面向主动创新的实验教学模式的探索与实践

李英道，钟伟红，马修水，曹 莹，李 园

(浙江大学宁波理工学院信息科学与工程分院,浙江 宁波 315100)

随着高等教育管理体制改革的进一步深化、全面进行素质教育的实施而进行的21世纪教学内容和课程体系的改革、高等院校办学规模的进一步扩大、毕业生就业制度和观念的变化等，都意味着高等教育模式正在进行一场深刻的变革，这些都给高等院校的实验室工作带来巨大的变化。实验室工作在为实现学校人才培养目标方面起了越来越重要的作用。根据教育部《普通高等学校教学水平评估指标体系》的要求，开设设计性、综合性的实验的课程比例须达80%以上，同时还要考核实验室开放的范围、时间、内容和对学生的覆盖面。进行面向创新的实验课程体系改革，并以创新实验建设为抓手，带动本学科实践教学育新模式，激发学生创造活力、培养学生创造能力，成为各学科的重中之重。为了做好实验室的开放创新工作，提高实验教学水平，各高等学校都采取了相应的措施[1][2]。而目前的研究都是集中在如何进行创新，以及创新实现中的问题如何解决等，缺少实验基础教学与创新实现的中间桥梁部分，实施中出现脱节或无本之木的现象。本课题将探讨一种面向自主创新[3][4][5]的控制类学科实践教学体系，切实解决基础实验与创新实现中脱节的痛点，使得学生建立起主动创新的意识，以及主动创新的能力。

一、全面开放实验室，增强实验室对学生的粘度

（一）充分开放实验室

结合课程内容安排，主动将实验室的场地、设备及仪器等固定资产在不影响课程安排的情况下对进入实验室的学生完全开放。同时，为吸引学生进入实验室，教师可以通过确定教学计划以外的综合型、设计型自选实验课题，鼓励学生进行创新设计实验。教师仅给出实验目的，学生可以根据自己的兴趣爱好选择实验课题，在课外时间独立完成课题的方案设计并经指导教师审核通过。在实验中学生必须独立完成试验装置的安装与调试，完成实验并撰写实验报告。这类实验主要是为加强基础实验内容的训练和提高学生实验技能素质而设计。

通过实验室的主动开放，并结合主动设置的相应实验，增强学生对实验室的兴趣；同时由学生来根据自己的时间安排来进行实验也初步培养起了独立安排学习的意识。

（二）充分满足学生主动进行的小创新

作为教育工作者，对于学生任何有创新性的想法都应充分满足，作为实验指导教师，更是应该主动提供试验的环境。学生根据理论课堂上所学的内容，为了观察某种现象或者验证某种设想，设计并且实现具有一定科研开发目的的实验项目，一方面可以结合实验室的仪器设备条件自行确定实验课题，也可以根据自己的兴趣爱好自行拟定科技活动课题，或者可以结合实验室的方向和条件，联系相应的实验室和指导教师开展小发明、小制作、小论文等实验活动。无论是哪一种，学生都必须进行独立的思考，查阅相关文献资料，综合多方面的知识和技能，在实验设备和操作环节上不受任何限制的情况下自行分析、设计和调试实验系统，这些主动进行的探索，积累起了从基础迈向创新的步伐，在面向主动创新的的实践教学体系中，对于这种创新的火花更应该极度珍惜，并加以引导。

（三）邀请学生深度参与教师的科研活动

积极吸引学生参与教师开展的科研活动，让学生在教师的科研项目中得到锻炼和提高。科学研究作为高校社会服务的载体，本身就有着尖端的技术及超前的理论，这些无疑对学生有着天然的吸引力。将教师的科研活动化整为零分解多个具有可操作性的实验项目，提出实验要求，让学生在教师的指导下搜集有关实验资料，制定实验方案，开展实验研究。这个过程就是一个很好的从基础迈向创新的过程，完整的经历一个从目的、背景、方法及实施总结的过程，不但对学生完成学业有着积极的作用，同时也对主动创新有着深远的意义。

通过以上三种形式，学生对实验室从感兴趣到依赖，实验室也对学生增强了粘度。实验室作为理工类学生教学中最重要的实践场所，还应积极探索更为有效的实践教学模式。

二、重构架基础与创新之间的桥梁

基础知识和创新思维之间存在很大的沟壑，实验室是最佳的填平助手。面向主动创新的实践教学模式通过实验室和学生之间的互动，架起基础与创新之间的桥梁。

（一）实验设备重构增强学生动手能力

目前大部分高校的实验设备都是面向教学的，学生通过在设备上完成实验项目，达到掌握基础知识的目的。面向主动创新的实践教学模式可以充分利用实验设备，做到设备对学生全开放，即学生可以拆卸实验设备，并可以独立完成设备中的某些配件或挂箱等，这尤其适合于工科实验项目，如电气类或机械类等。第一步，通过拆卸充分理解实验仪器，对加深理论有很大帮助；第二步，部分重构实验设备中的核心部件，即复制部分核心部件，一方面对基础知识的理解更深了一个层次，另一方面也增强了学生动手的能力此外，在这些上如果能提出改进措施，就激起了创新的火花，达到了引导学生创新的目的。

