创新研究性实验教学的探索

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【关键词】 创新研究性实验；核技术应用；实验教学；设计方案；实验评价

一、引言

核技术应用实验是核类相关专业的一门专业实验课，是一门实践性很强的学科。核技术应用实验教学的目的是提高学生实践、创新能力，[1]使学生在原有理论知识的基础上建构真正的、有效的知识结构。[2]核技术应用实验主要配合理论课的学习，把理论知识和实践相结合，培养学生理论联系实际、独立分析问题，解决问题的科学实验工作能力和正确判断实验结果的可靠程度及处理数据的能力，更好地掌握核技术实验的方法和技术；培养学生严格的科学作风，为学生进行毕业论文与毕业后的科学实验及研究工作打下基础。核技术应用实验是继核辐射探测基础实验之后开设的应用性实验。[3]学生已经具备了仪器使用操作的基本技能、方法，[4]掌握了实验操作的基本流程、实验数据处理方法。在此基础上开设核技术应用实验，有利于培养学生的综合素质、创新能力，提高学生的科学素养，提升学生多元化素质。经过几年的探索与实践，本文重点介绍了将创新研究性实验教学应用于核技术应用实验中的实践情况：实验准备、实施、实验报告形式、实验评价等。

二、创新研究性实验的重要性

传统的核技术应用实验通常是由验证性实验、综合性实验等项目组成，实验指导老师先讲解、演示操作，然后学生按要求参照实验讲义上设定的步骤完成实验。这样学生只是通过实验来加深所渉理论知识的理解，学生综合素质及创新能力无法得到培养。创新研究性实验是学生应用所学理论知识，利用实验室的仪器设备自主设计实验方案，在实验指导老师的指导下完成实验。创新研究性实验不仅培养了学生综合分析问题、查阅资料、动手实践、数据处理等方面的能力，[5-8]而且提高了学生自主学习、实践中发现分析解决问题的能力和科学素养，提升了学生严谨务实、探索创新、团结协作的精神。[9-12]创新研究性实验是对传统性实验的改革与补充，是符合现代社会的需求、符合技术革新和发展的要求，是符合培养多元化复合型人才的要求，顺应了“新工科”背景下培养学生的目标，为学生顺利与企业、研究所培育模式无缝接轨。

三、创新研究性实验教学的实施

1、准备工作

（1）实验指导老师。①提供相关资料。实验指导老师根据实验目的及实验室的仪器设备情况，详细列出实验目的要求、仪器的名称、使用说明、功能、注意事项等，并在实验前发给学生。这样能保证学生对实验室的仪器设备的情况有所了解，并有利于学生根据实验室的条件确定实验方案、熟悉相关实验原理及方法。②准备实验仪器设备。实验指导老师根据学生提交的实验项目及方案，准备相关的仪器设备，并保证各设备能正常运行。③实验室开放。实验室开放是保证学生能自主完成创新研究性实验的条件之一，有利于激发学生的潜能，有利于提高学生的自主学习能力及人才的个性化发展。[13,14]实验室可在时间上和空间上为学生开放，学生可预约到实验室熟悉仪器设备或进行预设计实验，为学生设计创新研究性实验项目摸索条件。开放期间，实验指导老师需随时解答学生的问题。[15]④评阅实验方案。学生实验项目及方案设计的情况反映了其对理论知识应用的灵活性、创新研究能力及准备工作是否做的充分。实验指导老师需认真批改学生的实验方案，并指导学生修改实验方案，制订出合理的实验方案，保证学生能顺利完成实验。（2）学生。①熟悉实验仪器设备。学生根据老师提供的仪器设备情况，熟悉设备的工作原理、使用方法、注意事项、查阅相关资料。必要时，学生可预约到实验室熟悉仪器的使用方法或进行预设计实验。②设计实验方案。实验方案能全面综合反映学生的创新研究能力、理论知识应用能力、实验技能、创新思维过程及书面表达能力。[16]学生根据实验室的仪器设备情况及所学理论知识确定实验项目，选择相关仪器设备及实验条件，设计实验具体方案，画出实验原理图，拟定实验步骤，预测实验现象及结果。

