高等学校开放式创新性实验教学研究与实践

高等学校开放式创新性实验教学研究与实践

一、项目基础

教育部教高［2001］4号文件《关于加强高等学校本科教学工作，提高教学质量的若干意见》明确指出，要进一步加强实践教学，注重学生创新精神和实践能力的培养。［2005］1号文件《关于进一步加强高等学校本科教学工作的若干意见》进一步强调，高等学校要强化实践育人的意识，区别不同学科对实践教学的要求，合理制定实践教学方案，完善实践教学体系。要不断改革实践教学内容，改进实践教学方法。通过政策引导，吸引高水平教师从事实践环节教学工作。要加强产学研合作教育，加强各种形式的实践教学基地和实验室建设。研究型大学作为高素质人才的培养主体，正越来越重视本科实验教学，重视知识、能力和素质的综合训练，重视创新人才的培养。近年来，各高校不断完善本科人才培养方案，压缩课内、增加课外，减少必修课、增加选修课，增加课外创新实践学分。很多高校已开始推广大学生科研训练计划，以学生为主体设计课题，组织团队，研究场所涉及实验室内外、校内校外，研究内容涉及课程内外。这一活动形式比较好地贯彻了学生自主学习的理念，培养了学生的相互沟通能力和团队合作精神。美国各研究型大学普遍重视学生创新能力的培养，已将教学重点从过去知识的传授转移到了以研究、探索为基础的教学模式上来。积极开展各项课内外活动，为学生的创新活动创造条件。如麻省理工学院坚持“理工与人文相通，博学与专精兼取，教学与实践并重”的办学理念，学生活动中心在每年一月份提供500多个实验项目，让学生自由选择，每学期有1 800名本科生参加研究活动，激发了学习热情，提高了学习技能，培养了对科研的兴趣。这种让学生在活动中获得成就感的认识和做法，形成麻省理工学院重实践的办学特点。

近年来，加强大学生实践能力的培养越来越引起国内外高校的重视，分层次的实验教学框架体系对本科人才培养的重要作用得到普遍认同。目前，实验教学体系的建设已经逐步从框架体系的构建过渡到组成体系的基本要素的内涵建设。如实验教学示范中心建设、精品课程建设等。先进的实验教学管理手段越来越丰富。综合实验、创新型实验、仪器设备、课件等优质资源不断开发成功与投入使用。这些成果的产生与应用，正在逐步改善适应创新人才培养的实践教学环境，大学师生们亦越来越重视实验与创新实践。

然而，无论从课程体系，还是从实验硬件资源方面来看，我国高校本科人才培养的实验教学体系还不够完整、系统。我们的实验教学在深层次开放方面坚持得还不够。

东南大学在实验教学改革方面，积极组织教师勇于探索，不断创新。自2000年以来，承担并完成了实验教学改革课题40多项，其中主持省、部级以上课题12项，列举如下。

1.“高等工程教育的实验与工程实践教学体系改革的研究与实践”，教育部面向21世纪教改课题，1997—2001

2.“工科物理理论课与实验课的整体优化”，教育部新世纪教改工程课题，2000—2004

3.“理工科教育创新人才成长环境的研究”，教育部新世纪教改工程课题，2000—2004

4.“土建类专业工程素质和实践能力培养的研究与实践”，教育部新世纪教改工程课题，2000—2004

5.“电工电子基础课实验教学示范中心建设标准”，教育部新世纪教改工程课题，2000—2004

6.“国家实验教学示范中心评审指标体系研制”，教育部项目，2004—2005（与浙江大学等学校共同承担）

7.“国家实验教学示范中心网络平台框架体系研究”，教育部项目，2004—2005（与北京大学等高校共同承担）

8.“高等工程教育实验、工程实践教学体系改革的研究与实践”，江苏省面向21世纪教改课题进一步重点项目，1997—2001

9.“工科大学物理（含实验）教学内容课程体系和教学方法教学手段整体改革”，江苏省面向21世纪教改课题进一步重点项目，1997—2001

10.“构建立体化、多层次、开放式的工科大学生实践教学与自主研学平台”，江苏省教学改革重中之重项目，2005—2007

11.“医学院校实验室体制改革研究”，江苏省面向21世纪教改课题重点项目，1997—2001

12.“加强大学生实践能力培养的研究”，江苏省新世纪教改工程课题，2001—2004

通过这些实验教学改革项目的研究与实践，我们在实验教学体系与教学内容建设、教学方法与教学手段改革、实验队伍建设、开放管理模式、实验设备与环境等方面均取得了可喜的成绩，标志性成果包括国家教学成果一等奖1项、二等奖5项，省级教学成果奖多项，列举如下。

