设计性实验分类及其教学过程规范化的思考

1设计性实验分类及其教学过程规范化的思考宋卫星（陕西理工学院，陕西汉中723000）摘要：讨论了设计性实验可分为原理型设计性实验、制作型设计性实验、研究型设计性实验3种类型；提出了设计性实验规范化教学过程的几个步骤；强调了上好设计性实验课指导教师必须做到的几点要求。关键词：实验教学改革；设计性实验；实践能力；创新精神中图分类号：G642.0文献标识码：文章编号：随着高校实验教学改革的深入及本科教学工作水平评估的全面展开，实验教学已从过去单纯的验证性实验逐步发展到了综合性、设计性实验教学，从把实验当作已有理论的验证、加深对已有理论的理解、掌握基本操作技能，过渡到了把实验作为培养学生自主探索实践能力和创新精神的手段。为了与时俱进，培养出适合新时期发展所需要的创新型、实用型高素质的合格人才，在本科教学工作水平评估中取得优异成绩，我们对设计性实验的开展进行了大胆的探索和实践。通过探索与实践，我们体会到设计性实验教学过程的规范化对提高实验教学质量与效果来说是极为重要的。1设计性实验的分类设计性实验教学包括理论原理和教学两个方面。因此，设计性实验既要以实验原理为基础，还要以教学论思想为指导。教学目的是实验设计的出发点和归宿，任何一个教学实验，都有它特定的教学目的。根据教学目的、实验本身的性质及其过程特点，设计性实验可分为原理型设计性实验、制作型设计性实验、研究型设计性实验[3]。1.1原理型设计性实验原理型设计性实验，主要是针对某一实验题目，要求学生从原理上给出实验方法、步骤，所需仪器、必要的公式及推导、为减少误差而采取的措施等;或者让学生利用学过的基本原理设计一原理性实验装置，去验证或表现某一规律。因此，这类实验的教学性特别鲜明，其过程和结果一般是可以预期的。在实验过程中，学生用自己撰写的实验讲义进行实验，主观能动性能得到充分地调动，盲目操作大大减少，教学效果大大增强。在原理型设计性实验过程中，采用最佳的，尽可能合理、巧妙、别人没有想到的方案，即具有一定的创新性或新颖性是原理型设计性实验的关键所在，是学生综合运用理论知识能力的体现。1.2制作型设计性实验制作型设计性实验是依据一定的科学原理，设计并制作一实用装置，去实现某一特定目的。这类实验的系统性、实践性与实用性特别鲜明，而且实用性又是其重中之重。这类实验由指导老师提前向学生下达设计题目、性能要求和技术指标，学生根据要求，进行硬件和软件的设计，选定实验设备和器材，并进行具体的设计，写出安装、调试步骤等，然后进行实验制作，最后写出总结报告或设计说明书。在制作型设计性实验中，学生要巧妙地利用已有的知识，结合自己的综合技能，完成一个从无到有的实践过程。目前，由于毕业生就业压力越来越大，部分高年级学生已开始着手准备在今后竞争激烈的人才市场上展示自己；为就业作铺垫，他们不满足于单纯的教学实验，有着强烈的求知欲和实验制作愿望，期待尽快收稿日期:作者简介:宋卫星(1958--),男,河南孟州市人,陕西理工学院物理系高级实验师.2地掌握实用专业技术。因此，适当选择一些与实际应用相关的课题，一些中小企业的生产项目或自己设想的、新颖的实用项目作为制作型设计性实验，能够满足学生的求知愿望，提高专业进取心，培养创新意识和创新精神，锻炼他们的动手能力、实用技术开发能力。1.3研究型设计性实验研究型设计性实验就其目的来说，有时与原理型设计性实验有类似之处，从而具有一定的教学性。然而，研究型设计性实验教学的目的已由对已知知识的传授与验证变为引导学生探索未知，其任务常常是对某些未知规律或测试方法的探索研究。因而，探索性和研究性是研究型设计性实验的特点。