黃 凱

（北京大學(xué)實(shí)驗(yàn)室與設(shè)備管理部，北京100871）

0 引 言

本科教育是高校長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展中最基礎(chǔ)、最重要的工作［1］。多年來(lái)，我校本科教學(xué)改革的指導(dǎo)原則經(jīng)歷了“基礎(chǔ)扎實(shí)”“基礎(chǔ)好”（1982）［2］“加強(qiáng)基礎(chǔ)，適當(dāng)擴(kuò)展知識(shí)面，注重培養(yǎng)實(shí)際工作能力和創(chuàng)造精神，增強(qiáng)適應(yīng)性”（1986）［3］“加強(qiáng)基礎(chǔ)，淡化專業(yè)，分流培養(yǎng)，因材施教”（1988）［4］“加強(qiáng)基礎(chǔ)，促進(jìn)交叉，尊重選擇，卓越教學(xué)”（2013）［5］4 次變革，在這一系列的變革過(guò)程中，學(xué)校的本科教學(xué)工作在不斷探索中日臻完善。同時(shí)，學(xué)校明確實(shí)驗(yàn)教學(xué)作為本科教學(xué)的重要組成部分，是學(xué)生實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力，特別是創(chuàng)新精神培養(yǎng)的重要手段，在高水平、創(chuàng)新性人才培養(yǎng)中發(fā)揮著不可替代的作用。因此，學(xué)校多年來(lái)持續(xù)加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革，尤其在以學(xué)生創(chuàng)新能力為核心，依托多學(xué)科優(yōu)勢(shì)，明確學(xué)生培養(yǎng)理念，優(yōu)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系建設(shè)，創(chuàng)新政策支撐體系方面，探索和實(shí)踐了一些理念和模式，由此形成的成果“依托學(xué)科優(yōu)勢(shì)，建設(shè)創(chuàng)新型人才培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系”曾獲國(guó)家教學(xué)成果二等獎(jiǎng)［6］。

近年來(lái)，隨著國(guó)家中長(zhǎng)期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010-2020年）的推出、“六卓越一拔尖”計(jì)劃的啟動(dòng)等，對(duì)本科教學(xué)提出了更高的要求，即：要形成中國(guó)特色、世界一流的高水平本科教育，為建設(shè)高等教育強(qiáng)國(guó)、加快實(shí)現(xiàn)教育現(xiàn)代化提供有力支撐［7］。

在這一背景下，高校如何進(jìn)一步優(yōu)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，幫助學(xué)生適應(yīng)越來(lái)越激烈的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)，適應(yīng)越來(lái)越快的知識(shí)更迭，適應(yīng)越來(lái)越扁平化的世界，怎樣提高教育教學(xué)質(zhì)量，是高等教育內(nèi)涵式發(fā)展必須解決的問(wèn)題［8］。為此，學(xué)校啟動(dòng)了“著名高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)比較研究”，旨在了解國(guó)內(nèi)外著名高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)的發(fā)展?fàn)顩r，取長(zhǎng)補(bǔ)短，鞏固并推進(jìn)學(xué)校在實(shí)驗(yàn)教學(xué)方面取得的成果。比較研究的內(nèi)容包括實(shí)驗(yàn)教學(xué)理念、實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系、內(nèi)容、方法、評(píng)價(jià)考核方式以及設(shè)備和環(huán)境條件等。首批啟動(dòng)的學(xué)科包括化學(xué)、物理、生物、地學(xué)、基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)和藥學(xué)等6個(gè)學(xué)科。

