1創設實驗教學場景

激發學生探究欲望如果沒有實驗設計的場景，大部分學生會感覺到無從下手。所以要讓學生主動探究，必須給學生創設一個形象生動的場景，既能激發學生的探究欲望，又能激活學生的預備知識，讓學生的思考有明確的方向，進入實驗方案自主設計的理想思維狀態。在“氣體的等溫變化”教學中，筆者用一個小實驗設置實驗情境：取一個剝去外殼的熟鵪鶉蛋，放在一個口徑略小于它的燒瓶瓶口處，把燒瓶浸入熱水中，一會兒后，鵪鶉蛋會向上彈出；把燒瓶浸入冷水中，一會兒后，鵪鶉蛋會向下進入燒瓶。讓學生在鵪鶉蛋可以完好無損地向上彈出和向下進入燒瓶的驚奇中，設置引導問題，鵪鶉蛋在某一瞬間為什么會向上彈出（或向下進入燒瓶），激發學生對將要學習的氣體問題產生濃厚的興趣，提出要探究的問題：一定質量的氣體，在溫度不變的條件下其壓強與體積變化時的關系。這樣的設計符合學生的認知規律。

2教師引導

對問題進行科學猜想如果學生沒有經過科學猜想就進行實驗設計，學生不知道實驗的目的，實驗設計就難以進行下去，不能培養學生的猜想能力，經歷的探究過程也不能鍛煉創新思維。所以教師必須引導學生根據已掌握的物理知識、隨堂實驗和生活經驗，把學生引入科學猜想的情景，有理有據地對問題進行猜想，明確探究的方向。在探究“影響導體電阻的因素”的教學中，筆者通過下面3個現象引導學生猜想：①滑動變阻器的滑片移動，電阻變化；②使用的是220V的燈泡，燈絲越粗越亮；③電線常用銅絲制造而不用鐵絲。這樣的設計給學生的探究指明了方向，學生一步一步地得出自己的科學猜想。

3教師引導

選用實驗器材如果教師直接給學生提供實驗器材，并介紹各種實驗器材的功能，代替了學生的探究和猜想，學生沒有學會遇到困難如何解決問題的方法。所以可以給學生預備多種器材，包括一部分無用器材，讓學生在問題的引導下思考實驗的原理，選用器材，思考有沒有更好的替代器材，有沒有創新，體現探究的開放性。在“測定電池的電動勢和內阻”的實驗中，筆者陳列一些實驗器材：干電池、安培表、伏特表、滑動變阻器、電阻箱、電鍵和導線若干根等，讓學生選擇器材，自行設計電路圖來完成實驗。筆者用下面的問題來引導學生選擇實驗器材：①需要什么儀器，采用什么樣的電路圖，原理是什么；②選擇什么規格的器材，被測干電池選內阻較大的還是較小的，伏特表選什么量程，安培表選什么量程，滑動變阻器選阻值較小的還是較大的。通過這樣的設計引導學生重視分析實驗器材與實驗目的和原理的聯系，分析為什么要選用這些器材，這些器材有什么用途，把本實驗的知識融合在一起，在分析問題的過程中培養學生獨立思考的能力。

4問題引導

1畢業論文實驗室現狀

廣東海洋大學食品學院實驗室結合專業方向，將實驗室分成兩部分，一是教學型實驗室，包括食品微生物實驗室、食品分析實驗室和食品工程實驗室，主要承擔本科實驗教學、大學生創新實驗及大學生挑戰者杯等任務；二是科研型實驗室，包括水產品貯藏與加工研究室、水產品質量與安全研究室、亞熱帶特色農產品貯藏與加工研究室、海洋藥物研究室和兩個重點實驗室廣東省水產品加工與安全重點實驗室、水產品深加工廣東省高校重點實驗室，主要承擔教師和研究生的科研實驗任務。每年，食品學院食品科學與工程、食品質量與安全兩個專業方向，共計10個班，約350人的畢業實驗都是由這兩部分實驗室承擔，又尤其是教學型實驗室為主，基本上60%~70%的畢業生論文實驗都安排在這部分實驗室。因為這些教學型實驗室首先是要完成大量而繁重的教學任務，同時還要兼顧科研實驗任務，這給畢業生做論文實驗帶了較大壓力，加之學生對實驗室的各項規章制度，儀器設備操作使用、維護及注意事項不太了解，而且在實驗過程中部分教師和學生對畢業論文實驗的重要性認識不夠，期間又缺乏有效的指導機制和監督機制，學生在實驗室進行實驗研究活動的隨意性增加。舉個簡單例子來說，學生畢業實驗結束，剩余的實驗原料、試劑藥品，經常是未妥善處理，往往還放在實驗室的試劑柜或藥品柜中，還等著實驗人員清除，這大大增加了實驗室老師的管理工作量。而畢業論文實驗的指導工作量僅僅歸于指導教師本人，這無形中也會引發指導教師、學生與實驗室老師三者之間的矛盾，從而影響畢業論文實驗的正常開展，進而導致畢業論文質量不高，同時也影響了實驗室正常管理工作。針對這些問題，筆者以食品微生物室為實例，對畢業論文實驗的管理提出以下幾點建議與想法，以加強對畢業論文的規范與管理。

