高校开放创新实验教学模式课件

高校开放创新实验教学模式

的改革与实践

2010年03月06日

安徽·合肥报告提纲对开放创新实验教学的一些认识开放创新实验教学体系建设核心要素适应开放创新的实验教学信息化建设对开放创新实验教学的一些认识关于创新对学生而言，创新只是发现了自己过去不知道的事实。创新性实验固然要帮助学生将来成就伟大的创新，但主要任务是要使学生体验到创新的快乐和自信，激发学生的创新欲望，并创造条件使这种可贵的品质保持下去，鼓励学生持续性地把发现的“新”深究下去，培养他们创新的能力，这才是创新性实验教学的本真目的。创新能力的培养融入大学实验教学的每个环节、每个实验（包括基本实验）。一、对开放创新实验教学的一些认识创新意识创新思维创新技能创新品格高校实验教学创新人才能力要素一、对开放创新实验教学的一些认识实验教学与创新人才培养激发学生的创新意识实验教学既对理论教育中较为抽象的、难以被学生理解的知识点进行检验和印证，又补充了理论教育之不足，更为重要的是由此激发了学生的兴趣和求知欲，是培养学生在承传与创新、规范与突破、发展与改革、理论联系实际、独立思考与交流借鉴相结合的过程中激发和强化创新意识的有效途径，是开启学生健全心智的“金钥匙”。一、对开放创新实验教学的一些认识实验教学与创新人才培养增长学生的创新技能学生在实验过程中，能验证和巩固在课堂上学到的理论知识，掌握严谨、扎实的实验技能和一套完整的实验方法。学生的观察能力、操作能力、思维能力都会逐步提高。同时学生在实验中要选择、安装和调试实验仪器、设计实验方案、测量和记录数据、排除实验故障，这些操作过程可以使学生的创新技能得到充分发展。一、对开放创新实验教学的一些认识实验教学与创新人才培养涵养学生的创新品格无论是探索性实验还是验证性实验，都不会一帆风顺，只有不断地重复，甚至是失误，付出大量时间和劳动，才能得到期望的结果。这无疑锻炼和培养了学生不畏艰难、坚韧不拔的勇气和毅力，积极探索、勇于创新的精神。而这又恰是创新人才所必备的品格。实验中生发出的自信、自律和责任感，则是推动学生继续创新的强大的情感力量。一、对开放创新实验教学的一些认识内容、时间、空间、仪器设备、指导模式关于开放：基本要素一、对开放创新实验教学的一些认识实验项目类型及其教学作用基本类型教学任务学生思维活动基础练习型实验1层次：了解记忆事实、术语、概念、基本实验方法2层次：理解利用实验技术方法/认识概念和原理综合设计型实验3层次：应用利用概念和原理/解决问题4层次：综合应用多课程知识和技术/解决问题研究探索型实验5层次：研究应用所学知识探索/产生新知识一、对开放创新实验教学的一些认识基础练习型实验承担的认知任务是“了解”和“理解”。是检验课程中某单一理论或者原理的验证性实验，或是练习基本实验方法、基本操作技能等的实验。其教学目的是培养学生的基本认知能力。一、对开放创新实验教学的一些认识综合设计型实验承担的认知任务是“应用”和“综合”。包括综合性实验和设计性实验。综合性实验利用多门课程或多个原理及概念，通过一种或多种实验方法实现给定的实验目的。通过实验内容、方法、手段的综合，培养综合考虑问题的思维方式，运用综合的方法、手段分析问题、解决问题，达到能力、素质的综合培养。一、对开放创新实验教学的一些认识研究探索型实验承担的认知任务是“研究”包括对新理论的研究，对实验方法、技术和仪器设备的改进和革新，对大型软件的开发或二次开发等项目，或直接参与教师的科研项目。学生在教师的指导下独立自主地完成实验，或者在指导教师的研究领域或者其个人的学科方向进行有目的、有意识的实质性探索与研究活动。