以培养专业型人才为目的构建多层次大学生实验教学模式

孙喜山 张永建 夏冬昱

【摘 要】实验教学是大学教育体系中的重要组成部分，现代实验教学的形式不再拘泥于传统实验课堂上的面授与重复性操作，而要求在此基础上有所拓展与创新。以验证性实验为基础，拓展综合性实验，构建研究创新性实验是当今社会对大学教学的要求，本文从建环专业的特点出发就如何分层次合理安排大学生实验项目提出了新的建议。

【关键词】验证性实验；翻转课堂；综合性实验；专业实验平台；创新性实验；开放实验室

【中图分类号】G642 【文献标识码】A

【文章编号】2095-3089（2019）13-0001-01

从人才培养的职能来看，大学的社会责任体现在大学培养的人才能够满足社会当前和未来发展的需要，能够适应和促进人类的全面发展，能够保证高等教育的公平、质量、社会适切，最终大学能否实现所承担的社会责任，还取决于培养的人才在未来推动社会进步和发展中能否做出贡献[1]。大学教育是培养创新应用型人才的场所，是推动社会文明发展的新生力量的发源地。实验课程作为大学课程的重要组成部分，起到了将书本的理论知识与实践应用搭接到一起，并进一步引导学生深入实践，从而发展理论应用创新的作用。

就大学期间的实验教学性质而言可分为三大类，即验证性实验、综合设计性实验、研究创新性实验，三者之间是相辅相成的，一味地强调创新能力的培养，忽视验证性实验的实施，从而违背思维体系认知形成规律；或者过多的将实验课程流于形式，不考虑学生创新意识和创新能力的培养都会影响到学生应用能力的发展。

近年来，大学教学体系中加强大学生创新能力的培养成为教育改革的重要内容之一，本文将从建筑环境与能源专业学生的实验特点出发，根据实验教学性质的不同对大学实验课堂开展多层次递进化教学模式提出实施方案，并对操作过程中可能产生的问题给出具体对策。

一、“翻转”验证性实验

验证性实验的特点是结论明确、操作程序固定、数据处理公式化。因其特点被视为缺乏弹性，不具有趣味性，不利于培养学生的探索和创新意识，并逐渐被忽视，甚至在教学大纲的制定过程中为了提高综合性、设计性、创新性实验所占比例，不惜对验证性实验的内容和课时进行删减，这种做法实际上违背了知识体系由简到难、由被动到主动的认知规律。

验证性试验是课堂上理论知识与实际应用的最初的结合点、契合点，其意义不仅仅局限于简单的操作，而是通过验证性实验的锻炼，加深学生对课堂讲解知识点的理解与吸收，进而对实验平台的设计思路、结构组成、功能缺陷、可拓展的实验方向得以充分认识。建筑环境与能源专业总实验学时为60学时，其中验证性实验16学时，占总学时的27%，其中流体力学实验和工程热力学实验的实验仪器多为玻璃制品或压力容器，在多年的实验运行过程中，常常出现学生误操作导致仪器损坏的情况。

如何让学生在有限的时间里完成理论知识到实践应用的转变过程成为验证性实验的主要难点，近年来“翻转课堂”教学模式给出了很好的借鉴作用，利用互联网的优势，引导学生通过网上视频对实验课堂内容进行初步了解，并将问题记录下来，这种方式鼓励学生带着问题进入实验课堂，在增强学习目的性的同时，通过课堂上与教师的交流、讨论，达到解决问题并将知识进行进一步拓展的目的。

以建环专业流体力学实验为例，首先我们要求学生借助网络视频完成预习，预习内容不是简单的抄写实验步骤，而是要求学生真正的理解实验目的以及与之相对应的仪器设备的构造特点，并在上课过程中，随机的挑选学生讲解实验内容，并给与一定的分数评定，这样的要求会使学生认真对待实验预习部分。同时，任课教师就学生讲解过程中出现的纰漏进行修正补充，强调实验操作的重点、难点。通过采取这些措施，使学生顺利的理解并完成实验，近三年的由于误操作导致的仪器破损率保持为零。

