农业水利工程专业综合实验课程教学改革与实践

赵 霞，张 芮，武兰珍，张金霞，朱燕琴，银敏华

(甘肃农业大学 水利水电工程学院,甘肃 兰州 730070)

专业综合实验课程是甘肃农业大学水利水电工程学院农业水利工程专业课程设置中的专业推荐选修课。该课程设置的目的是给学生提供一次系统的“预习-操作-交流讨论-撰写报告”完整参与体验，让学生在实践中深入领会理论知识，在实践中扩展思维，锻炼学生的实践动手能力、团队合作能力、沟通与交流能力，以满足当代社会的人才需求。

目前，通过实践教学培养学生工程实践能力和创新能力的研究主要集中在实践教学体系、实践教学平台、人才培养模式和教学模式、教学方法等方面。如张芮[1]等针对甘肃农业大学农业水利工程专业实践教学体系中存在的弊端，按照“认知、求证、探究、创新”渐进式学习原理，探索构建了农业水利工程专业“纵向四层次、横向七模块”实践教学体系。牛最荣[2]等在农业水利工程专业实践教学体系的基础上进行了优化，探索构建了农业水利工程专业“三层次、五模块”实践教学体系。按“分层培养，层层递进，逐步提高”的方式，建立了与培养目标层相对应的综合实践平台。王辉宪[3]等探讨建立了“基础化学实验”“中级化学实验”和“设计创新化学实验”3个层次，包含必做实验、选做实验和开放性实验3个板块的化学实验内容，建立“3层次、3个板块”与理论教学并行的实验教学新体系。张瑾[4]等通过对“综合课程设计”进行改革，构建跨专业教学模式和CDIO项目制教学组织架构，形成并践行了“专业交叉+项目制”的新型教学模式。孟宪章[5]等为了提高实践教学效果，提出培育学生自主学习能力的具体措施和提高自主学习能力考核的有效方式。以上研究为实践教学人才培养改革提供了重要依据。然而，如何通过课程的具体组织实施达到人才培养目标，目前关于这方面的内容鲜有报道。

为此，笔者在从事实验教学的近6年中，一直不断地开展实验教学改革，经过近6年的教学实践，获得了一些实践经验，旨在为工作在基层的一线实验教师提供参考经验。

1 农业水利工程专业综合实验课程教学改革思路

1.1 实验项目建设思路

基于农业水利工程专业提出的培养“厚基础、高素质、强能力”，能在水利、国土、水保、农业等部门从事与农业水利工程及相关工程有关的规划与设计、施工与管理、教学与科研等工作的复合型人才目标，农业水利工程专业在系统剖析传统的分散式实践教学体系存在弊端的基础上，构建了“三层次、五模块”实践教学体系。“三层次”包括基础夯实层、综合素质提高层和应用创新层。“五模块”包括课程实验、实习实训、综合设计、社会实践和创新设计。

在“三层次、五模块”实践教学体系下，农业水利工程专业实验室面积、仪器设备添置和实验室维修等硬件建设均得到了很大的改善。如水资源与灌溉排水实验室面积增加了231.64m2。同时，为紧跟水利工程行业发展和企事业用人单位的人才需求，农业水利工程专业将《土壤学与农作学》《土壤物理学》《地下水利用》《灌溉排水工程学》《节水灌溉理论与技术》等课程实验进行优化整合，形成《专业综合实验Ⅰ》《专业综合实验Ⅱ》等2门单独开设的综合实验课程[1]。实验学时设置分别为16学时。

笔者立足于农业水利工程人才培养目标，对专业综合实验课程实验项目进行一体化设计，实验项目共达到16项。在设计实验项目的过程中，注意加强各门理论课程之间的联系，重视基础性如土壤水分的测定、土壤容重的测定、土壤样品采集、处理与保存等实验。重视整体性、综合性如植物蒸腾测定、滴灌设备拆装实习实验等。其中植物蒸腾测定实验是从整体性的角度强调计算植物蒸腾量时应考虑的相关因素，即树体结构、单个叶面积的大小，3分钟快速称重法测定作物蒸腾强度，进而得出植物蒸腾量计算值。增加设计性如沟灌条件下土壤水分运动规律、滴灌条件下土壤水分运动规律、氨氮测定、浊度测定等实验。实验项目的设计突出体现了实验教学的基础性、整体性、综合性、实践性和创新性。