1 比較對(duì)象的選擇和研究方法的確定

選擇比較對(duì)象時(shí)，主要參考學(xué)校性質(zhì)、地理位置、學(xué)校和學(xué)科排名、以及地緣屬性等。依據(jù)是2017年發(fā)布的“QS世界大學(xué)排名（QS World University Rankings）”“USNews世界大學(xué)排名（USNews global Education ranking）”“泰晤士世界大學(xué)排名（The Times Higher Education World University Rankings）以及世界大學(xué)學(xué)術(shù)排名（AcademicRankingOFWorld University），篩選專業(yè)排名前10或與我校近似的學(xué)校進(jìn)行比較。選擇的國(guó)外高校包括麻省理工學(xué)院（生物、化學(xué)、物理）、哈佛大學(xué)（地學(xué)）、加州大學(xué)伯克利分校（化學(xué)、地學(xué)）、斯坦福大學(xué)（化學(xué)）、加州理工大學(xué)（化學(xué)）、加利福利亞大學(xué)舊金山分校（藥學(xué)）、加利福尼亞大學(xué)洛杉磯分校（生物、基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)）、華盛頓大學(xué)（地學(xué)）、德克薩斯大學(xué)（藥學(xué)）、加州理工學(xué)院（地學(xué)）、北卡教堂山大學(xué)（藥學(xué)）、劍橋大學(xué)（生物、物理）、牛津大學(xué)（生物）、倫敦大學(xué)學(xué)院（基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)）、東京大學(xué)（生物）、早稻田大學(xué)（化學(xué)）、京都大學(xué)（化學(xué)）、新加坡國(guó)立大學(xué)（化學(xué)）、南洋理工大學(xué)（化學(xué)）、香港科技大學(xué)（化學(xué)、物理）、香港大學(xué)（化學(xué)）、蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院（地學(xué)）、馬里蘭大學(xué)（地學(xué)）。國(guó)內(nèi)高校包括清華大學(xué)、復(fù)旦大學(xué)等。

確定研究對(duì)象后，各課題組主要通過(guò)官方網(wǎng)站查詢、電子郵件訪問(wèn)、咨詢校友、實(shí)地調(diào)研等形式，獲得以上高校的實(shí)驗(yàn)教學(xué)相關(guān)信息，并以此為基礎(chǔ)，分析一流大學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)發(fā)展?fàn)顩r，并與北京大學(xué)進(jìn)行比較。

2 實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系、內(nèi)容和考核方式比較結(jié)果

限于篇幅，在本篇中僅簡(jiǎn)述實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系、實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)考核方式的比較研究結(jié)果。

2.1 實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系的比較

實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系是對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)活動(dòng)中各要素、環(huán)節(jié)等進(jìn)行全面系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)，形成結(jié)構(gòu)和功能最優(yōu)化［9-10］。

2.1.1 與國(guó)內(nèi)高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系比較

2000年1月教育部開展“基礎(chǔ)課實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)”的課題研究，并計(jì)劃在若干高校建設(shè)100多個(gè)具有輻射和示范作用的高層次基礎(chǔ)課實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心［11］。隨后，2005年，教育部啟動(dòng)“國(guó)家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心”評(píng)建工作，指明了實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系建設(shè)方向，即從人才培養(yǎng)體系整體出發(fā)，建立以能力培養(yǎng)為主線，分層次、多模塊、相互銜接的科學(xué)系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，與理論教學(xué)既有機(jī)結(jié)合又相對(duì)獨(dú)立［12］。

圍繞著這一指導(dǎo)原則，經(jīng)過(guò)多年的探索和建設(shè)，各研究型高校逐漸形成了較為統(tǒng)一的核心形式為“基礎(chǔ)-綜合-創(chuàng)新（科研）”的多層次實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，僅在模塊構(gòu)成、層次性上略有區(qū)別［13-16］。以物理專業(yè)為例，北京大學(xué)和中國(guó)科技大學(xué)物理專業(yè)實(shí)驗(yàn)課程體系比較如圖1所示。

圖1 北京大學(xué)和中國(guó)科技大學(xué)物理專業(yè)實(shí)驗(yàn)課程體系比較

由圖1可知，兩個(gè)學(xué)校的實(shí)驗(yàn)課程體系都很完備，都兼顧了基礎(chǔ)與創(chuàng)新，同時(shí)都重視科研成果向教學(xué)成果的轉(zhuǎn)化這一重要要素。區(qū)別在于中科大課程層次性更強(qiáng)，北大更注重學(xué)生特別是拔尖人才的差異化培養(yǎng)。

