创新实验教学模式的应用研究——以“动态制冰蓄冷实验”为例

赵 美，于 航，詹光毅，王晓东

（1.同济大学机械与能源工程学院，上海 201804；2.同济大学建筑设计研究院（集团）有限公司，上海，200092）

创新实验教学模式的应用研究——以“动态制冰蓄冷实验”为例

赵 美1，于 航1，詹光毅2，王晓东1

（1.同济大学机械与能源工程学院，上海 201804；2.同济大学建筑设计研究院（集团）有限公司，上海，200092）

传统实验教学模式的内容陈旧，体系单一、重理论轻实践，束缚了学生个性的发展，不利于学生创新能力的培养。文章在分析传统实验教学模式弊端的基础上，以“动态制冰蓄冷实验”为例，研究创新实验教学模式的应用，阐述了创新实验教学模式的特点，如实施研究性教学、采用多样化的教学手段、开拓网络教学新思路等。结果表明，创新实验教学模式有利于促进高校对实验教学及其内涵的再认识和深化，切实提高创新人才培养的质量。

传统实验教学模式；创新实验教学模式；动态制冰蓄冷实验；研究型实验；网络化

实验教学作为理论教学的重要补充，是高等学校培养创新型人才必不可少的环节。实验教学对于培养学生思考问题和解决问题的能力、实践动手能力和开放性思维具有非常重要的作用，特别是在培养学生创新能力的方面，实验教学具有其不可替代的地位和作用［1］。近年来，随着国家加强本科教学质量评估，各高校陆续开展理论教学模式改革，提升理论教学的效果，同时，在国家及地方实验教学示范中心建设的大力推动下，高校也逐步加大对实验室建设的投入，主要体现在更新陈旧的实验教学设备和改善实验教学环境［2］。而相对于理论教学模式、实验硬件设备和实验环境建设，实验教学的模式改革相对滞后和缓慢。受到传统教育思想的束缚和影响，传统实验教学模式人才培养目标不明确、教学体系和内容陈旧、教学手段和方法单一，不能满足现代社会发展对创新人才培养的要求［3］。文章通过分析目前传统实验教学模式存在的问题，提出了一种创新的实验教学模式，以提高实验就学效果，培养适应社会发展的创新型人才。

1 传统实验教学模式存在的问题

1.1 教学体系和内容陈旧

随着社会的进步和发展，高校本科学科建设已得到快速发展，然而传统的实验教学仍停留在原地，未与快速发展的本科理论教学接轨。传统的实验教学模式体系陈旧，其构建和功能不能满足对培养学生创新能力的要求，致使实验教学对创新型人才培养的贡献和作用不能得到充分发挥［4］。此外，实验教学的内容也过于陈旧，许多相对较新的技术没有相应的实验教学课程。

1.2 重理论，轻实践

我国的高等教育普遍存在着重理论、轻实践的弊端，而这样的问题也同样存在于传统的实验教学模式中。目前大多数高校都是根据理论教学的培养计划来设置实验教学项目，因而大部分实验教学项目都以验证性实验为主，仅强调对理论知识的验证。验证性实验的指导书大都已经将实验原理、实验内容、实验方法、实验步骤和实验数据处理等内容写得非常详细，学生完全不需要思考，只需要按照实验指导书上规定，按部就班地完成实验，并对实验结果加以总结分析，就完成了实验任务。这种实验教学模式没有留给学生足够发挥主动性的空间，只要求学生提供问题的答案，加重了他们学习的被动型［5］。在这种实验教学模式下，学生实际动手操作的机会往往较少，忽视了实践的作用，不利于学生实际操作能力和实验研究能力的培养。

1.3 教师为主，学生为辅

传统的实验教学模式绝对的以教师为主，教师既是导演又是主角［6］。实验教学的大部分内容都由实验教师来完成，包括设计实验，编写实验指导书等。传统的实验指导书中从实验目的、实验原理、实验仪器设备到实验步骤，甚至实验数据处理方法都由教师完成。在实验课之前，学生不需要做任何准备，实验过程中采用教师讲解示范的方式，全部围绕教师的“教”而展开［7］，实验教师对每一步都讲解得非常详细。在整个实验过程中，学生虽然也有参与，但大都是被动的、盲目的接受［4］，缺乏主动性。学生不需要查资料，不需要思考，更谈不上质疑和创新。

1.4 教学方法和手段单一

目前，理论教学的手段得到快速发展，各种现代化的教学技术和手段慢慢融入理论教学中，但是实验教学方法和手段却依然以传统的知识传授为主。这种单一的教学方法和手段在一定程度上限制了实验信息的共享，不利于激发学生自主学习的兴趣，而且会挫伤学生的学习积极性；传统单一的教学手段无法调动学生所有感官，不利于学生思维能力的培养，更不利于培养学生的创新能力。正如杨振宁博士所说:中国传统教学方法注重演绎和推理，培养出来的学生严谨认真、基础扎实，但缺少创新精神和自主学习的能力［8］。

2 “动态制冰蓄冷实验”创新教学模式

2.1 开发新颖的实验内容，突出时代性

教育部2007年2月27日颁布的“关于进一步深化本科教学改革全面提高教学质量的若干意见”中指出:“要根据经济社会发展和科技进步的需要，及时更新教学内容，将新知识、新理论和新技术充实到教学内容中，为学生提供符合时代需要的课程体系和教学内容［9］。”因此，为了跟上时代发展的步伐，高校的实验教学内容必须进行更新，开发新颖的实验内容。在节能减排和环境保护的时代背景下，世界众多国家开始了蓄能技术的研究与应用，一些高校也将“蓄能技术”纳入本科培养计划。动态冰蓄冷技术由于具有能效高，蓄冰和融冰快，负荷响应灵敏等优点，成为国际上冰蓄冷的主要发展方向［10］。冰蓄冷也是本科“蓄能技术”课程中的重要组成部分。“动态制冰蓄冷实验”与该部分理论教学相结合，通过实验加强和巩固该部分的学习，使学生更好地理解过冷法制取冰浆的原理，分析影响动态制冰蓄冷率的因素，培养学生的实践能力和创新意识。通过本实验项目的开发，使学生及时掌握专业新技术，汲取新知识，获得新思想，保持创新的意识和能力。“动态制冰蓄冷实验”将本学科发展的最新科技知识融入实验教学中，系统地对学生进行实验理论、实验方法和实验技能的培养。

2.2 实施研究型教学，注重实践性

“动态制冰蓄冷”实验的形式是研究型实验教学，改变过往以教师为绝对主体的教学模式。实验过程中教师只起到引导和指导的作用，实验全部是学生通过自主学习，自行设计实验方法和步骤来完成的。实验前，实验教师向学生介绍实验原理和现有实验装置，并提出实验目的和任务，学生根据所学理论知识，进行分组，组内同学协同合作，自行设计实验方案，自行确定实验参数，自主进行实验以达到实验要求。实验过程中虽然强调实验自主性，但并不排斥实验小组之间的协同性，也不忽视教师的指导作用［11］。实验突出学生的自主学习，包括实验方案、实验步骤和实验数据处理都是由学生设计完成的，实验教师只起到启发和指导的作用。在此实验模式下，学生得到的能力训练是多方面的。首先学生要设计合理的实验方案，必须通过查阅相关的科技文献，这一过程增强了学生自主学习的能力和科学的思维能力［2］。其次，实验过程中要确定和调节实验参数，该过程必须经过分析，计算，比较，总结和纠错等积极的思维活动。再次，学生要对实验设备、仪器进行调试和实际操作，强调学生手脑并用，独立思考，独立操作，独立观察，锻炼了学生的操作能力和动手能力。最后，学生要通过观察实验现象和分析实验结果来自行解决实验过程中出现的问题，提高其分析问题和解决问题的能力［12］。