根据验证性实验的特点，将实验原理、从未接触过的实验仪器、实验操作步骤、难点、注意事项通过视频形式直观的展现在学生眼前，学生经过观看视频学习之后，完成课前预习。教师通过学生讲解内容的反馈信息可以掌握学生对实验原理及实验操作的理解程度，找到知识误区和薄弱点，有助于教师课堂讲解更具有针对性，更便于学生理解，同时有效的减少、避免实验过程因操作不当引起的错误。

验证性实验教学中的应用使学生的课前预习由被动变为主动，由接受知识的受体转变为提出问题、思考问题、解决问题的主体，这种教学模式既可以遵循完整的学习认知规律，在保证课堂时间的同时，又可以根据每一位学生的学习能力和认知水平而达到因材施教完成个体化差异教学。

在解决验证性实验课时紧张问题的同时，可以避免因课时不足导致验证性实验走过场、不被重视的问题，为创新型实验以及学生自主研发能力的培养提供了更为充足的时间和坚实的实践基础。

二、整体掌握设计性、综合性实验

设计性、综合性实验是验证性实验的进一步拓展，是在掌握验证性实验的前提下，将实验任务交给学生，由学生综合多种专业知识和已经做过的实验，自行设计操作步骤，最终得到预期结果的实验过程。

不同于创新性实验，设计性、综合性实验的课题项目由灵活，学生根据课题确定实验所依据原理、提出需要使用的仪器设备、制定实验的操作步骤。该类型的实验有一定的样板，实验结果是可预测的，是最终的目的，其内容主要注重学生对本专业一门课程多个原理或几门课程内容的综合理解与消化，是培养学生对知识的综合运用能力，并将理论与实际项目的实施、操作相联系的重要环节。

建环专业的设计性、综合性实验共计28学时，占总实验学时的47%，主要集中于专业课程，并在建筑环境检测与实践课中得以充分实施。实验前，指导教师需要与学生进行沟通，要根据学生学习程度提供专业相关的命题方向，学生查阅相关资料并确定实验立项内容，教师根据学生提出的实验初稿提出意见，修改方案，完善实验步骤，最后经学生修改、教师认可后方可实施具体的实验步骤，完成实验项目。该类型实验的周期较验证性实验长，实验前需要充足的准备时间，对教师而言指导任务比较重，且实验前仪器设备的准备工作因命题不同而比较繁杂，实验平台的设置可以有效的简化教師工作程序，利于教师整体掌握学生的进度，掌控实验过程。

为了有效完成设计性、综合性实验，建设与专业知识对应的实验平台尤为重要，所谓的实验平台是按照本专业的不同课程方向进行分类别设置，与专业课程知识明确搭接，对应确定的专业方向，并且具有可将本专业不同课程操作平台综合运用的功能；仪器设备按平台不同分类别集中管理，实现平台与仪器设备的专属对应关系，由指定教师负责，该措施避免了指导教师实验准备工作的重复劳动，且因专业方向明确，便于学生分组，通过一个或多个平台组合的形式完成实验。

设计性、综合性实验前期需要将实验室的专业操作平台的结构、原理、使用方法等详细内容发布给学生。指导教师将命题下发给学生之后，由学生设计实验方案并与对应的平台指导教师进行交流，平台指导教师对学生提交的实验方案初稿进行论证，结合实验平台的实际条件，对方案提出修改、优化，之后学生通过网络向指导教师提出实验操作的预约登记，由指导老师根据预约情况排定实验时间，准备实验仪器设备。

对于学生而言，设计性、综合性实验可以结合课堂理论知识自行设计实验，一方面有助于专业知识的理解与应用，另一方面发挥主观能动性，极具新鲜感与挑战性。通过设计性、综合性实验的实施，专业课任课老师反映课堂上学生对理论知识的学习兴趣明显提高，并且就实验过程的现象与老师积极探讨，主动寻找解释。

