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  华中农业大学2011年教育思想大讨论的主题是“实践 创新 融合 提升”。即围绕创建特色鲜明的研究型大学的目标,以“促进学生知识创新、能力构建和素质提升、提高学生实践创新能力”为主线,以学生健康成长成才为落脚点和着力点,进一步深化教学改革,推进科教融...【详细

建言献策

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以能力培养为核心,构建开放式公共基础课实践教学平台
发布时间:2011年12月06日     文章来源:
 

当前,我国高等教育正处于从规模扩张转向提高质量的关键时期。如何突出学生能力和个性化培养,是培养高素质创新人才的重要突破口,这也是教育部实施“质量工程”的目的所在。公共基础课实践教学在学生能力培养中起着基础性、支撑性的作用。农林院校之一的华中农业大学,主要公共基础课如数、理、化、计算机等均隶属于理学院,理学院在学校的人才培养中起着十分重要的作用。理学院在得天独厚的条件下,因势利导抓住机遇深化改革,构建一个跨学科、跨专业、具有交叉融合功能的开放式公共基础课实践教学平台是大势所趋,也是“质量工程”迫切要求的,目的是为学生创新能力的培养和个性化发展搭建一个大显身手的舞台。

2009年以来,华中农业大学针对公共基础课实践教学中普遍存在的教学定位不准、平台层次低、体系较为单一、封闭,学生自主学习能力不足、综合应用和创新能力不强等问题,借鉴国内外综合性大学公共基础课实践开放教学的做法,结合农林院校实施开放教学背景、目的、对象等方面的差异性特点,以能力培养为核心,积极推进开放式公共基础课实践教学平台的建设与实践。教学改革实践表明,通过开放式公共基础课实践教学平台的建设,在培养学生实践和创新能力等方面发挥了重要作用,彰显了农林院校的人才培养特色。

一、国内外发展现状分析

实践教学平台在培养学生探索科学研究的兴趣,独立探索的能力、动手能力和开拓创新能力等方面起着极为关键的作用。国内外高校均试图建立多种形式的实践平台供学生训练、尝试,以期达到提升学生创新能力,实现个性化培养的目的。

国内985高校基本建设了以国家级实验教学中心、实训基地、实习基地等多元结构的实践教学平台,在创新人才培养方面起到了领头羊作用。农林高校中,吉林农业大学、西北农林科技大学校内外实习基地、实训基地等的建设采用了校内外结合、校企结合等方式,构建了多种形式的实践平台[1-2];中国农业大学、南京农业大学依托实验教学中心、科研平台、大型仪器设备平台等培养学生实践能力方面做法独到[3];华南农业大学、山东农业大学校外实习基地建设颇具特色,与“三农”结合紧密[4-5]。纵观国内高校实践教学平台的建设情况,一些工科高校如北京大学、清华大学、大连理工大学等建立了跨学科、跨专业的学科平台[6-7],而一般高校大多将重点放在校内外实训基地、实习基地等的建设上,更多高校的实践平台是以单科性的实验教学中心为主。这主要是各高校办学理念和人才培养模式不同之故。国外高校如日本的早稻田大学很早就将数、理、化、生物等基础性实验教学综合为一个平台,美国的哈佛大学、麻省理工学院等以建设综合性平台为主[8],其目的是淡化学科之间的区别,架起不同学科之间的桥梁,使不同学科之间能够自然的交叉与融合。

华中农业大学是一所学科门类齐全,以农科为优势、生命科学为特色的高等农科院校,而数、理、化、计算机是我校的重要基础性支撑学科,肩负着夯实基础、培养创新意识的重要使命,加强基础学科的交叉融合、加强与学校其他学科的交叉融合是培养高素质人才的必然要求,也是基础理科面向新世纪学科建设的必然要求。因此,立足于数、理、化、计算机四大基础学科,建设基于学生能力培养的实践教学平台是合乎时代发展的要求的,是机遇也是挑战。

