实验室管理创新实践课程教学改革研究

孙文文 李晓兰 宋眉眉 张更辉

(1.天津理工大学，天津 300384；2.南开大学周恩来政府管理学院，天津 300071)

习近平总书记在全国高校思想政治工作会议上强调，“办好我国高校，办出世界一流大学，必须牢牢抓住全面提高人才培养能力这个核心点，并以此来带动高校其他工作”[1]。提高高校人才培养能力成为高校改革创新的关键点。实践教学是培养本科生创新意识和科学品质不可缺少的重要环节，更是为国家培养专业技术人才,不断提高人才培养质量的重要环节。在我国高等教育大众化的背景下，普通高等院校已经成为地方高级应用型人才培养的主体，承担着培养服务地方经济和社会发展的高级技能人才的重任。相应的应用型、技能型人才需要具备较强的动手能力、分析问题的能力和解决问题的能力，而实践教学正是培养这些能力的关键环节。

一、新时代对高校实践教学提出新要求

新时代一流本科课程建设和课程思政建设是高校教学改革的重要内容，也是高校实践类课程教学改革的目标要求。2018年11月，在第十一届“中国大学教学论坛”上，教育部高等教育司司长吴岩提出了“两性一度”，即高阶性、创新性、挑战度的金课标准。2019年10月，《教育部关于一流本科课程建设的实施意见》(以下简称《实施意见》)指出课程是人才培养的核心要素，课程质量直接决定人才培养质量，建设适应新时代要求的一流本科课程，要让课程优起来、教师强起来、学生忙起来、管理严起来、效果实起来[2]。2020年4月，《教育部等八部门关于加快构建高校思想政治工作体系的意见》指出要深化实践教育，把思想政治教育融入社会实践、志愿服务、实习实训等活动中，创办形式多样的“行走课堂”[3]。2022年8月，为深入贯彻落实习近平总书记关于“大思政课”的重要指示和在中国人民大学考察时的重要讲话精神，教育部等十部门印发《全面推进“大思政课”建设的工作方案》的通知，从总体要求、改革创新主渠道教学、善用社会大课堂、搭建大资源平台、构建大师资体系、拓展工作格局、加强组织领导等七个方面，对全面推进“大思政课”建设进行了部署[4]。

二、当前高校实践教学现状及实验室管理创新实践课程存在的问题

实践教学是应用型人才培养的重要组成部分，是强化学生能力培养的重要途径。大学实践教学质量直接关系到高校教育教学和人才培养质量的全局。实验室管理创新实践是天津理工大学面向应用物理专业本科生开设的一门实践类课程，课程目的是让学生锻炼实验操作、思考实验原理、探索实验创新及专业应用，全面提升专业技能与综合素养。对标新时代高校实践教学的新要求，此前实验室管理创新实践课程中仍存在以下问题与不足。

1.教学理念落后，课程设计不合理

目前，高校实践教学中普遍存在“重理论、轻实践”的问题，实验室管理创新实践课程虽然适当增加了实践教学内容的比重，但实践教学内容设计相对简单，学生动手操作机会少，不能满足学生提高专业技能的需求。教学设计上未能全面考虑学生个体差异与不同需求，“以学生为中心、以教学效果为导向”的教学理念落实还不够。

2.教学内容不完善，课堂活力不足

课程内容由多个基础物理实验组成，学生只需选择其中一个实验并到相应实验室进行实践学习。因学生对大部分实验操作已经熟悉掌握，且培养创新意识和综合素质的设计环节比较少，缺乏学科前沿知识和最新研究成果的有机融入，所以造成学生学习兴趣不高，课堂活力不足。

3.考核方式单一，课程育人不充分

课程缺乏科学合理的考核评价机制，以结果性考核为主，常以实习实践报告评价学生学习效果，侧重考查专业知识，忽视了操作技能和综合素质的考查，缺乏对学生的创新能力、分析解决问题的能力及自主学习的成效进行全面评价。

三、实验室管理创新实践课程教学改革路径

近两年，教学团队充分响应新时代实践教学改革的要求，在着力解决课程中存在问题的基础上，进行了全新的教学改革。

1.更新教学理念，做好课程设计

教学团队不断更新教学理念，充分发挥学生的主体作用。任课教师经常开展集体研讨，协商可以吸收进课程的创新实验项目和前沿思考题目，同时，根据不同实验的专业特点实施有针对性的教学安排，将平时学生参与较少的实验室运行管理、仪器保养与调试、设备维护与维修等纳入教学过程，将其有机融入课前、课中、课后安排，扩充实践内容，延伸实践空间，让学生能够充分参与实践活动，使专业技能与实践经验互相促进。在课程目标建设上，明确了知识、能力、素质以及德育层面的目标，注重学生理论知识的应用与综合能力的提升，培养其严谨客观的实验态度、实事求是的科学品质、互助合作的团队精神，厚植爱国主义情怀，感悟精益求精的探索精神，为将来学生的专业运用、科学研究和服务社会打下良好基础[5-7]。在课程设计上，安排学生在课前做好各项自主学习和充分准备，从而在课堂上留出更多实践时间，为学生提供更多动手操作机会，实现人人可熟练掌握操作技能的目标；启发学生关心、思考物理学专业及其广泛应用，让学生了解物理实验室的日常管理，熟悉物理实验室的科学氛围，鼓励学生参与实验项目的改进与创新；安排学生录制课程视频剪辑成课件，培养学生对课程的学习兴趣、对物理学的热爱以及求真务实、严谨细致的科学态度。

