“四自主”实验教学模式的开展与研究

2014-04-10吕淑平王科俊

实验技术与管理 2014年6期

吕淑平，王科俊，于鑫

(哈尔滨工程大学自动化学院，黑龙江哈尔滨 150001)

经实施“本科评估”、“本科专业”、“211工程”、“质量工程”、“本科教学工程”等项目建设，国内高校实验室普遍由粗放式增长向内涵式建设发展。内涵建设核心之一是实验教学模式的改革，目前国内许多高校正在纷纷开展自主学习、自主实验为主题的实验教学模式[1]。

美国教育心理学家巴斯指出：“在半个世纪前，人们从大学毕业后，大约有70%的所学知识一直可以在其退休前运用，而在当今时代，这个数字缩减为2%”。这意味着，当今的大学生在大学毕业后从事某项职业所需要的知识技能有98%需要从社会这个大课堂来获得。而能否从社会这个大课堂获得这98%的知识与技能与一个人的自主学习能力的高低密切相关。培养大学生的自学能力是教学的重要内容和任务，也是提高高校教学实效的一个重要手段[1]。

哈尔滨工程大学船舶导航与控制实验教学中心2012年被评为国家级实验教学示范中心(下称中心)，近年积极开展内涵式建设，把学生自主探究问题的意识培养作为内涵建设的核心，正在开展“自主学习、自主实验、自主研究、自主创新”的“四自主”实验教学模式的改革与研究，围绕此模式深入进行了“管理模式、教学模式、教学方法、教学手段”的改革。

1 传统实验教学模式的弊端

当前国内多数高校仍沿袭以教师为中心的传统教学模式，学生在其中处于被动地位。实验通常由教师提前准备好，学生进入实验室后，由实验教师讲解实验原理、步骤，然后学生操作，每完成一份实验报告就算做完一个实验。在实验过程中学生缺乏自主思考的时间和空间，实验意识淡薄，动手能力和思维能力差，遇到问题直接向教师求助，不善于独立思考和解决问题。这种教学模式无法真正发挥实验教学的作用，严重制约了学生自主能力和创新能力的发展[2]。在成绩评价体系方面，目前各高校大部分都是根据实验操作和实验报告来评定学生实验成绩，一般是平时操作成绩+实验报告成绩=总成绩。实际操作起来有较大的主观性和随意性，且实验报告数据经常出现相互抄袭的现象。这种考核评价方式过于强调结果，忽略了实验的理论、思想和设计思路，不利于培养学生的创新能力和自主学习能力[8-10]。由此可见，学生主动性的缺失是当前实验教学中存在的主要问题[2]，如果继续延续传统的教学模式，将不利于学生自主探究问题的意识和能力的培养。

2 “四自主”实验教学模式

2.1 改革思路

本中心经创新性实验项目开发、科研成果转化、校企共建、实验装置自研、实验教改方案实施等方式，逐步形成“基本型、综合设计型、工程实践型、研究创新型”4个层次实验项目，其中“基本型、综合设计型、工程实践型”实验项目是课内必做的，“研究创新型”实验项目是课外任选的。为更好地实现课内课外相衔接，中心主干实验课都设有“研究创新型”实验项目。针对当前实验教学中存在的学生“主动性和探究性”缺失这一主要问题，更新教育理念，把对学生自主探究问题的意识培养作为实验教学改革的核心，围绕核心深入开展“管理模式、教学模式、教学方法”的改革[4]。基于“四层次”实验项目分为两种教学活动展开：

(1) 课内实验采用自主学习、自主实验的教学方式，实行“课内开放”，即对课内实验项目(包括基础型、综合设计型、工程实践型)采用自主学习、自主实验的实验教学方式。对计划内大批量、多班次的专业实验和专业基础实验，学生通过学校实验室综合管理系统和中心网站查询实验、预约实验、预习实验、自主学习、刷卡签到，在规定的时间内完成实验教学大纲规定的实验项目。

(2) 课外实验采用自主研究、自主创新的教学方式，实行“课外开放”。即对课外实验项目(包括研究创新型、科研实验室开放项目)采用自主研究、自主创新的实验教学方式。对研究创新型实验项目以及各科研实验室开放项目实行时间、场地、内容、设备全方位的开放管理模式，支持学生自带项目进入实验室或者以参加各类竞赛为目标进入实验室。

课内课外两种方式相得益彰，实现因材施教。使教学主体逐步从“以教为主”向“以学为主”转变；教学方式从“以授为主”向“以导为主”转变；学生学习从“被动依赖”向“自主学习”转变[3-4]。

