陳 鵬，李 亞，紀 婧

（中國礦業(yè)大學（北京）資源與安全工程學院，北京 100083）

在探索能源工業(yè)精英教育教學體系建設過程中，中國礦業(yè)大學（北京）在2012版培養(yǎng)方案中開創(chuàng)性地提出了“創(chuàng)新教學環(huán)節(jié)”［1－2］。“創(chuàng)新教學環(huán)節(jié)”體系由創(chuàng)新方法類課程和創(chuàng)新實踐活動等組成，大學生創(chuàng)新性實驗計劃是創(chuàng)新實踐活動的主要構成。為提升大學生創(chuàng)新性實驗計劃的實施質量，教學研究人員在實施策略［3］、實施路徑［4］、過程管理模式［5－6］以及創(chuàng)新成果評價［7］等方面做了諸多有益的探索。本科學生課程繁重，文獻閱讀量少，如何在指導教師的引導下自主選題是實施大學生創(chuàng)新性實驗計劃的關鍵，這也關系到實驗計劃的創(chuàng)新性和學生的研究興趣，而其實施的質量關鍵在于實施方案的流程設計和過程指導［8－9］。

改革實驗課程教學模式，可以拓展大學生創(chuàng)新性實驗計劃選題途徑，根據筆者指導大學生創(chuàng)新性實驗計劃的實踐經驗，結合所授火災探測與控制實驗課程的創(chuàng)新教學模式改革，有針對性地對大學生創(chuàng)新性實驗計劃在選題、實施流程等方面進行了探索。

1 實驗課程創(chuàng)新性教學改革

1.1 創(chuàng)新實驗教學體系設計原則

筆者所授火災探測與控制課程是一門探索火災規(guī)律、研究火災預防與控制的專業(yè)必修課，實驗課在課程教學中占有重要地位。傳統(tǒng)的實驗教學模式偏重于知識的驗證，學生按照指定的步驟按部就班地操作實驗，在一定程度上抑制了學生的興趣，忽視學生觀察、分析和解決問題等創(chuàng)新能力的培養(yǎng)［10］。為適應研究型本科教育體系建設的需要，有必要對火災探測與控制實驗課進行創(chuàng)新性教學改革［11］。

圍繞能源工業(yè)精英教育建設目標，火災探測與控制創(chuàng)新實驗教學體系應突出綜合，強調創(chuàng)新，理論與實踐融合。創(chuàng)新實驗教學體系應具有以下特點：一是實驗教學體系具有層次性，針對不同層次的學生提出不同的教學要求和學習任務；二是激發(fā)學生學習的主動性和探究性，需要學生在實驗過程中探索，激起學習探究的興趣；三是突出教師與學生的良性互動。與傳統(tǒng)實驗教學相比，創(chuàng)新實驗教學更有利于學生知識結構的建立與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，激發(fā)學生學習的積極性和自主性。

1.2 創(chuàng)新性實驗教學體系劃分

火災探測與控制實驗課程建立了與課程體系相對應的“演示與驗證、綜合與設計、創(chuàng)新與前沿”三類型、五層次的實驗項目體系，如表1所示，其中綜合設計型和創(chuàng)新前沿型實驗項目的比例約占總實驗項目的50%。

表1 火災探測與控制創(chuàng)新實驗教學體系的劃分

（1）演示與驗證實驗。通過演示與驗證實驗，培養(yǎng)學生火災及其控制的基本概念，訓練基本實驗技能，激發(fā)學生的專業(yè)興趣。實驗教學任務主要是：（A）承擔的認知任務是了解和理解；（B）驗證課程中理論和原理，練習基本操作技能等。這一類型實驗項目主要有：消防系統(tǒng)演示模型、滅火器實驗。

（2）綜合與設計實驗。通過綜合與設計實驗，讓學生學會用一定技術解決特定問題，增強綜合判斷能力。實驗教學任務主要是：（A）通過實驗方法、手段的綜合，培養(yǎng)綜合考慮問題的思維方式；（B）教師指定工程場景，學生設計實驗方案，分析實驗結果。這一類型實驗項目主要有：火災探測器可靠性實驗、自動噴水滅火系統(tǒng)等。

