胡峰　周金鵬　王省書

[摘 要]實(shí)驗(yàn)教學(xué)在創(chuàng)新型人才培養(yǎng)中具有重要的地位和作用?！按蟊妱?chuàng)業(yè)、萬眾創(chuàng)新”的新形勢對創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)提出了更高的要求。實(shí)驗(yàn)教學(xué)是培養(yǎng)高素質(zhì)創(chuàng)新型人才的必要環(huán)節(jié)。當(dāng)前的高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)遠(yuǎn)不能承擔(dān)起培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的任務(wù)，需要進(jìn)行進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革。只有積極借鑒國外著名高校在實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)的優(yōu)勢和特色，努力探討科學(xué)有效的實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革路徑，切實(shí)加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)在培養(yǎng)學(xué)生綜合能力中的地位，真正提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量，才能體現(xiàn)出實(shí)驗(yàn)教學(xué)應(yīng)有的作用和價(jià)值。

[關(guān)鍵詞]實(shí)驗(yàn)教學(xué)；麻省理工學(xué)院；教學(xué)改革；綜合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)

[中圖分類號] G64 [文獻(xiàn)標(biāo)識碼] A [文章編號] 2095-3437（2017）03-0071-03

隨著互聯(lián)網(wǎng)教育技術(shù)的發(fā)展以及全球化教育的盛行，中國高等教育正經(jīng)歷新一輪的教育教學(xué)改革。各個(gè)高校都在就如何推進(jìn)大學(xué)教學(xué)改革，提高人才培養(yǎng)質(zhì)量進(jìn)行探討。在教學(xué)改革環(huán)節(jié)中，實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革是其重要的組成部分。相對于純粹的課程教學(xué)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)可以增強(qiáng)學(xué)生對科學(xué)規(guī)律的感性認(rèn)識，提高其實(shí)踐動(dòng)手能力，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和思維以及綜合素質(zhì)。另外，生動(dòng)直觀的實(shí)驗(yàn)教學(xué)還可以激起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和積極性，有助于團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力的培養(yǎng)。鑒于實(shí)驗(yàn)教學(xué)在學(xué)生綜合能力素質(zhì)培養(yǎng)過程中的重要地位，國內(nèi)外各所高校都十分重視實(shí)驗(yàn)教學(xué)。

國外著名院校經(jīng)過多輪教學(xué)改革，已形成了自己的實(shí)驗(yàn)教學(xué)特色，而我國高校的實(shí)驗(yàn)教學(xué)正處于發(fā)展完善之中，實(shí)驗(yàn)教學(xué)中還存在較多的問題需要解決。首先，演示型、原理驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)仍占據(jù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的主導(dǎo)地位，在培養(yǎng)學(xué)生的綜合設(shè)計(jì)能力和創(chuàng)新思維能力上存在較大欠缺。第二，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容陳舊，未根據(jù)科學(xué)知識的發(fā)展規(guī)律及科技前沿及時(shí)更新相關(guān)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。第三，綜合設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)開設(shè)比例較低，多數(shù)實(shí)驗(yàn)仍屬于規(guī)定具體實(shí)驗(yàn)步驟的普通實(shí)驗(yàn)，不僅限制了學(xué)生的思維，而且降低了學(xué)生的主動(dòng)參與性。學(xué)生往往把實(shí)驗(yàn)當(dāng)成一種任務(wù)來完成，而沒有積極思考實(shí)驗(yàn)的目的、原理以及實(shí)驗(yàn)方法，因此，實(shí)驗(yàn)教學(xué)未對學(xué)生起到應(yīng)有的培訓(xùn)和訓(xùn)練目的。

為了解決目前我國高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的一些問題，積極探討科學(xué)有效的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式已迫在眉睫。國外著名高校成熟的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式可以為我們探討實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革起到引領(lǐng)作用和借鑒作用。本文擬以美國麻省理工學(xué)院現(xiàn)代光學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式為例，探討其對我國高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的啟示。

一、MIT實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式

（一）實(shí)驗(yàn)課程概述

MIT現(xiàn)代光學(xué)實(shí)驗(yàn)課程提供了實(shí)驗(yàn)室光學(xué)、光學(xué)原理、光學(xué)設(shè)備及光學(xué)系統(tǒng)的詳細(xì)介紹，內(nèi)容包括光的偏振特性、反射和折射、干涉、夫瑯和費(fèi)和菲涅爾衍射、全息、光學(xué)成像、透鏡的變換特性、空間濾波、雙透鏡相干光學(xué)處理器、材料的光學(xué)特性、激光、電光、聲光、液晶光調(diào)制器、光學(xué)探測器、光波導(dǎo)以及光纖通信系統(tǒng)等。

