探析综合性实验教学的有效途径.docx

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探析综合性实验教学的有效途径

教务处编总第11期2010年第03期2010年5月4日

本期主题:

开展综合性设计性实验，提高学生创新实践能力

本期要目

●探析综合性实验教学的有效途径（施鼎方等.《实验技术与管理》2010年第1期）

●物理实验课程“多重交互”教学模式的创建与实践（钱锋等.《中国大学教学》2009年第11期）

●开发综合性实验培养创新能力（王少刚等.《实验室研究与探索》2009年第9期）

探析综合性实验教学的有效途径

施鼎方王士芬

综合性实验是融入了多个学科知识点的一种创新型实验模式,它是传统实验模式的拓展和延伸,其实验内容丰富、综合性要求高。

在实施环境监测的综合性实验教学中,我们通过将项目的策划、课程的协作、企业的参与和实验教学融合在一起,取得了很好的教学效果。

1精心编制实验项目,提高学生综合能力

专业基础实验是以基础实验为主,结合专业课程的特点而开设的课程,环境监测实验课也不例外。

在原先开设的环境监测实验项目中,一般都是由基础实验发展而来的,均以单个指标的验证性实验为主,而现在开设的综合性实验不但需要测定多个指标,还要把一些相关课程的知识点融合在一起。

那么如何让学生把这些知识愉快地揉和起来呢?

我们首先组织学生一起讨论,共同参与开发综合性实验项目的建设,通过沟通了解学生需要什么,同时按照专业培养目标对学生的实践技能要求进行选题,并确定实验项目。

项目内容除了与基础实验的衔接和拓展外,还必须兼顾到与科研成果和工程实践相结合,实现基础与前沿、经典与现代的结合,突出学生创新能力和科研素质的培养,在这个基础上最终确定了相关题材的综合性实验项目—校园河道水体的水质监测、评价及净化方案的探索。

实验内容包括水环境领域中监测活动的整个过程,即监测区域的勘察、监测断面的布置、监测点的确定、水样的采集与保存,然后进行水样的预处理及指标的分析测定,最后,根据分析测定的结果,结合相关课程的专业知识对被监测的水体进行综合评价及提出净化方案。

由于综合性实验的题材融入了学生平时关注的一些热门话题、热点知识、环境中需要解决的实际问题以及相关科研项目的题材,因此大大激发了学生的实验积极性和实验兴趣,学生在实验过程中的主体地位突显。

实验重过程、重能力培养。

学生在实验报告中根据实验内容、实验数据等进行综合分析,并结合有关专业知识提出自己的看法和见解,进一步提高了学生综合分析问题的能力和理论联系实际的开拓能力,充分发挥专业基础实验的桥梁纽带作用。

2积极做好课程协作,充分发挥知识的互动效应

根据课程知识要点和实验教学的特点,利用课程间的协同作用进行教学资源的组合,有效拓展学生知识面,是保证和提高综合性实验教学质量的又一个重要因素。

“校园河道水体的水质监测、评价及净化方案的探索”实验的内容丰富,包括浊度、溶解氧、pH值、CODcr、BOD5、NH3-N、TP等分析项目,还融入了环境监测理论知识、环境微生物学以及环境评价和水处理技术等相关专业知识。

实验的连贯性和复杂性使学生进入研究性实验状态,虽然感到有难度甚至有压力,但是更多的是一种学习动力,一种探求知识的欲望,从而达到提高学生的创新精神和创造能力的目的。

在实验教学过程中,我们鼓励学生参加生产和社会实践活动以及课外科技活动等,加强对学生综合应用所学知识解决问题能力的培养。

综合性实验需要学生在进行实验的同时,学会自主查阅有关的文献资料,为完成综合性实验作前期准备。

通过对相关知识点的综合学习和应用,将知识融会贯通,拓展创新思路并加强实验技能的训练。

为了进一步提高实验教学质量和效率,通过理论课的教学把与综合性实验有关的知识在授课时进行扩充、拓展和整合。

例如,在环境监测理论课中讲到地表水中的监测断面的选择和取样点的布置以及水样的保存等内容时,就有针对性地结合对学生综合性实验中野外监测的基本要求,强化样品的采集等知识点,使学生体验理论—实验—实践的全过程。

在讲到仪器分析

测试技术等章节时,邀请仪器生产厂商、专家为学生开设分析仪器专题讲座,极大地提高了学生的学习兴趣,起到事半功倍的作用。

学生能马上对实验进行整体规划,仪器的使用也比较得心应手。

这样可以在同样的时间里完成更多的实验分析指标,使综合性实验数据做得更多、更完整,使水质评价方案更实际、更准确,使水体净化方案更有实际意义。

3加强企业参与,切实保障项目的可持续发展

综合性实验增加了实验的密度和难度,要在有限的课堂时间内完成多项指标的分析测定工作,就必须借助高端的仪器设备,如实验室水质分析系统等仪器设备,才能实现。

这些仪器设备一般都比较昂贵,且所消耗的试剂也比较贵,这对于实验教学来说是一道坎,所以我们积极寻找合作伙伴,争取企业的参与,寻求他们的支持,让学生及时了解当前分析仪器设备的发展动态、市场变化信息,掌握新的分析测试技术。

我们联合世界上先进的实验室分析仪器制造商,例如美国HACH公司,请他们一起参与我们的实验教学。

合作商一方面为学生组织有关专家开设讲座,向学生介绍国内外高科技的仪器设备,另一方面还为我们提供临时借用或半价优惠的有关的分析仪器,既解决了学生实验时设备陈旧、数量不足等问题,又无偿为我们提供了技术支持。

这对学生进行系统的理论学习和测试方法、技能的培养,具有重要意义,也保证了实验教学的可持续发展,推进了综合素质教育。

作为世

界级实验室仪器专业制造商,他们在为扩大自己产品影响力的同时,也在为自己的将来培养高端的产品用户群,所以这是一个双赢的合作。

4结束语

综上所述,综合性实验通过项目的策划、课程的协作、企业的参与,有效地把学生所学的一些理论知识很好地联系在一起,使学生学有所用,现学现用,它所带来的教学效果显而易见。

综合性实验是对一般传统的验证性实验的突破,在实验活动中使学生迈出进行科学研究的第一步,培养和提高学生分析问题和解决问题的能力。

综合性实验无论是对于知识的综合性还是

拓宽专业口径都是至关重要的。

（作者单位：

同济大学）

—摘自《实验技术与管理》2010年第1期

物理实验课程“多重交互”教学模式的创建与实践

钱锋熊宏奇叶善专

东南大学物理系在创建国家精品课程“大学物理”、“大学物理实验”和国家实验教学示范中心“东南大学物理实验中心”的历程中，本着开拓创新的精神，以培养学生自主研学能力、激发其求知欲、创造力为目标，在已构建的分层次工科物理实验教学体系基础上，创建了突出学生主体地位的物理实验课程“多重交互”教学新模式。

新模式的实施，为全校学生营造了一个以宽松、自主、研究性学习为引导特征的物理实验优质学习环境，有效提高了物理实验的教学质量，促进了学生创新实践能力的培养。

1创建物理实验教学新模式

1.1挣脱瓶颈制约，锐意改革创新

20世纪末，我们构建按学生能力培养、素质训练的要求分层次的工科物理实验课程新体系，该体系由预备实验、基础实验、课题实验和现代专题实验等模块构成，在新体系向全校学生的推出并应用的进程中，我们遇到了一些问题。

新体系对教师教学提出了更高、更新的要求，突显出了优质教师资源的短缺；传统实验教学使教师无法从对学生简单问题的重复指导中解脱出来，如果不改变传统的实验教学授课方式，教师与学生之间的个性化讨论与指导仍旧较为弱化；新体系虽然具备了面向广大学生深层次全面开放的内容，但面向广大学生深层次全面开放在实际管理操作上难以广泛实现，学生学习自主空间仍旧受到制约。

我们意识到，不挣脱教学中的这些瓶颈制约，课程新体系的真正实施就难以深入，因而在进行课程体系和教学内容现代化建设的同时，还必须进行教学方法和教学模式的改革与建设。

只有建立以学生为主体的教学模式，才有可能扭转学生在整个教学过程中处于比较被动地位的局面，激发学生的主动性、创造性学习。

如何建立教学新模式？

我们采用的技术路线是：

从突出学生个性培养、改变学生学习方式入手，应用现代信息技术构建网络教学平台，创造性地引入计算机作为助教（TA，TeachingAssistant），实现“教与学”的新型关系，最终改变传统实验教学师生单一交互的局面。

