和创新能力。

各类实验项目教学过程中可以满足学生自主选择的要素见表1。因此，提高设计型、研究探索型实验项目的利用频度，是实验教学中满足学生自主选择要求的重要方式。

表1 各类实验项目教学过程中的学生自主选择环节

1.3 项目内容编排

很多实验虽然是基础型实验，但其实验内容可以进一步拓展。同一个实验项目可以按照基本内容、提高内容和设计内容的不同层次要求进行编排。这种分层次编排实验内容与要求，可以确保在强化基础训练的基础上，学生可以根据自己的能力，选择并努力完成更多的实验内容，从而使优秀学生脱颖而出。东南大学“大学物理实验”课程中，有10多个实验采用这种分层次编排实验内容，教学效果显著，适应了不同能力学生的自主选择要求。同时，教师以学生完成实验内容的质和量作为成绩评定的依据。如电位差计的原理与使用实验，基本要求的实验内容为用电位差计测量干电池的电动势；提高要求的实验内容为用电位差计校准毫安表，要求学生自己画出实验电路图，自拟实验步骤，自主完成实验过程；设计型实验内容为利用电位差计测量干电池的内阻，要求自己设计实验方案，自拟实验步骤，在教师指导下，自主完成实验过程。

1.4 实验课外活动

实验课外活动是实验教学体系的重要组成部分，其主要内容为学生选修实验类课程、在实验室开展科研训练、参加学科竞赛和相关课程学习竞赛等。这类活动鼓励学生自主选择学科领域，并提出实验课题开展研究，推进研究性学习。对实验类课外活动系列化建设，不断丰富其类型，是满足学生自主选择需求的有效途径。同时，学生开展实验类课外活动的成效要纳入课程考核，或单独计算学分。学校的各类实验室应创新机制，吸引更多学生到实验室开展相关学习和研究活动，逐步提高学生参加的各类竞赛活动、自主进行项目研究等实验教学量（人时数）占实验室实验教学总量的比例。

1.5 课程体系案例

东南大学突破课程壁垒和学科界限，对全校实验课程和项目进行整合，系统重构了从自主开放引导→基础综合训练→项目专题研究→自主研学创新的层次化、模块化、项目化实验课程体系，创建了由6种研学途径组成的课外科研训练计划，形成了立体开放、课内外一体、适应学生自主选择的实验教学体系，如图1所示。该体系实现了实验要求选择、实验项目选择、实验课程选择、实验课外活动选择，为学生做学研结合、自主式个性化发展提供了广阔的选择空间。

图1 东南大学适应学生自主选择要求的实验教学体系框图

2 适应学生自主选择要求的保障体系

2.1 仪器设备

为了满足学生在实验教学中的自主选择要求，实验室要建立相应的仪器设备开放管理模式，体现“以学生为中心，面向实验项目开放、面向学生自主选择开放”的开放式仪器设备管理理念。

（1）学生实验需求量大的仪器设备，要求组合优化，功能配置要满足学生自主设计实验方案的要求。

（2）有针对性地对外开放仪器设备。为了适应学生自主选择实验教学的要求，有针对性地对学生和教师开放一些设备，其开放的范围是满足学生自主实验需要的、可供学生自主选择的各种仪器设备。

（3）仪器设备开放管理的形式，既可以是集中型，也可以是分散型，还可以是集中分散结合型。不论采取哪种方式，都应该以方便学生和教师选用为前提，实行有效的管理。

（4）开放形式要灵活多样，对规模较大的实验室而言，可采取集中开架式管理；对个性化、创新性实验室，可采取分散开架式管理。让学生可以像在图书馆书架上自由选择图书一样选择与自己实验项目及实验方法相关的仪器设备。

2.2 教学指导

为了满足学生在实验教学中的自主选择要求，实验室应改革相应的实验教学指导模式，以满足学生自主选择研究领域，自主遴选实验研究项目，自己设计实验方案、自主选择实验方法、自主选择实验器材、自主拟定实验操作程序，自主完成并对实验结果进行分析处理的教学指导要求。