2.2 “自主学习、自主实验”教学活动的开展

课内实验项目通过以下多种教学活动的开展，逐步培养学生自主学习、自主实验的能力。

(1) 课前学生自主学习。课程网站全天候开放，在课程网站中建有针对实验项目的学习指南、多媒体课件、仪器操作视频、视频课件、典型实验软件等供学生自主学习。实验前要求学生通过自主学习，充分理解实验目的、相关理论及实验设计原理，掌握实验技术和实验过程[5]。学生在充分自主学习基础上进行自主设计，撰写实验方案。

(2) 设置简短测试。课前预习是实施自主实验的根本保证，根据课程环节设置课前或课后简短测试，把课前或课后测验成绩作为课程总成绩的一部分。实验前10分钟通过试卷考核预习效果，检查学生对指定阅读材料的学习情况和实验准备情况，也可在实验结束后对本次实验内容进行简短测试。

(3) 设置课堂讨论。根据课程环节设置课前、课中或课后讨论，讨论环节作为课程总成绩的一部分。实验前对需要深入研究的问题进行课堂讨论，师生以问答方式互动，同时让学生修正自己的实验前准备工作；或在实验中和实验结束后围绕实验难点进行讨论，讨论中让学生自我检验和修正对理论的理解和应用的偏差，学生也可提出自己实验过程中遇到的问题，师生共同探讨[6]。

自主实验必须提倡讨论问题的风气，实验讨论不仅在师生之间进行，而且应当在学生之间更广泛更热烈地展开。学生是实验的主体，遇到问题要让学生自导，促进自主实验的进行，让学习好的、动手能力强的学生当辅导员，为那些动手能力差的学生导学，调动其积极性，使灌输为主转变为讨论、交流、探究和体验为主[7]。

(4) 学生自主完成实验。省去教师讲解实验原理、方法、步骤的时间，代替以问题为引导、关键地方讨论的方法，使学生自主完成实验，教师仅作必要的指导；或在教师精心设计的问题引导下，自主探究和讨论修正实验方案，自主完成实验。

(5) 加强课内实践。设置校企共建课程，优化工程案例、科研案例转化为“综合设计型、工程实践型”实验项目，使实验内容与工程实践相结合，学生通过自主设计、亲身经历，参与更多实践，提高学生的综合素质和工程实践能力。

(6) 采用“多元化”评价方式。评价内容包括实验前准备、课前或课后测试、课堂讨论表现、实验完成质量、实验报告分析、作品完成质量和小组答辩等。评价内容强调学习过程和整体素质培养，促进学生学习的主动性。

2.3 “自主研究、自主创新”教学活动的开展

课外实验项目通过多种教学活动的开展，在研究创新实践中逐步培养学生自主研究、自主创新能力。

(1) 开设“课外实验项目专区”。把分散于“各实验课程中的研究创新型实验项目和各科研实验室开放项目”按学科方向进行整合集中，在中心网站开设“课外实验项目专栏”，使学生方便、快捷地了解各实验项目的科研、工程背景以及研究内容。学生根据自己兴趣和能力，自由选择实验项目、实验时间、实验地点及指导教师，完全“个体开放”，实现“以人为本、因材施教”。

(2) 开设“网上视频专题讲座”。针对主要的“研究创新型实验项目”和“科研实验室开放项目”开设网上视频专题讲座，介绍某一研究方向或问题的背景、发展趋势、基本研究方法等，介绍相关文献的检索和阅读，给出创新性实验拟解决的问题或研究方案，引导学生自主研究、自主创新。项目负责人按拟定的研究计划、自主组织团队成员进行实验研究。

3 课程资源网站和导学指南建设

“四自主”实验模式必须建设完善的课程资源网站和导学指南，为学生自主性学习提供支撑。

(1) 课程网站建设。将所有实验教学资源全部上网，提供丰富的学生自主学习的课程资源，使实验室无处不在。网站内容与自主实验紧密联系，学生只要有电脑终端，就可以进行自主学习或仿真实验。按周发布实验导学指南，指南给出每项实验的自主学习范围、要求及拟解决问题的方法等[8]。为便于学生实验预习，中心计划为每个实验项目录制实验视频。

(2) 课件和教材建设。中心计划每门实验课程都配置高水平网络实验教学课件，课件能实现三维模型演示、虚拟演示逼真、动态交互等功能。计划更新或新编高水平实验教材15部，教材编写注重实验思想、设计思路、实验背景、实验研究等素质教育内容。

(3) 网上交流平台建立。采用电子邮件、BBS 讨论和即时通信等多种方式为师生提供交流机会，使学生的学习与教师的讨论不受时间与地点的限制[9]。