1、对实验教学工作的认识与思考,西北工业大学 万小朋2014年11月,4,实验教学在人才培养中的作用和地位,1,2,3,5,我国高校实验教学的一些现状,实验教学分类与目标设定,对开放式、研究性实验教学的认识,青年教师是实验教学师资队伍建设的关键,中外教育大家的人才培养观念,一、实验教学在人才培养中的作用和地位,“中国人长期受到孔孟之道的影响劳心者治人，劳力者治于人的观点影响。只讲学习理论，没有讲过学习实验，我希望中国人从此重视实验。”,通过上述中外教育大家对人才培养观点的认识，我们不难看出，高校人才培养中，实验教学应该与理论教学具有同等重要的地位，特别是实验教学具有直观性、实践性、探究性，是区别于
2、理论教学的特有属性，在人才培养中必然发挥不可替代的作用,美籍华人物理诺贝尔奖获得者丁肇中,二、我国高校实验教学的一些现状,2005年高等教育国家级教学成果奖评审委员会评审结果特等奖（3项）实践、实验教学2项（66.7%）,1.从近年来国家教学成果奖看我国高校实验教学研究及成果,实验教学国家级教学成果奖分析,2005年高等教育国家级教学成果奖评审委员会评审结果一等奖（59项） 实践、实验教学3项（5%）,实验教学国家级教学成果奖分析,2005年高等教育国家级教学成果奖评审委员会评审结果二等奖（537项） 实践、实验教学42项 （7.8%）选表,实验教学国家级教学成果奖分析,2009年高等教育国家
3、级教学成果奖评审委员会评审结果一等奖（64项） 实践、实验教学12项（18.7%）,实验教学国家级教学成果奖分析,2009年高等教育国家级教学成果奖评审委员会评审结果二等奖（585项） 实践、实验教学50项（8.5%）,实验教学国家级教学成果奖分析,2014年高等教育国家级教学成果奖评审委员会评审结果一等奖（50项） 实践、实验教学6项（12%）,实验教学国家级教学成果奖分析,2014年高等教育国家级教学成果奖评审委员会评审结果二等奖（400项） 实践、实验教学27项（6.75%）,实验教学国家级教学成果奖分析,实验、实践教学国家级教学成果奖汇总分析,实验教学国家级教学成果奖分析,实验、实践教
4、2014年国家教学成果奖申报参评项目（946项）（实验实践教学项目83项 8.8%）按学科分类,实验教学国家级教学成果奖分析,从最新统计发现，东、中、西部地区不同大学实验教学资源拥有量差距明显 仅以仪器设备为例，大学仪器设备主要分布在北京、江苏、山东、上海等沿海经济发达省市。 东部地区大学的仪器设备值占全国大学的52.74%,超过中、西部地区大学仪器设备值之和，且增长率高于中、西部地区大学。东部地区大学生均仪器设备值是中、西部地区大学的1.6倍,2.生均实验教学仪器设备情况,实验教学资源的严重不均衡。“985工程”、“211工程”高校和一般高校生均仪器设备值之比约为3.6：1.8：1，充分说明
5、了这个问题,对实验教学的重视不断增强,不断学习国外的经验做法,积极尝试和实施新举措,高校都意识到实验教学应该与理论教学摆在同等重要的地位；在加强实验室建设，增加经费投入，健全人事考核评价制度，强化师资队伍建设的同时，对实验内容、教学手段、教学方法等进行改革与尝试,逐步改变以验证性为主的模式，正在由验证性向开放式、研究性转变；创立了一系列符合办学实际、有利于拔尖创新人才成长的新模式。许多项目还荣获国家级教学成果奖，以成果奖反哺人才培养，形成良性互动,高校通过选派干部培训、教师进修、学术论坛、涉外合作项目等形式，不断学习掌握国外高校的实验教学上的好的经验与做法,3.中美高校实验教学比较,中美高校物
