本科生开放性创新实验的探索与实践

高淑贞， 蔡 印， 牛立刚， 何 艳

(吉林大学 a.教务处，b.电子科学与工程学院，长春 130012)

0 引 言

共享实验资源、培养创新人才，一直是高校开放实验室的研讨热点。在2017年7月召开的东北地区第四届高校大学物理实验教学研讨会上，吉林大学开展的开放性创新实验吸引了与会专家的关注。这种基于项目引导的实验室开放机制，探索了实验室开放的有效方法，实现了大学生基于问题进行探究性学习的教学目的。

1 探究性学习模式

探究性学习模式是以实际问题切入，激发学生兴趣，引导学生收集、研究相关信息，尝试解释问题，探索解决问题的方法，通过实验，思考分析问题，验证理论、求证假设，解释解决问题的原理，分析总结探索方式与方法。学习参与者一同交流思考、方法、见解，交流求证结果，一起分析面临的共同问题，共同寻求解决的方法与途径。该模式是培养学生基本研究方法的有效途径，能有效促进学生合作意识与能力的培养，有利于学生勇于探索、严谨求实的科学精神的养成。

探究性学习还是一种教师与学生平等参与、并以学生自主学习为前提的学习模式。教师激励学生大胆独立探索，当学生学会探究的原理后，就可以将探究活动利用资料来源与其他学生对话、实验以及与教师讨论。所以，该模式有利于自主学习意识与推进探究过程的能力和语言表达能力的培养。

2 设计开放性创新实验

可以作为探究性学习的问题广泛存在于学生学习的全过程。但是，在学生还不能有效设计学习问题时，帮助学生设计真实问题去研究是学校的教学任务，也是实验教学方法改革的方向。2013年我校开创了“吉林大学开放性创新实验”。在课程实验基础上，项目教学组提出具有研究性、实践性的课题，提供给学生自己选择；在教师辅助下，学生自主设计实验方案，自主进行实验、分析实验结果，最终解决问题，并独立撰写实验报告。开放性创新实验，定位于我校实践教学体系中的综合训练层次。教学目的为承接课程实验，培养学生分析问题、解决问题能力，培养团队合作意识和创新意识，进而启发学生创新创业训练问题的自主设计能力。

开放性创新实验的难度设计应符合最近发展区理论。项目设计坚持以学生为中心，遵循最近发展区理论原理，研究学生在大学期间各个阶段学习能力发展目标，构建难度递进、有利于挑战学生好奇心但又适合各自学习阶段的学习内容，有利于学生有效建构知识。项目安排应作为特定的环境以帮助学生有效激活所学知识。在难度设计上应注重保持与激发学生持续探究的热情，保持学习动机的持续性。毕业时的学习目标与训练成果要确保培养目标的达成。

自2013年春季学期开始，课题组在征集题目之前，进行广泛的理念研讨，统一思想，找准开放实验的学习目的定位；每学期开放的实验题目要经过专家反复参照学生的实验报告与检查反馈等内容进行审定。

3 形成性评价

探究性学习模式在逻辑上要求学习的促进者——教师，一定要在学生整体探究过程中给予指导、反馈。在指导过程中鼓励学生积极参与学习实践过程，让学生把思维展示给他们自己、同伴和老师，为学生提供修改或改进思维和理解的机会，帮助他们看到自己的进步，不断改进个人理解以及建构新知识，从而体验学习本身应有的乐趣、兴奋和挑战，在兴趣、需求或好奇心驱动下不断探索。因此，我校开放性实验项目实施中强调老师对学生的学习过程、效果与提升等给予形成性评价。

4 建立支持体系

开放性创新实验的可持续开展，有赖于全校来自管理者层面直达教师个体的完整有效的四维支持体系。①具备熟练过程指导能力及不倦启发与激励学生的教师；②能够支持各类问题、便捷获得的丰富的包括最新技术实验条件在内教学资源，支持学生便捷获得学习机会、进行实验探索解决问题，如实验室、信息源、信息管理系统；③提供学生及时展示、交流、研讨，包括接受广泛质疑、验证探索结果的机会。④制度保障。本科实验教学管理办法、开放性创新实验管理办法、大学生创新实践成果奖励办法、本科课外培养计划实施细则、实验教学中心管理办法等全面覆盖的制度。在激励机制上体现激励教师贡献、认定学生学分；同时制定支持学生便捷进入实验室利用教学资源、得到物质条件支持、高水平指导、保证学习效果的制度保障。