二、开放式实践教学平台的建设思路

以大基础观为指导思想,所谓大基础观,是指以数、理、化、计算机构成的基础课程为背景,视其为一个整体,以广角的视野来审视和规划农林高校基础理科的未来发展,坚持基础理科之间的交叉融合,促进基础理科与学校各相关学科的交叉融合,打破过分独立性、单元性的人才培养模式,向综合性、开放性的人才培养模式转变。开放式实践教学平台的建设思路是:以大基础观为指导思想,以能力培养为核心,坚持交叉融合,发展“理农结合”特色,全面落实“质量工程”,建设一个农科特色鲜明的开放式公共基础课实践教学平台。

三、开放式实践教学平台的建设实践

开放式实践教学平台并非仅具有课外开放实践活动属性,而是所有相关实践教学活动均具有开放性,包括必修课程实验、选修课程实验、课外创新实践等。通过该平台的建设,“把学习的自主权交给学生”,让学生立足于个人实际,“我手选我课”,形成个性化课表,从而达到“差异教学、特色培养”的目的,既促进了学生的全面发展,又突出了学生个性化培养,学生的自主学习、自觉实践和自我管理能力得到提升。

1. 基于开放式实践教学平台建设的需要,构建农科特色鲜明的实践教学新体系

数理化、计算机四大学科均隶属于我校理学院,建设大的实践教学平台,在资源整合上比较容易,但在实践教学体系的建设方面要考虑多种因素的影响。一要考虑学科特点,四大学科既有联系又更有区别,关键要找出内在的联系;二要充分体现基础性,强化基础是永恒的主题;三是如何突出创新,培养学生创新能力是最终目的;四是必须坚持差异化培养,注重人的个性发展,这就要求体系的建设具有明确的层次性;五是该体系必须体现实践育人的思想。因此,该体系的建设必须以大基础观为指导,体现以能力培养为核心,从而构建“一个主体、两个融合、三个层次、全面开放”的基础课实践教学新体系。所谓“一个主体”,是指以数理化、计算机公共基础课为整合的主体;“两个融合”是指数理化、计算机之间的交叉融合及其与全校各专业的交叉融合;“三个层次”是指分基础、应用和创新三个层次构建课程体系和内容体系;“全面开放”是指实验时间、空间、内容面向全校学生全方位开放,实现由行政班级向教学班级的教学组织方式转变。该体系的构建,为低年级本科生实践动手能力和创新能力的培养提供了平台基础,以实现在基础课中开展创新教育,达到通过实践培养高素质创新人才的目的。

2.基于资源的优化整合,建设高效运行的实践教学平台

在理学院内部,首先要理顺体制、整合中心、打破屏障,实现资源共享。原有中心、实验室、训练基地隶属于各系、教研室,条块分割,难以在学院层面上实现高效率统一调度,导致资源局部紧张,并出现资源浪费现象。因此,必须打破条块分割、进行全面整合,将原化学实验教学中心、理化分析中心合并为化学实验教学中心,将计算机系实验教学中心、数学系实验教学中心和网络教学中心合并为计算机实验教学中心,保留物理实验教学中心,这样,在院级层面上直接管理三大中心,涉及数理化、计算机各专业的所有使用计算机的实验统一在计算机实验教学中心进行,对于涉及不同学科的大型综合实验需要同时在数理化、计算机实验室进行时,通过院级层面的管理、调度也很容易进行。通过资源的优化整合,教学计划的实施由院级层面调度,理顺了关系,提高了运行效益。同时,人才资源也得到充分利用,如化学类大型仪器设备,特别是光谱类的,物理专业的教师比化学专业教师内行,而数据处理软件计算机专业教师是内行,这样,设备运行的故障率大大降低,效益自然也大大提高。为了建设我院实践教学平台的长效发展机制,在院级层面上大力推进平台所属中心与学校各重点实验室结合以及与校级大型仪器设备平台结合,进一步实现资源共享和优势互补,有力促进了自身的发展,实现了基础课实践教学平台建设效益的最大化。