（3）創(chuàng)新與前沿實驗。通過創(chuàng)新與前沿實驗，培養(yǎng)學生發(fā)現問題、分析問題、解決問題的創(chuàng)新能力。實驗教學任務主要是：（A）承擔的認知任務是觀察實驗現象，提出科學問題；（B）總結創(chuàng)新成果，發(fā)表科技論文、撰寫專利或參加科技競賽活動等。這一類型實驗平臺主要有可燃物火蔓延特性實驗平臺、細水霧滅火實驗平臺、多組分泡沫滅火實驗平臺。

在每個實驗平臺上，學生可根據興趣自主選擇實驗題目和設計實驗方案，如多組分細水霧滅火實驗平臺，可以開展細水霧與火焰相互作用實驗、添加劑對細水霧滅火效能實驗等。通過這一類型的實驗，可以培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識，為創(chuàng)新性實驗計劃做準備。

2 基于創(chuàng)新性實驗教學的創(chuàng)新性實驗計劃選題

大學生創(chuàng)新性實驗計劃類似于一般小項目的科學研究過程，要求學生首先搞清楚科學研究從何開始，認識發(fā)現矛盾、捕捉問題是科學研究的起點。大學生創(chuàng)新性實驗計劃起始于選題，也就是提出問題。選題可來自于研究者興趣，也可以來源于國家和社會的各種需要，如煤礦瓦斯爆炸的防治問題等。創(chuàng)新性實驗計劃從選題開始，也就是要求大學生在實踐創(chuàng)新性實驗計劃過程中，先要學會如何選題，提高選題的質量。

創(chuàng)新性實驗計劃選題的過程也是提出科學問題的過程。學生思維活躍，會在不同場合提出問題，在實驗教學過程中會對各種實驗現象提出很多個為什么，譬如，在進行細水霧滅火實驗中，會產生“細水霧是如何產生的”、“細水霧與火焰如何作用”等問題。聽聞煤礦瓦斯爆炸事故后，就會提出：“煤礦瓦斯爆炸為何會頻繁發(fā)生”、“如何有效地防治瓦斯爆炸”的問題。雖然學生會提出各種問題，但很難將這些問題變成創(chuàng)新性實驗計劃的研究課題，這也是大學生參加創(chuàng)新性實驗計劃時感覺到無課題可以研究的原因。愛因斯坦說過：“提出一個問題，往往比解決一個問題更重要，因為解決問題也許僅僅是一個數學上或實驗上的技能而已，而提出新的問題，從新的角度去看舊的問題，卻需要有創(chuàng)造力和想象力?！睂Υ髮W生創(chuàng)新性實驗計劃而言，發(fā)現問題、選擇實驗課題尤為重要。

一般而言，本科生選擇創(chuàng)新性實驗計劃課題的途徑主要有3個，一是參與指導教師的科研課題，提出自己的想法；二是關注本專業(yè)領域的自然界或社會生活中的現象，凝練出有價值的問題；三是在專業(yè)實驗課中學會觀察與思考，分析實驗現象和提煉問題。對本科生而言，實驗課是大學生認識創(chuàng)新性實驗計劃的起點，依托專業(yè)實驗課程提出創(chuàng)新性實驗課題是行之有效的途徑。

（1）引導學生觀察實驗現象?，F象是指事物在發(fā)生、發(fā)展和變化中的外部形態(tài)和表面特征，實驗現象是在受控條件下的實驗對象發(fā)展規(guī)律的外在形式。筆者通過對火災探測與控制實驗課程進行創(chuàng)新改革，將其分為驗證演示型、綜合設計型和創(chuàng)新前沿型3個類型，以及了解、理解、應用、綜合和研究5個層次。創(chuàng)新與前沿類實驗課重點培養(yǎng)學生對新奇現象的觀察，引導學生對一般現象、特殊現象和關鍵現象的觀察和理解。

