孫喜山 張永建 夏冬昱

【摘 要】實驗教學是大學教育體系中的重要組成部分，現(xiàn)代實驗教學的形式不再拘泥于傳統(tǒng)實驗課堂上的面授與重復性操作，而要求在此基礎上有所拓展與創(chuàng)新。以驗證性實驗為基礎，拓展綜合性實驗，構(gòu)建研究創(chuàng)新性實驗是當今社會對大學教學的要求，本文從建環(huán)專業(yè)的特點出發(fā)就如何分層次合理安排大學生實驗項目提出了新的建議。

【關鍵詞】驗證性實驗；翻轉(zhuǎn)課堂；綜合性實驗；專業(yè)實驗平臺；創(chuàng)新性實驗；開放實驗室

【中圖分類號】G642 【文獻標識碼】A

【文章編號】2095-3089（2019）13-0001-01

從人才培養(yǎng)的職能來看，大學的社會責任體現(xiàn)在大學培養(yǎng)的人才能夠滿足社會當前和未來發(fā)展的需要，能夠適應和促進人類的全面發(fā)展，能夠保證高等教育的公平、質(zhì)量、社會適切，最終大學能否實現(xiàn)所承擔的社會責任，還取決于培養(yǎng)的人才在未來推動社會進步和發(fā)展中能否做出貢獻[1]。大學教育是培養(yǎng)創(chuàng)新應用型人才的場所，是推動社會文明發(fā)展的新生力量的發(fā)源地。實驗課程作為大學課程的重要組成部分，起到了將書本的理論知識與實踐應用搭接到一起，并進一步引導學生深入實踐，從而發(fā)展理論應用創(chuàng)新的作用。

就大學期間的實驗教學性質(zhì)而言可分為三大類，即驗證性實驗、綜合設計性實驗、研究創(chuàng)新性實驗，三者之間是相輔相成的，一味地強調(diào)創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，忽視驗證性實驗的實施，從而違背思維體系認知形成規(guī)律；或者過多的將實驗課程流于形式，不考慮學生創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)都會影響到學生應用能力的發(fā)展。

近年來，大學教學體系中加強大學生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)成為教育改革的重要內(nèi)容之一，本文將從建筑環(huán)境與能源專業(yè)學生的實驗特點出發(fā)，根據(jù)實驗教學性質(zhì)的不同對大學實驗課堂開展多層次遞進化教學模式提出實施方案，并對操作過程中可能產(chǎn)生的問題給出具體對策。

一、“翻轉(zhuǎn)”驗證性實驗

驗證性實驗的特點是結(jié)論明確、操作程序固定、數(shù)據(jù)處理公式化。因其特點被視為缺乏彈性，不具有趣味性，不利于培養(yǎng)學生的探索和創(chuàng)新意識，并逐漸被忽視，甚至在教學大綱的制定過程中為了提高綜合性、設計性、創(chuàng)新性實驗所占比例，不惜對驗證性實驗的內(nèi)容和課時進行刪減，這種做法實際上違背了知識體系由簡到難、由被動到主動的認知規(guī)律。

驗證性試驗是課堂上理論知識與實際應用的最初的結(jié)合點、契合點，其意義不僅僅局限于簡單的操作，而是通過驗證性實驗的鍛煉，加深學生對課堂講解知識點的理解與吸收，進而對實驗平臺的設計思路、結(jié)構(gòu)組成、功能缺陷、可拓展的實驗方向得以充分認識。建筑環(huán)境與能源專業(yè)總實驗學時為60學時，其中驗證性實驗16學時，占總學時的27%，其中流體力學實驗和工程熱力學實驗的實驗儀器多為玻璃制品或壓力容器，在多年的實驗運行過程中，常常出現(xiàn)學生誤操作導致儀器損壞的情況。

如何讓學生在有限的時間里完成理論知識到實踐應用的轉(zhuǎn)變過程成為驗證性實驗的主要難點，近年來“翻轉(zhuǎn)課堂”教學模式給出了很好的借鑒作用，利用互聯(lián)網(wǎng)的優(yōu)勢，引導學生通過網(wǎng)上視頻對實驗課堂內(nèi)容進行初步了解，并將問題記錄下來，這種方式鼓勵學生帶著問題進入實驗課堂，在增強學習目的性的同時，通過課堂上與教師的交流、討論，達到解決問題并將知識進行進一步拓展的目的。

以建環(huán)專業(yè)流體力學實驗為例，首先我們要求學生借助網(wǎng)絡視頻完成預習，預習內(nèi)容不是簡單的抄寫實驗步驟，而是要求學生真正的理解實驗目的以及與之相對應的儀器設備的構(gòu)造特點，并在上課過程中，隨機的挑選學生講解實驗內(nèi)容，并給與一定的分數(shù)評定，這樣的要求會使學生認真對待實驗預習部分。同時，任課教師就學生講解過程中出現(xiàn)的紕漏進行修正補充，強調(diào)實驗操作的重點、難點。通過采取這些措施，使學生順利的理解并完成實驗，近三年的由于誤操作導致的儀器破損率保持為零。

