胡峰　周金鵬　王省書

[摘 要]實驗教學(xué)在創(chuàng)新型人才培養(yǎng)中具有重要的地位和作用?！按蟊妱?chuàng)業(yè)、萬眾創(chuàng)新”的新形勢對創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)提出了更高的要求。實驗教學(xué)是培養(yǎng)高素質(zhì)創(chuàng)新型人才的必要環(huán)節(jié)。當(dāng)前的高校實驗教學(xué)遠(yuǎn)不能承擔(dān)起培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的任務(wù)，需要進行進一步的實驗教學(xué)改革。只有積極借鑒國外著名高校在實驗教學(xué)環(huán)節(jié)的優(yōu)勢和特色，努力探討科學(xué)有效的實驗教學(xué)改革路徑，切實加強實驗教學(xué)在培養(yǎng)學(xué)生綜合能力中的地位，真正提高實驗教學(xué)質(zhì)量，才能體現(xiàn)出實驗教學(xué)應(yīng)有的作用和價值。

[關(guān)鍵詞]實驗教學(xué)；麻省理工學(xué)院；教學(xué)改革；綜合設(shè)計實驗

[中圖分類號] G64 [文獻標(biāo)識碼] A [文章編號] 2095-3437（2017）03-0071-03

隨著互聯(lián)網(wǎng)教育技術(shù)的發(fā)展以及全球化教育的盛行，中國高等教育正經(jīng)歷新一輪的教育教學(xué)改革。各個高校都在就如何推進大學(xué)教學(xué)改革，提高人才培養(yǎng)質(zhì)量進行探討。在教學(xué)改革環(huán)節(jié)中，實驗教學(xué)改革是其重要的組成部分。相對于純粹的課程教學(xué)，實驗教學(xué)可以增強學(xué)生對科學(xué)規(guī)律的感性認(rèn)識，提高其實踐動手能力，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和思維以及綜合素質(zhì)。另外，生動直觀的實驗教學(xué)還可以激起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和積極性，有助于團隊協(xié)作能力的培養(yǎng)。鑒于實驗教學(xué)在學(xué)生綜合能力素質(zhì)培養(yǎng)過程中的重要地位，國內(nèi)外各所高校都十分重視實驗教學(xué)。

國外著名院校經(jīng)過多輪教學(xué)改革，已形成了自己的實驗教學(xué)特色，而我國高校的實驗教學(xué)正處于發(fā)展完善之中，實驗教學(xué)中還存在較多的問題需要解決。首先，演示型、原理驗證型實驗仍占據(jù)實驗教學(xué)的主導(dǎo)地位，在培養(yǎng)學(xué)生的綜合設(shè)計能力和創(chuàng)新思維能力上存在較大欠缺。第二，實驗內(nèi)容陳舊，未根據(jù)科學(xué)知識的發(fā)展規(guī)律及科技前沿及時更新相關(guān)實驗內(nèi)容。第三，綜合設(shè)計型實驗開設(shè)比例較低，多數(shù)實驗仍屬于規(guī)定具體實驗步驟的普通實驗，不僅限制了學(xué)生的思維，而且降低了學(xué)生的主動參與性。學(xué)生往往把實驗當(dāng)成一種任務(wù)來完成，而沒有積極思考實驗的目的、原理以及實驗方法，因此，實驗教學(xué)未對學(xué)生起到應(yīng)有的培訓(xùn)和訓(xùn)練目的。

為了解決目前我國高校實驗教學(xué)中的一些問題，積極探討科學(xué)有效的實驗教學(xué)方式已迫在眉睫。國外著名高校成熟的實驗教學(xué)模式可以為我們探討實驗教學(xué)改革起到引領(lǐng)作用和借鑒作用。本文擬以美國麻省理工學(xué)院現(xiàn)代光學(xué)實驗教學(xué)模式為例，探討其對我國高校實驗教學(xué)改革的啟示。

一、MIT實驗教學(xué)模式

（一）實驗課程概述

MIT現(xiàn)代光學(xué)實驗課程提供了實驗室光學(xué)、光學(xué)原理、光學(xué)設(shè)備及光學(xué)系統(tǒng)的詳細(xì)介紹，內(nèi)容包括光的偏振特性、反射和折射、干涉、夫瑯和費和菲涅爾衍射、全息、光學(xué)成像、透鏡的變換特性、空間濾波、雙透鏡相干光學(xué)處理器、材料的光學(xué)特性、激光、電光、聲光、液晶光調(diào)制器、光學(xué)探測器、光波導(dǎo)以及光纖通信系統(tǒng)等。

