楊 岳，羅意平，潘迪夫，田紅旗，蔣琦瑋

（中南大學(xué) 交通運輸工程學(xué)院，湖南 長沙 410075）

研究性學(xué)習(xí)是20世紀(jì)80年代面對知識經(jīng)濟的挑戰(zhàn)，國際社會普遍認(rèn)同和實施的一種新的教學(xué)方式和課程形態(tài)。在高等教育中，研究性學(xué)習(xí)是指學(xué)生通過研究性的方式提出、理解和解決問題，并在此過程中形成學(xué)習(xí)能力、創(chuàng)造能力與相關(guān)專業(yè)精神的活動［1］。研究性學(xué)習(xí)通過教學(xué)過程中創(chuàng)設(shè)一種類似科學(xué)研究的情境或途徑，讓學(xué)生在教師指導(dǎo)下，從學(xué)習(xí)、實踐及社會生活中去選擇和確定研究專題，用類似科學(xué)研究的方式，主動探索、發(fā)現(xiàn)和體驗。研究性學(xué)習(xí)雖然強調(diào)教師在學(xué)習(xí)過程中的引導(dǎo)作用，但更注重學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中的主體地位，并具有思考性、自主性、開放性、實踐性、合作性等特征［2－3］。

課堂教學(xué)和實踐教學(xué)是高等院校本科生教學(xué)工作的兩個重要方面。對于高等理工科院校，不僅要在課堂教學(xué)層面采用研究性教學(xué)，也應(yīng)在實踐性教學(xué)環(huán)節(jié)開展研究性教學(xué)，在某種程度上，后者比前者更為重要［4］。然而，國內(nèi)理工科院校開展研究性學(xué)習(xí)的研究主要集中在課堂教學(xué)層面，對在實踐教學(xué)環(huán)節(jié)中如何開展研究性學(xué)習(xí)未予以足夠的關(guān)注和重視。通過設(shè)置獨立實驗課程，可為實驗環(huán)節(jié)實施研究性學(xué)習(xí)提供十分有利的條件。本文以培養(yǎng)和提高學(xué)生創(chuàng)新素質(zhì)和能力為目標(biāo)，構(gòu)建基于研究性學(xué)習(xí)模式的層次化獨立實驗課程體系和實施模式，從而使研究性學(xué)習(xí)方式在大學(xué)生的實踐性教學(xué)環(huán)節(jié)中得以有效實施。

1 基于研究性學(xué)習(xí)模式的層次化實驗課程體系設(shè)計

1.1 面向研究性學(xué)習(xí)的獨立實驗課程設(shè)置思路

設(shè)置獨立的實驗課程，尤其是針對專業(yè)課程設(shè)置獨立的實驗課程，是國內(nèi)理工科高校近年來實驗教學(xué)改革的一個重要探索［5］。獨立實驗課程兼具“課程”和“實驗”兩種特性，其課程特性表現(xiàn)在具有獨立的學(xué)時、學(xué)分，其實驗特性表現(xiàn)在其主要活動在實驗室或有關(guān)實踐場所完成。由于獨立實驗課程設(shè)置了學(xué)時和學(xué)分，可實施與理論課程相對獨立的教學(xué)計劃，改變了完全從屬于某門課程的方式，從而使學(xué)生和實驗指導(dǎo)教師的參與熱情和主動性都大大提高。相對于附屬于理論課程的“小實驗”，“獨立實驗課程”不再是實驗內(nèi)容單一、實驗過程相對簡單的實驗，而是綜合貫穿課程主要知識點的大型綜合性、設(shè)計性、研究探索性實驗。通過設(shè)置獨立實驗課程，使學(xué)生從運用某門課程的局部知識提高到綜合運用課程整體知識，從訓(xùn)練局部操作技能提高到培養(yǎng)較為全面的實驗研究能力，從獨立的個體活動發(fā)展到團隊協(xié)作，同時也從“以驗證知識為本”升華到“以培養(yǎng)學(xué)生能力為本”。