根據(jù)驗證性實驗的特點，將實驗原理、從未接觸過的實驗儀器、實驗操作步驟、難點、注意事項通過視頻形式直觀的展現(xiàn)在學生眼前，學生經(jīng)過觀看視頻學習之后，完成課前預習。教師通過學生講解內(nèi)容的反饋信息可以掌握學生對實驗原理及實驗操作的理解程度，找到知識誤區(qū)和薄弱點，有助于教師課堂講解更具有針對性，更便于學生理解，同時有效的減少、避免實驗過程因操作不當引起的錯誤。

驗證性實驗教學中的應用使學生的課前預習由被動變?yōu)橹鲃樱山邮苤R的受體轉(zhuǎn)變?yōu)樘岢鰡栴}、思考問題、解決問題的主體，這種教學模式既可以遵循完整的學習認知規(guī)律，在保證課堂時間的同時，又可以根據(jù)每一位學生的學習能力和認知水平而達到因材施教完成個體化差異教學。

在解決驗證性實驗課時緊張問題的同時，可以避免因課時不足導致驗證性實驗走過場、不被重視的問題，為創(chuàng)新型實驗以及學生自主研發(fā)能力的培養(yǎng)提供了更為充足的時間和堅實的實踐基礎。

二、整體掌握設計性、綜合性實驗

設計性、綜合性實驗是驗證性實驗的進一步拓展，是在掌握驗證性實驗的前提下，將實驗任務交給學生，由學生綜合多種專業(yè)知識和已經(jīng)做過的實驗，自行設計操作步驟，最終得到預期結(jié)果的實驗過程。

不同于創(chuàng)新性實驗，設計性、綜合性實驗的課題項目由靈活，學生根據(jù)課題確定實驗所依據(jù)原理、提出需要使用的儀器設備、制定實驗的操作步驟。該類型的實驗有一定的樣板，實驗結(jié)果是可預測的，是最終的目的，其內(nèi)容主要注重學生對本專業(yè)一門課程多個原理或幾門課程內(nèi)容的綜合理解與消化，是培養(yǎng)學生對知識的綜合運用能力，并將理論與實際項目的實施、操作相聯(lián)系的重要環(huán)節(jié)。

建環(huán)專業(yè)的設計性、綜合性實驗共計28學時，占總實驗學時的47%，主要集中于專業(yè)課程，并在建筑環(huán)境檢測與實踐課中得以充分實施。實驗前，指導教師需要與學生進行溝通，要根據(jù)學生學習程度提供專業(yè)相關的命題方向，學生查閱相關資料并確定實驗立項內(nèi)容，教師根據(jù)學生提出的實驗初稿提出意見，修改方案，完善實驗步驟，最后經(jīng)學生修改、教師認可后方可實施具體的實驗步驟，完成實驗項目。該類型實驗的周期較驗證性實驗長，實驗前需要充足的準備時間，對教師而言指導任務比較重，且實驗前儀器設備的準備工作因命題不同而比較繁雜，實驗平臺的設置可以有效的簡化教師工作程序，利于教師整體掌握學生的進度，掌控實驗過程。

為了有效完成設計性、綜合性實驗，建設與專業(yè)知識對應的實驗平臺尤為重要，所謂的實驗平臺是按照本專業(yè)的不同課程方向進行分類別設置，與專業(yè)課程知識明確搭接，對應確定的專業(yè)方向，并且具有可將本專業(yè)不同課程操作平臺綜合運用的功能；儀器設備按平臺不同分類別集中管理，實現(xiàn)平臺與儀器設備的專屬對應關系，由指定教師負責，該措施避免了指導教師實驗準備工作的重復勞動，且因?qū)I(yè)方向明確，便于學生分組，通過一個或多個平臺組合的形式完成實驗。

設計性、綜合性實驗前期需要將實驗室的專業(yè)操作平臺的結(jié)構(gòu)、原理、使用方法等詳細內(nèi)容發(fā)布給學生。指導教師將命題下發(fā)給學生之后，由學生設計實驗方案并與對應的平臺指導教師進行交流，平臺指導教師對學生提交的實驗方案初稿進行論證，結(jié)合實驗平臺的實際條件，對方案提出修改、優(yōu)化，之后學生通過網(wǎng)絡向指導教師提出實驗操作的預約登記，由指導老師根據(jù)預約情況排定實驗時間，準備實驗儀器設備。

對于學生而言，設計性、綜合性實驗可以結(jié)合課堂理論知識自行設計實驗，一方面有助于專業(yè)知識的理解與應用，另一方面發(fā)揮主觀能動性，極具新鮮感與挑戰(zhàn)性。通過設計性、綜合性實驗的實施，專業(yè)課任課老師反映課堂上學生對理論知識的學習興趣明顯提高，并且就實驗過程的現(xiàn)象與老師積極探討，主動尋找解釋。