在研究型设计性实验教学过程中，针对某一实验题目，学生要独立地从原理上设计出实验方案乃至合理的实验方法、步骤、所需仪器、必要的原理公式、为减少误差所应采取的措施等。要探索、研究某些未知规律或测试方法，需要一定的理论知识，并且有能力将这些理论知识和实验技术巧妙地结合起来。因此，研究型设计性实验是对学生综合运用理论知识能力、探索研究能力、实验技术水平的全面考查。2设计性实验的规范化教学过程设计性实验要求学生具有一定的基础知识、实验技能以及数据处理能力，对实验设备的功能、适用范围、操作方法等有一定程度的掌握。因此，应在先开设验证性实验的基础上再进行设计性实验。经过几年的改革实践，我们认为设计性实验教学应按以下几个步骤进行[4][5]。1）确定设计性实验题目设计性实验是学生利用所学理论指导实践的过程，应该密切结合专业实际，使课题具有启发性、趣味性和实用性，设计性实验的题目既可以由学生自选，也可以由指导教师向学生下达。设计题目不必过大，那些与专业科研方向相结合的设计性实验项目，可以开阔学生的视野，使学生对本专业所从事的研究方向和课题有所了解，增强学生对专业的兴趣和喜好，使学生的潜质得到充分的发挥。2）准备设计性实验题目确定之后，指导老师应立即向学生下达实验任务书，其内容主要是强调实验目的，明确设计的性能要求和主要技术指标，要求学生在实验前考虑实验中可能涉及的理论知识和实验原理，查找资料，需要的话还要自学相关知识，为下一步拟订实验方案，设计操作步骤等作好准备。3）拟订实验方案在广泛收集资料的基础上，按照实验目的和要求构思一种或多种可能的方案，然后加以整理，进一步具体化，写出初步的设计方案，包括：实验原理与实验方法；所需器件材料、仪器、设备；具体的实验步骤或各构成部分的设计；安装与测试方法、注意事项等。这时拟定的仅仅是实验方案的初稿。4）指导教师对学生实验方案的审阅、评价学生拟定的实验方案相当于实验讲义。一项实验方案，首先要经过指导教师的审阅，再几经修改、充实，然后才能付诸实验。实践中我们对学生制订的实验方案要进行两次审阅、评价。第一次审阅、评价：在学生制订出实验方案初稿后，指导教师要从实验方案的基本架构方面对学生实验方案初稿的各个环节进行认真地审核，肯定其正确、合理的方面，指出其不足片面之处，并提出意见供参考、改进。对学生的设计不宜过多干涉，要注意培养学生的独立思考和创造能力，鼓励学生大胆使用新方法，提出新思路，充分调动学生的积极性、主观能动性、创造性。教师对方案的指导作用是启发性的、方向性的、建议性的，为防止发生事故，对某些违反实验原理和基本操作规程的操作步骤要进行纠正，并给予特别提示；学生的实验方案初稿是学生学习态度真实的体现，是实验成绩评定的重要依据。对学生实验方案初稿审阅之后，教师要立即下发给学生，并督促其尽快修改、充实。第二次审阅、评价：经过修改、充实的学生实验方案已基本上成为设计的最终结果，它是学生实验方3案是否完美的体现，指导教师对实验方案进行评价是这一步骤的主要工作。除了对某些违反基本操作规程，有可能造成事故的操作步骤进行纠正之外，指导教师一般不再建议学生修改实验方案。5）设计性实验的教学过程设计性实验的操作过程与验证性实验不同。在实验过程中，学生是主体并起主导作用，他们会遇到许多问题，教师一般不直接回答和解决学生的问题，而是引导、解惑，启发、鼓励学生去大胆地思考和尝试，认真分析问题、找出解决问题的办法；让学生通过自己积极主动的思考，有所创新，有所发挥，敢于坚持自己认为正确的东西，实事求是地记录所测数据，取得实验的成功[6]。此外，学生的实验数据(元器件参数、必要的线路图、测量数据、信号波形参数等)应由指导教师签字并作为实验报告的附件，随实验报告一并上交，学生在实验报告中应对实验数据进行整理。