多數(shù)光學(xué)實驗系統(tǒng)將涉及平時課程所學(xué)的理論和器件，課程的目標(biāo)是通過手把手的課堂學(xué)習(xí)和動手實踐，再輔以相應(yīng)的問題解答和最終的綜合實驗設(shè)計，幫助學(xué)生深入理解和掌握現(xiàn)代光學(xué)設(shè)備與系統(tǒng)的基本原理、設(shè)計理念。綜合實驗設(shè)計有12個備選項目，學(xué)生可以在此基礎(chǔ)上選擇適合自己的設(shè)計項目。

（二）實驗教學(xué)環(huán)節(jié)

MIT現(xiàn)代光學(xué)實驗教學(xué)環(huán)節(jié)包括理論授課、實驗室訓(xùn)練、作業(yè)、課程考試以及綜合設(shè)計實驗等。

1.理論授課

頭8周每周安排2次理論教學(xué)（每次1.5小時），1次實驗訓(xùn)練（每次3小時）。頭幾周的理論教學(xué)主要是回顧經(jīng)典光學(xué)、光電子和量子電子中涉及的基本原理和概念，剩余幾周的理論教學(xué)主要講解現(xiàn)代光學(xué)中涉及的主要科學(xué)問題。由于本門課程屬于實驗課程，因此不會講授詳細(xì)的理論，而是給學(xué)生提供足夠的實驗背景及具體的實驗感知。

2.實驗室訓(xùn)練

總共有7個短的實驗訓(xùn)練項目，內(nèi)容涉及基本的實驗室訓(xùn)練，這些實驗訓(xùn)練跟基本的光學(xué)和量子現(xiàn)象的測量與觀察有關(guān)。每個實驗訓(xùn)練項目包括實驗前練習(xí)（實驗前完成）和幾個圍繞同一主題的實驗，目的是鞏固理論教學(xué)所學(xué)內(nèi)容，每個實驗完成一周后，需要上交實驗報告。

3.作業(yè)

實驗作業(yè)包括實驗前預(yù)習(xí)作業(yè)和實驗課后作業(yè)，布置作業(yè)的目的是鼓勵學(xué)生進行課外閱讀，從而加強對基本知識的掌握。每周會安排一套課后作業(yè)，一周之后上交。

4.課程考試

本門課程共安排2次課程考試，每次考試時長1.5小時，考試內(nèi)容包括理論授課、實驗訓(xùn)練和作業(yè)中涉及的思想與觀點，目的是測試學(xué)生對基本理論的理解和運用。學(xué)生不應(yīng)該對這些測試有任何壓力，只要按時上課，參加實驗，完成課后作業(yè)，考試都不成問題?？荚囶}目有短問答題，目的是測試學(xué)生基本的光學(xué)理論和光學(xué)實驗知識?？荚嚪?jǐn)?shù)占20%。

5.綜合實驗設(shè)計

為了確保所有的綜合設(shè)計題目在難度和時間花費上盡可能公平，實驗課程提供了幾個可選的設(shè)計題目，學(xué)生可以隨時開始最后的綜合實驗設(shè)計工作，避免期末的完成壓力。指導(dǎo)老師會提供必要的實驗設(shè)備和技術(shù)幫助，以確保對學(xué)生真正起到教育鍛煉作用。另外，學(xué)生也可以選擇自己感興趣的課題。學(xué)生完成綜合實驗設(shè)計后，需要上交一份書面設(shè)計報告，篇幅約15-30頁（4A紙，5號字太長的報告需要進一步精簡濃縮），最后按小組參加口頭答辯，陳述自己的實驗工作。在綜合設(shè)計實驗開始之前，會要求學(xué)生通過調(diào)研提出可行的實驗方案，并以書面形式上交指導(dǎo)老師。

