探究式实验教学在创新人才培养中的应用
中图分类号：G640 文献标识码：A 文章编号：1002-4107（2017）08-0080-02
为培养满足社会需求具有创新能力和实践能力的高素质专业人才，当前，教学研究的重心正从知识传授向能力培养转变。自从2011年，国家相继实行了“卓越工程师教育培养计划”、“工程教育专业认证”和“专业综合改革”等质量工程，以提高学生的工程实践能力、设计能力和创新能力。
实验教学是学生能力培养的重要平台[1]，传统实践教学中，学生只是被动机械地执行实验，没有独立思考和创新，严重阻碍了学生实践和创新能力的培养。近些年来，国内众多高校都对实践教学进行了尝试。何光宏等提出了“以学生为中心，以问题为驱动”的探究式实验教学模式。姚凤阁等运用“探究式”教学法使能力培养变成一种自主意识、挖掘潜能、激励创造学习过程[2]。辛双等认为探究式教育可以培养学生的科学思维方式和创新能力[3]。探究式教学模式正逐渐成为我国素质教育体系的重要组成内容，它通过转变学习方式来促进每一个学生个性的健全发展。在前人研究的基础上，结合近几年学院卓越工程师的培养情况，形成了测绘工程专业探究式实践教学体系。
一、探究式实验教学的过程
“授人以鱼，不如授之以渔。”一要了解知识（鱼），二要知晓获取知识的方法和途径（渔），三要超越和创新知识（逾），只有这样，才能培养学生独立之人格、自由之精神，这也才是大学教育的本旨[4]。“探究式”实验教学法人才培养研究是在科学思维与科学方法的指导下，以教师的大纲指导为基础，最后形成以学生的自主性、探索性学习为主导的实践教学课程体系。相对于传统的教条式僵化的实践教学，“探究式”实验教学法在实习内容和教学方法等方面，能为学生的主动学习和个性发展创造一个较好的外部环境，体现了以人为本的教学理念，实行“探究式”实验教学法是实践教学改革的必然趋势和发展方向，“探究式”实验教学流程如图1所示。
图1 “探究式”实验教学流程
（一）实验教学任务安排
教师根据实验教学大纲要求，列出课程每章需要掌握的实验项目、仪器设备、仪器设备模拟器及使用注意事项，下达实验任务书，在实验教学平台上发布。实验前，要求学生自主设计实验内容、步骤，熟悉仪器设备操作规程，并能利用模拟器自主预习。下面以测绘工程专业《“数字地形测量学”实验大纲》第四章《水准测量实验》为例进行说明，“大纲”要求学生在6个学时内完成水准仪认识与使用、等外水准测量、四等水准测量和水准仪的检验与校正等任务。根据实验计划，于实验前一周，教师在实验教学平台上发布实验目的、内容、学时、设备模拟器及使用注意事项，使学生提前为实验方案设计及仪器设备使用做好准备。
（二）实验方案设计
根据实验任务书要求，实验小组在组长的带领下，在课下通过独立思考、查阅资料或相互讨论等手段查清实验的关键问题，形成初步实验方案。学生如有困难，联系教师进行指导；教师审核发现问题，帮助学生分析原因，指导方案修改。下面以第四章《水准测量实验》为例进行说明，“水准仪认识与使用”实验方案从仪器结构、功能、操作、计数、记录和计算等方面进行审核指导；“等外水准测量”实验方案从双面尺法和二次仪器高法等方面进行审核指导；“四等水准测量”实验方案从读数、记录和计算顺序等方面进行审核指导；“水准仪的检验与校正”实验方案重?c从i角的检验与校正方面进行审核指导，特别是为了方便计算，如何进行前后视距设计。另外，根据仪器设备的发展要求，增加“数字水准仪的认识与使用”项目。根据学时要求把“等外水准测量”和“数字水准仪的认识与使用”放到开放实验中进行。
（三）协同指导机制的构建
协同指导机制包含两个方面：一是理论课教师与实验课教师的协同，二是教师指导与学生自主的协同。
理论课教师与实验课教师的协同是理论与实验的协同，做到理论课应重点讲哪些，并为实验做哪些铺垫；实验课应重点使学生通过实验掌握哪些技能，理解这样做的理论依据，并实验结论验证理论。其实质就是理论如何指导实践，实践如何深化理论，做到理论与实践相结合。
教师指导与学生自主的协同，教师指导是对实验设计的广义指导，学生自主是对实验项目设计的自主，但“自主”是建立在理论课教师与实验课教师的协同指导下。只强调学生的自主性，教师指导跟不上，其效果可能还不如过去按照实验大纲去照本宣科；只强调教师的指导性，学生被教师牵着鼻子走，仍是填鸭式教育，学生实战能力培养，仍不能满足社会需求。
二、实验教学的质量保障机制
（一）编写分析开放式实验教材
转变实验教学教材编写格式，即由固定指导式变为分析开放式，“大纲”要求学生在6个学时内完成水准仪认识与使用（仪器结构、功能、操作、计数、记录和计算）、等外水准测量（双面尺法和二次仪器高法）、四等水准测量（读数、记录和计算）和水准仪的检验与校正（重点i角的检验与校正方案设计）等任务，并根据学科的发展和社会需求，随时更新实验内容和项目，设计以培养学生解决问题能力为目标的多模块实验内容，例如在第四章增加“数字水准仪的认识与使用”实验项目。
（二）实行组长负责制
对于测绘工程专业来说，前视、后视、观测和记录任何一方出现问题，整个任务就会失败，团体意识非常重要。羊群走路靠头羊，组长负责制就是在组长的指挥协调下，大家分工合作，团结协作，才能把一件事情做好。 （三）注重教师巡导
“探究式”实验教学成功的关键在于教师的巡导，学生设计的方案不尽完善，总会有这样那样的问题。在实验过程中发现什么问题，需要教师的引导和分析，找出问题的关键及时完善实验方案，提高实验效果。
（四）构建虚拟仿真平台
工欲善其事，必先利其器。设计开发虚拟测绘仪器模型，建设测绘虚拟实验平台。学生可在网络上自行下载测绘仪器模拟器。测绘仪器模拟器是仪器使用和完成实验课的基础，学生通过得用课外时间操作测绘仪器模拟器，初步了解仪器的功能和操作方法。缩短熟悉仪器时间，为节约课堂时间，提高实验效率和效果，奠定扎实的基础。同时，减少仪器损害。
（五）建设开放式实验教学平台
改变过去单纯以学生兴趣为目的的开放实验，把实验教学溶入开放实验中，使两者有机结合，在实验内容和项目上进行提升。
开放实验项目拓展，仅开设实验大纲规定的实验项目，很难培养满足社会需要的实用型人才，必?融合资源，做到资源共享。比如在第四章中增加“数字水准仪的认识与使用”实验项目；平面控制测量增加“GPS和GPSRTK图根控制测量”项目；野外数据采集增加“GPSRTK数据采集”项目；地形图的应用中增加土石方量的计算、剖面图的绘制等项目，真正地培养学生解决实际问题的基本能力。
三、实验教学效果评价
科学有效且多样化的考核评价体系是监测人才培养质量的重要手段，是学校教学的指挥棒，对人才的培养起着举足轻重的作用[5]。为科学考核评价学生能力，促进自主学习，培养学生实践能力和创新能力，应把课堂实验纳入学习能力评价，占总成绩30%，即30分，方案设计、实验过程和实习报告各占10分。根据考核内容的特点，提出了一种多元化实践考核评价体系。
多元化实践考核评价体系由答辩评议、过程考核和报告批改等部分组成。其中实验方案设计通过集体答辩评议，由指导教师和小组分别进行评议打分，以平均值作为该小组最终方案设计分。实验过程分值由指导教师巡导检查记录决定。实习报告由指导教师批改记录分值。多元化实践考核评价体系的实施，提高了学生对实验课的重视度，促进了“探究式”实验教学的开展。
以开放式实验教学大纲为指导，以虚拟仿真实践教学平台为基础，以开放式实验为补充，对“探究式”实验教学模式和体系进行构建。教师主导与学生主动性相结合。使学生在教师的指导下，对实验项目进行自行设计和实验。“探究式”实验教学培养学生解决问题的能力，并且使学生成为满足社会需求和具有国际化视野的创新人才。以学生学习的自主性为基础，以培养学生独立解决问题的创新能力培养为核心，最终形成知识、能力、素质协调发展的“探究式”实验教学理念。
