高校本科实验教学比较研究

黄 凯

（北京大学实验室与设备管理部，北京100871）

0 引 言

本科教育是高校长远发展中最基础、最重要的工作［1］。多年来，我校本科教学改革的指导原则经历了“基础扎实”“基础好”（1982）［2］“加强基础，适当扩展知识面，注重培养实际工作能力和创造精神，增强适应性”（1986）［3］“加强基础，淡化专业，分流培养，因材施教”（1988）［4］“加强基础，促进交叉，尊重选择，卓越教学”（2013）［5］4 次变革，在这一系列的变革过程中，学校的本科教学工作在不断探索中日臻完善。同时，学校明确实验教学作为本科教学的重要组成部分，是学生实践能力、创新能力，特别是创新精神培养的重要手段，在高水平、创新性人才培养中发挥着不可替代的作用。因此，学校多年来持续加强实验室建设和实验教学改革，尤其在以学生创新能力为核心，依托多学科优势，明确学生培养理念，优化实验教学体系建设，创新政策支撑体系方面，探索和实践了一些理念和模式，由此形成的成果“依托学科优势，建设创新型人才培养实验教学体系”曾获国家教学成果二等奖［6］。

近年来，随着国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010-2020年）的推出、“六卓越一拔尖”计划的启动等，对本科教学提出了更高的要求，即：要形成中国特色、世界一流的高水平本科教育，为建设高等教育强国、加快实现教育现代化提供有力支撑［7］。

在这一背景下，高校如何进一步优化实验教学体系，帮助学生适应越来越激烈的国际竞争，适应越来越快的知识更迭，适应越来越扁平化的世界，怎样提高教育教学质量，是高等教育内涵式发展必须解决的问题［8］。为此，学校启动了“著名高校实验教学比较研究”，旨在了解国内外著名高校实验教学的发展状况，取长补短，巩固并推进学校在实验教学方面取得的成果。比较研究的内容包括实验教学理念、实验教学体系、内容、方法、评价考核方式以及设备和环境条件等。首批启动的学科包括化学、物理、生物、地学、基础医学和药学等6个学科。

1 比较对象的选择和研究方法的确定

选择比较对象时，主要参考学校性质、地理位置、学校和学科排名、以及地缘属性等。依据是2017年发布的“QS世界大学排名（QS World University Rankings）”“USNews世界大学排名（USNews global Education ranking）”“泰晤士世界大学排名（The Times Higher Education World University Rankings）以及世界大学学术排名（AcademicRankingOFWorld University），筛选专业排名前10或与我校近似的学校进行比较。选择的国外高校包括麻省理工学院（生物、化学、物理）、哈佛大学（地学）、加州大学伯克利分校（化学、地学）、斯坦福大学（化学）、加州理工大学（化学）、加利福利亚大学旧金山分校（药学）、加利福尼亚大学洛杉矶分校（生物、基础医学）、华盛顿大学（地学）、德克萨斯大学（药学）、加州理工学院（地学）、北卡教堂山大学（药学）、剑桥大学（生物、物理）、牛津大学（生物）、伦敦大学学院（基础医学）、东京大学（生物）、早稻田大学（化学）、京都大学（化学）、新加坡国立大学（化学）、南洋理工大学（化学）、香港科技大学（化学、物理）、香港大学（化学）、苏黎世联邦理工学院（地学）、马里兰大学（地学）。国内高校包括清华大学、复旦大学等。

确定研究对象后，各课题组主要通过官方网站查询、电子邮件访问、咨询校友、实地调研等形式，获得以上高校的实验教学相关信息，并以此为基础，分析一流大学实验教学发展状况，并与北京大学进行比较。

2 实验教学体系、内容和考核方式比较结果

限于篇幅，在本篇中仅简述实验教学体系、实验教学内容和实验考核方式的比较研究结果。

2.1 实验教学体系的比较

实验教学体系是对实验教学活动中各要素、环节等进行全面系统的总体设计，形成结构和功能最优化［9-10］。

2.1.1 与国内高校实验教学体系比较

2000年1月教育部开展“基础课实验教学示范中心建设标准”的课题研究，并计划在若干高校建设100多个具有辐射和示范作用的高层次基础课实验教学示范中心［11］。随后，2005年，教育部启动“国家级实验教学示范中心”评建工作，指明了实验教学体系建设方向，即从人才培养体系整体出发，建立以能力培养为主线，分层次、多模块、相互衔接的科学系统的实验教学体系，与理论教学既有机结合又相对独立［12］。