設(shè)置具有研究性學(xué)習(xí)特征的獨立實驗課程體現(xiàn)如下基本思路［6－8］：在教學(xué)理念上，以“問題”為中心，培養(yǎng)學(xué)生通過實驗發(fā)現(xiàn)問題與分析解決問題的能力，尤其突出創(chuàng)新能力的培養(yǎng)；在教學(xué)方式上，以“學(xué)習(xí)者”為中心，學(xué)生在實驗教師指導(dǎo)下積極、主動地參與設(shè)計實驗方案，動手完成實驗，“教師”轉(zhuǎn)變?yōu)椤皩?dǎo)師”，學(xué)生由“被動參與”轉(zhuǎn)變?yōu)椤爸鲃訁⑴c”。

1.2 面向研究性學(xué)習(xí)的層次化獨立實驗課程體系

依據(jù)學(xué)校四年制本科教學(xué)計劃、實驗開設(shè)時間順序和我院交通運輸大類專業(yè)（具體包括：交通設(shè)備信息工程、交通運輸、物流工程3個本科專業(yè)）的特點，構(gòu)建面向研究性學(xué)習(xí)的層次化獨立實驗課程體系，如圖1所示。

層次化獨立實驗課程體系的基本構(gòu)思具體體現(xiàn)在如下4個方面：

（1）將創(chuàng)新素質(zhì)和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)分為專業(yè)基本創(chuàng)新素質(zhì)、專業(yè)基本創(chuàng)新能力、專業(yè)綜合創(chuàng)新能力。以培養(yǎng)創(chuàng)新能力為主線，采用自底向上、遞階提升的方式培養(yǎng)和提高學(xué)生創(chuàng)新素質(zhì)和能力。

（2）建立層次化研究性實驗課程體系，將以上3種能力的培養(yǎng)融入獨立設(shè)置的研究性實驗課程中，分階段、循序漸進地提高創(chuàng)新能力。即：在獨立設(shè)課的“學(xué)科基礎(chǔ)綜合性與創(chuàng)新性實驗”中主要培養(yǎng)專業(yè)基本創(chuàng)新素質(zhì)；在獨立設(shè)課的“專業(yè)綜合性與創(chuàng)新性實驗”中主要培養(yǎng)專業(yè)基本創(chuàng)新能力；在獨立設(shè)課的“專業(yè)綜合性與創(chuàng)新性實踐”中主要培養(yǎng)專業(yè)綜合創(chuàng)新能力。

（3）在層次化實驗課程體系及其獨立實驗課程開設(shè)的具體實施中，引入開放式研究性實驗教學(xué)流程，使得各層次實驗課程具有明顯的研究性學(xué)習(xí)特征，并保證實驗課程具體實施過程的可操作性。

（4）建立較為完善的實驗室開放機制，為開設(shè)基于研究性學(xué)習(xí)模式的獨立實驗課程提供充分的實驗場所和設(shè)備硬件條件。

圖1 層次化獨立實驗課程體系

2 面向研究性學(xué)習(xí)模式的三層次實驗課程體系

2.1 學(xué)科基礎(chǔ)綜合性與創(chuàng)新性實驗

第一層次為“學(xué)科基礎(chǔ)綜合性與創(chuàng)新性實驗”（第2學(xué)年設(shè)置），具有獨立學(xué)時和學(xué)分（16學(xué)時，0.5學(xué)分），開設(shè)時間為2～3周。設(shè)置該層次實驗課程的主要目的是根據(jù)某門專業(yè)基礎(chǔ)課程的教學(xué)內(nèi)容，開設(shè)基于研究性學(xué)習(xí)模式的設(shè)計性、綜合性實驗，培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)基本創(chuàng)新意識和素質(zhì)。