激发学生创新欲望、培养学生科学研究兴趣和创新能力。一、对开放创新实验教学的一些认识“国家大学生创新性实验计划”项目“国家大学生创新性实验计划”项目属综合设计型实验和研究探索型实验范畴，同时又具有更广泛、更深入的研究探索和设计创新内涵，是综合设计性实验和研究探索型实验的拓展。既包括大学生在实验室进行的探索性实验项目，也包括在实验室以外的空间进行的自主科研研究实践训练项目，如工程研究设计、社会调查分析等。一、对开放创新实验教学的一些认识实验项目类型及其“开放内禀性”实验项目的类型基础性实验——具有时间和空间“开放内禀性”综合性实验设计性实验研究探索性实验创新性实验关于开放：由内容开放统领学生需根据选题自行设计实验方案并加以实现具有时间、空间、实验过程和实验内容的“开放内禀性”一、对开放创新实验教学的一些认识实验项目类型及其“开放内禀性”实验项目的类型基础性实验——具有时间和空间“开放内禀性”综合性实验设计性实验——具有时间、空间、实验过程和实验内容的“开放内禀性”研究探索性实验——除选题外，其他各个方面均具“开放内禀性”创新性实验计划项目关于开放：由内容开放统领对学生来说，创新性实验训练不仅具有实验选题、实验过程、实验分析等环节的开放性，而且要求具有实验指导、实验时间、实验资源的开放环境，具有完全的“开放内禀性”一、对开放创新实验教学的一些认识开放创新实验教学体系建设核心要素1、实验教学（5）教学理念、课程体系、教学内容、教学研究、教学效果2、实验队伍（2）队伍现状、融合模式3、管理模式（2）学科管理、网络信息平台4、设备环境（3）仪器设备、政策与机制、环境与安全二、开放创新实验教学体系建设核心要素4个一级要素、12个二级要素、27个建设点实验教学要素之二：课程体系2、课程体系●课程体系具有层次性（基础性、综合性、研究性的系列实验课程），课型（独立设置的实验课程、课程实验、基于实验的研讨课、基于实验项目研究的项目课等）丰富，有必修课和选修课。3、自主选择●每门实验课程正常开出，提供给学生必修或自主选修，每年选选修实验课程的学生多，实验室被学生选修的课程多；●（必修课和选修课）实验项目菜单化，在基本要求的基础上实现学生自主选择（时间和内容）。4、课外研学●课外积极开展学科竞赛和课程学习竞赛，鼓励学生自主提出实验课题进行研究活动，推进研究性学习；●课外活动系列化、类型丰富，并具有可持续性；●学生课外学习成绩或获得的学分具有有效性。5、课外开放●开设的选修课（不是必选课）、各类竞赛活动、学生进行自主进行项目研究等实验教学量（人时数）占实验室实验教学总量的比例应不断提高。(目前为5%左右)二、开放创新实验教学体系建设核心要素实验教学要素之三：教学内容6、项目类型●实验项目按基础型、综合设计型、研究探索型三类设置，其中综合设计型、研究探索型实验项目的比例为50%左右。7、项目利用●综合设计型、研究探索型实验项目的利用频度高，综合设计型、研究探索型实验项目的实际使用人时数达到50%以左右（基础实验室的这一比例应达到30%左右）。二、开放创新实验教学体系建设核心要素实验队伍要素之一：队伍结构12、队伍结构●实验教学队伍结构合理，符合实验室实际；●与理论教学队伍互通，核心骨干相对稳定，形成动态平衡；●实验教学队伍教风优良，治学严谨。13、岗位设置●实验室负责人学术水平高，热爱实验教学，管理能力强；●设置课程改革、实验项目建设、网络信息平台建设、课外研学活动建设等支持实验室开放和创新的新型岗位，相关岗位职责明确，由教授担任岗位主持人，且取得显著成效。二、开放创新实验教学体系建设核心要素实验队伍要素之二：融合模式