（二）实验设备新构

由于场地及资金等问题，教学实验设备毕竟存在很大的局限性，面向主动创新的实践教学模式就可以根据实验内容，让学生自行设计实验装置并进行调试实现，实验室提供必备的场地、仪器及指导等。实验室的设备毕竟是有限的，对于无法进行验证或观察的实验，应鼓励学生自行完成部分实验设备的开发及实现，这样，既可以丰富实验内容，也提高了学生的动手能力，培养了学生的创新能力，同时，也可以了解到学生的兴趣点，因地制宜的开展教学工作。

（三）实验内容新构

现代科学技术发展日新月异，实践教学更不能一成不变。面向主动创新的实践教学模式应根据学生的兴趣点，实时调整实验内容，增加学生感兴趣的、发散性及综合性的实验，增加学生动手的机会，提高学生动手、创新的能力。新构的实验内容不应拘泥于课本的知识框架，而应该锚向技术前沿，学以致用；并且新构内容应该做到尽可能多，增强选择性。

面向主动创新的实践教学模式利用实验室和学生之间的互动，使得学生通过实验设备的拆卸组装、复制核心部件、设计新设备及新内容等，有助于完成从基础到创新之间的跨越，值得更深的研究。

三、打通课程之间的壁垒，做到全体系的融汇贯通

由于知识的局限性，学生在进入到实验室后一般只关注与课程相关的内容，难免形成知识或概念的孤岛，面向主动创新的实践教学模式将全课程体系的内容同时对学生展开，将相关课程的内容互相融合，让学生形成闭环的概念。

（一）以点带面讲解概念

工科类课程一般都具有传承性的，单独的学习一个概念或知识点难免造成以偏概全，认识不全面的情况。面向主动创新的实践教学模式要求在讲解某个概念的时候，与此概念相关的内容同时开放，知识点互相呼应，形成以点带面的局面，让学生学以致用，不但理解当前概念，也对整个课程体系有了更深的认识，有助于开拓课程的眼界。

（二）环环相扣，打造课程闭环概念

知识点的讲授都是独立的，但知识点所处的课程体系却是环环相扣的。面向主动创新的实践教学模式时时提醒学生知识点在整个闭环的课程体系中所处的位置，让学生站着整个课业体系的高度看待当前的知识点，通过大量的综合性实验加深闭环的概念，对培养高层次人才大有益处。

（三）融汇才能创新

在整个课程体系概念已经清晰，闭环概念已经形成，已经具备在当前体系进行融汇及创新的基础，可以引导学生并准备条件，帮助学生开发或研究。通过以上三步，最终形成面向主动创新的实验环境，不但实验室的仪器设备能够全面利用，也能帮助学生架起基础知识与创新之间的桥梁，最终形成积极的、创新的学习环境。

图1 面向主动创新的实验教学模式流程图

四、面向主动创新的实验教学模式可持续发展的几个关键要素

(一)安全等制度化的建设

安全是实验室建设的头等大事。由于实验指导教师对于管理大型仪器设备、对于防范伤害事故等缺少经验，在实验室建设过程中始终要保障安全制度的落实。根据各自的研究领域对仪器设备的存放、保管、维护维修、档案资料等方面制定实施细则；要加强实验室有毒、危险药品存放管理和具有危险因素的大型仪器的操作管理，制定有针对性的安全应急预案，加强实验室安全意识教育。

(二)师资队伍建设

面向主动创新的实践教学模式可以引进专家进行指导，但要保证实验室的长久发展，需要挑选德才兼备的优秀教师担任创新实验室老师，建立教师引进、培养、培训机制和相应的激励制度，为教师的专业成长和能力提升提供广阔的发展空间，帮助教师树立创新观念，高度重视对学生的创新精神和实践能力的培养。

(三)理论体系建设

面向主动创新的实践教学模式是一个新事物，它在现行课程教材体系下的运行模式需要明确，它在创新型人才培养过程中的作用需要定位，它对如何运用和保护学生研究成果需要研究，等等这一切，需要我们不断加强完善创新实验室的理论体系建设。为保证主动创新模式的可持续健康发展，建立完整的课程与教材体系也是必不可少的。

五、结论

依据面向主动创新的实验教学模式的实施流程（图1），根据课程及实验室设备仪器等实际情况，将课程分为基础知识部分及自主学习应用部分；在重构阶段，选择检测技术、电机与拖动等实验设备进行设备重构、设备新构及内容新构；在融汇创新阶段，综合全课程体系，设计由控制器、执行机构、传感器及控制对象等构成的闭环系统；在电气及控制类学生中产生积极的反响，整体教学效果得到显著提升。