創新研究性實驗教學的探索

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【關鍵詞】 創新研究性實驗；核技術應用；實驗教學；設計方案；實驗評價

一、引言

核技術應用實驗是核類相關專業的一門專業實驗課，是一門實踐性很強的學科。核技術應用實驗教學的目的是提高學生實踐、創新能力，[1]使學生在原有理論知識的基礎上建構真正的、有效的知識結構。[2]核技術應用實驗主要配合理論課的學習，把理論知識和實踐相結合，培養學生理論聯系實際、獨立分析問題，解決問題的科學實驗工作能力和正確判斷實驗結果的可靠程度及處理數據的能力，更好地掌握核技術實驗的方法和技術；培養學生嚴格的科學作風，為學生進行畢業論文與畢業后的科學實驗及研究工作打下基礎。核技術應用實驗是繼核輻射探測基礎實驗之后開設的應用性實驗。[3]學生已經具備了儀器使用操作的基本技能、方法，[4]掌握了實驗操作的基本流程、實驗數據處理方法。在此基礎上開設核技術應用實驗，有利于培養學生的綜合素質、創新能力，提高學生的科學素養，提升學生多元化素質。經過幾年的探索與實踐，本文重點介紹了將創新研究性實驗教學應用于核技術應用實驗中的實踐情況：實驗準備、實施、實驗報告形式、實驗評價等。

二、創新研究性實驗的重要性

傳統的核技術應用實驗通常是由驗證性實驗、綜合性實驗等項目組成，實驗指導老師先講解、演示操作，然后學生按要求參照實驗講義上設定的步驟完成實驗。這樣學生只是通過實驗來加深所渉理論知識的理解，學生綜合素質及創新能力無法得到培養。創新研究性實驗是學生應用所學理論知識，利用實驗室的儀器設備自主設計實驗方案，在實驗指導老師的指導下完成實驗。創新研究性實驗不僅培養了學生綜合分析問題、查閱資料、動手實踐、數據處理等方面的能力，[5-8]而且提高了學生自主學習、實踐中發現分析解決問題的能力和科學素養，提升了學生嚴謹務實、探索創新、團結協作的精神。[9-12]創新研究性實驗是對傳統性實驗的改革與補充，是符合現代社會的需求、符合技術革新和發展的要求，是符合培養多元化復合型人才的要求，順應了“新工科”背景下培養學生的目標，為學生順利與企業、研究所培育模式無縫接軌。

三、創新研究性實驗教學的實施

1、準備工作

（1）實驗指導老師。①提供相關資料。實驗指導老師根據實驗目的及實驗室的儀器設備情況，詳細列出實驗目的要求、儀器的名稱、使用說明、功能、注意事項等，并在實驗前發給學生。這樣能保證學生對實驗室的儀器設備的情況有所了解，并有利于學生根據實驗室的條件確定實驗方案、熟悉相關實驗原理及方法。②準備實驗儀器設備。實驗指導老師根據學生提交的實驗項目及方案，準備相關的儀器設備，并保證各設備能正常運行。③實驗室開放。實驗室開放是保證學生能自主完成創新研究性實驗的條件之一，有利于激發學生的潛能，有利于提高學生的自主學習能力及人才的個性化發展。[13,14]實驗室可在時間上和空間上為學生開放，學生可預約到實驗室熟悉儀器設備或進行預設計實驗，為學生設計創新研究性實驗項目摸索條件。開放期間，實驗指導老師需隨時解答學生的問題。[15]④評閱實驗方案。學生實驗項目及方案設計的情況反映了其對理論知識應用的靈活性、創新研究能力及準備工作是否做的充分。實驗指導老師需認真批改學生的實驗方案，并指導學生修改實驗方案，制訂出合理的實驗方案，保證學生能順利完成實驗。（2）學生。①熟悉實驗儀器設備。學生根據老師提供的儀器設備情況，熟悉設備的工作原理、使用方法、注意事項、查閱相關資料。必要時，學生可預約到實驗室熟悉儀器的使用方法或進行預設計實驗。②設計實驗方案。實驗方案能全面綜合反映學生的創新研究能力、理論知識應用能力、實驗技能、創新思維過程及書面表達能力。[16]學生根據實驗室的儀器設備情況及所學理論知識確定實驗項目，選擇相關儀器設備及實驗條件，設計實驗具體方案，畫出實驗原理圖，擬定實驗步驟，預測實驗現象及結果。