表1 “动态制冰蓄冷实验”的教学模式具体操作［13］

2.3 采取多样化教学手段，实现网路化

21世纪以来，随着网络信息技术的不断发展，人们的工作、生活和学习方式受到了网络信息技术深刻的影响［2］。同时，网络信息与多媒体技术也被引入到高等教育的领域，由此教学管理、教育模式、教学方式等方面都发生了巨大的变化和改革。教育部教高［2005］8号文“教育部关于开展高等学校实验教学示范中心建设和评审工作的通知”中建设内容第六条指出:要建立网络化的实验教学和实验室管理信息平台，实现网上辅助教学和网络化、智能化管理［9］。“动态制冰蓄冷实验”采用多样化的教学手段，引入多媒体技术进行教学，演示动态法制取冰浆的实验过程。此外该实验开发了网络化实验教学系统，整合了相关方面的实验教学资源，使学生可以随时随地开展实验相关知识的学习。

“动态制冰蓄冷实验”建设的网络化实验教学系统包括实验项目概括、实验动态、实验教学资料、规章制度以及资源共享5大块内容。实验项目概况主要是介绍包括实验内容、实验设备和仪器构成等情况；实验动态会发布实验时间安排、分组情况、实验报告提交等公告通知；教学资料包括多媒体课件、讲义等；规章制度包括实验室管理制度、安全管理办法、安全操作教程等；资源共享是整合了与实验相关的基础知识，便于学生进行预习及完成实验总结。

系统采用browser/server模式，将服务器配置成一台Web服务器，学生可以直接在浏览器上输入网址或通过扫描实验室中的二维码来访问实验教学主页，网络层次结构如图1所示。

图1 网络化实验教学系统构成

该网络化教学系统可以很好地辅助学生做好实验预习，让学生了解实验目的、实验原理，使学生自主学习成为可能。此外，这种开放式的实验教学模式，可以将师生之间的交流互动从课内延伸到课外，从而更大程度地发挥教师的主导作用［2］。

通过一个学期的实践，发现这种创新的实验教学模式可以激发学生强烈的自主学习兴趣，并增强了学生自学的能力、独立思考解决问题的能力以及动手操作的能力。而且通过学生的反馈可知学生对理论知识的掌握更加牢固，学生成绩得到普遍提高。

3 结束语

培养高素质创新人才，实验教学模式改革至关重要［14］。以“动态制冰蓄冷实验”为例，积极探索开发一种创新的实验教学模式，促进对实验教学内涵的深化和再认识。注重学生观察能力、合作能力和表达能力等素质的培养，切实提高创新人才培养质量，培养21世纪需要的人才。

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［13］黄琰，蒋玲，黄磊.翻转课堂在“现代教育技术”实验教学中的应用研究［J］.中国电化教育，2014（4）:110-115.

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Application Research of Innovative Experiment Teaching Model—A Case Study of Dynamic Ice Storage Experiment

ZHAO Mei，YU Hang，ZHAN Guangyi，WANG Xiaodong
（1.School of Mechanical and Energy Engineering，Tongji University，Shanghai 201804，China；2.Tongji Architectural Design（Group）Co.，Ltd，Shanghai 200092，China）

The traditional experiment teaching model has the disadvantage of out-dated contents，monotonic system and theoryemphasized and practice-underestimated which constrained the development of students’personality and was unfavorable to the cultivation of students’innovation ability.Based on the analysis of the shortcomings，this paper studies the application of innovative experiment teaching model using“dynamic ice storage experiment”as an example.This paper expounds the characteristics of the innovative experiment teaching model，such as the implementation of research-based teaching，adoption of diversified teaching methods and developing network teaching new ideas.Results show that the innovative experiment teaching model is helpful to promote the re-recognition of experiment teaching and deepen its connotation.Beside it can raise the quality of innovative talent training effectively.

traditional experiment teaching model；innovative experiment teaching model；dynamic ice storage experiment；research-oriented experiment；network

G642.0

A

10.3969/j.issn.1672-4550.2016.05.057

2015-08-04；修改日期：2016-09-12

同济大学实验教学改革项目（2013年10月）。

赵 美（1987-），女，硕士，助理工程师，主要从事实验室教学与管理工作。