1.2突破时空限制，实现多重交互

“多重交互”是指突破时空限制的师生之间的友好交互，即计算机TA在课内外与学生之间的交互、教师在教学现场对学生的个性化指导、控制中心的教授通过实验楼局域网与各实验室的助教和学生进行交互指导、专家通过互联网远程进行实时答疑和指导，从而实现学生之间、教师和研究生助教之间、校内外教师和学生之间的交叉交互与资源共享。

在多重交互新模式中，教师指导与计算机TA助学是有机结合的。

计算机TA可以辅助教师完成对学生一般性问题的指导和相关的教学管理。

如此操作，实际上是扩展和优化了教学现场的教师资源，为学生的学习提供了宽松自主的空间，把我们的教师从对学生简单问题的重复指导中解脱出来，去增加师生间深层次个性化交流，增加教授专家对更多学生的自主研究性学习的指导。

从而推动教师更加关注对学生能力和素质的培养，关注学生的发展，注重因材施教。

相对于传统的实验教学模式，“多重交互”突出了学生为学习主体的地位，实现了由学生、教师、计算机TA、教材和网络平台等要素构成的新型教学关系。

师生教学关系从过去的教师演示或讲解，学生被动跟从；转变为现在的学生自主研学，教师（专家）提供适时的深层启示、解惑答疑等引导。

教学新模式促使学生学习方式进行改变、强化了学生学习的主体地位、改变了传统的实验教学方法、优化教师指导的作用。

2研发网络信息平台，支撑新模式运行

支撑教学新模式大面积高效运行的重要角色是自主研发的网络信息教学平台系统。

该系统由网络优质资源平台、网络管理服务平台、网络设施基础平台组成。

2.1研发优质网络教学资源

网络资源平台由实验课件系统、仿真实验系统、知识拓展系统和示范教学录像片等资源模块组成。

其中几十个具有友好交互功能的实验教学课件采用了动画、仿真、视频等方式综合展现，成为各年级学生预习、学习的好伙伴，使每位学生都可享受到优秀教师的指导和学习资源的利用。

在物理实验中心的所有教学实验室，按每4位学生一台的比例配备计算机TA，传统实验教学中教师对学生的一般性的重复指导由计算机TA辅助完成，这样大大增加了教师和学生的深层次交流，强化了教师对学生的个性化指导，有利于对学生科学实验基本素质的培养。

2.2建立网络管理服务系统

网络管理服务平台是基于数字化校园、人性化、软硬件一体化、快速便捷的理念而建设的现代化开放实验教学管理平台。

现在，学生可以远程预约实验项目和时间，网络管理系统自动分派实验地点和桌位。

学生在预约时间进入实验室，用校园卡刷卡认证后，系统自动开启对应实验桌的电源，实验结束再次刷卡，就自动关闭电源。

与此同时学生实验的日志信息、实验室仪器使用情况、开放学时统计等信息管理都由系统自动完成。

2.3创建网络设施基础平台

2005年，我们将数字化校园和智能化大厦的设计理念融入到新实验楼建设中。

实验楼有弱电控制中心，网络宽带连接到每个实验桌，各实验室具有多媒体教学环境和视频监控语音对讲系统，在教学指导中心，可实现控制中心的督导教师对各卫星实验室的学生和研究生助教的实验指导和答疑交互，专家也可通过互联网远程与助教和学生进行实时答疑和指导，每个实验室的教学实况还可以作为“节目源”上传互联网。

借助于网络信息平台，实现了学生、教师、研究生助教、校内外专家的交叉交互与资源共享。

3新模式教学应用，全校学生广泛受益

“多重交互”教学新模式经历了十年的建设与应用实践，已经日臻完善。

新模式应用到六大模块（预备实验、基础实验、课题实验、现代专题实验、课外研究性演示实验和课外科研创新训练）的物理实验教学体系中，实验教学面貌发生了极大的变化，使全校学生广泛受益。

3.1首创新生自主实验引导课程

1999年，计算机TA的网络助学与管理首先在面向全校理工科一年级新生的课外自主预备物理实验教学中应用（在此以前受条件限制，预备实验试点班每年只能接纳200人左右），受到新生的热烈欢迎。

