本科生创新实验教学的探讨与实践

马万里 刘丽艳 齐虹 宋维薇 李一凡

摘要：研究型大学在培养本科生的过程中，实验是必不可少的环节，创新实验是在传统实验的基础上发展起来的一种全新实验教学模式。本文以哈尔滨工业大学为例，分别从教学方法和评教体系两个方面探讨创新实验课在实践过程中的经验。

关键词：创新实验;教学;实施;管理

中图分类号：G642.0     文献标志码：A     文章编号：1674-9324（2016）06-0248-02

引言：

研究型大学在培养本科生的过程中，实验教学对于学生的培养起到重要的作用。传统意义上的实验教学主要是以老师传授基本理论和操作规程，学生在老师的指导下通过使用指定仪器设备去完成实验，达到预设的实验目的，让学生在做实验的过程中去学习和理解课本上无法呈现的知识和理论，缺少学生独立思考的机会，不利于培养创新人才。随着我国发展，传统的实验教学方式下培养的大学生已经不能满足当今社会对于创新人才的要求，本科生实验教学的改革是非常必要的，而创新实验是近年来各高校在实验教学改革中普遍提出的方案[1，2]。

近年来，哈工大为贯彻精英教育理念，提升拔尖创新人才培养质量，探索个性化的培养机制，为优秀本科生开设创新实验课，创新实验课的设置还充分考虑了指导教师的科研情况，鼓励将在研的国家自然科学基金项目、省部级科研项目带入本科生创新实验，活跃本科生的科学思维。作者所在的课题组承担了哈工大本科生创新实验课《有毒物质进入人体途径的分析实验》，本文将以该创新实验课为例，系统地探讨在实践过程中获取的经验。

一、本科生创新实验课的教学方法

1.创新实验课学生的选拔方式。创新实验课，是在普通实验课的基础上，对技术基础和专业基础实验内容进行改革、提升和创新。所以其选拔学生的方式要考虑以下几个方面：首先是选择高年级的学生。由于创新实验课要激发学生的主观能动性，最大程度上让学生独立完成实验，所以要求选修创新实验的学生要有一定的专业基础，而现在我国本科生培养体制中，只有大学三年级及以上的本科生才能学到专业方面较深入的课程，所以该创新实验课只针对三年级和四年级的同学开放。其次，选择专业知识成绩优秀的学生。创新实验课的设置，旨在激发学生科研的兴趣，为学生今后的课程设计、毕业设计以及继续深造奠定基础。所以在学生的选拔过程中，要选择成绩优异、专业知识扎实的学生，这些学生往往是对于专业具有较好的认知和兴趣，比较容易投入该创新实验课的学习中。最后是选拔方式的创新：不能单一地以学习成绩来选拔学生，要综合考虑学生的能力，特别是实验能力。以作者承担的实验课为例，采用了命题式的方式进行，即让学生设计一套实验方案研究《如何量化食品中某类有机污染物进入人体的摄入量》，而在选择学生的过程中，着重将专业课成绩和学生设计的实验方案进行统一考察，综合给予评价。学生的选拔过程中让学生自己查阅资料、设计方案，一方面激发了学生的积极性，另一方面达到了选拔学生的目的。

2.创新实验课的设置方法。为了最大程度地以“学生为中心”，创新实验课的设置要充分考虑到学生的需求。创新实验课的开展要以小组或个人的形式开展，小组的组成由学生自己组合，但人数不宜过多，实验课时间的安排由学生和老师一起商定，充分调动学生的积极性。创新实验课内容的设置也与传统实验课不同，摒弃了传统实验课按照既定方案（实验步骤）按部就班的实验过程。以作者承担的实验课为例，我们在给学生设置实验内容的时候，更加注重开放性，采取启发式的教学方式，我们首先将人体暴露方向的国际前沿热点问题引入到实验课概述中来，由学生结合兴趣根据文献调研自主提出影响人体健康的污染介质和污染物质，引导学生从呼吸、食物摄入、皮肤吸收等三个大的方面进行实验方案设计，为学生们创造更大的自主空间，选择其感兴趣的实验内容。

3.创新实验课的教学方法。创新实验课的教学方法与传统的实验也有很大差别，也要最大程度地体现学生的自主性，从实验方案的设计、实验的准备、开展以及后续数据的处理等各方面，充分调动学生的积极性和独立性，老师要在实验的开展过程中给予相应的指导。首先，是实验方案的指导：由于本科生没有经历过专业性较强的科研阶段，缺少相关的经验，其实验方案的设计主要是依据文献的阅读，学生们对于该实验方案的能否开展并没有把握，有可能出现原则性的错误，甚至有些实验方案中的特殊仪器，在本学校的学校实验中心（室）并没有，导致无法开展。所以指导老师要结合本学校的实验条件，引导学生设计可行的实验方案。其次，是实验过程的指导：要求学生全面参与实验过程，而老师只是起到引导的作用。以作者承担的实验课为例，从采样仪器的安装、调试，样品的采集，溶液的配制，各种仪器实验原理的理解、使用等完全由学生自己完成，实验过程中遇到的问题也由学生结合自己所学的专业知识独立思考、解决，指导教师只是负责简单的引导，防止特大错误的发生。最后，是实验数据分析的指导：实验数据的采集、处理和分析，数据的归纳和解释，均由学生自己独立完成。创新实验课的教学要注重过程的培养，而不是一味地强调实验结果，让学生参与到实验的每一个环节，去感受实验的魅力，其主要目的是引导和培养学生的实验、科研兴趣。