“學(xué)科基礎(chǔ)綜合性與創(chuàng)新性實驗”針對專業(yè)基礎(chǔ)課的多個知識點進行設(shè)計，學(xué)生在實驗室能夠綜合運用課程的主要知識點開展實驗，鞏固所學(xué)的專業(yè)基礎(chǔ)知識，培養(yǎng)基本創(chuàng)新意識和素質(zhì)，提升獨立分析和解決問題的能力。

2.2 專業(yè)綜合性與創(chuàng)新性實驗

第二層次為“專業(yè)綜合性與創(chuàng)新性實驗”（第3學(xué)年設(shè)置），具有獨立學(xué)時和學(xué)分（16學(xué)時，0.5學(xué)分），開設(shè)時間為2～3周。設(shè)置該層次實驗課程的目的是學(xué)生在學(xué)習(xí)某門專業(yè)課程的基礎(chǔ)上，根據(jù)該門專業(yè)課的教學(xué)內(nèi)容，開設(shè)基于研究性學(xué)習(xí)模式的設(shè)計性、綜合性實驗項目，培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)基本創(chuàng)新能力。

“專業(yè)綜合性與創(chuàng)新性實驗”針對專業(yè)課的主要知識點或知識體系進行設(shè)計，具體內(nèi)容來源于專業(yè)課的重點和難點，實驗內(nèi)容所涉及的知識比專業(yè)基礎(chǔ)課綜合性更強，通過完成具有較強自主性的實驗項目，誘導(dǎo)學(xué)生開啟創(chuàng)新思維，讓學(xué)生體會自身知識、能力如何在專業(yè)領(lǐng)域中得到應(yīng)用與發(fā)揮，增強學(xué)生對工程問題進行分析、提出解決方案并進行具體實施的能力。

2.3 專業(yè)綜合性與創(chuàng)新性實踐

第三層次為“專業(yè)綜合性與創(chuàng)新性實踐”（第4學(xué)年設(shè)置），也具有獨立學(xué)時和學(xué)分（16學(xué)時，0.5學(xué)分），開設(shè)時間為6～8周。設(shè)置該實驗課程的目的是學(xué)生在學(xué)習(xí)各門專業(yè)課程上，運用所學(xué)各門知識進行綜合創(chuàng)新實踐，使學(xué)生具備良好的綜合實踐能力和創(chuàng)新能力。

“專業(yè)綜合性與創(chuàng)新性實踐”針對四年級大學(xué)生開設(shè)，他們已較好掌握了基礎(chǔ)理論知識和專業(yè)知識，但缺乏多學(xué)科的綜合性和交叉性，難以把所學(xué)各門課程的知識融合起來予以綜合運用。因而，“專業(yè)綜合性與創(chuàng)新性實踐”可針對多門專業(yè)基礎(chǔ)課和專業(yè)課的知識架構(gòu)制定實驗選題和具體內(nèi)容，實驗項目類型由“問題型”實驗、“工程型”實驗、“科研型”實驗等構(gòu)成。學(xué)生根據(jù)各自的興趣、愛好和實驗室的實驗條件選擇不同的課題（實驗項目），滿足不同層次學(xué)生的潛力發(fā)展需要。鼓勵把適合學(xué)生興趣、個性發(fā)展的實驗項目納入實驗。如“問題式”實驗項目就可來自學(xué)生感興趣的實際問題或企業(yè)疑難問題，經(jīng)過學(xué)生大量查找資料，自主分析，得到解決問題的實驗方案。

通過“專業(yè)綜合性與創(chuàng)新性實踐”，使大學(xué)生的綜合能力、動手能力和創(chuàng)新素質(zhì)得到更為全面的鍛煉和提升，并為大學(xué)4年的學(xué)業(yè)實踐重頭戲——畢業(yè)設(shè)計打下很好的基礎(chǔ)，使學(xué)生一旦進入畢業(yè)設(shè)計階段，就能在較短時間內(nèi)確定工作思路和方案，及早進入工作狀態(tài)，避免畢業(yè)設(shè)計初期無從下手的困惑和時間損失，從而有序地完成高質(zhì)量的畢業(yè)設(shè)計工作。