3. 基于实践教学平台高效运转的需求,自主研发功能强劲的网络化管理系统

为充分提高实践教学平台的运行效益,确保实践教学新体系的顺利实施,我院自主开发了多种功能集成的网络化管理系统,该系统主要由实验预约系统、实验预习系统、过程评价系统、实验考试系统、设备运行管理系统、师生互动平台等子系统构成。实验预约系统提供强大的预约功能,学生自行选择实验项目组成自己的课表,空间、时间、地点、项目自主选择,按实验项目计算学分,不同专业的学生可以选择与所学专业贴近的实验项目,提供个性化、差异化发展的平台;实验预习系统要求学生必须提前预习所选实验,完成预习题目,提交预习报告,否则实验不能进行;过程评价系统主要用于记录学生各项成绩,包括平时实验成绩、预习成绩、实验理论考试成绩、实验操作考试成绩以及期末总评成绩,全部自动化处理,最后生成本门课程的成绩单,并且与教务处成绩管理系统对接;实验考试系统主要是完成实验理论考试和平时小测验;设备运行管理系统主要是大型仪器设备的管理和运行,承担的任务是设备运行状态管理、大型仪器设备使用预约等;师生互动平台主要用于师生之间的交流,答疑解惑等。

建设的大型多功能实验教学网络化管理系统,对实践教学平台的高效运转起到了有力的支撑作用,为实现开放式实验教学提供了便利,体现了以人为本、促进学生个性化发展的理念。

4. 基于实践教学平台建设的可持续发展,建立长效运行管理机制

1)加强制度建设,确保平台规范运行

我们的实践教学平台下设三个中心,既有相对独立性,又有紧密联系,是一盘棋,是一架相对较复杂的机器,要保证其运行的有条不紊,没有强有力的制度保障显然是不可能的。如研究性实验项目“苹果的无损检测研究”,一般30人为一个班,分3-4组同时进行,有先进行物理方面的实验、有先进行化学方面的实验、有先进行数据模拟和写程序等,轮流进行,如果不在一个平台下统一调度,该实验很难顺利实施。因此,制度设计十分重要,为此,学院制定了一系列的管理制度,并建立了主管副院长领衔、各中心主任负责的运行管理机制。平台实行校院两级管理,教学计划的制订、执行在院级层面落实,三个中心包括实验室、设备、人员等资源高度共享,平台所有岗位实行聘任制,各实验课程实行课程负责人制,这些均有相应的管理制度和实施细则,以确保平台能够规范、有序运行。

2)发挥平台的创新功能,建立利用实践教学平台创新的保障体系

建立这个平台的的目的是通过提高平台的开放程度,促进学生创新能力的培养,平台的整个建设过程始终贯穿了开放的理念,从目前看,基本上实现了课内、课外的全面开放,平台具备创新的功能。如何充分发挥平台的创新功能是平台建设的重要任务,必须要建立科学的保障体系才能达此目的。一是制度保障是前提,突出的矛盾是如何激发教师和学生参与创新的积极性,教师方面,我们从评职晋级、评优评先、津补贴等方面建立激励措施;学生方面,从推研保研、评优评先、学分、奖励等方面建立激励措施,以确保创新的热情和激情的持续。二是经费保障,以立项的方式设立课题项目,由学生自由申请,评审通过后立项实施,目前,建立了“三级”立项机制,即“院级大学生创新基金、校级大学生创新基金、国家大学生创新性实验计划”,每年有二十余项获得立项,参与学生数百人。同时,利用暑假期间还开设了“大学生创新性实验项目”,每年8-10项,每个项目容纳30人。三是质量保障,学生创新的结果或许不太重要,但创新的过程十分重要,要保证创新的质量,必须多管齐下,加强创新过程的管理与评价非常重要。一方面建立从立项到中期检查到结题全程的管理措施,如定期检查实验记录、定期组织研究工作报告、结题时必须提交详细的实验报告等;另一方面加强指导,推荐有经验、责任心强的教师指导创新,同时采取走出去、请进来的方式与企业结合、与科研院所结合,聘请企业的技术人员、科研院所的专家作为指导教师指导学生的创新。这些措施有效保证了创新的质量。