2、实施

根据实验设计的方案和步骤独立顺利完成实验是检验学生准备工作是否做的成分、创新研究能力强弱的关键。实施过程中，指导老师及学生需做到如下几点：（1）指导老师。①强调仪器调试使用方法。学生在安装调试仪器前，指导老师强调注意事项及仪器调试使用方法。学生安装调试好仪器，需指导老师检查后学生方可进行下一步实验。②实验过程。学生实验过程中，指导老师应全程观察、指导学生实验操作。①观察学生动手实践能力。②根据实验现象或数据提问，了解学生对知识的理解程度及创新意识。③指导老师向学生提问：若改变实验条件，可能出现的实验现象、实验数据可能变化情况，并要求学生观察记录不同实验条件下的实验现象及实验数据。④实验过程中，学生不能解决的问题，指导老师及时给予指导解决。⑤对学生整个实验过程作出详细的记录并给予评价。（2）学生。①安装调试仪器。学生根据自己设计的实验方案及原理图连接安装仪器设备，并调试，保证各元件设置的参数合理，且能正常工作。学生在安装调试过程中出现的问题，学生之间互相讨论解决，对于不能解决的问题，指导老师给予指导解决。②实验操作。学生根据自己设计的方案及步骤独立完成实验。学生应认真仔细观察实验现象、记录实验数据，确保原始数据的可靠性。实验过程中出现预料之外的现象或数据不合理的问题，认真细致思考、相互讨论，查找原因并解决问题。③实验现象及数据记录。学生认真观察实验现象，并描述出其现象，记录实验的条件、各元件的参数及实验数据，保证原始数据的可靠性。原始记录需指导老师审阅签字。

3、实验报告

学生完成实验后需撰写实验报告，实验报告可以是传统的报告形式提交，也可以是研究报告形式提交。传统的实验报告形式需包含以下内容：实验目的、器材、设计方案、实验原理及其原理图、实验步骤、注意事项、实验条件、各元器件参数、实验现象、原始数据、数据处理结果、误差分析、结论。研究报告形式需包括以下内容：研究概述、研究内容与目的、创新性、设计方案、实验原理及其原理图、实验现象及原始数据、数据处理方法、误差分析、结论与建议。这样既可以培养学生的综合分析能力、逻辑归纳能力及书面表达能力，[17]也可以培养学生的科学素养，促进学生多元智能的发展。

4、实验评价

创新研究性实验成绩的评价是否客观、科学合理，直接关系到学生对创新研究性实验的热情及兴趣、也是今后能持续开展下去的重要的一个环节，这样对指导老师提出了更高的要求。指导老师需全程参与实验项目中，对学生的任何一个实验环节都必须了然于胸，并做出详细记录及评价。具体评价方法如下：（1）实验前准备。这部分主要从以下几方面来评价：设备熟悉程度、选择的设备及实验条件是否符合项目要求、实验设计方案的合理性、实验原理及其原理图的正确性、拟定实验步骤的正确性、设计的实验项目是否具有创新性等。这部分分值占总分值的20%。（2）实验操作。这部分评价依据主要为：操作熟练程度、仪器安装调试情况、实验原始数据及现象记录情况、发现及解决问题的能力、实验态度等。这部分分值占总分值的50%。（3）实验报告。这部分评价的依据主要为：报告内容的完整性及正确性、数据处理及误差分析的正确性、结论的正确性等。这部分分值占总分值的30%。

四、结束语

创新研究性实验不受实验指导书框架的限制，具有综合性、创新性、灵活性等特点。实践证明，创新研究性实验不仅很好的帮助了学生理解、加工和转换所学的理论知识，而且开发了学生高级思维活动，[18]引领学生将理论与实践有机结合、创新知识结构、创新思维方式。学生无论是对理论知识的理解、实践能力的提升，还是创新思维的培养、科学素养及多元智能的发展都得到了质的飞跃。

作者：郑贤利 曾文杰 赵越 张泊丽单位：南华大学核科学技术学院