4.创新实验课的考评方法。大学生创新性实验的健康发展，需要一个科学的考核方式和评价体系。传统实验课的考核方式就是撰写实验报告，而很多情况下实验报告都是相似或者相同的形式和结果，无法真正锻炼学生的创新能力，也不利于老师评价各个学生的科研能力。创新实验课的考核方式也要摒弃传统实验课考核方式的弊端，有意锻炼学生个性的发挥和培养创新能力，可以采取多变的方式进行。以作者承担的实验课为例，着重考察学生的动手能力、发现问题和解决问题的能力、数据处理能力和数据的深入挖掘能力。动手能力、发现问题和解决问题能力的考核和评价，在实验课的实施过程中进行，由指导老师直接给予考核，其权重占整个考核的50%。对于数据的处理和分析能力的考核，要求学生对数据进行深入分析，并撰写研究报告，创新实验课的研究报告不同于以往的实验报告，要求以科技论文的形式撰写，与传统实验报告有较大的区别，研究报告不仅要以纸质版的形式提交，还要求学生讲解（Presentation），这种方式使创新实验的考核方式更大程度上体现主观能动性，大大提高了学生的积极性，也锻炼了学生的演讲能力。指导老师结合实验方案的设计、实验过程的操作、数据分析、报告的撰写和汇报等多方面给予学生综合考评，其主要原则为“倡导主动实践、重在研究过程”。哈工大创新实验课的实施受到学校的高度重视，学校不断完善创新性实验课的管理，建立创新实验评价体系，设立相应的激励机制，包括设立创新学分、推荐免试研究生加分等措施，大大增强了本科生的参与积极性[3]。

二、创新实验课的评教体系

为了多方面评价创新实验课效果，哈工大教务处制定了《哈尔滨工业大学创新实验课教学质量评价表》，要求所有选课同学进行匿名评教，具体评价指标包括：实验课内容充实、设计合理，具有创新性（权重25分，下同）;实验条件准备充分，环境好（15分）;教师严格要求学生，指导学生积极、耐心，注意激发学生的主动性和创造性（15分）;获得较好的实验结果，教学效果好（20分）;学生的科研方法和创新思维得到培养，分析问题、解决问题的能力得到锻炼和提高（25），总计100分。此外，还从以下三个方面征集了学生的意见和建议：（1）该课与以往的实验课有何不同？（2）该课对你的能力培养作用如何？（3）你认为该课有何需要改进之处？以作者承担的实验课为例，评教结果归纳和分析如下：其中71%的同学给予本创新实验课的总体评价分数高于95分，25%的评价分数在90分到95分之间，只有4%的评价分数小于90分，从总体评价的角度来看，本创新实验课得到了学生的认可，取得了很好的效果。对于学生的意见和建议，我们也进行了汇总：（1）与以往实验课的不同：主要集中在参与性更高、动手机会增加、师生互动频繁、启发式实验过程和活跃的实验气氛等方面;（2）学生能力培养：提高了学生的动手能力和思考能力、数据的分析能力;（3）改进和建议：增加课程理论和大型仪器原理的讲解，适当增加本课程的学分。通过评教结果的分析，该创新实验课取得了预期的效果。

三、创新实验课的思考

本实验课程的特色在于把国际前沿热点科研问题带入本科生实验课堂，由学生结合兴趣根据文献调研自主提出问题，在教师指导下确定可行的实验方案，由学生独立完成实验及数据的后续处理和实验报告的撰写，其意义在于促进本科生关注前沿热点科学问题，培养科研兴趣，培养科研工作的积极主动性，增强实践能力，在提出问题、分析问题和解决问题过程中激发学生的自主创新潜力。该类型的创新实验课能更好地调动学生的参与积极性，更大地发挥学生的主观能动性，提高了学生的综合实验能力，从而更加有利于拔尖创新人才的培养。同时，创新实验课的设置将最前沿的科学问题引入到本科生课堂，更加容易调动学生们的科研兴趣，为后续的科研奠定基础。创新实验课的设置是本科生实验教学改革的有效措施之一，能够弥补传统实验教学的不足，要进一步完善创新实验课在本科生培养中的地位和作用，为我国高等教育培养创新人才做贡献。

参考文献：

[1]王国强，傅承新.研究型大学创新实验教学体系的构建[J].高等工程教育研究，2006，（1）.

[2]王小逸，白广梅，客慧明，李英.创新实验与创新型人才培养的思索与实践[J].实验技术与管理，2008，（11）.

[3]李旦，赵希文，吴菊花.以过程为导向的大学生创新性实验计划评价体系研究[J].高等工程教育研究，2010，（1）.