基于研究性学习模式的层次化独立实验课程体系构建

2014-05-03罗意平潘迪夫田红旗蒋琦玮

实验技术与管理 2014年5期

杨岳，罗意平，潘迪夫，田红旗，蒋琦玮

（中南大学交通运输工程学院，湖南长沙 410075）

研究性学习是20世纪80年代面对知识经济的挑战，国际社会普遍认同和实施的一种新的教学方式和课程形态。在高等教育中，研究性学习是指学生通过研究性的方式提出、理解和解决问题，并在此过程中形成学习能力、创造能力与相关专业精神的活动［1］。研究性学习通过教学过程中创设一种类似科学研究的情境或途径，让学生在教师指导下，从学习、实践及社会生活中去选择和确定研究专题，用类似科学研究的方式，主动探索、发现和体验。研究性学习虽然强调教师在学习过程中的引导作用，但更注重学生在学习过程中的主体地位，并具有思考性、自主性、开放性、实践性、合作性等特征［2－3］。

课堂教学和实践教学是高等院校本科生教学工作的两个重要方面。对于高等理工科院校，不仅要在课堂教学层面采用研究性教学，也应在实践性教学环节开展研究性教学，在某种程度上，后者比前者更为重要［4］。然而，国内理工科院校开展研究性学习的研究主要集中在课堂教学层面，对在实践教学环节中如何开展研究性学习未予以足够的关注和重视。通过设置独立实验课程，可为实验环节实施研究性学习提供十分有利的条件。本文以培养和提高学生创新素质和能力为目标，构建基于研究性学习模式的层次化独立实验课程体系和实施模式，从而使研究性学习方式在大学生的实践性教学环节中得以有效实施。

1 基于研究性学习模式的层次化实验课程体系设计

1.1 面向研究性学习的独立实验课程设置思路

设置独立的实验课程，尤其是针对专业课程设置独立的实验课程，是国内理工科高校近年来实验教学改革的一个重要探索［5］。独立实验课程兼具“课程”和“实验”两种特性，其课程特性表现在具有独立的学时、学分，其实验特性表现在其主要活动在实验室或有关实践场所完成。由于独立实验课程设置了学时和学分，可实施与理论课程相对独立的教学计划，改变了完全从属于某门课程的方式，从而使学生和实验指导教师的参与热情和主动性都大大提高。相对于附属于理论课程的“小实验”，“独立实验课程”不再是实验内容单一、实验过程相对简单的实验，而是综合贯穿课程主要知识点的大型综合性、设计性、研究探索性实验。通过设置独立实验课程，使学生从运用某门课程的局部知识提高到综合运用课程整体知识，从训练局部操作技能提高到培养较为全面的实验研究能力，从独立的个体活动发展到团队协作，同时也从“以验证知识为本”升华到“以培养学生能力为本”。

设置具有研究性学习特征的独立实验课程体现如下基本思路［6－8］：在教学理念上，以“问题”为中心，培养学生通过实验发现问题与分析解决问题的能力，尤其突出创新能力的培养；在教学方式上，以“学习者”为中心，学生在实验教师指导下积极、主动地参与设计实验方案，动手完成实验，“教师”转变为“导师”，学生由“被动参与”转变为“主动参与”。

1.2 面向研究性学习的层次化独立实验课程体系

依据学校四年制本科教学计划、实验开设时间顺序和我院交通运输大类专业（具体包括：交通设备信息工程、交通运输、物流工程3个本科专业）的特点，构建面向研究性学习的层次化独立实验课程体系，如图1所示。

层次化独立实验课程体系的基本构思具体体现在如下4个方面：

（1）将创新素质和创新能力的培养分为专业基本创新素质、专业基本创新能力、专业综合创新能力。以培养创新能力为主线，采用自底向上、递阶提升的方式培养和提高学生创新素质和能力。

（2）建立层次化研究性实验课程体系，将以上3种能力的培养融入独立设置的研究性实验课程中，分阶段、循序渐进地提高创新能力。即：在独立设课的“学科基础综合性与创新性实验”中主要培养专业基本创新素质；在独立设课的“专业综合性与创新性实验”中主要培养专业基本创新能力；在独立设课的“专业综合性与创新性实践”中主要培养专业综合创新能力。

（3）在层次化实验课程体系及其独立实验课程开设的具体实施中，引入开放式研究性实验教学流程，使得各层次实验课程具有明显的研究性学习特征，并保证实验课程具体实施过程的可操作性。