国家教学成果一等奖:

1.“土建类专业工程素质和实践能力培养的研究与实践”，2005

国家教学成果二等奖:

2.“计算机硬件应用系统实验教学改革的研究与实践”，2001

3.“国家电工电子工科基础课程教学基地的建设”，2005

4.“营造培养电子信息类创新人才的综合实践环境”，2005

5.“深化机械设计课程体系改革，强化学生实践能力培养”，2005

6.“建设一流的工程基础训练基地”，2001

江苏省教学成果奖（主要）:

7.“大学物理（含实验）教学内容与教学体系的改革与实践”，江苏省教学成果特等奖，2004

8.“理工科教育创新人才成长环境的研究与实践”，江苏省教学成果一等奖，2004

9.“高等工程教育实验与工程实践教学体系改革的研究与实践”，江苏省教学成果二等奖，2000

10.“电工电子系列实践课程改革”，江苏省教学成果二等奖，2000

11.“大学物理实验网络课程”，江苏省多媒体课件竞赛一等奖，2000

国家精品实验课程:

12.“电工电子实践课程”，2004

省级优秀实验课程:

13.“机电基础实践”，江苏省一类优秀课程，2002

14.“电工电子实践课程群”，江苏省优秀课程群，2002

15.“大学物理实验”，江苏省精品课程，正申报国家精品课程，2005

通过以上实验教学成果的取得，更新了人才培养的载体。东南大学在制定本科人才培养方案时，优化理论课程教学，整合实验教学内容，构建了明确系统、贯穿于学习过程始终的实验教学体系。新体系增加柔性，由课内拓展到课外，强化自主研学，有利于学生个性发展，让优秀学生脱颖而出。这些项目的研究和成果的取得，为我们开展“开放式创新性实验教学的研究与实践”的课题研究积累丰厚的基础。

二、项目研究思路及主要内容

1.项目研究思路

过去，高校以教师教学为中心的实验教学注重培养学生基本理论、基本知识、基本技能以及分析问题和解决问题的能力。现在，以教师为主导、学生为主体，以培养创新人才为目标的实验教学，应注重培养学生的基本理论、基本知识、基本技能、基本思维和基本能力。其中，基本思维包括正向思维、反向思维和批判性思维；基本能力包括学生发现问题、提出问题、分析问题和解决问题的能力。因此，基本理论、基本知识、基本方法、基本思维、基本能力（简称“五基”）是创新人才创新能力的基本组成要素，在传统“三基”教学的基础上，强化学生基本思维和基本能力的培养是创新性实验教学的基本特征，现代大学教学应是“理论教学、实验（实践）教学、自主研学三元一体”，实验教学的改革离不开理论教学和自主研学。实验教学改革既要顺应通识教育基础上的宽口径专业培养模式，建立知识新、重心低、面向宽的创新性教学体系，又要遵循在严格基本要求基础上引导学生个性发展的柔性化培养模式，实现以人为本和全面开放，突出因材施教和自主研学。具体来说，高校开放式创新性实验教学的研究与实践应遵循以下研究思路。

（1）在体系建设方面，开放式创新性实验教学改革要求我们重新认识本科人才培养体系中理论教学与实验教学环节在创新人才培养中的重要作用，从创新人才创新能力的基本组成要素出发，加强实验教学的内涵建设，并处理好实验教学内容的经典与现代、基础与应用的关系。

（2）在开放模式方面，开放式创新性实验教学改革要求实验教学体系必须增加柔性，实验教学体系建设必须将实验教学由课内拓展到课外，强调体系的立体化、多层次、开放式，强化学生自主研学，培养学生的个性。