多數(shù)光學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)將涉及平時(shí)課程所學(xué)的理論和器件，課程的目標(biāo)是通過手把手的課堂學(xué)習(xí)和動(dòng)手實(shí)踐，再輔以相應(yīng)的問題解答和最終的綜合實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，幫助學(xué)生深入理解和掌握現(xiàn)代光學(xué)設(shè)備與系統(tǒng)的基本原理、設(shè)計(jì)理念。綜合實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)有12個(gè)備選項(xiàng)目，學(xué)生可以在此基礎(chǔ)上選擇適合自己的設(shè)計(jì)項(xiàng)目。

（二）實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)

MIT現(xiàn)代光學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)包括理論授課、實(shí)驗(yàn)室訓(xùn)練、作業(yè)、課程考試以及綜合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)等。

1.理論授課

頭8周每周安排2次理論教學(xué)（每次1.5小時(shí)），1次實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練（每次3小時(shí)）。頭幾周的理論教學(xué)主要是回顧經(jīng)典光學(xué)、光電子和量子電子中涉及的基本原理和概念，剩余幾周的理論教學(xué)主要講解現(xiàn)代光學(xué)中涉及的主要科學(xué)問題。由于本門課程屬于實(shí)驗(yàn)課程，因此不會(huì)講授詳細(xì)的理論，而是給學(xué)生提供足夠的實(shí)驗(yàn)背景及具體的實(shí)驗(yàn)感知。

2.實(shí)驗(yàn)室訓(xùn)練

總共有7個(gè)短的實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練項(xiàng)目，內(nèi)容涉及基本的實(shí)驗(yàn)室訓(xùn)練，這些實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練跟基本的光學(xué)和量子現(xiàn)象的測量與觀察有關(guān)。每個(gè)實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練項(xiàng)目包括實(shí)驗(yàn)前練習(xí)（實(shí)驗(yàn)前完成）和幾個(gè)圍繞同一主題的實(shí)驗(yàn)，目的是鞏固理論教學(xué)所學(xué)內(nèi)容，每個(gè)實(shí)驗(yàn)完成一周后，需要上交實(shí)驗(yàn)報(bào)告。

3.作業(yè)

實(shí)驗(yàn)作業(yè)包括實(shí)驗(yàn)前預(yù)習(xí)作業(yè)和實(shí)驗(yàn)課后作業(yè)，布置作業(yè)的目的是鼓勵(lì)學(xué)生進(jìn)行課外閱讀，從而加強(qiáng)對基本知識的掌握。每周會(huì)安排一套課后作業(yè)，一周之后上交。

4.課程考試

本門課程共安排2次課程考試，每次考試時(shí)長1.5小時(shí)，考試內(nèi)容包括理論授課、實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練和作業(yè)中涉及的思想與觀點(diǎn)，目的是測試學(xué)生對基本理論的理解和運(yùn)用。學(xué)生不應(yīng)該對這些測試有任何壓力，只要按時(shí)上課，參加實(shí)驗(yàn)，完成課后作業(yè)，考試都不成問題?？荚囶}目有短問答題，目的是測試學(xué)生基本的光學(xué)理論和光學(xué)實(shí)驗(yàn)知識。考試分?jǐn)?shù)占20%。

5.綜合實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

為了確保所有的綜合設(shè)計(jì)題目在難度和時(shí)間花費(fèi)上盡可能公平，實(shí)驗(yàn)課程提供了幾個(gè)可選的設(shè)計(jì)題目，學(xué)生可以隨時(shí)開始最后的綜合實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)工作，避免期末的完成壓力。指導(dǎo)老師會(huì)提供必要的實(shí)驗(yàn)設(shè)備和技術(shù)幫助，以確保對學(xué)生真正起到教育鍛煉作用。另外，學(xué)生也可以選擇自己感興趣的課題。學(xué)生完成綜合實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)后，需要上交一份書面設(shè)計(jì)報(bào)告，篇幅約15-30頁（4A紙，5號字太長的報(bào)告需要進(jìn)一步精簡濃縮），最后按小組參加口頭答辯，陳述自己的實(shí)驗(yàn)工作。在綜合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)開始之前，會(huì)要求學(xué)生通過調(diào)研提出可行的實(shí)驗(yàn)方案，并以書面形式上交指導(dǎo)老師。