6、理实验教学比较,中美高校物理实验教学比较,在内容上：麻省理工学院的高级实验课程中的实验项目，一个实验学生要做 23 周，每周 6 小时。对于一些较复杂的实验，实验报告要求也很严格。斯坦福大学三年级学生做的光学实验，要求学生按发表论文的格式写实验报告,中美高校物理实验教学比较,在方法上：如麻省理工学院的普通物理学课程中，完全是在实验室里完成的，按照学生每组 7 人进行分组，以学生自学为主，教师讲解理论与指导实验同步进行,中美高校物理实验教学比较,在评价上：如麻省理工学院，是按 “课程总评成绩（100%）=四次单独口头考察（40%）+期末公开口头表达（10%）+实验记录（15%）+预备问题分析（1
7、0%）+考勤及表现（10%）+四页书面总结（15%）”的方式来评价，其中“四次单独口头考察”占的比重最大，其目的就是要培养学生做报告的能力,中美高校物理实验教学比较,实验教学队伍考核评价机制及实验室管理机制需进一步完善,实验教学队伍人员年龄老化，优秀的实验师资严重匮乏,需要进一步改善实验教学条件，加大投入力度；科学制定实验条件建设规划，力求设备共享，充分发挥作用,1,3,2,4.需要突破的主要问题,实验教学的体系内容评价标准未能体现“以学生为中心”的教学理念,重理论、轻实验的思想根深蒂固,实验课程往往被视为次要课程和理论课程的附属品,1,3,2,对科学思维和方法的训练不足，学生鲜有自主的探索和
8、思考,实验内容较少向生产和工程应用延伸，学生走向社会时，缺乏灵活运用所学知识处理社会问题的能力,演示性、验证性实验内容过多，而综合性、设计性实验偏少; 简单重复性实验内容过多，反映学科新知识、新成果的内容少，与当今迅速发展的学科前沿新理论、新技术脱节,1,3,2,实验教材鲜有实验思想、设计思路、实验背景等教育内容,过于强调结果而忽略了实验思想,设计性实验只给出固定的设计模式，没有真正激发学生自主设计的积极性,以教师传授知识和技能为主，内容和进度基本上依附于课堂教学,1,3,2,4,近十年来，高校实验教学发生了深刻变化，实验项目类型明显增加。对部分省市的调查资料统计，目前我国高校实验项目就有 1
9、3 类之多，如右表,实验项目之所以出现如此众多的类型主要由于我国东西部差距大，高等教育机构多，人们对实验项目内涵的理解上的差异所致。这也在一定程度上说明，一个时期以来我国高校实验教学的研究和改革实践还是相当活跃的,三、实验教学分类与目标设定,实验教学的分类,为了使实验教学更加符合学生的认知规律，更加贴近教学实际，也更加方便指导、交流和管理，从学生的认知规律与思维活动特点出发，有学者提出将教学实验项目归为以下三种类型，五个层次。如下表所示,实验教学的目标设定,自上世纪90年代以来，人们在实验课程体系、教学内容、教学方法、教学模式等方面进行了大量研究和有益探索，但现有研究忽视了实验教学目标。这是导
10、致实验教学效果与开展实验教学改革的预期存在很大落差的主要原因教学目标是实验教学的出发点，合适的实验教学目标支配着实验教学的全过程,科学态度,实验能力（最根本的目标）,实验方法（应有的起点）,实验动手能力自己根据已经提出的问题和任务去设计和完成一个实验的能力自己提出问题，自己去实验以获得新知的能力,掌握方法规范选择实验方法评价实验方法,学会实验方法的目标、实验能力的目标,围绕人才培养目标的变化，我们可以把现代大学本科实验教学目标分为实验方法、科学态度、实验能力三个维度,本科实验教学目标的层次是通过不同类型的实验来实现的以金属块密度实验为例：基础型实验：如果给学生完成的操作程序并要求他们严格遵循，