2.1.2 與國(guó)外高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系比較

對(duì)于國(guó)外高校，特別是歐美地區(qū)的高校而言，實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系最大的共同特點(diǎn)是以學(xué)生為主，強(qiáng)調(diào)在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中學(xué)習(xí)，要求學(xué)生盡早進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室。例如，英國(guó)高校教師們只講授課程最基本、最核心的知識(shí)和技術(shù)，其他應(yīng)用性內(nèi)容，則通過(guò)課后實(shí)驗(yàn)等形式布置給學(xué)生，學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的助教答疑，以及課后作業(yè)達(dá)到知識(shí)的最終掌握。德國(guó)高校的實(shí)驗(yàn)多在科研組中進(jìn)行，注重校企結(jié)合，一些企業(yè)的專家會(huì)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)等。總之，各校之間實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系差別較大，會(huì)根據(jù)學(xué)校的定位和學(xué)生培養(yǎng)目標(biāo)進(jìn)行設(shè)置，不追求實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系的完整，不過(guò)其理論課與實(shí)驗(yàn)課一般都聯(lián)系非常緊密［17-20］。

以北京大學(xué)和MIT物理專業(yè)實(shí)驗(yàn)課程設(shè)置為例進(jìn)行比較，北大物理的實(shí)驗(yàn)教學(xué)課程從普通物理到現(xiàn)代物理體系非常完整，而MIT的物理只包括兩大門實(shí)驗(yàn)課程，稱之為Junior Lab，類似于國(guó)內(nèi)的近代物理實(shí)驗(yàn)，包括預(yù)備實(shí)驗(yàn)和正規(guī)實(shí)驗(yàn)，也就是說(shuō)，在MIT的物理實(shí)驗(yàn)整體體系中不包含普通物理實(shí)驗(yàn)?zāi)K。

2.2 實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的比較

2.2.1 與國(guó)內(nèi)高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容比較

近年來(lái)，為建設(shè)“雙一流”大學(xué)，滿足學(xué)生“雙創(chuàng)”需求，各學(xué)科的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容有了較大的變革，特別是教育部5類“金課”的建設(shè)，使得綜合性、創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)的開發(fā)受到廣泛重視。同時(shí)，各校也更加注重科研成果向?qū)嶒?yàn)教學(xué)的轉(zhuǎn)化，以及校企結(jié)合聯(lián)合開發(fā)［21-23］。但從整體來(lái)說(shuō)，與實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系相配套的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容基本特征呈現(xiàn)出以下共性，即內(nèi)容較為系統(tǒng)、嚴(yán)謹(jǐn)，實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目多，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容多為經(jīng)典實(shí)驗(yàn)，綜合性和創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)的數(shù)量占整體實(shí)驗(yàn)的比例較低。

此外，伴隨著信息技術(shù)和“互聯(lián)網(wǎng)＋”的發(fā)展，以及教育部國(guó)家虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目建設(shè)的推廣，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目逐步增多，進(jìn)一步拓展了實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的深度和廣度，促進(jìn)了實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的加速更新，使實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容更加豐富和更具有新時(shí)代的特征［24］。但是，在虛擬仿真項(xiàng)目的開發(fā)數(shù)量和質(zhì)量上，各高校和各學(xué)科之間差異較大。

2.2.2 與國(guó)外高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容比較

同實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系類似，國(guó)外，特別是歐美地區(qū)的高校，實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容呈現(xiàn)多樣化的特點(diǎn)?？偟膩?lái)說(shuō)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容一般與現(xiàn)實(shí)或科研聯(lián)系較為緊密，部分實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目明顯與社會(huì)發(fā)展和生活密切相關(guān)，涉及諸如環(huán)境、能源、交通等方面的實(shí)際問(wèn)題。此外，綜合性的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目較多，并且有時(shí)會(huì)要求具備跨專業(yè)的知識(shí)。比較典型的是MIT和加州理工的化學(xué)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，其實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目本身的綜合性需要學(xué)生主動(dòng)地進(jìn)行知識(shí)的關(guān)聯(lián)、要求學(xué)生具備自主學(xué)習(xí)的意識(shí)以及解決復(fù)雜問(wèn)題所需的，深入的化學(xué)理論和必要的實(shí)踐方法。這樣的設(shè)置，適應(yīng)了當(dāng)前學(xué)科交叉蓬勃發(fā)展的需要。此外，就實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的數(shù)量來(lái)說(shuō)，國(guó)外高校實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目整體數(shù)量較少，內(nèi)容一般以本院擅長(zhǎng)的研究方向?yàn)橹鳎ㄒ姳?）。