（2）培養(yǎng)學生從觀察的實驗現象中提出問題的能力。觀察實驗現象應與猜測、聯想、推理等邏輯思維活動相結合，引導學生將實驗現象與知識背景相比較，提出高質量的問題。例如，對氣體燃燒感興趣的學生，更會關注瓦斯爆炸這一煤礦安全生產問題，在細水霧滅火實驗項目中，觀察細水霧與油池火相互作用現象就會聯想到“細水霧能否有效控制瓦斯爆炸”這一問題，進而提出“瓦斯氣體火焰與細水霧是如何作用的”。觀察實驗現象應在指導教師的引導下有序進行，用創(chuàng)新的視角觀察實驗現象。教師指導學生不要急于判別實驗結果，學生預判不一樣的結果有時是創(chuàng)新的線索。

（3）將實驗課程中的問題發(fā)展為創(chuàng)新實驗計劃的科學問題。大學生創(chuàng)新性實驗計劃的選題就是明確所要解決科學問題的過程。學生從觀察實驗現象中提出的問題有時還很模糊，需要在教師的指導下明晰問題的對象，通過查閱文獻、了解國內外研究現狀，從而提出創(chuàng)新性實驗計劃研究的內容。指導教師在評閱選題內容時注重以下幾點：將問題轉化為選題內容要遵循科學性、創(chuàng)新性和可行性原則；學生選題時要考慮現有實驗條件，協(xié)調好創(chuàng)新實驗計劃和其他課程學習的關系，合理分配時間。

3 大學生創(chuàng)新性實驗計劃的實施流程

大學生創(chuàng)新性實驗計劃實施流程關乎其創(chuàng)新實驗的質量。創(chuàng)新性實驗計劃從組建創(chuàng)新團隊、選題、撰寫項目書、實施實驗以及申報成果等過程須制定詳盡的實施流程，明確指導教師的參與節(jié)點，實現師生群體創(chuàng)新連鎖反應［12］，制訂大學生創(chuàng)新性實驗計劃具體研究活動的框架。由于大學生多是初次參加創(chuàng)新性學習活動，在制定實施流程中要界定研究對象、明晰研究目的和內容、確定成果形式，同時，指導學生制訂詳細的實驗方案和實驗進度，明確創(chuàng)新性實驗計劃成員的分工，以使創(chuàng)新性實驗計劃順暢、高效地實施。應當指出，大學生創(chuàng)新性實驗計劃的實施流程并非一成不變，在實施過程中，可根據學生課程、實驗條件等情況對實施方案進行修訂和完善。

以多組分細水霧創(chuàng)新實驗為例，說明大學生創(chuàng)新性實驗計劃的實施流程和指導教師的參與節(jié)點，如圖1所示。創(chuàng)新實驗計劃項目的選題來自于火災探測與控制實驗課中的創(chuàng)新與前沿實驗，教師與參與創(chuàng)新性實驗計劃互動的方式可以為實驗教學、現場指導或Email通信等。

圖1 創(chuàng)新實驗計劃實施流程圖

4 結束語

大學生創(chuàng)新性實驗計劃是在科學研究的情景和途徑下進行的一種學習形式，在實踐創(chuàng)新性實驗計劃的過程中，學生是學習的主體，通過提出問題（選題）、評述國內外文獻、理解國內外研究不足、提出實驗研究的思路及內容、設計創(chuàng)新實驗方案等一系列過程使學生體驗創(chuàng)新的行為。其中創(chuàng)新性實驗計劃的選題是一項關鍵環(huán)節(jié)，而規(guī)范化的過程管理方式可提高大學生創(chuàng)新計劃的實施質量，強調學生的主體作用，全程監(jiān)控創(chuàng)新實驗計劃的關鍵環(huán)節(jié)，達到對項目的掌控，保證項目的順利實施，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識的目的，實現創(chuàng)新項目的立項初衷。

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［11］范迅，常維亞，邢鵬，等.研究型本科教育教學理念與模式構建［J］.中國大學教學，2012（12）：28－30.

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