二、實(shí)驗(yàn)教學(xué)啟示

（一）注重系統(tǒng)性、綜合性訓(xùn)練

在MIT開設(shè)的實(shí)驗(yàn)課中，教學(xué)環(huán)節(jié)包括理論講授、實(shí)驗(yàn)室訓(xùn)練、作業(yè)、課程考試以及綜合實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)等。其中，理論講授部分不同于普通的課程授課，在實(shí)驗(yàn)課中進(jìn)行的理論講授主要是后續(xù)實(shí)驗(yàn)需要用到的知識點(diǎn)，一方面是對之前課堂所學(xué)知識的回顧，另一方面是讓學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)有一定的基礎(chǔ)，減少其盲目性。實(shí)驗(yàn)課中的理論講授不以傳授理論知識為目的，它更注重運(yùn)用知識解決實(shí)際問題的能力。另外，在理論教學(xué)環(huán)節(jié)還會(huì)講授基本的實(shí)驗(yàn)技能、常用實(shí)驗(yàn)方法、實(shí)驗(yàn)設(shè)備使用、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采集、實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)測試、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析等實(shí)驗(yàn)技能，使學(xué)生在正式實(shí)驗(yàn)之前擁有必備的實(shí)驗(yàn)知識和技能，為其開展實(shí)驗(yàn)打下良好基礎(chǔ)。實(shí)驗(yàn)室訓(xùn)練部分主要是讓學(xué)生進(jìn)行熱身性質(zhì)的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練，目的是訓(xùn)練學(xué)生使用常用實(shí)驗(yàn)設(shè)備的技能、實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)搭建和調(diào)試技能、數(shù)據(jù)采集和分析技能等，增強(qiáng)學(xué)生對前述理論講授知識的掌握，為后續(xù)綜合性實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。實(shí)驗(yàn)作業(yè)包括實(shí)驗(yàn)前預(yù)習(xí)作業(yè)和實(shí)驗(yàn)后思考作業(yè)，作業(yè)設(shè)置的目的是督促學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)前預(yù)習(xí)和實(shí)驗(yàn)后理解消化，減少學(xué)生實(shí)驗(yàn)中的盲目做法，提高實(shí)驗(yàn)效率和效果。課程考試主要是考核學(xué)生對實(shí)驗(yàn)課中所學(xué)的基本知識和實(shí)驗(yàn)技能的掌握，對有關(guān)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的解釋等，一方面檢驗(yàn)學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，另一方面檢驗(yàn)授課教師的授課效果，為以后進(jìn)一步改進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)提供參考。

從MIT實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)可以看出，其非常重視實(shí)驗(yàn)課的系統(tǒng)性和綜合性訓(xùn)練，既有理論知識和基本實(shí)驗(yàn)技能的講授，又有實(shí)踐鍛煉；既有基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)，也有綜合性設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，中間摻雜作業(yè)和考核，可以說是全方位地系統(tǒng)性地訓(xùn)練學(xué)生。實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)的安排遵循從理論到實(shí)踐，由淺入深，由零件到系統(tǒng)，循序漸進(jìn)的教學(xué)思路。而目前我國高校的實(shí)驗(yàn)教學(xué)普遍是把理論與實(shí)踐分離、基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)與綜合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)分離，缺乏對學(xué)生的系統(tǒng)性訓(xùn)練，學(xué)生獲得的訓(xùn)練和知識比較零散。為此，我們可以借鑒MIT的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，注重對學(xué)生的系統(tǒng)性、綜合性訓(xùn)練，增強(qiáng)學(xué)生獲取知識的完整性和運(yùn)用能力。

（二）注重綜合設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)開設(shè)

在MIT實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，綜合設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)占實(shí)驗(yàn)總學(xué)時(shí)的2/3以上，可見其對綜合設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)的重視程度。不同于普通基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)，綜合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)可以實(shí)現(xiàn)對學(xué)生的綜合訓(xùn)練，因?yàn)榫C合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)過程跟科學(xué)與工程研究過程一致，包括實(shí)驗(yàn)題目選擇、文獻(xiàn)調(diào)研、實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)搭建、系統(tǒng)調(diào)試、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采集、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析、實(shí)驗(yàn)總結(jié)報(bào)告撰寫以及口頭答辯等環(huán)節(jié)。因此，一個(gè)完整的綜合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)可以理解為一次科學(xué)研究過程，相當(dāng)于對學(xué)生提前進(jìn)行科學(xué)研究訓(xùn)練。在綜合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)過程中，沒有限制具體的實(shí)驗(yàn)方案和方法，學(xué)生可以自由發(fā)揮，它鍛煉了學(xué)生的文獻(xiàn)檢索能力、實(shí)踐動(dòng)手能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力、寫作能力、口頭表達(dá)能力、分析問題解決問題的能力以及學(xué)生的創(chuàng)新思維。這些能力無論是今后繼續(xù)從事科學(xué)研究還是企業(yè)工作都是至關(guān)重要的。反觀我國高校，目前普遍存在綜合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)在整個(gè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)所占比重偏弱的問題，一定程度上阻礙了創(chuàng)新人才的培養(yǎng)。因此，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革上，需要加大綜合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的比重。