（4）建立较为完善的实验室开放机制，为开设基于研究性学习模式的独立实验课程提供充分的实验场所和设备硬件条件。

图1 层次化独立实验课程体系

2 面向研究性学习模式的三层次实验课程体系

2.1 学科基础综合性与创新性实验

第一层次为“学科基础综合性与创新性实验”（第2学年设置），具有独立学时和学分（16学时，0.5学分），开设时间为2～3周。设置该层次实验课程的主要目的是根据某门专业基础课程的教学内容，开设基于研究性学习模式的设计性、综合性实验，培养学生的专业基本创新意识和素质。

“学科基础综合性与创新性实验”针对专业基础课的多个知识点进行设计，学生在实验室能够综合运用课程的主要知识点开展实验，巩固所学的专业基础知识，培养基本创新意识和素质，提升独立分析和解决问题的能力。

2.2 专业综合性与创新性实验

第二层次为“专业综合性与创新性实验”（第3学年设置），具有独立学时和学分（16学时，0.5学分），开设时间为2～3周。设置该层次实验课程的目的是学生在学习某门专业课程的基础上，根据该门专业课的教学内容，开设基于研究性学习模式的设计性、综合性实验项目，培养学生的专业基本创新能力。

“专业综合性与创新性实验”针对专业课的主要知识点或知识体系进行设计，具体内容来源于专业课的重点和难点，实验内容所涉及的知识比专业基础课综合性更强，通过完成具有较强自主性的实验项目，诱导学生开启创新思维，让学生体会自身知识、能力如何在专业领域中得到应用与发挥，增强学生对工程问题进行分析、提出解决方案并进行具体实施的能力。

2.3 专业综合性与创新性实践

第三层次为“专业综合性与创新性实践”（第4学年设置），也具有独立学时和学分（16学时，0.5学分），开设时间为6～8周。设置该实验课程的目的是学生在学习各门专业课程上，运用所学各门知识进行综合创新实践，使学生具备良好的综合实践能力和创新能力。

“专业综合性与创新性实践”针对四年级大学生开设，他们已较好掌握了基础理论知识和专业知识，但缺乏多学科的综合性和交叉性，难以把所学各门课程的知识融合起来予以综合运用。因而，“专业综合性与创新性实践”可针对多门专业基础课和专业课的知识架构制定实验选题和具体内容，实验项目类型由“问题型”实验、“工程型”实验、“科研型”实验等构成。学生根据各自的兴趣、爱好和实验室的实验条件选择不同的课题（实验项目），满足不同层次学生的潜力发展需要。鼓励把适合学生兴趣、个性发展的实验项目纳入实验。如“问题式”实验项目就可来自学生感兴趣的实际问题或企业疑难问题，经过学生大量查找资料，自主分析，得到解决问题的实验方案。

通过“专业综合性与创新性实践”，使大学生的综合能力、动手能力和创新素质得到更为全面的锻炼和提升，并为大学4年的学业实践重头戏——毕业设计打下很好的基础，使学生一旦进入毕业设计阶段，就能在较短时间内确定工作思路和方案，及早进入工作状态，避免毕业设计初期无从下手的困惑和时间损失，从而有序地完成高质量的毕业设计工作。

3 开放式研究性实验教学流程

3.1 开放式研究性实验教学流程设计

为了使开设的“学科基础综合性与创新性实验”、“专业综合性与创新性实验”和“专业综合性与创新性实践”具有显著的研究性学习特征，应设计一套行之有效、易于操作并具有一定普遍意义的研究性实验教学流程。依据研究性学习中的“学生自主建构”教学模式［9－10］和互动式实验教学模式［11］，设计了如图2所示的开放式研究性实验教学流程。该教学流程可在图1所示3个层次的研究性实验课程中予以灵活运用。

图2 开放式研究性实验教学流程

图2所示的开放式研究性实验教学流程凸显了学生在实验教学中的主体地位，通过增加自主设计、自由发挥的内容，改变传统单向、封闭的教学模式［12］，在实验过程中让学生与教师共同探讨实验方案和技术路线等。学生活动路径和教师活动路径各由4个环节组成，学生活动路径的每个环节与教师活动的每个环节相互呼应，学生的每一个环节既能得到教师科学合理的指导，也能提高学生的自主性，并使实验教学环环相扣，真正成为有机整体。在具体的实验教学中，该流程中每个环节的顺序和具体内容可根据实际情况进行调整，使其既具有原则性，又具有灵活性。此外，为保证研究性实验教学的质量和效果，可加强过程管理，提倡独立思考，杜绝照抄搬硬。