专业综合实验课程在“三层次、五模块”实践教学体系中处于综合素质提高层，在大学三年级开设。按基础性——整体性——设计性的递进顺序，采取逐步提高的培养方式，对学生进行系统化实践训练，着力增强学生的实践创新能力和就业竞争力。

1.2 教学管理方式建设思路

教师要牢固树立“以学生为主体，以教师为主导”的教学理念，在教学过程中充分发挥学生作为实验课堂的中心作用，让学生真正参与实践体验。教师作为课堂的主导者，必须改革为教而教的教学弊端，不断探索尝试新的教学方法和手段，保证实验课程教学质量落到实处，真正实现学生达成能力与教学培养目标相匹配。

为此，笔者在实验项目进行一体化设计的基础上，确立了实验课程改革的三项原则：一是遵循理论知识与实践技能相结合的原则，通过获取实验数据来验证分析理论课程中的结论，培养学生分析问题的能力。二是学与用相结合的原则，通过教师引导启发，学生在参与学习的过程中积极思考，自行设计实验方案、设计实验数据填写表格，使用实验设备，突出培养学生的设计能力、实践能力和创新能力。三是个体与团队相结合原则，通过交流与讨论方式，突出培养学生的沟通与交流能力、团队合作能力。以此三项基本原则为指导，笔者对教学效果因素进行分析，探索构建了农业水利工程专业综合实验课程能力达标的教学管理方式，改变传统的同时段进行同一个实验项目的方式，进行同时段进行不同实验项目的分组实验。如图1所示。

图1 能力培养教学管理方式

2 教学改革实施

2.1 教学分组策略

一个完整的教学过程包括课前、课中、课后学习。教师采用划分小组的形式进行合作学习，小组的划分一般5-6人为一组。每个小组均实行组长负责制。组长是由教师调取授课班级学生学习成绩单结合班长推荐认真负责的学生确定的，组员都是优、良、差学生组合。

教学管理方式实行组长负责制和组长跟进制。组长负责制即组长负责自己小组的课程组织实施学习，其中包括领取、分发和回收实验设备等。组长跟进制是以时效性为原则，主要针对设计性实验。即教师安排第一组的学生做实验时，第二组的组长跟进第一组学习，记录实验全程内容。教师围绕实验内容的重点、难点，实验细节等，要求第二组组长组织该组学生在第一组的基础上进一步探讨优化实验方案，整理并课前提交。同理，第三组组长跟进第二组学习，直至最后一组完成实验。这种分组策略即可以调动学生主动积极性，对实验方案提出可操作性改进意见，也可以在实验设备台套数量少的基础上，保证按时完成实验。

2.2 教学环节

专业综合实验课程环节包括课前预习、实验操作、交流讨论和撰写报告4个方面。

课前预习的效果直接影响实验操作、交流与讨论环节。教师在实验开始前下发实验指导书，指定实验项目，采用组长负责、组员分散式学习方式，完成实验目的、实验原理和实验流程的学习。根据部分实验项目的难易程度安排学生提前几天预约实验室观看实验仪器。其目的是让学生对实验内容做到心中有数。然而，在实际教学过程中发现，部分学生对老师的提问存在一问三不知的情况，完全是“等、靠、混”的思想。对此，教师在这一环节实行“请出去”制度，即当学生进入实验室，对学生采用检查提问方式，小组如有1/2的人答不上问题，教师当场取消该组实验资格。课前预习环节实施“请出去”制度从一定程度上驱动“等、靠、混”的学生转变学习态度。