2.以学生为中心，丰富教学方法

强调学生在课程中的主体地位，授课方式从“以教师教为主”转变到“以学生学为主”，启发学生学习兴趣，引导学生主动思考，使其积极参与各项锻炼，切实提升专业技能，实现由知识课堂向能力课堂的转变[8-9]。在多轮次的开课过程中，教学团队也充分认识到，实践教学是一个从知识学习到能力培养的复杂过程，需要综合运用多种教学方法。团队积极吸收先进教学经验，综合运用问题教学法、启发式教学法、探究式教学法、讨论式教学法、项目教学法等多种教学方法。如在实验操作环节，任课教师通常采用问题教学法，依据实验原理设立不同的实验目标，把学生分成2～3人一组，每组进行不同的命题实验，解决不同问题；在小组汇报过程中，注重交流讨论，启发学生从多个角度进行思考；对于影响因素较多的复杂问题，鼓励学生开展文献查阅进行深入研究，全面了解实验原理和解决问题的方法路径；在实验仪器管理维护过程中，任课教师通过启发式教学法与探究式教学法逐步引导学生掌握解决技术难题和仪器故障的方法，充分调动学生的主观能动性。教学团队还充分运用信息化教学手段，引入“翻转课堂”教学模式，让学生提前学习理解物理学基本知识和实验设计思想，掌握实验仪器的基本设计原理和使用方法，同时，在学生参与实验室日常管理过程中，使之熟悉实验室管理制度和日常运转维护，拓宽学生实践视野，在师生、生生之间的互动过程中实现知识的深度吸收和各项技能的全面提升[10]。

3.响应育人要求，突出课程呈现

(1)做好课前教育引导，培养良好专业素养

通常高校实验类课程的实验室卫生清扫、仪器调试、维护维修等工作，由专职实验员负责，学生仅参与实验项目操作。实验室管理创新实践团队会在第一堂课中强调全面锻炼的实践要求，希望学生积极参与课程全过程，养成勤动手、勤思考的良好习惯。教学团队将学生参与实验室日常管理维护作为一项重要内容，指导学生了解掌握实验室日常运行机制与管理制度，熟练进行实验室环境清洁、仪器调试、维修保养等工作；邀请学生协助主讲教师指导实验，帮助其他同学理解实验原理、规范实验操作、养成良好的实验习惯。此环节任课教师通常用2个课时，以集中学习和现场指导的方式，让学生熟悉实验室和课程安排，之后讲解相关理论知识和实验操作能力要求，现场指导学生规范进行仪器调试、维修保养等，帮助学生做好课程准备。

(2)引发深入思考，夯实专业技能

通过设置不同的实验目标和思考题目，引导学生自主设计实验，培养学生分析问题和解决问题的能力，提高动手能力，增强创新意识。以课程中的拉伸法测量金属丝杨氏模量实验为例，任课教师设置不同的测量金属丝杨氏模量的实验目标和课程要求，如望远镜与光杠杆镜面有一定夹角对实验结果的影响、光杠杆镜面与地面不垂直对实验结果的影响、望远镜与光杠杆镜面不在一个高度上对实验结果的影响等，让学生从多个角度进行思考，充分锻炼其仪器调节技能，全面掌握实验原理。在探究原因的过程中加深学生对熟能生巧、精益求精的理解与认同，在细节推敲过程中帮助学生掌握实验原理，实现实践课程与理论课程的紧密衔接、相互渗透，培养学生观察思考的能力、分析和解决问题的能力。

以该实验中的一项调节为例。为了增强放大效果，望远镜和标尺通常距离金属丝固定仪器约2米，需要一个学生来改变悬挂砝码的重量，另一个学生实时观察望远镜里标尺像的变化，两人互相配合才能完成实验。针对学生们容易混淆的光杠杆放大臂问题，课程专门设计了一组合作拓展实验。如图1为光杠杆法测量金属丝微小弹性形变量时的上俯视图，光杠杆放大臂常称作镜尺距离，学生常常弄不清镜尺距离是图中所示的x1还是x2。通过合作拓展实验，在反复操作过程中，学生加深了对光杠杆法测量金属丝杨氏模量原理的理解，对镜尺距离有了准确认识，实验技能得到了提升，对“熟能生巧”有了切身体会并强化了协作意识和团队精神。