3)建立基地管理模式,提升实践教学平台创新的水平和层次

为了更好的促进实践教学平台创新的水平和层次,切实提高学生创新能力,我们探索了在平台下建立“基地+项目+竞赛”三位一体管理模式,如我们的“数学建模基地”即是这样的管理模式,以基地为依托,以项目为抓手,以竞赛为激励,强化基地开放建设、突出项目开放挖掘、倡导竞赛开放参与。即基地的建设是开放式的,与校内各重点学科相结合,与校外企业、科研院所相结合,使基地始终充满了活力;学生创新训练的项目基本来自于工农业实际,是开放型的,是通过科研挖掘、通过工农业一线的挖掘,项目内容十分丰富,学生创新的兴趣亦十分浓厚;数学建模竞赛有省赛、中南区赛、国赛、美赛,每年各有一次,给学生提供了大显身手的天地,学生参与竞赛是一种开放性的管理,每个队有不同学科、不同年级学生自由组队,基地仅起提倡和引导的作用,充分发挥学生的自主性和积极性。连续几年来,我校“数学建模基地”在各级竞赛中所获奖项均处于全国重点高校前列。通过在大平台下建立基地管理模式,有效提升了实践教学平台创新的水平和层次。

5. 基于实践教学平台建设的质量要求,不断强化和推进实验教学的整体改革

1)实验教学内容的改革是提高平台建设质量的核心

实验教学内容作为实验教学体系的重要组成部分,在平台建设中起着非常重要的作用,实验教学内容的改革是在平台建设中更是起着非常关键的核心作用,没有先进、科学、充实的教学内容,平台只是一个花架子,因此,大力开展实验教学内容的改革是平台建设实践的重要组成部分。数理化、计算机公共基础课实验教学内容主要由基础性、综合设计性、研究性三大模块组成,基础性模块全部是必修内容,综合设计性模块部分是必修,研究性模块全部是选修。鉴于平台所属系列课程的基础性地位,实验教学内容改革的原则是“夯实基础、加强应用、突出创新”,具体改革措施主要体现在以下几个方面:

第一,基础性实验教学内容的改革。这是最重要的改革部分,内容上必须处理好“经典与现代、基础与综合、对象与学科”的关系,我们的做法是“经典融入现代、基础体现综合、对象融合专业”,即一些经典的实验需要保留,但对于易于改造的则融入现代元素,如“五水硫酸铜的制备和提纯”实验是一个经典实验,几乎每个高校都做,但在重结晶时,播放不同的音乐、或给以不同的震动,虽然都是三斜晶体,但其结晶的表面形态各异;以往的基础实验大多是单元式的,基本只涉及一个学科,如“铵盐中含氮量的测定”是纯粹的分析化学实验,仅涉及分析化学一个学科,我们增加了一个实验项目叫“酱油中氨基酸含量的测定”(学时不变,供学生自选,21),则是一个典型的基础性的小综合实验,涉及酱油脱色(无机化学)、氨基的保护(以甲醛进行羰基加成,有机化学)、酸碱滴定(分析化学),一个小实验涉及3个学科,还具备农科特色,类似的实验还很多;实验的对象以往大多是就本学科而本学科,如化学实验“高锰酸钾法测钙”,以往直接使用钙离子,改革后针对不同专业,有的使用鸡蛋壳、有的使用市场上销售的钙片、有的选择饲料等,不仅实验的综合性加强了,而且充分体现了与各专业的交叉与融合,实验的对象与学生专业实际联系紧密。

第二,综合设计性实验教学内容的改革。21世纪以来,各高校均十分重视在基础训练阶段引入综合设计性实验,以提高学生综合运用知识解决实际问题的能力,我校也不例外。由于我们这个平台主要是承担全校基础课教学的,涉及全校各个专业,因此,在开设综合设计性实验时密切联系专业实际,满足不同层次学生的需要,该部分实验有些专业是必修、有些是选修,由于平台是开放性的,学生可以任选适合自己的实验项目,操作起来相对比较容易,在内容上以综合应用为主,主要提高学生解决实际问题的能力,如“菠菜中维生素B12的提取和荧光分析”、“红辣椒色素的提取、分离与测定”等。

第三,研究性实验教学内容的改革。这部分是给有创新欲望和兴趣的学生开设的,是选修的内容,不限专业,自选实验项目,这些实验主要来自于教师的科研、学生立项的各级创新项目和暑假期间开设的创新训练项目,一般一个项目30学时,学生立项的各级创新项目少则1年,多则2-3年。这类实验,内容的设计是关键,太难做不出来,太简单不能达到探索研究的目的,为此,我们建立了题目筛选和审查机制,学生选题后要按照科研项目的申报方式,写出项目的研究现状分析、方案设计、技术路线、实施计划等,评审通过,方能开展相关实验研究工作,而后要进行开题报告、中期检查等,既要保证项目内容的科学性和可行性,又要确保项目的完成质量,达到培养学生创新意识和创新能力的目的。