四维支持体系的构建，需要学校积极作为，以项目为引导，全校范围内开放课题、交叉指导、共享资源，大力营造探究氛围、创设激励机制，吸引学生持续探究。

5 运行效果

自2013年春季学期以来，开放性创新实验吸引了广大学生的学习兴趣。课题组制定了学习效果问卷，通过管理系统收集反馈结果。问卷内容涉及学习动机、学习态度、学习投入、教师指导、条件保障、学习效果等6个方面。前三项力求反映学生的认真程度与学习过程的身心投入；在学习态度与学习效果中，对问题难度的反馈，可以体现出设计学习问题的难度；教师指导、条件保障反映学生对支持系统的满意度；学习效果反馈中可以反映学生的学习收获与教育效果。

提交问卷调查表的学生是上个学期选做开放实验、本学期又登录系统选做实验者，即问卷覆盖范围仅限于连续学期选做实验的同学。课题组共进行过两次反馈信息收集，回答问卷的学生为2016秋季1 202人、2017春季1 738人。下面以2017春季问卷填写情况为例进行统计分析。

5.1 学习动机

学习动机反馈由对规范的理解、选做实验的原因、选择实验项目方向以及实验小组合作意向四个问题。①对规范的理解。调查显示，88%学生阅读过“吉林大学开放性创新实验管理办法”，其中42%的学生完全了解“办法”内容，表明学生主动把握学习机会。②关于选做实验的原因，90%的学生主动选择实验，特别是有43%的学生表示“非常喜欢”。③在选择实验项目方向上，66%的学生“偏向本专业课题”；15%的学生“偏向跨专业选题”。在跨专业选实验的学生中，93%的学生基于“(A)拓宽专业视野”考虑，同时47%的学生期待“(B)领略教师的风采”；62%的学生期待“(C)体验优质实验条件”。与2016年秋季学期比较，2017年春季学期BC的比例下降，同时“偏向跨专业选题”有3%的增幅，表明学生更明确趋向于开拓专业视野学习动机。④实验小组合作意向。67%的学生期待小组合作性学习，其中95%的学生希望同学间“能够取长补短相互协作”，还有55%的学生同时也希望“认识更多的朋友”。

由此可见，学生是在了解管理办法基础上主动把握实验机会，并希望同学间能够取长补短、相互协作学习。

5.2 学习态度

学习态度可以从对选做实验项目的认知、题目难度取向、选择实验的考量因素、学习方案的形成等问题，以及选择“小组合作”同学中对小组交流协作和完成实验报告的态度等方面反映。①在小组合作选项的同学中，73%的学生认为应当小组合作完成实验报告，其中59%的学生认为同时应当研讨交流。②关于对选做实验项目的认知，97%以上的学生是在对问题的基本理解基础上认真、明确、郑重地选实验。③关于题目难度取向，24%的学生希望选择“具有挑战性”的项目，64%的学生喜欢选择“稍有挑战性”的项目。④对于选择实验的考量因素，81%的学生优先考虑学习问题。⑤对于学习方案的形成问题，68%的学生回答实验小组自己制定实验方案，再和老师一起研讨。

总体来说学生能够在对实验问题理解的基础上，敢于接受具有一定难度挑战的问题，小组(自己)设计实验方案，在老师的指导下通过小组讨论等合作性学习完成问题的探究，撰写报告，研讨解决问题的方法。

5.3 学习投入

学习投入情况调查，采集了学生做第一个实验、第二个实验所需要的全部时间，以及“完成一个项目花在学习参考文献、撰写实验报告的时间”所用的时间。

学习时间投入调查中，69%学生反映做第一个实验，从学习参考文献直至完成实验报告大约需要用30 h以上；40%的学生完成第二个实验项目大约用30 h以上。而且有32%的同学用于阅读参考文献、撰写实验报告的时间在30 h以上。按照课题组设计的课题难度与工作量预想，学生投入时间的反馈表明提供实验项目的体量与难度应该符合学生的实际程度。