现在集补课、自主、体验于一体的课外开放课程“预备物理实验”吸引着众多大学新生。

每年自愿选做预备实验的人数已从最初的1355人发展到现在的2500多人，占理工科新生总数的90％以上。

预备物理实验改变了传统的实验教学模式和教学方法，给学生主动学习提供了充分的自由度，也实现了我们的改革理念：

引导广大新生尽早从应试教育的学习模式向大学的自主学习模式转变。

3.2确保基础实验教学因材施教

2000年开始，物理实验“多重交互”教学新模式逐步应用到面向全校所有学生的大学物理实验教学。

现在预备实验、基础实验、课题实验、现代专题实验四个教学面最广的模块中已经全面应用了计算机TA，年教学人时数约26万。

在全校面最广、量最大的物理实验必修课程中利用计算机TA和远程交互系统，圆满实现了基础实验按基本内容、选做内容、小课题设计进行编排的分层次教学。

现在每年约3700人次学生在必修课中选做了融综合性、设计性、研究性于一体的课题实验，约900人次学生选做了专题实验，彻底改变了以往只能面向少数同学开放的局面。

3.3实施研究性学习的有效引导

新模式使得我们有条件从全校低年级学生群入手，突破时间空间限制，引导众多低年级学生进行研究性学习，摸索建立了一整套有效实施研究性学习的引导途径和常规运行的激励机制。

每年在必修课中，参与常规物理实验课程论文活动的学生逐年增加，每年举行的校级物理实验研究论文竞赛，平均收到600份左右的学生参赛论文，有几十位学生参与决赛答辩演讲；许多学生在经过物理实验中心的自主研学能力锻炼后，在“挑战杯”、机械创新设计、电子设计等后续学科竞赛及国家大学生创新项目立项研究中进一步获得优异成绩。

近年来，本科生在正式刊物上发表的物理及实验研究论文不断增加，在每两年一届的江苏省高校大学生物理科技创新竞赛活动中，我校获奖级别和获奖总数屡次名列前茅。

[注：

本成果获2009年高等教育国家级教学成果一等奖]

（作者单位：

东南大学）

—摘自《中国大学教学》2009年第11期

开发综合性实验　培养创新能力

王少刚刘仁培封小松

1引言

按照“教育部关于进一步深化本科教学改革全面提高教学质量的若干意见”（教高[2007]2号）文件精神,高等学校应通过进一步深化教育教学改革,全面提高教学质量,尤其要大力提高大学生的学习能、创新能力、实践能力、交流能力和社会适应能力。

通过不断深化人才培养模式、教学内容和教学方法等方面的改革,坚持知识、能力和素质协调发展,使学校教育实现从注重知识传授向更加重视能力和素质培养的转变。

由于实验教学在开发学生智力,激发学生的学习兴趣,提高学生分析和解决实际问题的能力等方面起着重要作用。

基于此,本文在系统总结目前高校实验教学改革现状和焊接实验教学存在问题的基础上,提出了采用综合性与设计性实验项目开发的焊接实验教学新模式,项目的实施有利于培养学生的开放思维和创新工作能力。

2目前焊接实验教学存在的问题

2.1高校实验教学改革现状

近年来,随着科学技术的发展和时代的进步,人们注意到以单一传授或积累知识和技能为目的的传统教学模式已经越来越不适应当前高校发展的需要,提出高等教育必须从培养目标、培养内容、培养方法等多方面进行深层次改革,以培养出具有实践能力和创新能力的高素质人才。

由于在整个大学阶段的教学过程中,实验教学起着课堂教学环节不可替代的重要作用,因此,根据时代发展要求,国内许多高校都在大力实施实验教学改革,从实验教学模式到实验教学内容等许多方面都在进行改革深化。

文献中就加强实验室建设、转变教育观念、更新实验内容、改进实验教学方法以及加强对学生创新意识和创新能力的培养等方面提出了自己的见解。

总体来说,尽管目前进行实验教学改革的形式和内容多样,但目的只有一个,都是为了全面提高学生的培养质量,特别是把培养学生的动手能力和创新工作能力摆在首要位置。

在大力推进实验教学改革的过程中,从培养学生能力的角度出发,这就要求实验内容应具有一定的探索性和创新性,在这样一个大环境下,开设综合性和设计性实验不可避免地推到实验教学改革的前沿。