2)实验教学方法、手段的改革是提高平台建设质量的途径

好的实验项目,没有适宜的教学方法、手段是很难完成预期目的,只有加强实验教学方法、手段的改革,才能确保平台建设质量。在教学过程中,只有积极探索问题式、讨论式、研究式等教学方法,才是提高平台建设质量的主要途径。教学方法改革方面:一是注重收集建立各专业经典案例库和问题库,为问题式、讨论式教学奠定基础,这些问题、案例来自于教学实际工作中,如学生普遍容易犯的错误、普遍难以理解的问题、易异化的概念问题、实验中的难点、一些数据处理的技巧问题等;二是科学史教学法,以科学发现过程中成功、失败的事例和科学家的成长经历,以及教师个人的科研体会,引导学生学会如何去发现问题、探究问题及最终解决问题,这是教学生学会探索式、研究式学习的好办法,学生可以从中获得很多智慧;三是建立教师和学生的平等关系,这是开展讨论式教学的基础,在科学和知识面前是平等的,这样学生才会自信,讨论才会深入,在课堂教学中,往往请学生上讲台讲解实验过程;四是积极鼓励学生勇于实践,只有通过实践才能真正学会如何去解决实际问题。教学手段改革方面:一是充分利用平台优势,利用平台网络化管理系统,建设了在线预习、在线观看视频、在线模拟测试、在线模拟实验、在线预约实验、在线讨论等资源,学生利用现代信息化手段可以完成全程学习,进实验室就是一个实战的过程;二是建立了视频库,提供了大量的实验素材,对一些重要的实验操作细节以大画面定格的方式呈现,一目了然,便于观看和学习;三是购买了计算机模拟实验,学生可以随时上机操作演练。

3)实验教学考核评价体系的建设是提高平台建设质量的保证

以考核为导向,促进学生实践能力、综合素质和创新能力的培养是平台建设的主要任务之一,经过多轮实践,我们建立了科学运用知识,注重实验操作的考核新方法。针对不同模块的实验内容建立不同的考核评价的方法。基础性实验成绩组成→平时成绩+实验理论网络考试+基本操作技能考试;综合设计性实验成绩组成→方案设计+实验操作技术+实验报告+平时成绩;研究性实验成绩组成→文献综述+方案设计+实验报告。在基础性实验考核中,率先在农林高校中实行了实验操作考试和实验理论网络考试。通过考核评价体系的改革实现了“三个转变”,即:使学生由“被动”学习向“主动”学习转变,由单纯记忆型、模仿型学习向思考型、探索型学习转变,由单纯重视实验操作向重视操作技能与实验理论相结合转变。考核评价突出了学生综合素质和个性的发展,对促进学生创新能力的培养和平台建设质量的提高意义重大。

四、运行效果

通过建立具有鲜明农科特色的全面开放式数理化、计算机公共基础课实践教学平台,优化了平台下各实验教学中心运行效益,实现了各类资源共享的最大化,在提高学生的基本技能、培养学生的创新精神与实践能力等方面发挥了重要作用。2009年以来,平台承担了国家大学生创新性实验计划23项、校级大学生创新性实验项目23项、校级SRF项目51项;学生获省级以上创新奖励179项,其中国家级一等奖6项、二等奖23项,省级一等奖52项;学生发表论文53篇,其中,SCI收录论文13篇、EI收录论文5篇。

综上所述,在以大基础观作为指导思想的基础上,建立数理化、计算机多学科为一体的开放式公共基础课实践教学平台,突破了传统的单一学科实践教学平台建设的思维定势,将多学科公共基础课作为一个整体对待,系统地解决了公共基础课之间以及与其他相关学科的交叉与融合的问题,以大平台的形式架起了不同学科之间桥梁,促进了知识的流动性,活化了学生的知识结构,显著地强化了学生综合素质和创新能力的培养。同时,也是对教育部新一轮 “本科教学工程”的诠释。

文字作者:韩鹤友(理学院)

 

 
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