2、實施

根據實驗設計的方案和步驟獨立順利完成實驗是檢驗學生準備工作是否做的成分、創新研究能力強弱的關鍵。實施過程中，指導老師及學生需做到如下幾點：（1）指導老師。①強調儀器調試使用方法。學生在安裝調試儀器前，指導老師強調注意事項及儀器調試使用方法。學生安裝調試好儀器，需指導老師檢查后學生方可進行下一步實驗。②實驗過程。學生實驗過程中，指導老師應全程觀察、指導學生實驗操作。①觀察學生動手實踐能力。②根據實驗現象或數據提問，了解學生對知識的理解程度及創新意識。③指導老師向學生提問：若改變實驗條件，可能出現的實驗現象、實驗數據可能變化情況，并要求學生觀察記錄不同實驗條件下的實驗現象及實驗數據。④實驗過程中，學生不能解決的問題，指導老師及時給予指導解決。⑤對學生整個實驗過程作出詳細的記錄并給予評價。（2）學生。①安裝調試儀器。學生根據自己設計的實驗方案及原理圖連接安裝儀器設備，并調試，保證各元件設置的參數合理，且能正常工作。學生在安裝調試過程中出現的問題，學生之間互相討論解決，對于不能解決的問題，指導老師給予指導解決。②實驗操作。學生根據自己設計的方案及步驟獨立完成實驗。學生應認真仔細觀察實驗現象、記錄實驗數據，確保原始數據的可靠性。實驗過程中出現預料之外的現象或數據不合理的問題，認真細致思考、相互討論，查找原因并解決問題。③實驗現象及數據記錄。學生認真觀察實驗現象，并描述出其現象，記錄實驗的條件、各元件的參數及實驗數據，保證原始數據的可靠性。原始記錄需指導老師審閱簽字。

3、實驗報告

學生完成實驗后需撰寫實驗報告，實驗報告可以是傳統的報告形式提交，也可以是研究報告形式提交。傳統的實驗報告形式需包含以下內容：實驗目的、器材、設計方案、實驗原理及其原理圖、實驗步驟、注意事項、實驗條件、各元器件參數、實驗現象、原始數據、數據處理結果、誤差分析、結論。研究報告形式需包括以下內容：研究概述、研究內容與目的、創新性、設計方案、實驗原理及其原理圖、實驗現象及原始數據、數據處理方法、誤差分析、結論與建議。這樣既可以培養學生的綜合分析能力、邏輯歸納能力及書面表達能力，[17]也可以培養學生的科學素養，促進學生多元智能的發展。

4、實驗評價

創新研究性實驗成績的評價是否客觀、科學合理，直接關系到學生對創新研究性實驗的熱情及興趣、也是今后能持續開展下去的重要的一個環節，這樣對指導老師提出了更高的要求。指導老師需全程參與實驗項目中，對學生的任何一個實驗環節都必須了然于胸，并做出詳細記錄及評價。具體評價方法如下：（1）實驗前準備。這部分主要從以下幾方面來評價：設備熟悉程度、選擇的設備及實驗條件是否符合項目要求、實驗設計方案的合理性、實驗原理及其原理圖的正確性、擬定實驗步驟的正確性、設計的實驗項目是否具有創新性等。這部分分值占總分值的20%。（2）實驗操作。這部分評價依據主要為：操作熟練程度、儀器安裝調試情況、實驗原始數據及現象記錄情況、發現及解決問題的能力、實驗態度等。這部分分值占總分值的50%。（3）實驗報告。這部分評價的依據主要為：報告內容的完整性及正確性、數據處理及誤差分析的正確性、結論的正確性等。這部分分值占總分值的30%。

四、結束語

創新研究性實驗不受實驗指導書框架的限制，具有綜合性、創新性、靈活性等特點。實踐證明，創新研究性實驗不僅很好的幫助了學生理解、加工和轉換所學的理論知識，而且開發了學生高級思維活動，[18]引領學生將理論與實踐有機結合、創新知識結構、創新思維方式。學生無論是對理論知識的理解、實踐能力的提升，還是創新思維的培養、科學素養及多元智能的發展都得到了質的飛躍。

作者：鄭賢利 曾文杰 趙越 張泊麗單位：南華大學核科學技術學院