14、队伍组成●任课教师由专职实验教师、理论课为主的教师（兼职）、专职科研人员（兼职）和研究生TA几部分组成，且分布合理；●政策措施得力，能引导和激励高水平教师积极投入实验教学。15、专兼教师●专职实验教师积极开展科学研究，承担科研任务的教师的比例力争达到100%，兼职教师积极开展实验教学改革研究。16、技术队伍●专职实验技术保障队伍积极参加教学科研活动，三年内参加院（系）级（含）以上教学改革和技术开发课题的人员的比例达到80%以上（院（系）级课题必须是自主立项），参加校级（含）以上教学改革与学科研究课题的人员的比例达到50%以上。二、开放创新实验教学体系建设核心要素管理模式之一：学科管理17、学科建设模式●以学科为支撑，实验课程设置涵盖专业基础课程、专业课程，教学活动涵盖实验课程教学和毕业设计实践、学生科研训练；●以学科建设为统领，教学实验室建设与科研实验室建设紧密结合，行政管理体制以挂靠院（系）的实体管理为主；●整合优化的、涉及多个学科的共享实验平台，要有合适的、取得实效的制度保障机制。18、科研实验室开放●科研实验室开出教学实验项目、实验研讨课、实验项目课等，在科研科实验室完成大学生实验科研训练、开展实验实践类学科竞赛等，这些实验实践类教学工作折合人时数达到实验室实验教学总人时数的10%以上。二、开放创新实验教学体系建设核心要素实验中心（室）的综合布局及管理模式①校级公共平台实验室以一级学科建中心、二级学科建分室。以大类学科的各中心为主体建平台。中心为“实”，实现学科挂靠；平台为“虚”，统筹管理，避免重复建设，实现开放共享。②管理体系设立校级建设领导小组与建设指导委员会（专家组）。设立建设工作组。下设各实验中心（室）为实体管理，实现学科挂靠。二、开放创新实验教学体系建设核心要素管理模式之二：信息平台19、信息资源●具有丰富的实验教学信息资源，主要包括媒体素材（是传播教学信息的基本材料单元，包括文本类素材、图像类素材、音频类素材、视频类素材、动画类素材五大类）、试题库、课件（包括网络课件）、案例、文献资料、常见问题解答、资源目录索引及网络课程等。20、网络管理●实验教学实行全方位的网络管理，包括选课（项目）、派位、日志管理、电源管理、答疑与监控、技能测评、师生互动、学生评教、设备等管理。21、网络设施●实验室网络基础设施设计具有实用性和前瞻性，满足实验教学的智能化管理要求。二、开放创新实验教学体系建设核心要素设备环境之一：仪器设备22、设备管理●实验教学设备品质优良，组合优化，配置合理；●按开放实验项目的要求配置相应的仪器设备，实行开架式管理，最大限度地方便师生，满足开放与学生创新训练的需要，着力提高仪器设备的使用效益。23、自制设备●实验室拥有一批内容精彩、构思巧妙、技术先进、做法灵活的精品实验设备，这些设备通过科研成果转化而成，并具有一定数量的自主研制设备。二、开放创新实验教学体系建设核心要素设备环境之二：政策机制24、运行经费●实验运行经费充足，满足开放、创新教学的需求；通过实验室开放、研究成果技术转让等渠道筹集到的实验室运行经费占实验室总运行经费的比例要达到一定的比例。25、政策制度●建设与实验队伍建设模式、实验室开放模式相互适应的政策机制，实验教学质量保障制度齐全；●实验教学队伍教风优良，治学严谨，团结协作，勇于探索和创新。二、开放创新实验教学体系建设核心要素设备环境之三：环境安全26、实验室布局●实验室、准备室、讨论室、控制室、教师工作室等布局合理；●根据不同学科特点，实验室设备和环境的布局可采取规整型、环绕型、分组型、海湾型等不同的布局方式，方便学生实验操作。27、实验室安全●学生安全教育与培训制度齐齐全，有相应的安全管理设施，有突发安全事件应急预案，保证开放式创新性实验教学中学生的人身安全和仪器设备的安全。二、开放创新实验教学体系建设核心要素实验室布局方式：以人为本“人员—设备—环境”三者最佳的匹配、提高工作效率二、开放创新实验教学体系建设核心要素适应开放创新的实验教学信息化建设实验室信息化建设的内涵核心：资源信息资源的开发和有效利用。功能：管理通过现代网络媒体技术，实现实验教学的网络助学与开放管理。基础设施：软硬并举拥有大量能够在网上进行集中有序的管理、共享与利用的信息资源。完善的信息化物理基础平台：网络设施。三、适应开放创新的实验教学信息化建设实验教学信息化资源建设包括有利于实现教学目标，在实验教学设计、实施和评价过程中可利用的各种资源的总和。三、适应开放创新的实验教学信息化建设实验教学信息化资源建设媒体素材（传播教学信息的基本材料单元），包括文本类素材、图像类素材、音频类素材、视频类素材、动画类素材五大类。试题库、课件（包括网络课件）、案例、文献资料、常见问题解答、资源目录索引、网络课程等。三、适应开放创新的实验教学信息化建设信息资源建设内容1、综合共享信息模块2、实验课件模块3、仿真实验模块4、实验知识拓展模块5、仪器资料库模块6、远程实验资源模块7、其它功能模块实验中心实验教学信息化资源建设框架三、适应开放创新的实验教学信息化建设1、综合共享信息模块包含实验室各类优质资源信息，为同类型实验室的建设、教学改革、教学运行提供交流的平台。参照国家级实验教学示范中心评审指标体系所引导的建设内容进行设计。中心概况、实验教学、实验队伍、设备与环境、管理模式、特色与辐射等内容部分组成。凝炼出实验室开放式创新性实验教学建设与运行的先进模式和经验，以便为其他高校提供共享和借鉴。三、适应开放创新的实验教学信息化建设2、实验课件模块按照实验目的、实验原理、仪器介绍、数据结果测评、实验成绩评定与登录、观察与思考等几部分设计制作实验教学课件。原理介绍简明扼要，具有必要的动画展示，用“虚拟指导现实、形象表现抽象”。要实现实验课课件的课外辅导与课堂教学指导功能的有机统一。课外，学生可以通过课件进行实验预习与复习。课内，课件可以发挥指导学生实验与测评学生的能力的作用。三、适应开放创新的实验教学信息化建设3、仿真实验模块仿真实验是利用现代信息技术，在一定程度上对所选定的实验项目进行仿真，以便于学生在计算机上进行模拟实验操作和数据分析。仿真实验可以提高学生对实验操作的熟悉程度，利于学生在实际仪器上进行正确有效的操作，以便提高实际实验的测量结果精度。仿真实验也可以弥补实际实验室硬件条件的局限，开设实验室未有仪器的仿真实验项目有助于开拓学生的知识面。三、适应开放创新的实验教学信息化建设4、知识拓展模块利用计算机信息化手段，对实验过程中所涉及的知识领域的相关信息进行集成，建立实验知识拓展信息数据库（或称为知识素材库）。为学生营造自主学习的开放环境，实现实验教学与相关理论教学的和谐融合，并通过实验课程的学习带动其他相关课程的学习。该素材库包含与每个实验相关的理论知识、实验案例、日常现象、工程应用实例、重大发现与发明等。三、适应开放创新的实验教学信息化建设5、仪器资料库模块仪器资料库是实验网络教学重要信息资源。仪器工作原理、以动画显示的仪器内部工作状态、仪器操作技巧等。为网络实验教学中教学课件、仿真实验和实验知识拓展等方面提供仪器信息支持。学生可以在此通过文本、图片、视频等方式进行查询、浏览、学习。三、适应开放创新的实验教学信息化建设6、远程实验资源模块通过远程实验系统，将实验的设备、实验过程和实验结果连接起来，并利用网络直播手段，实现了动手操作、实时观察、理论指导和教学互动等教学功能。远程实验不仅给远程实验者以身临其境的真实感觉，而且克服了网络虚拟实验或计算机仿真实验过于理想化，受限于数学模型，缺乏真实实验氛围的缺陷，为实现异地远程化的实验教学提供了先进的手段。三、适应开放创新的实验教学信息化建设7、其它功能模块如全球范围内其它相关学科实验教学站点、实验教学资料数据库等的链接等。三、适应开放创新的实验教学信息化建设实验教学信息化管理不仅在于实现学生选择实验项目、选择实验时间、进行实验考勤、实现实验成绩管理等一系列的教务管理。还要实现一系列的实现信息资源的综合利用、促进学生创新思维和实践能力的高级管理。三、适应开放创新的实验教学信息化建设开放管理建设内容选课管理模块刷卡派位与电源管理模块远程答疑与监控模块学生技能测评模块师生互动模块课程评教模块设备管理模块通知、公告模块其它功能模块三、适应开放创新的实验教学信息化建设实验教学信息化管理建设框架1、选课管理模块选课管理为开放实验提供技术支持的课程管理信息化平台，可以实现网上选做实验项目、预约实验时间、自行调课、实验成绩的网上管理等功能。2、刷卡派位与电源管理模块通过刷卡认证身份，自动开启实验室门禁系统并自动分配实验位置，同时该位置实验电源自动开启，并记录学生实验开始时间，实验结束通过刷卡自动关闭实验电源，同时记录学生完成实验并离开实验室时间，并实现学生实验日志管理。三、适应开放创新的实验教学信息化建设3、远程答疑与监控模块通过答疑与监控控制中心（远程、视频、实时）实现对各实验室教学情况的监控，同时实现高水平教师为多个班级学生的通过控制中心进行答疑、指导。4、学生技能测评模块通过课前（开始该实验课程学习之前）基础测评、实验项目预习效果测评、实验项目数据结果测评、课后（结束该实验课程学习之后）实验技能测评等模块，完成对学生在实验课程学习全过程中知识水平和操作技能的完整评价。三、适应开放创新的实验教学信息化建设5、师生互动模块提供统一方便的界面供师生进行信息交流。可以包括教学论坛、教学留言板、在线问答、Email、站内消息等。6、学生评教模块可以方便了解实验课程教学情况信息，为及时改进实验教学提供有效信息。三、适应开放创新的实验教学信息化建设7、设备管理模块如实验仪器“开架”管理，设备维修管理等。8、网上办公模块将实验课程或实验室相关信息向学生、教师等进行通告，实现网上办公功能。9、其它功能模块如网上提交实验报告并自动批改等其他拓展功能。三、适应开放创新的实验教学信息化建设注重实验室网络基础设施的智能化设计，建成前瞻、高效、智能的网络化教学、助学、开放和管理环境。融入数字化校园和智能化大厦的设计理念。建设技术一流、适应教学方法和实验手段同步发展的智能化网络基础设施和各类管理软件。实现计算机辅助实验管理、实验教学、实验过程。实现集中监控和师生互动等功能。设计基于网络环境的门禁系统、多媒体教学系统、视频监控与语音互动系统。三、适应开放创新的实验教学信息化建设实验室网络基础平台建设实验教学信息化建设实践（案例）基于网络的实验教学指导（计算机TA）基于网络的多重（远程）答疑指导基于网络的“预约、派位、电源控制、实验日志”集成管理系统实验教学质量全程网络化监控系统教学模式改革的一个典型案例三、适应开放创新的实验教学信息化建设实验课程实施网络教学的必要性营造开放的学习环境教师统一讲授，不利于因材施教，不利于优秀学生脱颖而出。提高教学效益基础实验课缺少师资，每周重复小班上课4-10次。高水平的主讲教师面对少数学生，大面积实验教学质量有待提高；教师自身知识更新，保证教学质量的提高面对学生的时间+批阅实验报告时间＞30学时。基础课教学任务重的院系难以良性发展，教学质量难以保证。高水平岗位数目核心骨干+助教+流动人员实验课程网络助学模式形象展示抽象、虚拟指导现实实验课网络教学不同于理论课网络教学实验课网络教学不同于实验CAI仿真教学网络全程教学与管理，提高教师的实验教学效益学生网上预习Intranet和Internet实验操作网络实时指导实验数据网络评判实验结果的评价实现网络复习与知识拓展实现选课与成绩网络管理等Intranet和Internet教学校内外教学一体化网络多媒体实验室建设的一种模式

（东南大学物理、电工电子实验中心）网络多媒体实验室

网络多媒体系统+现实实验室物理：每一个实验室配备多媒体计算机终端4-6台。电工电子：每套仪器配备计算机（兼备两种功能）。网络多媒体实验室建设的一种方式

（东南大学）网络多媒体实验室实例（东南大学）东南大学物理实验室实景之一实验室布局每四位学生配置一计算机TA教师指导与计算机TA助学的有机结合（TA—TeachingAssistant）计算机TA⑴、基于网络的计算机TA教学模式

传统教学模式和计算机TA教学模式对比图“计算机TA”教学模式效益分析⑵、基于网络的多重答疑与指导课外答疑与指导网络工作室、师生互动系统“计算机TA”课内指导与课外辅导导学系统、资源系统、管理系统等高水平教师同时为多个班级学生现场答疑、指导通过答疑与监控控制中心实现（远程、视频、实时）高水平教师远程