实验操作是实验课堂中的一个重要环节。课堂中以解决问题为目标，教师引导启发学生进行实验操作[6]。教师必须改变“师讲生听”的传统授课模式，转为“以学生为中心”的授课模式。教师进行大胆的改革，实验仪器不再做示范性操作，而是直接放手让组长带领组员自行摸索实验仪器的使用。对于大型精密仪器设备的使用，教师向学生说明仪器使用注意事项，并要求学生必须依据实验仪器纸质版说明书进行操作，也可利用手机查阅电子版说明书。教师在学生自行摸索仪器时巡回辅导、重点纠正实验操作中的违规行为。这种自行摸索使用实验仪器的过程既能让学生深刻体验到解决问题的艰辛，又能养成积极思考、规范性操作的良好习惯。

交流讨论有利于促进学生分析综合、推理论证科学思维能力的发展。在实验教学中，教师建立师生交流沟通平台，实施“三步走”制度。第一步为课前自主交流讨论，笔者将QQ群的交流功能应用到实验教学中来提高不同层次学生学习过程的参与度[7]，要求每组组长建立小组QQ群，组内学生之间通过QQ交流平台互相交流，厘清实验中涉及的概念、实验操作流程、实验设计方案等，促进学生努力，萌发探索未知领域的欲望。第二步为课中交流讨论，主要是针对设计性实验项目，在小组已做出实验方案的基础上，以教师提出问题形式开始，引导学生去思考顺利完成实验的每一步，具体包括实验的理论依据、需要考虑的实验细节，组员配合与分工、实验失败归因分析，实验数据记录表格优化设计、玻璃类消耗品器材规格是否满足实验要求等在组内展开交流与讨论。第三步为课后交流讨论，要求学生通过班级QQ群加强交流讨论，组间学生互评实验方案的优缺点，分享最佳方案的成功经验，促使部分能力较差的同学能力有所提升。通过这种驱动方式，学生由“被动”变“主动”，积极探索、思考，从而锻炼学生的思维能力和创新能力。

撰写实验报告是实验教学的最后一个环节，是学生对实验操作过程总结及对获得实验数据进行结果分析讨论的书面表达形式[8]。实验报告不仅可以反映出学生的理论知识和实验技能的掌握程度、还能反映出学生对实验的观察能力、数据分析能力、逻辑分析能力以及专业语言的表达能力。一份完整的实验报告包括实验目的、实验原理、实验设备、实验内容、实验数据记录、结论、讨论等内容。在实验课结束后，笔者首先要求撰写实验报告册，数据共享，每人上交一份。其次要求必须手写，并且实验报告内容要完整，语言要科学、规范、简练。然而，学生上交的实验报告存在报告不完整、上下文缺乏逻辑关系、语言不规范、口语化严重、实验数据表格不规范、实验数据处理能力弱、缺乏结论与讨论、照搬照抄实验指导书等8个问题。教师针对此现象，灵活采用“请进来”(针对实验报告存在4-8个问题的，教师分批次请进办公室，面对面一一辅导)、构建“QQ交流平台”(教师指导学生撰写实验报告，依据学生实验报告存在问题及时反馈)等两种方式将实验报告存在的问题反馈给学生，要求学生整改实验报告，提升学生的综合运用能力。

3 实践成效

农业水利工程专业综合实验从实验项目的建设、教学管理方式两个方面进行了改革和实践。在教学过程中，笔者通过分组实验，实施组长负责制和组长跟进制，并通过系统的课前预习、实验操作、交流讨论和撰写报告一个完整参与体验的过程，满足了教学目标多元化和学习过程个性化的需求，促进学生能够运用所学知识解决实际问题。在课前预习中结合“请出去”制度、实验操作中放手让学生自行摸索实验仪器、交流讨论中实施“三步走”制度、撰写报告中采用“请进来”和构建“QQ交流平台”等方式，并在每个授课环节中均严格实施。实践证明，这种方式一方面有效调动了优良学生的学习积极性，最大程度发掘了学生的学习潜力。部分学生能主动结合自己正在进行的大学生科研训练计划(SRTP)项目，开展设计性实验方案创新；另一方面能有效驱动存在“等、靠、混”思想的学生自主跟进学习，使部分学生的学习态度明显转变，其动手能力，团队合作能力，沟通与交流能力和书面写作能力均得到了明显提高。