（3）在硬件建设方面，开放式创新性实验教学改革要求本科生实验和研究生实验的接轨，强化专业实验室的建设，实现本科生专业实验室和研究生实验室资源共享，为学生的实验教学、自主研学以及跨年级组队的合作性学习建设优质完备的硬件平台。

（4）在队伍建设方面，开放式创新性实验教学改革要求教学活动以学生为主体、以教师为主导，必须构建核心骨干相对稳定、结构多元的实验教学与自主研学指导团队。

（5）在管理模式方面，开放式创新性实验教学改革必须更新教育管理理念，要求实验教学与自主研学管理充分利用现代教育技术手段实现完全开放，凸显网络平台的支撑作用。同时，必须构建适应开放式创新性实验教学的质量保障与评估体系。

2.项目研究主要内容

（1）以强化学生创新能力基本组成要素的训练为核心，探索按“3＋2”模式构建高校立体化、多层次的开放式创新性实验教学新体系。

①三个层次的课内实验教学体系

体系第一层次:建立学科知识的初步概念，激励学生发现问题和提出问题，培养学生基本思维能力和创新萌动。

体系第二层次:深化基础科学原理课程的实验、专业基础实验课程体系改革，注重培养学生积累基本理论、掌握基本知识、提高基本技能的能力，同时强化学生基本思维能力的训练。

体系第三层次:通过专业课程实验、课程设计、毕业论文研究等综合实践环节培养学生分析问题、解决问题的能力，让学生体会自身知识、能力如何在科学研究和工程实践中得到应用与发挥，实现学以致用并达到创新的高度。

通过以上三个层次的教学体系的建设，实现大学实验教学的四年贯通。同时在体系的建设中，注重以下三个方面的改革、研究与创新。

第一，注重组成体系的基本单元——实验课程的教学改革。通过实验课程教学内容与科研、工程、社会应用实践的密切联系，实现基础与前沿、经典与现代的有机结合，改造传统的实验教学内容和实验技术方法，从而凝集一批内容新颖、构思巧妙、技术先进、方法灵活的实验项目，让学生了解技术进步与发展动向。

第二，对综合性、设计性、研究性实验的内涵和特征进行研究。通过研究，为准确地理解界定从而有效地实施综合性、设计性、研究性实验，推进实验教学改革，着力培养学生综合实践能力，培养学生的创新意识和创新能力提供基本依据。

第三，创建新型实验课程——实验研讨课。课题将对研讨班的教学对象、教学目标、教学方式、教学内容的确定进行研究，促进学科前沿与实验教学的紧密结合，并选择部分课程进行实践。

②校级、院（系）级两个层次的大学生课外实验教学体系

课外实验教学的基本形式包括大学生在实验室参加自主创新活动和学科竞赛等，是大学生自主研学的一种切实可行的模式。实验室创新活动包括实验课题研究、实验论文撰写、实验作品研制等，鼓励学生自主提出课题、自主设计课题、自主研究与探索、本研结合、跨年级跨学科组队。通过课外实验教学体系的建设拓展高校传统的以课内教学为主的实验教学体系，深化实验室的开放，并建立切实可行的课外实验教学体系的校、院（系）两级管理模式。

（2）按“3＋1”模式构建本研共享的实验教学硬件资源平台。

①和谐构建由公共基础、大类学科基础、专业三个层次组成的完整系统和本研共享的实验教学硬件平台。

第一层次:构建全校共享的公共基础实验平台，建立平台面向全校开放共享的机制。

第二层次:构建大类学科共享的学科基础实验平台，建立平台面向大类学科及全校开放共享的机制。

第三层次:构建本科生和研究生共享学科专业实验平台，探索校、院（系）共建模式，建立面向学科及全校共享的机制。

②网络构建校内大型仪器共享管理平台，实现学科层次的硬件优质资源面向大学生课内实验教学和课外自主实验训练开放。

对网络集成学校国家实验室、国家重点实验室、部省重点实验室（含工程中心和国防实验室）、学校有关核心实验室（如分析测试中心）的大型仪器设备，实现状态监控、用户预约，建立其面向本科生实验教学与自主研学跨学科开放共享的机制，构建校内大型仪器优质资源共享平台，实现学科层次的硬件优质资源面向大学生课内外实验教学开放。