由于各校都有自己的特点和实际情况,一般都是基于学校的办学定位和已有专业特色,为了迎接挑战,以适应时代要求,纷纷对实验教学进行全方位改革,其中的重点是对现有教学方式和教学手段进行改进提高,一些高校在特定条件下取得了较好效果。

例如,有的为了提高实验设备等资源的使用效率,加大实验室的开放度,让更多的学生受益;有的改革实验教学内容和实验教学的组织方式,打破学科界限,加大综合性和设计性实验的比例,与此同时,结合各种竞赛开设创新性实验,激发了学生的学习积极性,较好地贯彻了“以学生为主体,以教师为主导”的思想;有的从课程改革着手,通过单独开设实验课,进一步突出实验课在日常教学中的重要地位,改进学生实验成绩考核办法,完善实验室管理规章制度,在强调实验室安全的前提下,提高学生的实验兴趣,更加注重实验效果。

此外,在进行传统实验教学改革的过程中,一些新的具有创意的教学方式和手段也应运而生。

文献中通过在“金属材料焊接”课程设计中引入项目教学法,把以课本为中心转变为以项目为中心,把以课堂为中心转变为以实践训练为中心,极大地激发了学生的学习兴趣,让学生真切地体验到了科学探究的全过程,培养了学生相互合作、综合分析和解决实际工程问题的能力。

文献中提出了一种在实验教学中运用参与式教学的方式。

所谓参与式教学,是指在民主、平等的教学氛围中,教师和学生充分发挥主体能动性,积极地交往和互动,达到认知共振、思维同步、情感共鸣,创造性地完成教学目标的教育实践活动。

参与式教学模式强调以学生自主性、探索性学习为基础,重点是提高学生运用所学知识去分析问题和解决问题的能力,实现以“教师为中心”转向“学生为中心”,从“教会学生知识”转向“教会学生学习”。

2.2焊接实验教学中存在的问题

焊接实验教学的内涵是:

按照焊接专业课程教学大纲的总要求,并考虑实际焊接生产的需要,针对各种材料（以金属材料为主）在焊接过程中所涉及到的焊接理论及焊接工艺的基础问题、重点问题和疑难问题,构建和开发相应的实验条件,编制实验教学大纲和具体的实施计划。

在实验教学过程中,应始终强调学生是整个实验工作的主体和完成者。

在教师的启发和传教之下,学生根据课堂教学中学到的有关理论知识提出问题,针对在实验过程中发现的问题,通过分析研究来回答和解决这些问题。

然而,尽管焊接专业是实践性较强的专业,强调理论与实践的有机结合,实践性教学在整个专业教学中占有重要地位,根据调研,目前的实验教学开展还不尽如人意。

焊接实验教学之所以在国内有些高校中没有得到大力、全面发展,主要有以下几方面原因:

（1）高校的教学模式存在重原理、轻技术的现象。

通常学校评价学生优劣的标准往往是学生的课堂考试成绩,对学生的动手能力、创新能力考核不多,在指标量化、程序操作上也有一定难度;另一方面,社会和企业又没有时间和渠道考核学生的综合素质,这在一定程度上误导了学生的奋斗目标。

（2）理论课程多、任务重,没有时间开设实验课程。

焊接是一门交叉学科,它涉及到铸造、金属学、热处理、机械工程与自动化等学科领域里的同类教学内容,教学难点多。

由于时间紧、任务重,一些高校很少开设实验课程或大量压缩实验学时数;另一方面,最近几年,各高校普遍重视综合型人才的培养,结果有的学校不仅取消了原有焊接专业和焊接学科相关专业课程的学习,也减少了或根本就没有开设焊接实验课程。