11、根据确定的值计算出其密度。它可以训练学生规范地操作，培养其操作技能,设计型实验：如果要求学生用不同的测量方法得出结果，或者向学生提供几种测量体积的方法，让他们比较不同的测量方法得出的种种结果。它可以让学生在同一个实验项目下设计不同的实验方案，由学生实施自己的方案，分析数据，得出结论，发挥其主观能动性,探究型实验：如果在铝块外面涂上一层漆，使其原色被掩盖，然后问学生怎样进行测量才能确定材料的物理属性。这样更能启迪学生的思维，培养学生提出问题的能力，增强他们的好奇心，激发他们的创新潜能，提升实验能力,四、对开放式、研究性实验教学的认识,有学者提出，随着我国高校实验教学地位发生的较大变化，可以归纳为
12、以下3个转变：依附性到相对独立性 这是从实验课与理论课的关系而言，有必要改变实验教学依附于理论教学的传统观念，形成理论教学与实验教学统筹协调的观念被动性到相对主动性 这是从实验所起的作用而言，显然实验教学与创新人才培养的结合更为紧密单一性到相对多样性 这是从实验的模式而言，从原来的演示、验证模式拓展为基础规范型、综合设计型、研究探索型等多种模式 因此，当前，各高校特别关注并积极探索开展开放式、研究性的实验教学,所谓“开放性”实验教学主要是指整个教学体系的开放，它不仅体现在课内开放、课外开放、时间开放、地点开放、实验元器件开放，还涉及理念的开放、内容的开放、方法的开放、评价的开放、管理的开放等等
13、，是不同教育理论的兼容并包。（亿方、蓝金辉，近10年国内外大学实验教学发展状况探讨，北京科技大学学报（社会科学版）， 2014.3 ）,“研究性”实验项目多由实验室提供。对于本科生而言，他们参与研究性实验重在研究过程，通过研究、思考达到思维能力、动手能力及科研能力的强化训练，在研究过程中获得知识的巩固与更新。在研究性实验教学中，我们不要求学生必须实验成功，只要他们通过实验，学会思考有所收获，奠定他们将来继续研究或工作的基础。（陆国栋，实验教学改革的思考与实验分类研究，中国大学教学，2010.9）,“探究性”实验教学在“研究性”实验教学基础上延伸出来的一种新的模式。它是由学生自己提出一个要探究的
14、问题，这类实验的活动几乎全部都由学生完成。由于要独立地发现问题和解决问题，会促使学生用高度的责任心和热情，以及认真和实事求是的科学态度来解决问题，其科学素养可以全面地得到锻炼和提高。（赵建华，高校实验教学目标的探析，高教探索,2012.4）,同学们选择一些与日常生活相关的小课题，如地沟油检测、塑化剂检测等等，在实验老师的指导下，自己查文献、制定方案、解决问题,生活相关小课题,01,最前沿学术问题,开放式、自主设计,将诺贝尔奖工作、本学科最新进展、本校代表性工作等及时转化为实验内容。结合诺贝尔物理奖，开设了氧化型石墨烯材料的制备实验,例如在“仪器分析实验”教学中，1/3课时用于设计性实验，学生自
15、行组合、自由选题，通过查阅文献、取样、样品前处理、选择分析仪器，完成实验项目,02,03,中国科学技术大学：吸引本科生早日走进实验室,国内高校案例,提出申请,导师指导,融入课题,总结报告,举行答辩,中国科学技术大学：吸引本科生早日走进实验室,国内高校案例,该课程涵盖理、工、文、医等领域，主讲教师中既有院士、国家级教学名师和高水平教授，也有实践经验丰富的工程师。全校共有32个院系的80多个实验室参与开课，100多位教师倾情参与。学生每学期可以从所有单元中自主选择8个不同院系的教学单元，计1学分；各学期可续选探究课，最多可计4学分，跨学科观摩32个项目,2003年的新生研讨课逐步演化为2007年的