三、協(xié)同培養(yǎng)創(chuàng)新性實驗

實驗室是重要的創(chuàng)新教育基地，在大學生創(chuàng)新能力培養(yǎng)中占有重要的地位。

創(chuàng)新性實驗的課題方向是由學生自身確定完成的，研究方向的確定源自學生對專業(yè)的深入了解。本科教育過程中，學生對專業(yè)知識的認知一方面來自課堂上教師所講授的知識，另一方面來自實習過程中對實踐工作的認識。創(chuàng)新性實驗研究方向的形成過程是一個由淺入深，層次疊加的過程，單單靠課堂教學過程中教師對理論知識的講解和大學生認識實習中較為暫短時間很難對本專業(yè)的發(fā)展前沿、專業(yè)走向趨勢有系統(tǒng)全面的認識，更難誘發(fā)學生的創(chuàng)新意識。學生在大學教育期間完成理論知識由認知到理解直至拓展的過程既需要教師的參與和引導以及科技創(chuàng)新實習基地的建設，同時也需要企業(yè)單位合作協(xié)同。

教師在課堂上的授課主要依據(jù)教材內(nèi)容，并在此基礎上做一些拓展發(fā)揮，使用的教材雖然也在不斷更新，但是與應用技術、科研動向很難同步，況且授課內(nèi)容以基礎的理論知識為主，在課堂時間擴展內(nèi)容也受到了限制，所以課堂外的交流也是非常必要的，為此本學院定期的舉辦教師論壇，以教師發(fā)表近期的研究課題及其發(fā)展應用為主線，同時設定提問時間，解答學生疑問的同時誘發(fā)其學習興趣，既有助于學生對教師的研究方向、專業(yè)前沿有深入的了解，又有助于學生選擇自己有興趣的研究內(nèi)容拓展創(chuàng)新。

除此之外，盡可能地提供多元化的學習與交流空間，大學生創(chuàng)新項目允許不同專業(yè)方向的學生合作，互相學習，取長補短，更有助于學生將所學知識橫向聯(lián)系，有目的地補充相關專業(yè)的知識，為將來服務于社會提供堅實的橫向理論知識基礎。近年來，本專業(yè)通過組織學生積極參加燕山大學大學生科技節(jié)、“創(chuàng)青春”河北省大學生創(chuàng)業(yè)大賽、河北省創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽，京津冀大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽等活動、組織申報秦皇島市大學生科技創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)專項資金項目，為學生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)提供了良好的環(huán)境。

學校與企業(yè)的協(xié)同合作是校企共贏的新機制，這種機制在以人才培養(yǎng)和合作研究開發(fā)為目標的前提下，將學校的教育與企業(yè)的研究開發(fā)緊密的聯(lián)系起來，企業(yè)作為實習基地，學生走出學校與經(jīng)驗豐富的工作人員學習交流，在了解社會需求的同時，將所學知識與實際應用相結(jié)合，同時以活躍的思維給企業(yè)帶來活力，為企業(yè)的研究開發(fā)注入新生力量。到目前為止學院已成立產(chǎn)學研創(chuàng)新基地40余個，建環(huán)專業(yè)利用學院良好的基地平臺積極組織學生參觀實習，學以致用，校企合作作為創(chuàng)新型實驗的拓展空間得以應用。

構(gòu)建多層次大學生實驗教學模式是系統(tǒng)化的工程，不僅僅需要實驗室人員的辛勤工作，還需要專業(yè)任課教師、相關專業(yè)、學院、學校各部門的合作支持，社會上各方面的協(xié)同配合，同時根據(jù)地方特色，建成工程應用型實驗室也極為重要。除此之外，還需要學校合理配置專職實驗人員，建立結(jié)構(gòu)合理的實驗室隊伍、學校定期舉辦設備、實驗室內(nèi)部管理等方面的培訓，保證在設備更新的同時進行安全知識的普及、實驗室出入安全、儀器設備管理規(guī)章制度的建立等等多方面的協(xié)同保障。

我國著名物理學家馮端說過“實驗室是現(xiàn)代大學的心臟”，合理有效的安排大學實驗課程，不僅可以幫助學生加深對課堂知識的理解，全面提高實驗教學質(zhì)量，完成由理論知識到實踐操作的轉(zhuǎn)化過程，而且可以開拓學生視野，提高學生科學素養(yǎng)，培養(yǎng)創(chuàng)新人才。多層次大學生實驗教學模式的構(gòu)建是在傳統(tǒng)實驗教學基礎上的進一步拓展，順應時代的發(fā)展，將現(xiàn)代網(wǎng)絡技術充分應用于實驗教學中，同時將實驗室開放，打開學校大門，有效的把課堂教學與實踐應用相接軌，協(xié)同培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力，為社會輸送應用型人才起到重要作用。

參考文獻

[1]康樂.大學的社會責任及其履行模式[J].中國高等教育，2012.24：54-56.

[2]肖立志.“翻轉(zhuǎn)課堂”視域下的遠程開放教育式課程教學研究[J].黑龍江高教研究，2014（7）：159-160.

作者簡介：孫喜山（1964-），男，黑龍江人，博士，副教授，主要從事有關建筑能源與環(huán)境專業(yè)實驗教學與數(shù)值模擬等工作。