3.2 开放式研究性实验教学流程中的学生与教师

在开放式研究性实验开设过程中，学生是开展和完成整个实验过程的主体［13］。学生在教师的启发下，自主拟定（或与教师协商确定）所要完成的实验项目，然后进行信息收集、方案设计、具体实施体验、团队协同攻关等环节。学生从文献阅读、实验方案设计、实验数据的采集与分析、实验报告（或论文）的撰写等方面经历全过程的研究式训练，从而全方位地培养学生发现问题的能力、获取知识的能力、运用知识解决问题能力、团队合作能力、归纳总结能力，而这些方面对提升学生的创新素质与实践能力都是非常必要的。

教师主要进行实验项目的选题指导、实验方案的组织讨论、实验方法指导、实验效果考核。其中，合理确定选题是需要教师重点指导的环节，选题指导体现如下两个原则：一是引导学生从具体的问题入手，考虑实施的可行性，避免涉及大而空的实验选题；二是选题要有创新意识，善于发现问题，明确通过实验所要解决的问题。另外，在实验进行过程中，需要引导学生提出问题和相互交流。通过对问题的分析与探讨，可以激发学生思维的活跃，以及引导发散思维、求异思维和创新思维的发展，从而形成问题的多种解决方案与策略。

4 建立完善的实验室开放机制

开放的实验室和有效的管理机制可为独立开课的研究性实验提供空间和设备条件，使学生找到兴趣的用武之地，为培养学生的创新能力与实践能力创造良好的硬件条件。学院实施了一套行之有效的实验室开放管理机制，实现实验时间、实验空间和实验内容的全面开放，主要措施如下：

（1）各实验室除统一安排的正常实验教学时间外，周一至周日实行全天（早上8：00—晚上22：00）预约开放；

（2）各实验室在最长不超过一周时间内，及时受理、审定和公布学生的实验预约申请；

（3）各实验室提前做好实验教学和仪器设备等各项准备，根据实验内容要求安排教师进行分类指导；

（4）实验室人员切实做好实验过程人身和设备的安全防范，提供详细的设备使用说明书或必要的实验设备操作指导；

（5）各实验室根据学生预约申请实验情况，提出经费预算，经学院实验室主管负责人审查批准，为实验开始提供必要的经费支持；

（6）建立完善的从实验预约登记到实验报告管理等各环节的实验教学文档制度；

（7）组织教师对实验报告或论文进行评审，鼓励和支持通过研究性实验产生创新性成果，对取得优秀成绩的实验项目，优先推荐申报各种评奖和参加比赛，学院对指导研究性实验取得突出成绩的教师给予表彰奖励。

5 结束语

面向研究性学习模式的层次化实验课程体系，从培养大学生专业基本创新素质、专业基本创新能力、专业综合创新能力3个方面着眼，通过设置学科基础综合性与创新性实验、专业综合性与创新性实验、专业综合性与创新性实践3个层次的研究性独立实验课程，以循序渐进、递阶上升的方式提高学生的创新能力。

开放式研究性实验教学流程和实验室开放机制为多层次研究性实验课程提供了良好的教学策略（软件）和实验环境（硬件）支撑，从而使研究性实验教学具有较强的可操作性。将研究性学习模式有机融入实验教学环节中，使学生参与实验教学的主动性和积极性明显提高，进而提升专业实践能力和创新素质。

本文构建的层次化、研究性独立实验课程体系已融入中南大学交通运输类人才培养方案中，并已取得较为显著的效果。从2010年开始新的人才培养方案实施以来，学生主动参与设计性、综合性、研究探索性实验的积极性明显提高，近3年本科生公开发表论文56篇，申请获得专利25项，获得国家级竞赛奖17项，获得省级竞赛奖47项，获得校级竞赛奖105项，分别比前3年提高了23%，32%，37%，24%，27%。教学实践表明，基于研究性学习模式的层次化独立实验课程体系是一种行之有效的创新型人才培养模式。

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［2］王升.研究性学习的理论与实践［M］.北京：教育科学出版社，2002.

［3］余清臣.研究性学习［M］.北京：教育科学出版社，2003.

［4］王明彦.构建研究性实验教学体系的思考与实践［J］.中国大学教学，2009（3）：75－77.

［5］覃粒子，刘宇.工科专业教学实验独立设课的研究与探索［J］.中国高教研究，2010（6）：88－89.

［6］李建军.研究性学习：创新型人才培养的重要理念和实现机制［J］.山东科技大学学报：社会科学版，2009（5）：78－81.

［7］方丽梅.实施研究型教学，推进创新人才培养［J］.实验技术与管理，2012，29（8）：140－141.

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