16、实验室科研探究课,课程构成,清华大学：实验室科研探究课培养学生思维,国内高校案例,在全校范围内，以实验室为依托，筛选一批典型科研成果，组织学生轮流到相关教学单元实验室，由高水平教师进行现场教学，以科普语言和各种直观形式，如实验现场、图板、音像资料、报告文档、启发式提问等，全方位展示科研过程。所有教学单元均在实验室现场进行，所讲授的内容均有活生生的具体事物作为旁证，学生还可以亲自动手实践操作,具体做法,清华大学：实验室科研探究课培养学生思维,国内高校案例,英语系三年级学生黄学永从小喜爱电子，却阴差阳错地走进了文科的大门。学校开设实验室科研探究课后，黄学永选修了其中的8个教学单元。他考虑的是尽可能
17、涵盖汽车、电子、计算机、机械等主流学科，因为它们之间具有很强的联系，比较容易在大脑中形成知识链，构架知识系统,清华大学：实验室科研探究课培养学生思维,国内高校案例,用实验倒逼课程,用学生倒逼老师,用第二课堂倒逼第一课堂,2013年，有7篇以浙江大学物理系本科生为第一作者的论文发表在国际顶尖学术刊物上。探究性实验平台的建立，一方面让学生走进了教授的实验室;另一方面，教授们也通过这一机制更早更多地接触到具有创新潜质的“好苗子”,浙江大学：本科生实验课从“验证”走向“探究”,国内高校案例,气体动力学是一门理论性强、物理概念抽象、内容涉及大量高等数学问题的专业基础课程（有时候一节课的PPT，20多页基
18、本都是公式），该课程在航空、航天航海等领域均有广泛用途在传统实验教学中，实验大多具有验证性和单一性的特点，实验内容选择、仪器设备、实验的准备等都由老师完成，学生则被动地接受知识和技能效仿，限制了学生的学习积极性和主动性如何让学生掌握这样一门既难学又十分重要的课程，在目前互联网信息时代， 平铺直述、灌输式的教学方式已经不能适应现代教书育人的需求,背景,气体动力学基础课程开放式实验 基于伯努利方程原理试验器设计及原理验证,西北工业大学,国内高校案例,Step1: 针对课堂的理论教学中所讲述的伯努利方程基本原理，启发性的讲述若干个有关伯努利方程在工程实际中的应用；Step2： 在征求全体同学意见的基
19、础上，自愿报名参加开放实验环节；Step3：成立开放式实验兴趣小组，任命大组长、各小组组长，并由学生根据个人专长和兴趣进行分工；Step4：成立开放实验教师指导小组（王掩刚、施永强、杨青真、黄秀全、余晓晶、郑光华），并对指导教师的工作进行分工；Step5：对学生设计的方案进行评审，并给予合理化建议，拨付使用经费，由学生小组进行详细设计、加工和调试；Step6：现场验收、总结,具体做法,西北工业大学,国内高校案例,目标：构建一个全方位、立体化、多样性的创新型开放实验教学体系措施：针对流体力学、气体动力学课程，设计若干系列设计型开放实验建立多渠道的开放实验激励机制，内外动力双管齐下，激发学生实践创
20、新热情建立和完善开放实验室管理体制，从以往保姆式管理转变为学校统筹、院系组织、教师指导、学生主体的四级管理模式实行开放实验公共选修课制度,后续设想,视频链接,西北工业大学,国内高校案例,青年教师是实验教学师资队伍的主体，是骨干力量，是教师队伍中最具活力、最具创造力的一支生力军，是一所大学的未来和希望。青年教师唯有静下心来教学，潜下心来育人，把实验教学放到教学工作的突出位置，才能在人才培养工作中留下精彩一页。在这里，有一句话与大家共勉：一个人只要努力过，或许并不会立刻看到回报，但在未来的日子里，一定会有一个时刻你会因它受益。最后希望我们的青年教师能在实验教学工作上有新的启发，在人才培养工作中有新的思考。,五、青年教师是实验教学师资队伍建设的关键,谢谢欢迎批评指正,