围绕着这一指导原则，经过多年的探索和建设，各研究型高校逐渐形成了较为统一的核心形式为“基础-综合-创新（科研）”的多层次实验教学体系，仅在模块构成、层次性上略有区别［13-16］。以物理专业为例，北京大学和中国科技大学物理专业实验课程体系比较如图1所示。

图1 北京大学和中国科技大学物理专业实验课程体系比较

由图1可知，两个学校的实验课程体系都很完备，都兼顾了基础与创新，同时都重视科研成果向教学成果的转化这一重要要素。区别在于中科大课程层次性更强，北大更注重学生特别是拔尖人才的差异化培养。

2.1.2 与国外高校实验教学体系比较

对于国外高校，特别是欧美地区的高校而言，实验教学体系最大的共同特点是以学生为主，强调在实验过程中学习，要求学生尽早进入实验室。例如，英国高校教师们只讲授课程最基本、最核心的知识和技术，其他应用性内容，则通过课后实验等形式布置给学生，学生通过实验过程中的助教答疑，以及课后作业达到知识的最终掌握。德国高校的实验多在科研组中进行，注重校企结合，一些企业的专家会进行现场指导等。总之，各校之间实验教学体系差别较大，会根据学校的定位和学生培养目标进行设置，不追求实验教学体系的完整，不过其理论课与实验课一般都联系非常紧密［17-20］。

以北京大学和MIT物理专业实验课程设置为例进行比较，北大物理的实验教学课程从普通物理到现代物理体系非常完整，而MIT的物理只包括两大门实验课程，称之为Junior Lab，类似于国内的近代物理实验，包括预备实验和正规实验，也就是说，在MIT的物理实验整体体系中不包含普通物理实验模块。

2.2 实验教学内容的比较

2.2.1 与国内高校实验教学内容比较

近年来，为建设“双一流”大学，满足学生“双创”需求，各学科的实验内容有了较大的变革，特别是教育部5类“金课”的建设，使得综合性、创新性实验的开发受到广泛重视。同时，各校也更加注重科研成果向实验教学的转化，以及校企结合联合开发［21-23］。但从整体来说，与实验教学体系相配套的实验内容基本特征呈现出以下共性，即内容较为系统、严谨，实验项目多，实验内容多为经典实验，综合性和创新性实验的数量占整体实验的比例较低。

此外，伴随着信息技术和“互联网＋”的发展，以及教育部国家虚拟仿真实验教学项目建设的推广，虚拟仿真实验项目逐步增多，进一步拓展了实验内容的深度和广度，促进了实验教学内容的加速更新，使实验教学内容更加丰富和更具有新时代的特征［24］。但是，在虚拟仿真项目的开发数量和质量上，各高校和各学科之间差异较大。

2.2.2 与国外高校实验教学内容比较

同实验教学体系类似，国外，特别是欧美地区的高校，实验教学内容呈现多样化的特点。总的来说，实验教学内容一般与现实或科研联系较为紧密，部分实验项目明显与社会发展和生活密切相关，涉及诸如环境、能源、交通等方面的实际问题。此外，综合性的实验项目较多，并且有时会要求具备跨专业的知识。比较典型的是MIT和加州理工的化学实验项目，其实验项目本身的综合性需要学生主动地进行知识的关联、要求学生具备自主学习的意识以及解决复杂问题所需的，深入的化学理论和必要的实践方法。这样的设置，适应了当前学科交叉蓬勃发展的需要。此外，就实验项目的数量来说，国外高校实验项目整体数量较少，内容一般以本院擅长的研究方向为主（见表1）。

表1 北京大学和剑桥大学近代物理实验内容比较

同时，发现，亚洲地区著名高校间实验内容差异较小，以几个学校的化学学科为例（见表2）。

值得一提的是，UCLA遗传实验课创新性的将本科实验内容与前沿的果蝇基因组功能研究结合起来，完成了实验教学与科研的有机结合。整个实验过程并没有指定的教材，而是由老师根据本学期的实验内容进行讲解，并把一些学科的基本概念蕴含其中。这样的做法虽然使得每次实验的方法类似，但是整体的实验内容并不重复，而是逐步推进的。最终，学生通过实验获得大量科研数据，并发表一系列具有较高影响力的科研文章。总之，这样的做法使得学生们实际体验了科研的过程，锻炼了学生发现问题、解决问题和论文撰写等方面的能力，并增强了团队协作精神。