表1 北京大學(xué)和劍橋大學(xué)近代物理實(shí)驗(yàn)內(nèi)容比較

同時(shí)，發(fā)現(xiàn)，亞洲地區(qū)著名高校間實(shí)驗(yàn)內(nèi)容差異較小，以幾個(gè)學(xué)校的化學(xué)學(xué)科為例（見表2）。

值得一提的是，UCLA遺傳實(shí)驗(yàn)課創(chuàng)新性的將本科實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與前沿的果蠅基因組功能研究結(jié)合起來(lái)，完成了實(shí)驗(yàn)教學(xué)與科研的有機(jī)結(jié)合。整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程并沒有指定的教材，而是由老師根據(jù)本學(xué)期的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行講解，并把一些學(xué)科的基本概念蘊(yùn)含其中。這樣的做法雖然使得每次實(shí)驗(yàn)的方法類似，但是整體的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容并不重復(fù)，而是逐步推進(jìn)的。最終，學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)獲得大量科研數(shù)據(jù)，并發(fā)表一系列具有較高影響力的科研文章?？傊@樣的做法使得學(xué)生們實(shí)際體驗(yàn)了科研的過(guò)程，鍛煉了學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題和論文撰寫等方面的能力，并增強(qiáng)了團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神。

在虛擬仿真實(shí)驗(yàn)方面，西方各高校和各學(xué)科間差別較大，不存在國(guó)家整體推動(dòng)的項(xiàng)目。同美國(guó)高校相比，歐洲的一些老牌高校在這方面發(fā)展要相對(duì)弱化一些。如在英國(guó)，一些傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)學(xué)科，如物理、生物等，對(duì)虛擬仿真項(xiàng)目甚至持否定態(tài)度，認(rèn)為實(shí)驗(yàn)技能的提升只能從真實(shí)的實(shí)驗(yàn)中獲得。但是對(duì)于醫(yī)學(xué)學(xué)科，由于英國(guó)對(duì)于實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的使用有著嚴(yán)格的管理規(guī)定，所以虛擬項(xiàng)目開發(fā)的較多。如UCL基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)中所有的動(dòng)物相關(guān)實(shí)驗(yàn)皆通過(guò)仿真模擬進(jìn)行。

表2 新加坡國(guó)立大學(xué)、早稻田大學(xué)和北京大學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容比較

2.3 考核方式的比較

2.3.1 與國(guó)內(nèi)高校比較

對(duì)于學(xué)生實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的考評(píng)，傳統(tǒng)考評(píng)方式主要以學(xué)生實(shí)驗(yàn)報(bào)告為主，重視實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及誤差等實(shí)驗(yàn)結(jié)果，忽略實(shí)驗(yàn)過(guò)程中學(xué)生的表現(xiàn)。但是這種評(píng)價(jià)方式會(huì)導(dǎo)致更多的學(xué)生將精力主要放在實(shí)驗(yàn)報(bào)告上，甚至出現(xiàn)抄襲他人實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與結(jié)論的問(wèn)題。鑒于這種考核方式的弊端以及分層次、模塊化實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系的逐步建立，考核方式也逐步多元化。一般來(lái)說(shuō)，對(duì)于基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)一般會(huì)采用“平時(shí)成績(jī)＋實(shí)驗(yàn)操作＋理論考試（有些高校沒有）”的形式，對(duì)于綜合性、設(shè)計(jì)性、創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)則采取“平時(shí)成績(jī)（選擇）＋論文成績(jī)＋論文答辯（選擇）”的形式。以物理學(xué)科為例，幾所高校的考核方式比較見表3。

表3 北京大學(xué)、復(fù)旦大學(xué)和中國(guó)科技大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)考核方式比較