6）实验报告或设计说明书完成实验后，学生要对实验得到的数据和结果进行分析总结，得出实验结论，写出研究报告或设计说明书、展示成果。3设计性实验对指导教师的要求由于设计性实验的要求远高于基础实验，在设计性实验教学过程中，学生可能会问及很多相关问题，而且在实验操作过程中也会出现许多不可预期的情况，要指导学生完成设计性实验，对教师的相关知识及经验的储备都提出了更高的要求[6]。因此，设计性实验规范化教学过程的另一个关键环节就是教师的备课，教师要上好设计性实验课必须做到(1)备教材，教师根据实验内容认真钻研教学大纲，准备好与实验相关的知识，写出教案。(2)备学生，根据实验内容，结合学生不同层次的知识水平，有针对性地拟写出供学生预习用的思考题并在实验前一周布置。(3)备实验，在备教材、备学生的基础上，认真准备实验，使实验仪器等处于良好状态。(4)备教法，教学方法是处理教学内容，组织教学活动，实现教学目的的方法和手段。设计性实验过程与验证性实验不同，传统的讲授、示范加实验的方法显然不再适用，指导教师要考虑的是如何才能培养学生分析问题和解决问题的能力、自主探索的实践能力和创新精神等[7]。对于指导教师，从师德和教学责任心出发，应该坚决避免在实验教学中偷工减料，不允许学生直接拿着设计性实验方案的初稿来进行实验；更不能不负责任地为学生提供现成的实验方案，把设计性实验当作验证性实验来进行教学。结束语设计性实验适应当前教学改革的要求，能够满足学生的求知愿望，有利于学生创新意识和创新能力的培养，有利于学生的动手能力、实际应用能力和综合素质的提高。然而，我们还应该清楚地看到，设计性实验是新生事物，设计性实验教学过程还需要进一步规范，有许多问题还需要进一步探索、研究。参考文献(References)：[1]沈元华.设计性研究性物理实验教程[M].上海:复旦大学出版社,2004.[2]周鲜成.规范综合性、设计性实验教学的探索与研究[J].实验技术与管理,2007,24(7):103-105.[3]张自嘉,王文栓.对设计性实验的一些思考[J].大学物理,2000,19(2):35-37.[4]蓝军.设计性实验方案的设计初探[J].乐山师范学院学报,2006,21(12):39-41.[5]高艳阳,董培荣,王金霞.对设计性实验的认识与思考[J].实验技术与管理,2003,20(6):125-127.[6]丁红胜,董军军,吴平.综合性设计性实验的教学思路探讨[J].大学物理,2007,26(5):44-47.[7]孙彦清,宋卫星.大学物理实验规范化研究[J].陕西师范大学学报,1999,27(sup):133-135.4通信地址：陕西省汉中市朝阳路陕西理工学院物理系邮编：723000联系电话：[phone]电子邮件：[e-mail]尊敬的作者：您好！您给本刊投来的论文《设计性实验分类及其教学过程规范化的思考》已通过审阅，拟在2009年第一期《大众科技》期刊（总第113期）收录出版。《大众科技》月刊每月10日出版。出版后免费寄赠两本样刊给您。相关费用600元。开户：广西南宁市建行新竹中路支行户名：南宁大众科技杂志社帐号：45001604251059598899，或通过邮局汇款：广西南宁市新竹路20号南宁大众科技杂志社邮编：530022。(请在汇款单上写清楚第一作者姓名或论文名称，以方便查询。汇款截止日期(以作者当地邮戳为准)11月30日)。如有不妥，请您尽快与我们联系。联系人：唐津平。电话：[phone]（工作日：8.00—12.00、15.00—18.00）13878119212谢谢！《大众科技》编辑部2008年11月4日