三、协同培养创新性实验

实验室是重要的创新教育基地，在大学生创新能力培养中占有重要的地位。

创新性实验的课题方向是由学生自身确定完成的，研究方向的确定源自学生对专业的深入了解。本科教育过程中，学生对专业知识的认知一方面来自课堂上教师所讲授的知识，另一方面来自实习过程中对实践工作的认识。创新性实验研究方向的形成过程是一个由浅入深，层次叠加的过程，单单靠课堂教学过程中教师对理论知识的讲解和大学生认识实习中较为暂短时间很难对本专业的发展前沿、专业走向趋势有系统全面的认识，更难诱发学生的创新意识。学生在大学教育期间完成理论知识由认知到理解直至拓展的过程既需要教师的参与和引导以及科技创新实习基地的建设，同时也需要企业单位合作协同。

教师在课堂上的授课主要依据教材内容，并在此基础上做一些拓展发挥，使用的教材虽然也在不断更新，但是与应用技术、科研动向很难同步，况且授课内容以基础的理论知识为主，在课堂时间扩展内容也受到了限制，所以课堂外的交流也是非常必要的，为此本学院定期的举办教师论坛，以教师发表近期的研究课题及其发展应用为主线，同时设定提问时间，解答学生疑问的同时诱发其学习兴趣，既有助于学生对教师的研究方向、专业前沿有深入的了解，又有助于学生选择自己有兴趣的研究内容拓展创新。

除此之外，尽可能地提供多元化的学习与交流空间，大学生创新项目允许不同专业方向的学生合作，互相学习，取长补短，更有助于学生将所学知识横向联系，有目的地补充相关专业的知识，为将来服务于社会提供坚实的横向理论知识基础。近年来，本专业通过组织学生积极参加燕山大学大学生科技节、“创青春”河北省大学生创业大赛、河北省创新创业大赛，京津冀大学生创新创业大赛等活动、组织申报秦皇岛市大学生科技创新创业专项资金项目，为学生的创新创业提供了良好的环境。

学校与企业的协同合作是校企共赢的新机制，这种机制在以人才培养和合作研究开发为目标的前提下，将学校的教育与企业的研究开发紧密的联系起来，企业作为实习基地，学生走出学校与经验丰富的工作人员学习交流，在了解社会需求的同时，将所学知识与实际应用相结合，同时以活跃的思维给企业带来活力，为企业的研究开发注入新生力量。到目前为止学院已成立产学研创新基地40余个，建环专业利用学院良好的基地平台积极组织学生参观实习，学以致用，校企合作作为创新型实验的拓展空间得以应用。

构建多层次大学生实验教学模式是系统化的工程，不僅仅需要实验室人员的辛勤工作，还需要专业任课教师、相关专业、学院、学校各部门的合作支持，社会上各方面的协同配合，同时根据地方特色，建成工程应用型实验室也极为重要。除此之外，还需要学校合理配置专职实验人员，建立结构合理的实验室队伍、学校定期举办设备、实验室内部管理等方面的培训，保证在设备更新的同时进行安全知识的普及、实验室出入安全、仪器设备管理规章制度的建立等等多方面的协同保障。

我国著名物理学家冯端说过“实验室是现代大学的心脏”，合理有效的安排大学实验课程，不仅可以帮助学生加深对课堂知识的理解，全面提高实验教学质量，完成由理论知识到实践操作的转化过程，而且可以开拓学生视野，提高学生科学素养，培养创新人才。多层次大学生实验教学模式的构建是在传统实验教学基础上的进一步拓展，顺应时代的发展，将现代网络技术充分应用于实验教学中，同时将实验室开放，打开学校大门，有效的把课堂教学与实践应用相接轨，协同培养学生的创新能力，为社会输送应用型人才起到重要作用。

参考文献

[1]康乐.大学的社会责任及其履行模式[J].中国高等教育，2012.24：54-56.

[2]肖立志.“翻转课堂”视域下的远程开放教育式课程教学研究[J].黑龙江高教研究，2014（7）：159-160.

作者简介：孙喜山（1964-），男，黑龙江人，博士，副教授，主要从事有关建筑能源与环境专业实验教学与数值模拟等工作。