3 開放式研究性實驗教學(xué)流程

3.1 開放式研究性實驗教學(xué)流程設(shè)計

為了使開設(shè)的“學(xué)科基礎(chǔ)綜合性與創(chuàng)新性實驗”、“專業(yè)綜合性與創(chuàng)新性實驗”和“專業(yè)綜合性與創(chuàng)新性實踐”具有顯著的研究性學(xué)習(xí)特征，應(yīng)設(shè)計一套行之有效、易于操作并具有一定普遍意義的研究性實驗教學(xué)流程。依據(jù)研究性學(xué)習(xí)中的“學(xué)生自主建構(gòu)”教學(xué)模式［9－10］和互動式實驗教學(xué)模式［11］，設(shè)計了如圖2所示的開放式研究性實驗教學(xué)流程。該教學(xué)流程可在圖1所示3個層次的研究性實驗課程中予以靈活運用。

圖2 開放式研究性實驗教學(xué)流程

圖2所示的開放式研究性實驗教學(xué)流程凸顯了學(xué)生在實驗教學(xué)中的主體地位，通過增加自主設(shè)計、自由發(fā)揮的內(nèi)容，改變傳統(tǒng)單向、封閉的教學(xué)模式［12］，在實驗過程中讓學(xué)生與教師共同探討實驗方案和技術(shù)路線等。學(xué)生活動路徑和教師活動路徑各由4個環(huán)節(jié)組成，學(xué)生活動路徑的每個環(huán)節(jié)與教師活動的每個環(huán)節(jié)相互呼應(yīng)，學(xué)生的每一個環(huán)節(jié)既能得到教師科學(xué)合理的指導(dǎo)，也能提高學(xué)生的自主性，并使實驗教學(xué)環(huán)環(huán)相扣，真正成為有機整體。在具體的實驗教學(xué)中，該流程中每個環(huán)節(jié)的順序和具體內(nèi)容可根據(jù)實際情況進行調(diào)整，使其既具有原則性，又具有靈活性。此外，為保證研究性實驗教學(xué)的質(zhì)量和效果，可加強過程管理，提倡獨立思考，杜絕照抄搬硬。

3.2 開放式研究性實驗教學(xué)流程中的學(xué)生與教師

在開放式研究性實驗開設(shè)過程中，學(xué)生是開展和完成整個實驗過程的主體［13］。學(xué)生在教師的啟發(fā)下，自主擬定（或與教師協(xié)商確定）所要完成的實驗項目，然后進行信息收集、方案設(shè)計、具體實施體驗、團隊協(xié)同攻關(guān)等環(huán)節(jié)。學(xué)生從文獻閱讀、實驗方案設(shè)計、實驗數(shù)據(jù)的采集與分析、實驗報告（或論文）的撰寫等方面經(jīng)歷全過程的研究式訓(xùn)練，從而全方位地培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題的能力、獲取知識的能力、運用知識解決問題能力、團隊合作能力、歸納總結(jié)能力，而這些方面對提升學(xué)生的創(chuàng)新素質(zhì)與實踐能力都是非常必要的。

教師主要進行實驗項目的選題指導(dǎo)、實驗方案的組織討論、實驗方法指導(dǎo)、實驗效果考核。其中，合理確定選題是需要教師重點指導(dǎo)的環(huán)節(jié)，選題指導(dǎo)體現(xiàn)如下兩個原則：一是引導(dǎo)學(xué)生從具體的問題入手，考慮實施的可行性，避免涉及大而空的實驗選題；二是選題要有創(chuàng)新意識，善于發(fā)現(xiàn)問題，明確通過實驗所要解決的問題。另外，在實驗進行過程中，需要引導(dǎo)學(xué)生提出問題和相互交流。通過對問題的分析與探討，可以激發(fā)學(xué)生思維的活躍，以及引導(dǎo)發(fā)散思維、求異思維和創(chuàng)新思維的發(fā)展，從而形成問題的多種解決方案與策略。