（三）強(qiáng)調(diào)基本實(shí)驗(yàn)技能的訓(xùn)練

基本實(shí)驗(yàn)技能包括實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力、設(shè)備操作能力、系統(tǒng)搭建能力、器件選取能力、系統(tǒng)調(diào)試能力以及數(shù)據(jù)采集和分析能力等。這些基本實(shí)驗(yàn)技能是從事科學(xué)研究的必備技能，也是產(chǎn)品研發(fā)人員要求掌握的技能。這些能力的獲得單純依靠課程講授是無法完成的，必須在實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)。MIT的實(shí)驗(yàn)教學(xué)無論是在實(shí)驗(yàn)室訓(xùn)練環(huán)節(jié)還是在最后的綜合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，都特別強(qiáng)調(diào)基本實(shí)驗(yàn)技能的訓(xùn)練。我們在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革時(shí)，應(yīng)該大幅壓縮演示型、驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)的比重，因?yàn)檫@些實(shí)驗(yàn)并不能全面訓(xùn)練學(xué)生的基本實(shí)驗(yàn)技能，學(xué)生得到的只是單純的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，而對其中的實(shí)驗(yàn)原理和步驟沒有真正理解與掌握。

（四）注重培養(yǎng)學(xué)生的綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力

經(jīng)過MIT完整的實(shí)驗(yàn)過程訓(xùn)練之后，學(xué)生無論是在系統(tǒng)設(shè)計(jì)上，還是在學(xué)術(shù)寫作和表達(dá)交流上，甚至在團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神上，都得到了全面的訓(xùn)練和提高，學(xué)生的綜合素質(zhì)和科學(xué)素養(yǎng)得到了進(jìn)一步加強(qiáng)。另外，MIT多數(shù)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容并沒有限制具體的固定的實(shí)驗(yàn)方案和步驟，學(xué)生可以充分發(fā)揮自己的想象力，提出不同的解決實(shí)際問題的方案，然后再通過對不同實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行對比分析和交流，極大地開闊了學(xué)生的眼界，進(jìn)一步激發(fā)了學(xué)生的思維活躍度。我們在實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)，應(yīng)該想方設(shè)法開設(shè)開放性的實(shí)驗(yàn)，不要把具體的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和步驟限制得過于死板，應(yīng)努力提高學(xué)生的參與度和實(shí)驗(yàn)主動(dòng)性。

（五）強(qiáng)調(diào)多種教學(xué)方式融合

為了對學(xué)生進(jìn)行全方位的綜合訓(xùn)練，加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果，MIT實(shí)驗(yàn)課實(shí)行多種教學(xué)方式相結(jié)合，既有理論教學(xué)和基本的實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練，又有綜合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)以及作業(yè)和考核環(huán)節(jié)。不同教學(xué)方式的結(jié)合，極大激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和積極性。同時(shí)，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容靈活多樣，學(xué)生不會(huì)感到實(shí)驗(yàn)課程枯燥，而是感受到實(shí)驗(yàn)課帶給他們的成就感和滿足感。因此，我們在實(shí)驗(yàn)教學(xué)上，也應(yīng)該采用不同的教學(xué)方式，實(shí)現(xiàn)教學(xué)方式多樣化，尤其是可以嘗試加入互聯(lián)網(wǎng)+的思想，把現(xiàn)代教育技術(shù)融入實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)，在訓(xùn)練實(shí)驗(yàn)技能的同時(shí)，增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)課程的趣味性和可操作性。

三、結(jié)語

“大眾創(chuàng)業(yè)、萬眾創(chuàng)新”的新形勢，對創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)提出了更高的要求。實(shí)驗(yàn)教學(xué)是培養(yǎng)高素質(zhì)創(chuàng)新型人才的必要環(huán)節(jié)。當(dāng)前的高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)遠(yuǎn)不能承擔(dān)起培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的任務(wù)，需要進(jìn)行進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革。只有積極借鑒國外著名高校在實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)的優(yōu)勢和特色，努力探討科學(xué)有效的實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革路徑，切實(shí)加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)在培養(yǎng)學(xué)生綜合能力中的地位，真正提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量，才能體現(xiàn)出實(shí)驗(yàn)教學(xué)應(yīng)有的作用和價(jià)值。

[ 參 考 文 獻(xiàn) ]

[1] 張學(xué)軍，王瑣萍.全面改革實(shí)驗(yàn)教學(xué) 培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2005（1）.

[2] 曾衛(wèi)東，張橋.深化實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革，促進(jìn)創(chuàng)新能力的培養(yǎng)[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2005（4）.

[3] 許華，朱敏杰，李志鵬.學(xué)科交叉與研學(xué)結(jié)合開展研究型實(shí)驗(yàn)的探索[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2016（5）.

[4] 王育紅，沈?yàn)槊?，余向東，等.注重學(xué)生個(gè)性發(fā)揮的綜合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)改革[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào)，2012（5）.

[5] 高偉，張秀梅.開設(shè)綜合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn) 培養(yǎng)創(chuàng)新型人才[J].廣州化工，2013（5）.

[責(zé)任編輯：鐘 嵐]