在虚拟仿真实验方面，西方各高校和各学科间差别较大，不存在国家整体推动的项目。同美国高校相比，欧洲的一些老牌高校在这方面发展要相对弱化一些。如在英国，一些传统的实验学科，如物理、生物等，对虚拟仿真项目甚至持否定态度，认为实验技能的提升只能从真实的实验中获得。但是对于医学学科，由于英国对于实验动物的使用有着严格的管理规定，所以虚拟项目开发的较多。如UCL基础医学实验中所有的动物相关实验皆通过仿真模拟进行。

表2 新加坡国立大学、早稻田大学和北京大学化学实验内容比较

2.3 考核方式的比较

2.3.1 与国内高校比较

对于学生实验项目的考评，传统考评方式主要以学生实验报告为主，重视实验数据及误差等实验结果，忽略实验过程中学生的表现。但是这种评价方式会导致更多的学生将精力主要放在实验报告上，甚至出现抄袭他人实验数据与结论的问题。鉴于这种考核方式的弊端以及分层次、模块化实验教学体系的逐步建立，考核方式也逐步多元化。一般来说，对于基础性实验一般会采用“平时成绩＋实验操作＋理论考试（有些高校没有）”的形式，对于综合性、设计性、创新性实验则采取“平时成绩（选择）＋论文成绩＋论文答辩（选择）”的形式。以物理学科为例，几所高校的考核方式比较见表3。

表3 北京大学、复旦大学和中国科技大学物理实验考核方式比较

2.3.2 与国外高校比较

同国内高校类似，国外高校对于实验的考核方式也是多元化的，基础实验课和高级实验课（即综合性、设计性实验）的考核要求不同，但考核方式更为灵活。除笔试、实验操作、论文及其答辩外，还包括其他的方式，如UCLA的生物实验考核还包括网上测试（预习测试和课后测试），以及标准化的同行评审（由学生分成3人1组，各自独立完成），其实验操作也以抽查的方式进行，当堂提交结果。德国的实验考核，特别是实验过程考核还包括学生在实验中的协作配合以及对实验设施及实验环境的维护和爱惜。英国的考核注重表达能力和写作的培养，考核以答辩为主［19-20］。

3 比较结果带来的启示

3.1 建立适应国情的实验教学体系

通过比较研究，在了解国外实验教学发展状况的同时，应有选择地借鉴和吸收国外实验教学的先进经验，与时俱进的建立和完善与我国国情相适应的实验教学体系。即在保证教学体系完整性的大框架下，建立个性化的培养方案，根据学生个体差异分级培养。

3.2 拓展综合性、创新性实验教学内容

要适应高等教育新形势的需要，实验教学内容必须不断调整。利用微课、MOOC等现代化手段，可以将一些验证性实验项目纳入自主学习范畴；逐步增加综合性、创新性实验比例，增加跨学科实验内容；结合课程特色，设立多种形式的实践训练项目，给学生提供个性发展的空间，提高学生科研素养和解决实际问题的能力；同时，调动学生的积极性，使学生也成为新实验开发设计队伍中的一员。

3.3 创建科学有效的实验考核体系

逐步摸索建立适合本学科发展的实验考核体系，形成正确的导向。考核体系应兼顾客观和灵活的特性，既考核实验数据，更应激发学生的探求意识、创新精神，锻炼合作能力以及现场论述和答辩的能力。

4 结 语

实验实践教学是人才培养的重要组成部分，对提高学生的实践创新能力、培养创新精神，进而提高高等学校教育质量至关重要。实验教学比较研究虽然由于时间等诸多因素的限制，调研还有很多不尽翔实的地方，同时，鉴于篇幅的限制，本文仅讨论了实验教学体系、实验教学内容和实验考核方式等3方面，但其形成的成果依然为学校未来实验教学的改革和发展方向提供了借鉴和参考。更为可喜的是，比较研究中的一些成果已经转化为实验课程的改革项目。今后，将不断探索，积极尝试，逐步完善适合国情、校情和学生个体特点的北京大学实验教学模式建设。