4 建立完善的實驗室開放機制

開放的實驗室和有效的管理機制可為獨立開課的研究性實驗提供空間和設(shè)備條件，使學(xué)生找到興趣的用武之地，為培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力與實踐能力創(chuàng)造良好的硬件條件。學(xué)院實施了一套行之有效的實驗室開放管理機制，實現(xiàn)實驗時間、實驗空間和實驗內(nèi)容的全面開放，主要措施如下：

（1）各實驗室除統(tǒng)一安排的正常實驗教學(xué)時間外，周一至周日實行全天（早上8：00—晚上22：00）預(yù)約開放；

（2）各實驗室在最長不超過一周時間內(nèi)，及時受理、審定和公布學(xué)生的實驗預(yù)約申請；

（3）各實驗室提前做好實驗教學(xué)和儀器設(shè)備等各項準(zhǔn)備，根據(jù)實驗內(nèi)容要求安排教師進行分類指導(dǎo)；

（4）實驗室人員切實做好實驗過程人身和設(shè)備的安全防范，提供詳細的設(shè)備使用說明書或必要的實驗設(shè)備操作指導(dǎo)；

（5）各實驗室根據(jù)學(xué)生預(yù)約申請實驗情況，提出經(jīng)費預(yù)算，經(jīng)學(xué)院實驗室主管負責(zé)人審查批準(zhǔn)，為實驗開始提供必要的經(jīng)費支持；

（6）建立完善的從實驗預(yù)約登記到實驗報告管理等各環(huán)節(jié)的實驗教學(xué)文檔制度；

（7）組織教師對實驗報告或論文進行評審，鼓勵和支持通過研究性實驗產(chǎn)生創(chuàng)新性成果，對取得優(yōu)秀成績的實驗項目，優(yōu)先推薦申報各種評獎和參加比賽，學(xué)院對指導(dǎo)研究性實驗取得突出成績的教師給予表彰獎勵。

5 結(jié)束語

面向研究性學(xué)習(xí)模式的層次化實驗課程體系，從培養(yǎng)大學(xué)生專業(yè)基本創(chuàng)新素質(zhì)、專業(yè)基本創(chuàng)新能力、專業(yè)綜合創(chuàng)新能力3個方面著眼，通過設(shè)置學(xué)科基礎(chǔ)綜合性與創(chuàng)新性實驗、專業(yè)綜合性與創(chuàng)新性實驗、專業(yè)綜合性與創(chuàng)新性實踐3個層次的研究性獨立實驗課程，以循序漸進、遞階上升的方式提高學(xué)生的創(chuàng)新能力。

開放式研究性實驗教學(xué)流程和實驗室開放機制為多層次研究性實驗課程提供了良好的教學(xué)策略（軟件）和實驗環(huán)境（硬件）支撐，從而使研究性實驗教學(xué)具有較強的可操作性。將研究性學(xué)習(xí)模式有機融入實驗教學(xué)環(huán)節(jié)中，使學(xué)生參與實驗教學(xué)的主動性和積極性明顯提高，進而提升專業(yè)實踐能力和創(chuàng)新素質(zhì)。

本文構(gòu)建的層次化、研究性獨立實驗課程體系已融入中南大學(xué)交通運輸類人才培養(yǎng)方案中，并已取得較為顯著的效果。從2010年開始新的人才培養(yǎng)方案實施以來，學(xué)生主動參與設(shè)計性、綜合性、研究探索性實驗的積極性明顯提高，近3年本科生公開發(fā)表論文56篇，申請獲得專利25項，獲得國家級競賽獎17項，獲得省級競賽獎47項，獲得校級競賽獎105項，分別比前3年提高了23%，32%，37%，24%，27%。教學(xué)實踐表明，基于研究性學(xué)習(xí)模式的層次化獨立實驗課程體系是一種行之有效的創(chuàng)新型人才培養(yǎng)模式。

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