对于实验室已有的实验项目，由于学生自己设计实验方案、自主选择实验方法、自主选择实验器材的要求，造成实验方法和实验仪器方面的不确定性，实验室应根据学生的需求配备适合的教师进行指导，这些教师必须熟悉学生所使用的实验方法和实验仪器。图2比较形象地表达了一个设计型实验项目。该项目是研究一种物体的性质，6个学生选择不同的研究方法的案例。每一种研究方法会涉及到不同的实验仪器设备和相关的知识内容。在这种情况下，实验室必须分别配备了解这些实验仪器设备和相关知识内容的教师或TA进行指导。从另一方面来看，每一个学生用1～2种实验方法研究所选定的课题，通过研究结果的集成，实验研究则能得到较全面的结果，这也是研究型实验教学的必然要求。

图2 一个实验项目采用不同的实验方法示意图

对于研究探索型实验项目，由于学生选择研究领域的不确定性，指导教师面对的挑战则更大一些。要适应这类项目的指导，实验室可能需要跨学科领域组建指导教师队伍，如物理学领域的实验项目，往往需要化学或其他领域的研究方法，而化学领域的实验项目，往往也需要物理或其他领域的实验方法等。因此，跨学科组建实验教学指导教师队伍，是适应学生的自主选择要求，适应研究型实验教学的必然要求。

2.3 网络环境

实验教学的网络管理不仅仅只在于实现学生选择实验项目、选择实验时间、进行实验考勤、实现实验成绩管理等一系列的教务管理，还要实现一系列的实现信息资源和其他优质资源的有效利用，以适应实验教学的学生自主选择要求。

（1）要实现选课派位管理。选课与派位管理是为满足学生实验教学自主选择要求提供技术支持的信息化平台，可以实现网上选做实验项目、选择实验时间、选择实验设备等功能。同时，通过实验桌位电源管理，或进出实验室的时间管理，为优化实验项目内容编排提供依据，进一步促进实验教学满足学生的自主选择要求。

（2）要实现师生互动管理。一般情况下，在实验室的教学网络平台，通过E－mail、QQ群、通知平台等，实现教师与学生之间的沟通和交流，包括答疑、讨论、指导等。

目前，很多实验室建立了实验教学网络实时监控系统，该系统可以进一步拓展为实验教学师生实时互动系统。如东南大学物理实验中心利用计算机TA教学模式（通过实验项目电子课件或仿真软件实时辅导学生现场实验），辅之以网络监控与答疑系统，建立了基于网络的四重答疑与指导系统，如图3所示。该系统包括计算机TA与学生之间的交流互动、教师现场对学生的个性化指导、教授在控制中心对各实验室的助教和学生进行实时指导和教学监督以及专家远程通过互联网的实时答疑和指导。该系统同时也为跨学科组建实验教学指导队伍，适应学生的自主选择要求，提供了可借鉴的经验。

图3 东南大学物理实验中心基于网络的四重答疑与指导系统实景

3 结束语

东南大学在通过实验、实践教学培养学生创新精神和实践能力的过程中，坚决贯彻“教师为主导，学生为主体”的教学原则。尊重学生的独创精神，创建实验教学大平台，提倡学生在“做中学、学中研、研中创”，取得了好的效果。本文介绍为适应学生自主选择实验项目、实验时间、实验仪器设备、实验指导教师等的需要，开展实验教学改革的思路和措施，力求使我校的实验教学质量提高到更高的水平。

（References）：

［1］熊宏齐，教学实验项目类型及其“开放内禀性”［J］.实验技术与管理，2008，25（1）：5－6.

［2］熊宏齐.凝练开放式实验教学核心要素，构建研究型大学实验教学体系［J］.实验技术与管理，2010，27（12）：1－4.

［3］郑家茂.对大学实验教学若干问题的厘析［J］.实验室研究与探索，2007，26（10）：1－2.

［4］郑家茂.对大学实验教学若干问题的厘析［J］.实验室研究与探索，2007，26（11）：1－3.

［5］郑家茂.构建“做学研”相结合的创新实践平台，促进学生“做中学、学中研、研中创”［J］.实验技术与管理，2010，27（1）：1－4.

［6］熊宏齐.实验教学示范中心网络平台建设方案［J］.实验室研究与探索，2006，25（7）：988－989.

［7］戴玉蓉，熊宏齐.通识教育理念下的普适性实验课程体系改革与探索［J］.实验技术与管理，2008，25（10）：5－8.

［8］戴玉蓉，熊宏齐.适应开放式创新性实验教学的信息化建设与管理［J］.实验技术与管理，2008，25（10）：9－12.