二、實驗教學(xué)啟示

（一）注重系統(tǒng)性、綜合性訓(xùn)練

在MIT開設(shè)的實驗課中，教學(xué)環(huán)節(jié)包括理論講授、實驗室訓(xùn)練、作業(yè)、課程考試以及綜合實驗設(shè)計等。其中，理論講授部分不同于普通的課程授課，在實驗課中進行的理論講授主要是后續(xù)實驗需要用到的知識點，一方面是對之前課堂所學(xué)知識的回顧，另一方面是讓學(xué)生進行實驗時有一定的基礎(chǔ)，減少其盲目性。實驗課中的理論講授不以傳授理論知識為目的，它更注重運用知識解決實際問題的能力。另外，在理論教學(xué)環(huán)節(jié)還會講授基本的實驗技能、常用實驗方法、實驗設(shè)備使用、實驗數(shù)據(jù)采集、實驗系統(tǒng)測試、實驗數(shù)據(jù)分析等實驗技能，使學(xué)生在正式實驗之前擁有必備的實驗知識和技能，為其開展實驗打下良好基礎(chǔ)。實驗室訓(xùn)練部分主要是讓學(xué)生進行熱身性質(zhì)的基礎(chǔ)實驗訓(xùn)練，目的是訓(xùn)練學(xué)生使用常用實驗設(shè)備的技能、實驗系統(tǒng)搭建和調(diào)試技能、數(shù)據(jù)采集和分析技能等，增強學(xué)生對前述理論講授知識的掌握，為后續(xù)綜合性實驗設(shè)計打下堅實基礎(chǔ)。實驗作業(yè)包括實驗前預(yù)習(xí)作業(yè)和實驗后思考作業(yè)，作業(yè)設(shè)置的目的是督促學(xué)生進行實驗前預(yù)習(xí)和實驗后理解消化，減少學(xué)生實驗中的盲目做法，提高實驗效率和效果。課程考試主要是考核學(xué)生對實驗課中所學(xué)的基本知識和實驗技能的掌握，對有關(guān)實驗現(xiàn)象的解釋等，一方面檢驗學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，另一方面檢驗授課教師的授課效果，為以后進一步改進實驗教學(xué)提供參考。

從MIT實驗教學(xué)環(huán)節(jié)可以看出，其非常重視實驗課的系統(tǒng)性和綜合性訓(xùn)練，既有理論知識和基本實驗技能的講授，又有實踐鍛煉；既有基礎(chǔ)性實驗，也有綜合性設(shè)計實驗，中間摻雜作業(yè)和考核，可以說是全方位地系統(tǒng)性地訓(xùn)練學(xué)生。實驗教學(xué)環(huán)節(jié)的安排遵循從理論到實踐，由淺入深，由零件到系統(tǒng)，循序漸進的教學(xué)思路。而目前我國高校的實驗教學(xué)普遍是把理論與實踐分離、基礎(chǔ)實驗與綜合設(shè)計實驗分離，缺乏對學(xué)生的系統(tǒng)性訓(xùn)練，學(xué)生獲得的訓(xùn)練和知識比較零散。為此，我們可以借鑒MIT的實驗教學(xué)模式，注重對學(xué)生的系統(tǒng)性、綜合性訓(xùn)練，增強學(xué)生獲取知識的完整性和運用能力。

（二）注重綜合設(shè)計型實驗開設(shè)

在MIT實驗教學(xué)中，綜合設(shè)計型實驗占實驗總學(xué)時的2/3以上，可見其對綜合設(shè)計型實驗的重視程度。不同于普通基礎(chǔ)實驗，綜合設(shè)計實驗可以實現(xiàn)對學(xué)生的綜合訓(xùn)練，因為綜合設(shè)計實驗過程跟科學(xué)與工程研究過程一致，包括實驗題目選擇、文獻調(diào)研、實驗方案設(shè)計、實驗系統(tǒng)搭建、系統(tǒng)調(diào)試、實驗數(shù)據(jù)采集、實驗數(shù)據(jù)分析、實驗總結(jié)報告撰寫以及口頭答辯等環(huán)節(jié)。因此，一個完整的綜合設(shè)計實驗可以理解為一次科學(xué)研究過程，相當(dāng)于對學(xué)生提前進行科學(xué)研究訓(xùn)練。在綜合設(shè)計實驗過程中，沒有限制具體的實驗方案和方法，學(xué)生可以自由發(fā)揮，它鍛煉了學(xué)生的文獻檢索能力、實踐動手能力、團隊協(xié)作能力、寫作能力、口頭表達能力、分析問題解決問題的能力以及學(xué)生的創(chuàng)新思維。這些能力無論是今后繼續(xù)從事科學(xué)研究還是企業(yè)工作都是至關(guān)重要的。反觀我國高校，目前普遍存在綜合設(shè)計實驗在整個實驗教學(xué)所占比重偏弱的問題，一定程度上阻礙了創(chuàng)新人才的培養(yǎng)。因此，在實驗教學(xué)改革上，需要加大綜合設(shè)計實驗的比重。