高等院校在重视综合型人才培养的同时,在一定程度上也不可避免地失去了具有专业特色人才的培养。

（3）学校没有足够经费让学生开展大量的实验工作。

实验教学不仅需要建立有一定规模的实验室,添置必要的仪器设备,还要消耗大量的原材料,这些都需要资金作后盾。

总之,目前的现状是焊接技术在工业生产中的应用相当广泛,国内有关高等工科院校对焊接专业的教学也相当重视,每年从事焊接专业学习的本科生供不应求,学生就业形势非常好。

但另一个现状也告诉我们,我国的焊接技术与国外相比还有很大的差距。

每年一届的“中国-埃森焊接展览会”告诉我们,比较先进的焊接技术,先进的焊接材料,先进的焊接装备大多数都是来自国外的大公司。

3　综合性与设计性焊接实验项目开发

3.1综合性与设计性实验的含义

综合性实验通常是指实验内容涉及本课程的综合知识或与本课程相关知识的实验。

它要求学生具有一定的专业基础知识和基本实验操作技能,在此基础上综合运用某一课程或多门课程的知识,对学生实验技能和实验方法进行综合训练的一种复合性、开发性实验,着重培养学生的文献查阅能力、动手操作能力、数据处理能力和综合分析解决问题的能力。

综合性实验的最大特点是学生在完成实验过程中必须将多门专业课甚至专业技术基础课的基本理论、基本操作技能有机地结合在一起,学生在实验过程中需将所学的理论知识系统化,促进了学生知识、素质和能力的协调发展。

设计性实验是指根据给定实验目的要求和实验条件,由学生自行设计实验方案并加以实现的实验。

设计性实验要求学生在教师的指导下,根据预定的实验目的和实验条件,自己设计实验方案、确定实验方法、选择实验仪器设备、拟定实验步骤和操作程序,独立完成整个实验过程并对实验结果进行分析处理。

设计性实验的最大特点是要求实验内容具有一定的探索性和创新性,学生通过实验项目的选题和论证、项目实施、实验结果分析和讨论以及综合实验报告的撰写等过程,有时会获得意想不到的结果,实验收获也比一般实验要大得多,对培养学生解决工程实际问题的能力、创新工作能力和科技写作能力具有重要作用。

在大多数情况下,综合性与设计性实验往往相互融合、交叉,要完成某一个设计性实验一般需要将很多知识综合运用才能实现,而且从设计完成到实际验证本身就是一个综合的过程,即设计性实验也具有一定的综合性;另一方面,许多综合性实验中也往往包含有一定的设计步骤,因此很难将这两者完全区分开来,在某种程度上可以把设计性实验纳入到综合性实验的范畴,焊接综合性与设计性实验也是如此。

一般是根据实验教学的目的及要求,首先由学生设计实验方案,并进行充分的理论及实际论证,在此基础上,再进行需综合所学专业知识才能完成的实验项目开发,以达到激发学生的学习热情、提高学生的自主学习能力、全面提高学生的创新工作能力为目的。

3.2　综合性与设计性实验项目开发的意义

（1）有利于巩固课堂所学的基础理论知识。

课堂学习,是知识积累的重要渠道,学生在整个大学学习期间,这个过程相当重要。

然而,目前的实际情况是,正常的课程教学,许多学生普遍感到枯燥乏味。

一方面，任课教师花费了大量工夫,认真备课和授课;另一方面,由于学生是被动式学习,即所谓强迫式的,使有些学生的收效甚微。

而综合性与设计性实验教学在一定程度上弥补了这一缺陷,学生是主动式学习,把学生推到了教学的主体地位,这样有利于充分调动学生的学习积极性,因为学生在实验过程中,发现所学的知识实用性强,能进一步增强学生学习的自主性,反过来,理论知识在实验过程中得到验证。

教学过程形成良性循环,学生的能力和素质得到稳步提高。

（2）有利于强化学生的科研能力和工程意识。

高等工科院校的专业培养目标是要培养出具有一定创新能力的复合型高级工程技术人才。

学生在大学阶段的学习过程中,除了课程实验外,最好能有通过自己进行独立思考、设计分析,从而解决所遇到的实际问题的机会,这就是我们通常所说的科研工作问题。

从问题的提出,到问题的一步步解决,学生的科研能力将逐步得到提高。

因为学生进行实验的目标任务明确,需要围绕某一个特定的项目进行文献查询、实验方案设计、实际动手操作和实验结果分析,这期间往往会有新的发现,学生将从被动接受知识转变到主动学习知识,他们不但善于学习别人的知识,更重要的是能将别人的知识进行改造,转化成自己的知识,有利于开阔思路。

当综合性实验项目的研究开发取得一定成果时,将能使感性知识上升到一定的理论高度。

由于学生所完成的实验课题一般是具有一定实际意义的小课题,其训练过程就相当于研究开发实际科研课题。

从选题开始,相当于了解课题的研究背景,以