5.4 教师指导

教师指导主要考量老师的教学态度、时间投入和指导内容。①对于教师指导及时程度，82%的学生反映能够顺利地联系到指导教师，13%的学生反映有时候能找到教师，说明96%以上的学生受到老师的直接指导；一个实验项目得到老师2次以上指导的达92%，其中59%的学生得到4次以上指导。②在学习资料来源问题上，58%的学生反映老师帮助提供了资料的来源，14%的学生收到老师提供的学习资料。③在规范撰写实验报告的指导方面，93%的学生反映老师指导学生在实验报告中有实验方法比较分析要求，帮助学生在解决问题的方法上有所拓展。④交流研讨方面，81%的反馈结果表明，指导教师在一项实验中组织了2次以上的研讨活动。由此可见，老师指导力度总体上是充分的。

5.5 条件保障

条件保障是要考查学生是否能够便捷进入实验室、使用性能可靠的仪器、得到充足的实验耗材。①对实验室及仪器设备支持的反馈中，17%的学生不需要实验仪器，其余都需要仪器。在需要实验仪器的同学中，有98%能够顺利预约到实验室，而且96%能够顺利预约到仪器，97%认为仪器性能可靠。②实验耗材支持问题回答结果表明，81%学生得到充足实验耗材；8%的学生反映稍有不足；9%的学生反映实验不需耗材。可见学校总体支持得到学生高度认可。

5.6 学习效果

①选做实验结束后，同学们对实验项目的难度再次进行反思，有7%认为项目“很难”，28%认为“比较难”，54%认为“有一点难度”。②对实验项目内容设计问题，22%认为项目内容与课内实验不重复，65%认为项目内容与课内实验有一些关联但不重复；③“在开放性创新实验项目对理论课程学习及课内实验是否具有拓展和促进作用”回答中，47%认为“有，作用很大”，36%回答“有，作用较大”。④在对实验项目(学习问题)的兴趣方面，有56%感觉“很有兴趣”，36% “比较有兴趣”，“很有兴趣”和 “比较有兴趣”的学生占92%。⑤对“学习各方面收获”“拓展知识”“增加实验技能”“经历了分析复杂问题的训练”“提高了分析复杂问题的能力”及“促进自主学习”5个选项的回答占据前五分别为：85%、80%、57%、57%和53%，成为响应度较高的选项。⑥在考核成绩满意度反馈中，94%学生认可成绩评价合理。

5.7 教育效果

对“通过开放性创新实验项目的开展，你是否想过要自己去发现问题、研究问题”的反馈，76%的学生被激发了探究的愿望，自己也想找问题研究。在对第28题“开放性创新实验，对您的学习有什么促进作用的调查”问题回答中，80%的学生认为促进了“主动学

习意识”；9% 学生认为促进了“自主控制学习过程的能力”；8%的学生认为促进了“理解性、实践性学习能力”。3项合计占比97%。可见，通过开放实验，完全达到了探究性学习的教育目的，再次印证了开放性创新实验的科学性与实施环境设计的合理性。

6 结 语

经过不断探索与完善，特别是学习问题的设置、指导教师教学理念的更新与指导方法的优化，在实验条件、信息化条件与管理制度的保障下，我校探索形成了开放实验管理运行规律，收到了喜人的教学效果。同学们在全校实践教学管理体系与指导教师的帮助下，了解相关管理制度，主动把握学习机会，敢于迎接具有一定难度的探究问题的挑战，投入大量的时间用于开放实验，学会了小组学习、实践性学习，强化了以问题为基础的自主学习意识，学会学习、喜欢所学专业。

5年来，课题组每学期都检查工作、评估效果和优化题目。实验项目经过专家反复评审，难度逐渐增加，但学生对难度反馈却呈下降趋势，“有一点难度”反馈的比例增加，可见学生的学习能力已有所提高。