按上述“3＋1”模式构建本研共享的实验教学硬件资源平台，完善高校开展创新性实验教学的硬件环境。

（3）构建实验教学的课内外多元化开放模式。

①课内（课程计划实验学时）开放模式

项目内容部分开放

研究同一实验项目按不同层次的教学要求编排实验内容，从而适应同一年级不同能力的学生的实验教学要求的教学模式，组织相关实验课程开发此类实验项目，使因材施教的实验教学从对少数学生的试点阶段过渡到全体学生收益阶段，使优秀学生脱颖而出。

已有项目完全开放

在课程计划实验学时内，实验室已有实验项目开放，学生自选（此部分开放模式已经成熟，已被大多数高校的实验教学所采用）。

学生自带项目开放

在课程计划实验学时内，探索学生自带项目进入实验室从事自主实验学习的开放管理模式，包括实验项目的审定、实验过程管理等。由此推动学生在进行实验训练的同时参加实验教学改革、项目建设与实验室建设，实现实验室建设与学生的自主研学相结合。

②课外开放模式

已有项目完全开放

研究实验室已有实验项目教学计划外开放的政策保证机制和公共基础实验课程实验项目的特点，列出适应不同专业的选择实验项目菜单，组织灵活专业适应的模块化开放教学，以开设实验教学选修课等方式，促进实验教学资源效益的最大化。

创新立项形式开放

构建校、院（系）逻辑意义上的两级创新实验室体系，探索多渠道的创新立项经费保证机制，建立创新立项实验训练的过程管理模式，鼓励教师的科研项目纳入实验教学项目，鼓励学生自带项目进实验室研究。

（4）开放式创新性实验教学的网络管理模式研究。

①设计实验教学网络开放平台框架体系，拓展实验教学资源，该体系包括以下三个系统。

实验教学网络资源系统（含网络助学与实时指导子系统、仿真实验子系统、实验知识拓展子系统、仪器资料库子系统等）；

实验教学网络开放管理系统（含实验选课管理子系统、学生实验技能测评子系统、师生互动教学子系统、学生评教子系统、设备管理子系统等）；

实验创新立项项目管理系统（含项目指南征集、项目申报、项目评审、项目组织实施、项目结题等过程管理）。

②研制有关实验教学网络资源建设的开发平台并推广，选择实验中心或实验课程试点进行网络开放平台的内涵建设。

③探索利用网络资源与管理系统实现实验教学全过程网络管理的模式，利用网络平台，创新实验教学的开放教学指导方式，提高实验教学效益。

（5）学科综合性实验教学改革与实验室建设研究。

以实验教学为切入点，整合优化学科理论教学内容与实验教学内容，通过打破每一分支学科自身的系统性、完整性，追求科学技术的综合性与整体性来实现学科实验教学内容的整体优化，探索学科综合性实验课程的设置模式，强化学科知识融会贯通的综合性实验教学，提高学科实验教学与理论教学的整体效益。并由此促进实验资源的开放共享，推进学科综合实验室的建设。

（6）适应开放式创新性实验教学改革与建设的队伍建设模式研究。

探索运行高效的管理模式与运行机制，鼓励高水平教师投入实验教学与自主研学的教学指导与管理工作。建设核心骨干相对稳定，专职、兼职与聘用结合，实验与理论教学相通，教学、科研、技术兼容，结构合理的实验教学队伍建设模式。创新实验教学队伍参与教学改革、科研实验和新知识新技术更新的培训制度。在实验教学中，开展实行优秀学生导师制和实验创新立项导师制的实践。

（7）开放式创新性实验教学质量评价体系研究。

系统研究实验教学理念与改革思路、实验教学体系与教学内容、实验教学方法与教学手段、实验教学队伍、实验室设备与环境、实验教学管理模式等方面对创新人才能力要素训练的作用，科学合理地研制高等学校开放式创新性实验教学质量评价体系，并对校内有关实验教学单位进行试点评价。

三、项目团队

项目负责人:郑家茂教授，博士，东南大学副校长

项目团队主要成员如下表: