（教育技术学专业论文）开放实验体系建设及其综合网络管理系统的设计与实现.pdf

硕士学位论文 摘要 随着我国经济社会的快速发展以及高等教育日益大众化，社会对创新型人才 的需求日益增加，高等学校已经认识到开放实验在培养学生的综合素质、创新精 神和实践能力方面的重要作用，逐渐加大了对开放实验的投入，实施了实验室开 放的政策。但是开放实验体系的建设是一个系统工程，必须从整体上进行把握， 做好各个方面的工作。通过开放实验体系的构建，要使得学生能够根据自己的能 力和兴趣自主选择开放实验项目，进行综合性、设计性和创新性实验的研究，从 而培养他们的创新精神和实践能力，适应经济社会发展的需要。 本文作者在大量的理论研究和实践经验的基础上，构建了一个“同心四圆” 的开放实验体系模式，并设计开发了开放实验综合网络管理系统，提供了开放实 验学习资源库、电子档案袋评价等功能支持，希望能为高校开放实验的教学管理 工作提供一定的借鉴意义。 首先，本文在介绍开放实验研究背景和意义的基础上，重点论述了开放实验 体系建设的各大要素，主要包括三个部分：一是开放实验体系建设的内容，包括 实验项目建设、实验室建设、教材和网络资源建设、师资队伍建设、制度建设、 成绩的考核与评定等六个方面；二是开放实验的层次，从公共通识实验、综合设 计性实验过渡到研究创新性实验；三是开放实验的具体开放形式，包括课程实验、 开放实验课程、学生自主研究型实验、综合设计性实验、创新性实验计划、 各类学科竞赛等六种。其次，介绍了开放实验综合网络管理系统的资源支持、电 子跟踪评价等五个主要模块的设计，并详细阐述了资源库、电子档案袋等的实现 过程。最后总结全文并对未来工作进行展望。 关键词：开放实验；创新实验；网络管理系统；资源库：电子档案袋 i i a b s t r a c t w i t ht h e r a p i dd e v e l o p m e n to fe c o n o m yi no u rc o u n t r ya sw e l la st h e p o p u l a r i z a t i o no fh i g h e re d u c a t i o n ，t h ed e m a n do fs o c i e t yf o rc r e a t i v et a l e n t sh a sb e e n i n c r e a s i n g t h ec 0 1 1 e g e sh a v er e a l i z e dt h ei n l p o r t a n tr o l eo ft h eo p e ne x p e r i m e n ti nt h e c u l t i v a t i o no fs t u d e n t s c o n l p r e h e n s i v e q u a l i t i e s ，i n n o v a t i v es p i r i ta n dt h ep r a c t i c a l a b i l i t y ，t h u sh a v ei n c r e a s e dt h e i ri n v e s t m e n ti ni ta n dc o n d u c t e dt h ep o l i c yo fo p e n i n g l a b o r a r y b u tc o n s t r u c t i n gt h eo p e ne x p e r i m e n ti sas y s t e m a t i cp r o j e c t ，w h i c hn e e d st o c o n s i d e r e da saw h o l e ，a n dt h eb u i l d i n go fw h i c hc a ne n a b l es t u d e n t st oc h o o s et h e o p e n i n ge x p e r i m e n tp r o j e c t sa c c o r d i n gt ot h e i ro w na b i l i t i e sa n di n t e r e s t s i n d e p e n d e n t l ya n dt h e nc a r r i e so nac o n l p r e h e n s i v ea n di n n o v a t i v ee x p e r i m e n t r e s e a r c ho fd e s i g n b a s e do nal o to ft h e o r e t i cr e s e a r c ha n dp r a c t i c e ，t h ea u t h o rh a sb u i l tam o d e lo f o p e ne x p e r i m e n ts y s t e m ，c a l l e d “f o u rc i r c l e sw i t ho n ec e n t r e ，a n d d e v e l o p e da n e t w o r k m a n a g e m e n ts y s t e m ，w h i c hp r o v i d e s r e s o u r c eb a s e ，t h ee v a l u a t i o no f e l e c t r o n i cp o r t f 0 1 i oa n ds oo n ，w i t hav i e wt op r o v i d i n gs o m eh e l pf o rt h et e a c h i n ga n d m a n a g e m e n to fo p e ne x p e r i m e n ti nh i g h e rl e a r n i n gi n s t i t u t e s a tf i r s t ，b a s e do nt h ei n t r o d u c t i o nt ot h er e s e a r c hb a c k g r o u n da n dt h es i g n i f i c a n c e o ft h eo p e ne x p e r i m e n t ，t h i sp a p e re l a b o r a t e st h r e ee s s e n t i a lf a c t o r si nt h ec o n s t r u c t i o n o ft h e s y s t e m ，w h i c hm a i n l yi n c l u d e s ：n r s t ，t h em a i nc o n t e n t s ，i n c l u d i n gt h e c o n s t r u c t i o n so f e x p e r i m e n tp r o j e c t ，l a b o r a t o r yc o n s t r u c t i o n ，n e t w o r kr e s o u r c e s c o n s t r u c t i o n ，s t a f f ：s y s t e mc o n s t r u c t i o n ，t h ee v a l u a t i o no fs t u d e n t s a c h i e v e m e n t ：s e c o n d t h es h i f to fc o m m o nk n o w l e d g ee x p e r i m e n t s ，s y n t h e s i s d e s i g n e de x p e r i m e n t st o l n n o v a t l v er e s e a r c he x p e r i m e n t s ；t h i r d ，t h ec o n c r e t ef o r m st ob ea p p l i e d ，i n c l u d i n gt h e c u r r i c u l u m e x p e r i m e n t s ， “o p e n i n ge x p e r i m e n t c u r r i c u l u m ，i n d e p e n d e n tr e s e a r c h e x p e r i m e n t s ，t h e s y n t h e s i sd e s i g n e de x p e r i m e n t s ，t h e i n n o v a t i o n e x p e r i m e n t a l p l a n s ，d i s c i p l i n ec o m p e t i t i o n s n e x t ，t h i sp a p e ri n t r o d u c e st h em o d u l e so fr e s o u r c e s s u p p o r t i n ga n de l e c t r o n i ct r a c ke v a l u a t i o ne t c ，a n dt h e ne l a b o r a t e st h ei n l p l e m e n t a l p r o c e s so fr e s o u r c eb a s ea n dt h ee l e c t r o n i cp o r t f o l i oi nd e t a i l s f i n a l l y ，i tm a k e sa s u m m a r ya b o u tt h ew o r kt ob ed o n e k e yw o r d s ：o p e ne x p e r i m e n t ；i n n o v a t i v ee x p e r i m e n t ；n e t w o r km a n a g e m e n ts y s t e m ； r e s o u r c e sb a s e ；e l e c t r o n i cp o r t f o l i o i i i 硕士学位论文 插图索引 图3 1 开放实验体系模式图2 4 图4 1 软件开发瀑布模型2 7 图4 2 开放实验综合网络支持系统结构图一2 8 图4 3 开放实验预约、管理系统结构图- _ 2 9 图4 4 开放实验资源库结构图3 0 图4 5 资源查找流程图3 1 图4 6 电子档案袋结构图3 2 图4 7 常见互动支持工具图3 3 图5 1 资源库逻辑结构图：3 7 v i 开放实验体系建设及其综合网络管理系统的设计与实现 附表索引 表3 1 实验室的分类表1 3 表4 1 瀑布模型的主要阶段产品2 8 表5 1 开放实验资源媒体分类表3 8 表5 2 资源表1 wz y b j 3 8 表5 3 实验室信息表1 w1 a b 3 9 表5 4 实验项目信息表1 wi t e m 3 9 表5 5 资源状态表1 wz y z t b 3 9 表5 6 个人信息表1 wg r x x b 一4 0 表5 7 实验信息表1 ws y x x b 4 1 表5 8 实验活动记录表1 ws y h d b 4 1 表5 9 学生“进步速度”表1 w j b s d b 4 2 表5 1 0 成果集表1 wc g j b 4 2 表5 1 1 评价信息表1 wp j x x b 4 2 表5 1 2 学生电子档案袋明细表4 3 v i i 湖南大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的 研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或 集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均 已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者乏名：饲每农 日期：浏毒厂月4 自 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保 留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。 本人授权湖南大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 l 、保密口，在年解密后适用本授权书。 2 、不保密囹。 ( 请在以上相应方框内打“”) 作者签名： 导师签名： 竹缸 屹 日期：一咯年歹月( 伯 日期：8 年厂月侈1 硕士学位论文 第1 章绪论 1 1 论文研究的目的和意义 1 1 1 论文的研究背景 二十世纪九十年代以来，随着社会对人才的需求量急剧增加，我国高等教育 也随之迅速发展。从1 9 9 9 年起，普通高等教育进行大幅度扩招，据有关部门统计， 1 9 9 8 年全国普通高校招生1 0 8 万人，1 9 9 9 年达到1 6 0 万人，2 0 0 0 年为2 2 0 万人， 2 0 0 1 年为2 6 0 万人，2 0 0 2 年为2 7 5 万人，2 0 0 3 年为3 8 2 万人，2 0 0 4 年实际入学 4 4 7 万人，2 0 0 5 年为5 0 4 万人，2 0 0 6 年为5 4 6 万人，2 0 0 7 年为5 6 7 万人，2 0 0 8 年计划招生5 9 9 万人。2 0 0 7 年高等学校在校人数超过2 5 0 0 万人，规模居世界第 一，毛入学率达到2 3 以上，我国的高等教育名副其实地进入了大众化阶段。 然而随着我国经济的快速发展以及经济结构的调整，社会对创造性人才的需 求也越来越多。高校肩负着人才培养的重任，尤其是创造性人才的培养。在校学 生数量的急剧增加，必然促使原有的教育模式发生深刻的变化，目前很多高校都 在探索本科生“两个阶段( 通识教育阶段和专业教育阶段) 人才培养模式。社会 对高素质创新型人才的要求不仅包括扎实的文化基础，更看重各方面的能力，尤 其是实践能力及创新能力。实践能力和创新能力的培养不仅对现有的实践教学体 系提出了新的要求，也对实验室的建设和管理提出了新要求。近年来，尽管各高 校在软硬件方面相应地投入了大量的人力、物力和财力，特别是为理工科实验教 学购置了大量的实验设备。实验室建设的投入不断增加，但仍满足不了实验教学 的需要。这就导致了原有的固定时间、固定人员的实验安排实施起来非常困难。 为此，转变教学模式成为实验教学发展的必然要求，要由原来传统的实验教学模 式转变为全开放式实验教学模式。 在中华人民共和国高等教育法第五条中明确规定：“高等教育的任务是培 养具有创新精神和实践能力的高级专门人才，发展科学技术文化，促进社会主义 现代化建设。n 1 高等学校实验室是“知识创新的源头，人才培养的基地 。心1 教 育部2 0 0 5 年教高l 号文件提出“大力加强实践教学，切实提高大学生的实践能力”， 以及在2 0 0 6 年下发的普通高等学校本科教学工作水平评估方案( 试行) 中，对 实践教学评估指标体系明确规定要有开放型实验室，这一要求对开放实验教学起 到积极的推动作用。特别是在2 0 0 7 年初，教育部决定实施高等学校本科教学质量 与教学改革工程，提出了“国家大学生创新性实验计划 ，该“计划”要求本科生 以个人或团队形式，在导师的指导下，自主选题、自主设计实验、组建实验设备、 开放实验体系建设及其综合网络管理系统的没计与实现 开展实验、进行数据分析处理和撰写总结报告等工作，以培养学生提出问题、分 析问题和解决问题的能力，使其在本科学习阶段得到科学研究的训练，促进创新 精神和实践能力的提高。 1 1 2 论文研究的目的和意义 ( 1 ) 本文希望通过对开放实验理论层面上的探讨，特别是通过对开放实验各个 层面的研究，来构建一个开放实验教学的体系，从而为高校“质量工程 建设和 探索本科教学改革新举措，特别是为实践教学改革提供原始数据支持和决策依据。 并让读者以更为开阔的视野重新审视开放实验教学，最终促进学生的综合素质、 创新精神和实践能力的提高。 ( 2 ) 促进学生综合素质、创新精神和实践能力的提高：创新是一个民族的灵魂， 是一个国家兴旺发达的不竭动力。在培养创新精神和创造性人才方面，学校肩负 着特殊的使命，而进行开放实验教学、参加开放实验研究项目是培养学生创新精 神和实践能力的关键环节。 ( 3 ) 开阔学生视野，增长知识，提高学生对实验的兴趣：通过参加开放实验， 使学生们了解科学的前沿动态，视野更加开阔，从而培养他们科学的思维方法， 这种方式不仅能增长知识，更重要的是可以提高他们对学习的兴趣，为他们以后 的生存发展奠定基础。 ( 4 ) 促进网络资源建设和共享，加快高校教育信息化建设步伐，提高学校实验 教学质量：在网络时代，开放必然能够得来大量的资源，因此在开放实验体系建 设过程中，必须走信息化建设的道路，加快网络资源建设，促进共享。 1 2 国内外研究现状分析 1 2 1 国外研究现状分析 国外开放实验教学的研究，特别是西方发达国家的此类研究，始于二十世纪 5 0 年代，7 0 年代开始逐渐被接受口1 。一些国家建立了与本国国情相适应的开放实 验体系，探索出了具有本国特点的开放实验教学做法，积累了宝贵经验。他们的 教学特别突出学生的主体地位，注重学生的主动性发展h 1 。教学方式、教学内容、 评价制度有较高的灵活性，教学各环节内容一般都很丰富。如著名的麻省理工学 院把一些简单的物理实验摆在走廊里，学生可以随时去做哺1 ；日本高校规定实验 学时为4 6 学时，而学生一般2 3 学时即可完成，多余时间鼓励学生改进实验方 法，进行创新活动3 。这些案例都为本论文的研究提供了许多有价值的资料。 但是，由于开放实验教学是一种相对新颖的教学思想，各国对开放实验教学 的理论研究还不是很成熟，相关资料较少，开放实验教学的理念还没有达到一定 的理论高度，此外因国情不同，制度不同，在参考和借鉴国外开放实验教学做法 2 硕士学位论文 时，不可将其全盘接收，而要考虑各国实施开放教学的背景、目的、对象等方面 的差异，要综合我国的国情来开展研究。 1 2 2 国内研究现状分析 国内开放实验教学是伴随国家改革开放而逐步提出的。开放实验教学的研究 工作基本上起步于上世纪9 0 年代，起初在一些重点高校中开展。近年来，国内一 些高校的实验室将实验室开放和实验教学改革紧密结合起来，也取得了较好的成 果。香港教育学院是成功建设开放实验室的典范。香港教育学院为使教育技术水 平达到专业水准，专门设计教育科技处，提倡有效地使用教育技术提高教学质量。 其职能是在教育技术方面为教师、学生、行政成员或有关的社会人士提供设备、 技术及专业意见，进行科研活动；为学校教职工、学生以及教育工作者提供良好 的开放学习环境和丰富的学习资源h 1 。香港教育学院建设开放实验室成功的经验 主要包括以下几点： 合理的网络架构和高效的管理系统是开放实验室运行的前提条件 丰富的硬件资源是面向教师和学生提供开放实验室的物资基础 组织完善的支持服务系统是开放实验室运行的有力保障 人性化环境设计是开放实验室的鲜明特征和发展趋势 国内高校进行开放实验教学的成功经验还有很多，这些案例也都为本课题的 研究提供了有力的参考依据。 尽管目前国内各高校都非常重视实验室向本科生的开放，但是我们也看到开 放实验教学无论是理论研究，还是实践工作，都刚刚起步。目前，研究工作大多 数来自于教学一线的教师和实验教学的管理者，研究工作大部分还停留在介绍和 学习国外的教学经验，以及探索本校开放实验教学的体会和一些做法上，工作还 较为零碎，不够系统。某些高校在开放实验教学工作中进行了诸如创新性和研究 性开放实验的教学改革，其中不乏一些好的做法，但改革还处于探索阶段，不够 成熟。因此，无论是开放实验体系建设的理论研究方面，还是具体学科的开放实 验教学方面都还有许多空白之处。 1 3 论文的主要研究内容 1 3 1 研究方法 本着科学、严谨、务实的理念和要求，笔者对本课题的研究，采用了文献研 究、调查研究、实验研究等研究方法。 ( 1 ) 文献研究 在论文写作中，笔者通过中国学术期刊全文数据库( 中国期刊网) 、中国科技 期刊数据库( 重庆维普) 、中国优秀硕博学位论文库等，查阅了大量的文献资料， 开放实验体系建设及其综合网络管理系统的设计与实现 了解了不同类型的学校开放实验的研究现状，为论文的写作提供了依据和参考。 ( 2 ) 调查研究 调查法是指在教育研究中，研究者凭借一定的手段和方式( 如访谈、问卷等) ， 对某种或某几种教育现象或事实进行考察，通过对搜集到的各种事实资料的分析 处理，进而得出结论的一种研究方法。在本课题的研究中，笔者充分发挥教育技 术学的优势，先后采用了网络调查、走访参观等方式，广泛收集资料。 ( 3 ) 实践研究 笔者还参与了有关开放实验的各个层面的实践研究工作。曾在教务处实践教 学办公室担任助管工作一年，具体负责湖南大学全校开放实验、大学生创新训练 计划( s i t ) 、大学生创新性实验计划( 教育部项目) 的管理；曾在湖南大学大学物理 演示实验室、大学物理实验中心担任助教工作，亲自参与并讲授有关开放实验的 课程；管理、维护“湖南大学实践教学网 ；主要参与设计开发“湖南大学开放实 验自主学习网”、“湖南大学创新性实验计划网 等，积累了大量的一手数据资料， 为本课题的研究打下了坚实的基础。 1 3 2 本文的结构 本文通过五个章节的阐述来介绍开放实验体系的建设以及开放实验综合网络 管理系统的设计与实现过程。 第一章介绍了本文研究的背景、目的及意义、国内外研究现状和采用的研究 方法。 第二章分别介绍了“质量工程与开放实验的含义，并分析了“质量工程 与开放实验的关系。 第三章首先介绍了开放实验体系建设的意义、目标、原则，接着重点论述了 六个方面的建设内容、三个层面的开放实验梯度、六种开放实验的具体开放形式， 并根据系统论的思想构建一个“同心四圆开放实验体系结构图。 第四章介绍开放实验综合网络管理系统的五个模块的具体设计。 第五章介绍开放实验综合网络管理系统的五个模块的实现，其中重点介绍了 资源库和电子档案袋的实现。 4 硕士学位论文 第2 章“质量工程 与开放实验 2 1 “质量工程 2 1 1 “质量工程”简介 2 0 0 7 年初，党中央、国务院作出了高等教育“要切实把重点放在提高质量上 的新的战略决策和部署，经国务院批准，教育部、财政部联合下发关于实施高 等学校本科教学质量与教学改革工程的意见( 教高 2 0 0 7 】l 号) ，正式启动了“质 量工程 哺3 。“质量工程”是以提高高校本科教学质量为目标，以推进改革和实现 优质资源共享为手段，按照“分类指导、鼓励特色、重在改革”的原则，加强内 涵建设，提升我国高等教育的质量和整体实力随1 。 2 1 2 “质量工程”的建设目标 通过质量工程的实施，使高校教学质量得到提高，高等教育规模、结构、质 量、效益协调发展和可持续发展的机制基本形成；人才培养模式改革取得突破， 学生的实践能力和创新精神显著增强：教师队伍整体素质进一步提高，科技创新 和人才培养的结合更加紧密；高等学校管理制度更加健全；高等教育在落实科教 兴国和人才强国战略，建设创新型国家、构建社会主义和谐社会中的作用得到更 好的发挥，基本适应我国经济社会发展的需要。 2 1 3 “质量工程”的建设内容 ( 1 ) 专业结构调整与专业认证 根据科学技术发展的特点，紧密结合我国高等教育实际，研究建立适应国家 经济与社会发展需要的本科专业设置和调整制度，大力加强本科专业建设，按照 优势突出、特色鲜明、新兴交叉、社会急需的原则，择优选择和重点建设3 0 0 0 个左右特色专业点，引导各级各类高等学校发挥自身优势，努力办出特色。积极 探索专业评估制度改革，重点推进工程技术、医学等领域的专业认证试点工作， 逐步建立适应职业制度需要的专业认证体系。 ( 2 ) 课程、教材建设与资源共享 继续推进国家精品课程建设，全面带动我国高等学校的课程建设水平和教学 质量。启动“万种新教材建设项目 ，加强新教材和立体化教材建设。积极推进网 络教育资源开发和共享平台建设，建设面向全国高校的精品课程和立体化教材的 数字化资源中心，建成一批具有示范作用和服务功能的数字化学习中心，实现精 品课程的教案、大纲、习题、实验、教学文件以及参考资料等教学资源上网开放， 5 开放实验体系建设及其综合网络管理系统的设计与实现 为广大教师和学生提供免费享用的优质教育资源，完善服务终身学习的支持服务 体系。开发网上考试系统，研究制订相关标准，逐步实现大学英语和网络教育全 国统考课程的网上考试，创造安全、便捷、高效的考试平台。 ( 3 ) 实践教学与人才培养模式改革创新 大力加强实验、实践教学改革，重点建设5 0 0 个左右实验教学示范中心，推 进高校实验教学内容、方法、手段、队伍、管理及实验教学模式的改革与创新。 开展基于企业的大学生实践基地建设试点，拓宽学生的校外实践渠道。实施大学 生创新性实验计划，支持1 5 0 0 0 个由优秀学生进行的创新性试验，促进学生自主 创新兴趣和能力的培养。择优选择5 0 0 个左右人才培养模式创新实验区，推进高 等学校在教学内容、课程体系、实践环节等方面进行人才培养模式的综合改革， 以倡导启发式教学和研究性学习为核心，探索教学理念、培养模式和管理机制的 全方位创新。继续开展大学生竞赛活动，重点资助在全国具有较大影响和广泛参 与面的大学生竞赛活动，激发大学生的兴趣和潜能，培养大学生的团队协作意识 和创新精神。 ( 4 ) 教学团队与高水平教师队伍建设 加强本科教学团队建设，重点遴选和建设一批教学质量高、结构合理的教学 团队，建立有效的团队合作的机制，推动教学内容和方法的改革研究，促进教学 研讨和教学经验交流，开发教学资源，推进教学工作的老中青相结合，发扬传、 帮、带的作用，加强青年教师培养。鼓励和支持校内及聘请国内外著名专家学者 和高水平专业人才承担教学任务和开设讲座，推动双语教学课程建设，探索有效 的教学方法和模式，切实提高大学生的专业英语水平和直接使用英语从事科研的 能力。每年评选1 0 0 名高等学校教学名师奖获得者，大力表彰在教学和人才培养 领域做出突出贡献的教师。 ( 5 ) 教学评估与教学状态基本数据公布 加强和改进高校本科教学工作评估，以评促建，以评促改，评建结合，重在 建设，促进学校强化教学管理、深化教学改革、提高教学质量。研究制定高等学 校分类指导、分类评估的政策和制度，引领高等学校合理定位，发挥优势，办出 水平，办出特色。建立高等学校教学基本状态数据检测体系，定期采集各类高等 学校本科教学基本状态信息和数据，统计和分析高等学校教学基本状态和变化趋 势，逐步将教学质量和教学改革的数据向社会公布。 ( 6 ) 对口支援西部地区高等学校 推进对口支援西部高校工作，促进东部和西部高等教育的协调发展。重点资 助受援高校教师到支援高校进行半年以上的进修提高。在对口支援高校中实行干 部交流制度，资助一批受援高校教学管理干部到对口支援高校学习锻炼，交流管 理经验，提高受援高校的教学管理水平。 6 硕上学位论文 2 2 开放实验 2 2 1 开放实验的内涵 “开放一词在现代汉语词典中的意思是“解除封锁、禁令、限制等。诺贝 尔经济学奖获得者罗伯特索洛教授将开放定义为：“从世界上的其它国家引入新 技术和新思想的意愿和能力 。开放实验是一种采取以学生为中心的实验教学方 法，是一种新型的实验教学形式，有别于传统的灌输式的，以教师为主体的教学 模式，它是一种根据学科特点建立以学生为主体，实现以学生独立设计实验方案、 自我训练为主的教学模式，让学生在实验过程中充分发挥自己的想象力和主观能 动性，自主独立完成实验项目，使实验活动成为一种积极主动探索的过程凹1 。由 于传统的实验教学基本采用的是一种灌输式的教学方式，老师在课堂上把实验的 步骤、注意事项等细节都交代得清清楚楚，学生只是单纯模仿，机械完成，这种 教学方式严重地挫伤了学生的学习积极性和主动性，不利于他们能力的培养和综 合素质的提高。 开放实验教学不单单是指实验时间、空间等是开放的，更重要的是教学管理 体制、教学内容、教学方法、教学手段、教学观念等是开放的，学生有自主选择 权，它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，真正体现出以 人为本、重在人才培养的核心内涵n 引。实行全方位、多层次的开放式教学是实验 教学改革的必然趋势和发展方向。开放实验教学有助于发挥学生的创新积极性和 培养学生的独立实践能力，改变了传统实验教学局限于验证原理、单纯掌握操作 技术以及依附于理论课程的情况，充实和改革了实验教学内容，让本科生尽早地 走进实验室进行科学实践，给学生一个尽早接触专业研究领域、了解学科发展动 向和前沿课题的机会。开放实验更有助于激发学生的学习兴趣，培养学生发现问 题、分析问题、解决问题的能力，对于学生综合素质的提高，创新意识和实践能 力的培养极为重要。 对于实验的开放，一是要“开 ，要能想学生所想，面向有志于实验设计与实 验创新的学生，满足学生的实验需求；二是要“放，要尊重学生的喜好和个性， 打破传统的实验模式、实验步骤的限制，放手让学生自主实验，进行个性化的设 计实验。因此，对于开放实验，可以从以下层面进行理解： ( 1 ) 实验时间开放 开放实验教学首先意味着实验时间的开放。实验时间开放又包括两层含义： 第一，学生进入实验室的时间点开放，即实验室在时间上尽可能开放，学生随时 都可以进入；第二，学生做实验的时间时数开放，也就是每项实验在时间长短上 没有限制，每个学生可以根据自己的实际情况进行实验，不同学生做实验的时数 不等。具体地说，学生可以到实验室进行预习，实验技能不强的可以反复操作， 7 开放实验体系建设及其综合网络管理系统的设计与实现 实验结果不理想的学生可以重做实验，实验能力强的学生可以深入进行探索研究。 ( 2 ) 实验内容开放 开放实验教学内容应综合现代信息技术和高新技术，与现代企业应用的科学 技术同步，并保持适当的超前性。实验教学内容应由理论验证性向设计创新型过 渡。在实验教学过程中，可由学生亲自选定实验课题，选择仪器设备，制定实验 步骤，处理和分析实验结果、实验数据。实验教师只在提供实验资料、解答实验 问题等方面为学生提供服务n 。这种方式能充分发挥其科学思维方式和科学的预 见性，也能提高学生的主动性、参与性和创造性。 ( 3 ) 实验教学方法开放 在开放实验教学中，教师的主导作用应着重于启发、引导，充分发挥学生的 积极主动性。教师的指导，应改变传统的授之以鱼的教学方式，而强调授之以渔， 放手让学生去做，克服怕出问题的顾虑，鼓励学生多尝试。教师要从实验现象故 障或异常现象入手启发学生积极思考，引导学生结合所学理论知识独立分析产生 故障或异常现象的原因，进而得出正确结论。要改变那种有问必答，甚至代替学 生排除故障的习惯做法。辅导时注意不仅要让学生掌握实验内容，更重要的是要 让学生掌握实验方法，并能举一反三灵活应用，充分调动学生的创新意识，培养 学生的科学精神。对不同阶段、不同层次的学生，应提出不同的要求。对低年级 学生，因为他们的实验基础差，实验讲义应比较详细，教师的指导应比较细致， 基本训练要严格统一要求；在学生初步掌握了实验的基本方法和技能后，实验讲 义可简单一些，实验步骤、实验注意事项等可以让学生在预习时准备，以发挥学 生的主动性。随着学生年级的增高，实验讲义除了原理的说明外，应着重方法性 的综合介绍，教师应指导学生明确实验要求，介绍一些参考资料，引导学生自己 拟定详细可行的实验方案，并具体组织实施。另外，应根据个体差异区别辅导， 因材施教，对实验能力好的学生提出更高的要求，鼓励创新，对基础差的学生要 求进一步加强基础训练。 ( 4 ) 实验教学手段开放 开放实验教学要真正做到开放，还必须改变传统的实验一定要操作的观念， 善于在实验教学中运用现代教育技术手段如虚拟仿真、c a i 、计算机软件、网络 等辅助实验教学，这样既可以提高效率，又可以节省人力n 羽。对于认识性实验， 运用计算机做模拟实验，不仅能提高实验结果的精确度，还可以缓解实验设备困 难的问题。例如：学生可以对着计算机屏幕，将一部汽车从头到尾，从里到外详 细了解一番。学生可以用虚拟工具将汽车的零部件一件件拆下来，观察各个组成 部分，在拆卸过程的任何时候，还可以将散件重新装回去。当学生不懂操作时， 随时可向计算机提问，它会不厌其烦地向学生说明或示范正确的操作方法。同时， 学生还可进行一些小测验，让自己指出汽车的各个部件的名称及作用。为了更加 8 硕士学位论文 接近真实，学生还可以对汽车或某一部件进行任意角度的旋转和随意放大或缩小。 ( 5 ) 实验教学评价开放 实验教学评价包括对学生实验能力的评价和对教师实验教学质量的评价。对 学生实验能力的评价，不能只重视实验的结果，更要重视实验的过程，特别是实 验过程中学生所表现的独立分析问题的能力、解决问题的能力及创新意识等。教 师重视结果往往会导致学生也只重视结果，学生一旦只重视实验结果，就会为实 验而实验，使实验失去了本来意义。同样的结果其过程可能不一样，有克服困难， 真正理解后做出来的，有机械模仿别人做出来的，甚至还可能有请人代做，抄袭 数据做出来的。全面考核学生的实验能力，包括学生的动手能力、思维能力、创 造能力、设计能力、查阅资料的能力和提出问题的能力等等。虽然学生在基础常 规实验中完成情况一般，但在开放实验中有独特见解和创新的也应给予较高的评 价。对教师实验教学质量的评估也应开放，不但让学生、教师和专家评估组进行 评估，还要走出校园面向社会，了解社会对现代人才实践能力的要求，并运用电 子跟踪等方式了解用人单位对毕业生各种能力的评价。 2 2 2 开放实验的特点 ( 1 ) 开放性。开放实验的最大特点就在于其开放性，实验项目、实验时间、实 验内容、实验方法、实验室、实验成绩的评定，甚至是实验教师的选择等都是开 放的，学生在一个相对比较开放的环境中自主设计、自主实施实验，这在很大程 度上能够锻炼他们的开放性思维和创造性精神。 ( 2 ) 个别化。个别化是开放实验的另一个特点，学生可以根据自已的背景和需 要选择自己感兴趣的实验项目，自我设计实验进度( 教师可以借助交互提出建议) 、 实验方法等，具有很大的自主性，呈现出个别化的特点。开放实验个别化、自主 性特征增加了自我评价和电子档案袋评价实施的可能性和必要性。 ( 3 ) 交互性。毫无疑问，如今的互联网络为学习者之间的互动提供了便利，在 这种互动过程中，建构共享性的协同知识成了不可或缺的一部分。一个创新性实 验项目的成功在很大程度上都应归功于互动所提供的彼此之间的相互支持，不同 实验组的学生可以通过网络虚拟环境进行交互，互相传授学习经验。 2 3 “质量工程 与开放实验的关系 “质量工程 以提高高等学校本科教学质量为目标的，强调学生的实践能力 和创新精神的重要性，把培养学生的创新精神和实践能力作为提高教学质量的核 心要素，大力加强实践教学改革，积极推进开放实验教学。由此可见开放实验体 系是“质量工程”大体系的一个重要的子环节，关系着“质量工程”的核心质量。 在教育部关于实施高等学校本科教学质量与教学改革工程的意见的指导下， 9 开放实验体系建设及其综合网络管理系统的设计与实现 要建立基于大工程观理念下的开放实验教学体系，使之成为一个面向全校学生的 开放实验教学支撑平台，为本科教学以及研究生教育提供开放的实验环境，为科 研和学科建设提供服务，从而达到培养学生创新精神和实践能力的目的。 1 0 硕士学位论文 第3 章开放实验体系建设 开放实验体系的建设是一个系统工程，要利用系统论的有关思想从整体上进 行考虑。系统论是研究系统的一般模式、结构和规律的学问。系统论认为，整体 性、关联性，等级结构性、动态平衡性、时序性等是所有系统的共同的基本特征。 这些，既是系统所具有的基本思想观点，而且它也是系统方法的基本原则，表现 了系统论不仅是反映客观规律的科学理论，具有科学方法论的含义，这正是系统 论这门科学的特点。 系统论的核心思想是系统的整体观念。任何系统都是一个有机的整体，它不 是各个部分的机械组合或简单相加，系统的整体功能大于各个要素之和。系统论 的基本方法，就是把所研究和处理的对象，当作一个系统，分析系统的结构和功 能，研究系统、要素、环境三者的相互关系和变动的规律性，并优化系统观点看 问题。 因此在开放实验体系的建设过程中，不仅要考虑开放实验体系里的各个要素 本身的建设，还要考虑各个要素之间的关联性、即系统性，并且要考虑这些要素 与外围的环境之间的关系，从整体上进行把握，构建出一个动态平衡的体系来。 开放实验体系的建设首先要从系统的建设目标、建设原则出发，重点探讨它的建 设内容、开放层次以及具体的开放形式，还要考虑它与外部环境的关系，也就是 产学研一体化的问题。 3 1 建设目标 在“质量工程 的指导下，立足当前，着眼长远，从整体上构建一个满足本 科实践教学需求的开放实验教学体系，加强实验室建设力度，整合与共享优质教 育资源，突出重点，整体推进，培养具有现代教育技术技能、适应未来教育教学 改革发展需要、有持续发展潜力并具有创新精神和实践能力的高素质人才和实验 教学队伍，建立现代化的高效运行管理体制与评价制度，从而全面提升开放实验 教学水平，培养一大批拔尖创新人才，满足社会经济快速发展的需要。 3 2 建设原则 对于开放实验的建设，很多的学者进行了研究，形成了多种建设原则，如需 求原则、导师原则、探索原则、合作原则、安全原则等n 引。笔者从我校的实际出 发，认为开放实验体系的建设可遵循以下几个原则： 开放实验体系建设及其综合网络管理系统的设计与实现 ( 1 ) 系统性原则 系统是由若干要素以一定结构形式联结构成的具有某种功能的有机整体。其 核心思想是整体观念。在开放实验体系的建设中，系统性要求各个单项实验之间， 要加强协同性，发挥组织系统的作用。 ( 2 ) 科学性原则 科学性是指开放实验教学的每个实验项目本身要符合科学性，即有科学根据， 也要求设计性实验、开发创新性实验具有科学性，符合科学的专业理论、教育理 论。 ( 3 ) 设计性与拓展性原则 开放实验不仅用来验证课堂所学知识，更重要的要用来探索未知的问题，要 “授人以渔”，设置设计性、拓展性的实验项目，如学生自主设计机械模型、传统 实验方法的改进等。 ( 4 ) 普遍性与针对性相结合原则 开放实验体系的建设，必须要兼顾所有学科、教师以及学生的需求，挖掘共 性，避免过于专业化。另一方面，针对单个学科、专业的需要，也要配备专业的 实验设备、实验场所等。 ( 5 ) 全面开放性原则 要制定切实可行的开放制度和管理制度，保证实验室能全天候、全方位开放。 ( 6 ) 安全性原则 开放实验室要把安全放在首位，切实保证实验的万无一失，安全可靠。 3 3 建设内容 3 3 1 实验项目建设 实验项目建设是构建开放实验体系的基础性一环，然而当前我国许多高校的 大部分实验项目是按理论课设置，把实验作为理论课的附属，主要是验证理论课 的内容。由于是在同一实验条件、模式、时间下进行的大多是验证性实验，往往 教师很难根据学生个人爱好进行补充实验、设计实验。对于成绩的评定，教师只 能根据实验报告、实验结果，参考实验过程给出优、良、中、差，随意性较大， 学生也以及格、过关为目标，只重结果，不重过程，只重分数，不重能力，培养 的学生往往是“千人一面”，缺少个性。不能否认这种设置在对理论知识的学习与 巩固、培养学生的实践操作能力等方面所起的作用。然而也存在很大程度的不足， 如实验的创新性、设计性不够，学生的个性得不到张扬，在某种程度上制约了学 生创新潜能的发展。 因此，实验项目建设必须根据科学性、规范性的原则，建立基础验证型、实 1 2 硕士学位论文 践体验型、综合设计型、研究创新型等多种类型的实验项目体系，在验证、综合 和设计型实验的基础上，促使学生更多地参与探索性与创造性实验；鼓励实验教 学单独设课，实验课时较多的课程，应设计独立实验课，实验课时较少的课程， 可以将几门课程的实验项目经优化整合后独立设为一门实验课程；鼓励教师开设 综合设计课程、模拟训练课程和研究方法实践课程；实验教学内容要面向实际， 结合学科前沿，更多地采用案例分析、项目教学、产品引导教学等形式科学规划 实验项目内容，通过学生自主选择，满足不同类型、不同阶段、不同层次学生的 需求。只有这样才能最大程度的激发学生的潜能，培养他们的创新精神和实践能 力。 3 - 3 2 实验室建设 3 3 2 1 实验室的层次建设 实验室是学生进行实验的场所，实验室的建设也是一个体系工程，这包括国 家级实验室、省部级重点实验室和校级实验室，也可分为基础实验室、专业实验 室、综合性实验室。实验室的建设应该以国家级实验室一省部级重点实验室一校 级实验室为主轴，在此基础上各门学科要建立自己的基础实验室、专业实验室、 综合性实验室，重点突出，形成特色。其中，国家级实验室和省部级重点实验室 是经国家和省部批准的、具有示范性质的重点实验室，在人才引进和设备投资方 面学校要给予政策倾斜，要重点扶植，加大投入，形成特色，建成国内一流的、 在国外有一定影响力的实验室；校级实验室是学校各个院系开设的，涉及到各门 各类