2.3.2 與國(guó)外高校比較

同國(guó)內(nèi)高校類似，國(guó)外高校對(duì)于實(shí)驗(yàn)的考核方式也是多元化的，基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課和高級(jí)實(shí)驗(yàn)課（即綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)）的考核要求不同，但考核方式更為靈活。除筆試、實(shí)驗(yàn)操作、論文及其答辯外，還包括其他的方式，如UCLA的生物實(shí)驗(yàn)考核還包括網(wǎng)上測(cè)試（預(yù)習(xí)測(cè)試和課后測(cè)試），以及標(biāo)準(zhǔn)化的同行評(píng)審（由學(xué)生分成3人1組，各自獨(dú)立完成），其實(shí)驗(yàn)操作也以抽查的方式進(jìn)行，當(dāng)堂提交結(jié)果。德國(guó)的實(shí)驗(yàn)考核，特別是實(shí)驗(yàn)過(guò)程考核還包括學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中的協(xié)作配合以及對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)施及實(shí)驗(yàn)環(huán)境的維護(hù)和愛惜。英國(guó)的考核注重表達(dá)能力和寫作的培養(yǎng)，考核以答辯為主［19-20］。

3 比較結(jié)果帶來(lái)的啟示

3.1 建立適應(yīng)國(guó)情的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系

通過(guò)比較研究，在了解國(guó)外實(shí)驗(yàn)教學(xué)發(fā)展?fàn)顩r的同時(shí)，應(yīng)有選擇地借鑒和吸收國(guó)外實(shí)驗(yàn)教學(xué)的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，與時(shí)俱進(jìn)的建立和完善與我國(guó)國(guó)情相適應(yīng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系。即在保證教學(xué)體系完整性的大框架下，建立個(gè)性化的培養(yǎng)方案，根據(jù)學(xué)生個(gè)體差異分級(jí)培養(yǎng)。

3.2 拓展綜合性、創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容

要適應(yīng)高等教育新形勢(shì)的需要，實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容必須不斷調(diào)整。利用微課、MOOC等現(xiàn)代化手段，可以將一些驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目納入自主學(xué)習(xí)范疇；逐步增加綜合性、創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)比例，增加跨學(xué)科實(shí)驗(yàn)內(nèi)容；結(jié)合課程特色，設(shè)立多種形式的實(shí)踐訓(xùn)練項(xiàng)目，給學(xué)生提供個(gè)性發(fā)展的空間，提高學(xué)生科研素養(yǎng)和解決實(shí)際問(wèn)題的能力；同時(shí)，調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，使學(xué)生也成為新實(shí)驗(yàn)開發(fā)設(shè)計(jì)隊(duì)伍中的一員。

3.3 創(chuàng)建科學(xué)有效的實(shí)驗(yàn)考核體系

逐步摸索建立適合本學(xué)科發(fā)展的實(shí)驗(yàn)考核體系，形成正確的導(dǎo)向?？己梭w系應(yīng)兼顧客觀和靈活的特性，既考核實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，更應(yīng)激發(fā)學(xué)生的探求意識(shí)、創(chuàng)新精神，鍛煉合作能力以及現(xiàn)場(chǎng)論述和答辯的能力。

4 結(jié) 語(yǔ)

實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)是人才培養(yǎng)的重要組成部分，對(duì)提高學(xué)生的實(shí)踐創(chuàng)新能力、培養(yǎng)創(chuàng)新精神，進(jìn)而提高高等學(xué)校教育質(zhì)量至關(guān)重要。實(shí)驗(yàn)教學(xué)比較研究雖然由于時(shí)間等諸多因素的限制，調(diào)研還有很多不盡翔實(shí)的地方，同時(shí)，鑒于篇幅的限制，本文僅討論了實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系、實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)考核方式等3方面，但其形成的成果依然為學(xué)校未來(lái)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革和發(fā)展方向提供了借鑒和參考。更為可喜的是，比較研究中的一些成果已經(jīng)轉(zhuǎn)化為實(shí)驗(yàn)課程的改革項(xiàng)目。今后，將不斷探索，積極嘗試，逐步完善適合國(guó)情、校情和學(xué)生個(gè)體特點(diǎn)的北京大學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式建設(shè)。