（三）強調(diào)基本實驗技能的訓(xùn)練

基本實驗技能包括實驗設(shè)計能力、設(shè)備操作能力、系統(tǒng)搭建能力、器件選取能力、系統(tǒng)調(diào)試能力以及數(shù)據(jù)采集和分析能力等。這些基本實驗技能是從事科學(xué)研究的必備技能，也是產(chǎn)品研發(fā)人員要求掌握的技能。這些能力的獲得單純依靠課程講授是無法完成的，必須在實驗教學(xué)環(huán)節(jié)實現(xiàn)。MIT的實驗教學(xué)無論是在實驗室訓(xùn)練環(huán)節(jié)還是在最后的綜合設(shè)計實驗環(huán)節(jié)，都特別強調(diào)基本實驗技能的訓(xùn)練。我們在進行實驗教學(xué)改革時，應(yīng)該大幅壓縮演示型、驗證型實驗的比重，因為這些實驗并不能全面訓(xùn)練學(xué)生的基本實驗技能，學(xué)生得到的只是單純的實驗數(shù)據(jù)，而對其中的實驗原理和步驟沒有真正理解與掌握。

（四）注重培養(yǎng)學(xué)生的綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力

經(jīng)過MIT完整的實驗過程訓(xùn)練之后，學(xué)生無論是在系統(tǒng)設(shè)計上，還是在學(xué)術(shù)寫作和表達交流上，甚至在團隊協(xié)作精神上，都得到了全面的訓(xùn)練和提高，學(xué)生的綜合素質(zhì)和科學(xué)素養(yǎng)得到了進一步加強。另外，MIT多數(shù)實驗內(nèi)容并沒有限制具體的固定的實驗方案和步驟，學(xué)生可以充分發(fā)揮自己的想象力，提出不同的解決實際問題的方案，然后再通過對不同實驗方案進行對比分析和交流，極大地開闊了學(xué)生的眼界，進一步激發(fā)了學(xué)生的思維活躍度。我們在實驗教學(xué)環(huán)節(jié)，應(yīng)該想方設(shè)法開設(shè)開放性的實驗，不要把具體的實驗內(nèi)容和步驟限制得過于死板，應(yīng)努力提高學(xué)生的參與度和實驗主動性。

（五）強調(diào)多種教學(xué)方式融合

為了對學(xué)生進行全方位的綜合訓(xùn)練，加強實驗教學(xué)效果，MIT實驗課實行多種教學(xué)方式相結(jié)合，既有理論教學(xué)和基本的實驗訓(xùn)練，又有綜合設(shè)計實驗以及作業(yè)和考核環(huán)節(jié)。不同教學(xué)方式的結(jié)合，極大激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和積極性。同時，實驗內(nèi)容靈活多樣，學(xué)生不會感到實驗課程枯燥，而是感受到實驗課帶給他們的成就感和滿足感。因此，我們在實驗教學(xué)上，也應(yīng)該采用不同的教學(xué)方式，實現(xiàn)教學(xué)方式多樣化，尤其是可以嘗試加入互聯(lián)網(wǎng)+的思想，把現(xiàn)代教育技術(shù)融入實驗教學(xué)環(huán)節(jié)，在訓(xùn)練實驗技能的同時，增強實驗課程的趣味性和可操作性。

三、結(jié)語

“大眾創(chuàng)業(yè)、萬眾創(chuàng)新”的新形勢，對創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)提出了更高的要求。實驗教學(xué)是培養(yǎng)高素質(zhì)創(chuàng)新型人才的必要環(huán)節(jié)。當(dāng)前的高校實驗教學(xué)遠(yuǎn)不能承擔(dān)起培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的任務(wù)，需要進行進一步的實驗教學(xué)改革。只有積極借鑒國外著名高校在實驗教學(xué)環(huán)節(jié)的優(yōu)勢和特色，努力探討科學(xué)有效的實驗教學(xué)改革路徑，切實加強實驗教學(xué)在培養(yǎng)學(xué)生綜合能力中的地位，真正提高實驗教學(xué)質(zhì)量，才能體現(xiàn)出實驗教學(xué)應(yīng)有的作用和價值。

[ 參 考 文 獻 ]

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[4] 王育紅，沈為民，余向東，等.注重學(xué)生個性發(fā)揮的綜合設(shè)計實驗改革[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報，2012（5）.

[5] 高偉，張秀梅.開設(shè)綜合設(shè)計實驗 培養(yǎng)創(chuàng)新型人才[J].廣州化工，2013（5）.

[責(zé)任編輯：鐘 嵐]