图1 光杠杆镜尺距离示意图

4.引导全程参与，培养创新意识

安排部分专业知识扎实、操作能力突出的学生以助教身份参与课程教学并辅以启发式、讨论式教学，总结实验室日常管理经验、实验技能提升体会和创新研究思考成果。一是安排学生参与课程辅导，协助老师做好教学资料的收集准备和课前预习安排，协助指导学生进行仪器调节，解答学生提问，协助开展实验报告批改。二是对所指导学生出现的问题进行总结，了解掌握课程中的关键环节、难点问题，如学生光杠杆像调节不出、测量偏差太大等常见问题。针对这些难点问题，进行文献查阅、小组研讨，引导学生自主钻研。三是分组开展成果汇报，汇报内容以学习体会、操作经验、研究方法为主，不在于单个物理知识点，重点关注学生在实验中的体验感悟。四是组织学生录制剪辑课程视频，复盘课程，制作课件。在此过程中，学生们能够加深对课程的认识，更准确地理解实验要点，更全面地掌握实验要求与操作技巧。录制剪辑后的课程视频是学生们精心劳动的成果，是宝贵的课程资料，既丰富了课程内容，也为学生们带来了成就感与自豪感。

提升学生的科研素养和创新能力同样是该课程的教学目标。就本实验而言，任课教师会安排学生对教学过程中发现的难点问题进行总结，并以其中一个难点问题为切入点，详细对比以前的解决办法，提出创新性的改进措施。如图2为一组学生针对光杠杆在增加砝码的过程中容易产生晃动，从而带动光杠杆的位置发生微小偏移这一问题，提出引入微磁片以增加稳定性的有效解决方案。

图2 稳定的光杠杆结构示意图

5.发挥榜样示范作用，培育卓越精神

2017 年中共教育部党组发布的《高校思想政治工作质量提升工程实施纲要》指出，要发挥科研育人功能，培养学生的科研能力、科学精神、科研道德和思想品德，培育健全人格，树立正确的世界观、人生观和价值观[11]。任课教师应鼓励学生学习优秀科学家的探索精神，启发学生在学习和借鉴他人丰富经验、技艺的基础上，尝试新方法、探索新技术，同时，引导学生主动了解科技发展和产业变革，瞄准时代需求，激发其服务社会、积极进取的精神。教学团队广泛介绍杨氏模量的多种测量方法，引导学生比较这些测量方法的优缺点；详细介绍与之相关的胡克定律的由来与演变，引入科学家兢兢业业、不断探索的典型事迹和探索精神，让学生充分认识到科研工作的艰辛不易，鼓励学生们勇于创新、砥砺奋进。课程还结合当前科技发展与社会需求，让同学们充分认识到杨氏模量是科学研究和工程技术设计中的重要参数，是描述金属等材料抵抗形变能力的重要物理量，常用于表征金属材料、光纤材料、半导体、纳米材料、聚合物及各类复合材料的力学性质，在我国许多重大科技攻关项目和重点工程中都有着广泛的应用。教学团队结合与之相关的大国工匠、知名学者的优秀事迹，以榜样的力量，启发学生结合专业背景，了解时代需求，树立崇高目标，不断追求卓越。

6.创新考核方式，做好教学反思

实践课的考核评价要以提高学生的专业技能和综合素质为目的，不宜用单一的方式进行考核，要采用多元考核方式促进教学目标的实现[12-13]。实验室管理创新实践教学团队将考核要点细分到学生课程学习的全过程，综合评价学生学习效果。具体考核内容包括过程性考核和结果性考核两部分。其中，过程性考核由“拉伸法测量金属丝杨氏模量实验”等实验内容的完成过程、团队成员合作情况以及课程参与情况等组成，围绕具体实验课程目标的达成过程进行跟踪考核。结果性考核内容包括具体实验结果、实验操作技能掌握情况、课程汇报展示情况以及学生专业素养、综合能力提升情况等，侧重全面评价课程中学生获得的专业素养、实践能力、分析解决问题的能力、自主研究的能力和创新能力等。

实验室管理创新实践教学团队将不断总结教学改革经验，针对师资队伍建设、探索专业前沿与应用等方面还存在的不足，充分结合实践类课程特点，加强师资引进培养，及时融入学科前沿知识，探索校企联合培养机制等，进一步完善课程教学改革。

四、小结

实验室管理创新实践课程实施的教学改革，对标新时代一流课程建设要求，加强了课程思政建设。教学团队充分发挥学生主体作用，综合运用多种教学方法，创造了丰富的实践锻炼机会，促进了学生专业知识、实践能力、创新能力的全面提升，启发了学生的科学探索精神，提升了其时代责任感，发挥了价值引领作用。改革后的课堂教学更加富有实践性、实效性和创新性，学生积极主动，思考交流氛围活跃，切实达成了教学改革的目标。