2畢業論文實驗管理建議

2.1進入實驗室的培訓

學生開展實驗前，先將安排在食品微生物實驗室的所有學生集中，針對這些學生進行集中培訓。首先，讓這些學生了解和學習學校及學院有關實驗室的各項規章與制度，如《廣東海洋大學實驗室安全制度》，《廣東海洋大學學生實驗守則》，《廣東海洋大學實驗室儀器設備管理制度》與《廣東海洋大學儀器設備損壞丟失賠償制度》等，讓學生明白怎樣進入實驗，進入實驗室后該如何做，出了緊急情況如何處理及損壞儀器改如何賠償等等。然后，實驗室老師跟指導老師一起對這些學生進行實驗室包括常規常用試劑的配制，基本儀器設備的使用，儀器設備的維護與保養等基礎實驗技能的培訓。因為筆者管理的是食品微生物實驗室，因此結合實際，對學生安排了菌種的接種，培養基的制備，實器材的包扎，高壓滅菌鍋使用，顯微鏡的使用和細菌染色方法(尤其是革蘭氏染色法)等基礎實驗的培訓，介紹了各種實驗技能的操作方法及要點，儀器設備的使用方法，注意事項，儀器設備的維護。之后讓學生一個一個進行動手學習操作，糾正不規范及錯誤動作，讓他們真正學會這些基本的實驗技能。同時，讓學生了解食品的各種表：微生物室管理登記表，如進出實驗室登記表，儀器藥品的領用表，儀器設備借用記錄等等。做到有根有據，有章可循，讓學生明白這些手續是如何辦理與填寫。此外，在培訓會中還規定了實驗室小組長，讓其安排好每名畢業生實驗固定的位置和柜子，安排每天實驗室的值日，其他學生必須聽從小組長安排，讓學生參與到實驗室的管理工作來，以減輕實驗老師的負擔，還能鍛煉學生的管理與自我約束能力。培訓結束后，對這些進入食品微生物室的學生還要進行考核。考核分為筆試和儀器操作考試(輔以口述)，成績達95分者方可進入實驗室開展畢業論文實驗。經過培訓與考核，學生就能安全有序，合理正確的開展實驗了。

2.2實驗過程的管理

經過進入實驗室前的培訓與考核，實驗過程中的管理負擔應該會相對少些。實驗過程中，要求學生按時按點到實驗室，并做好考勤登記表。不能像以往散兵游勇似的，每天9點一撥人，10點一撥人，甚至是12點到實驗室的。實驗老師要時常抽查出勤表，了解學生的出勤情況，對于個人出勤少、在實驗室露臉少的學生要督促并警告，而且要及時跟該生的指導老師匯報，讓其指導老師了解學生的具體情況。這樣一方面可以了解學生實驗出勤情況，另一方面可以規范實驗室管理，樹立實驗室管理威信。針對個別學生因為實驗安排需要的特殊情況(如做微生物的生長曲線是)，提前申請，可以另行處理。針對學生在實驗過程中時常需要借用藥品試劑、儀器設備，實驗老師規定每周幾個固定的借用時間點，只能在這規定些時間點跟實驗老師借用儀器設備。不能像以往那樣，學生缺什么儀器，缺何種試劑，實驗室老師像保姆似的，必須隨時給準備好。這不僅耽誤老師時間，也對學生也沒有約束作用。規定好借用時間，也有利用督促學生安排好自己的實驗進程。實驗過程，需要使用到大型精密儀器設備，需提前預約好，如果預約好，又沒按時使用的話，要口頭警告，若是再犯此類錯誤，停止使用相關儀器設備一個月。如需要借用一些大型的儀器設備，或者是固定資產，而且使用時間較長的，指導老師需要提前跟實驗室老師溝通協調，并做好借用登記。實驗過程中，遇到實驗理論或者技術問題，學生需及時跟指導老師聯系溝通，實驗室老師如有條件，也可協助解決。如果實驗室進行實驗教學任務的同時，畢業生需要開展畢業實驗，實驗室老師要妥善安排好畢業論文的實驗場所。

第一篇：非化學專業基礎化學實驗教學探究

一、基礎化學實驗在非化學專業中開展研究性教學的原因

近年來針對化學學科發展的特點，以及其他學科對于化學學科知識交叉的需要，化學學科逐漸演化成以注重實踐為主的理論與實踐相結合的教學體系；化學實驗的內容也更加注重和科研、理論、社會等因素相結合，使得實驗的種類不斷創新；更多高科技教學方法的使用，也使得教學課堂更加的直觀、立體，互動性大大增強。近年來，教學改革一直是全社會關注的一項重要問題，它既包含教學過程中教師教學方法的改革，也包含著學生學習方法的改革，既關系到學生的未來前途，也關系到國家對于高素質創新型人才的需要。但就目前非化學專業的基礎化學實驗課來看，化學實驗往往是承擔著理論學習、方法驗證和培養學生實驗技能等方面的任務。但在培養學生獨立的科研能力和創新實踐能力上，作用是非常有限的。其原因主要還是教學理念和教學方法上的陳舊，老師還是占據著課堂的絕對主動和絕對權威，從實驗設計到實驗方法都是老師“大包大攬”，學生只需要在學校有限的課時中，遵照老師的實驗方法，完成實驗，課后完成實驗報告，對實驗進行總結。這種陳舊的課程教學模式，沒有發揮出學生的自主學習能力，將最具有創新性的實驗課，變得機械、沉悶，學生對于實驗動手能力的興趣大打折扣，化學實驗課的重要性也淡化了許多，即便是實驗課程的題目設置得新穎，也很難調動學生自主學習的積極性，限制了學生創新能力和實踐能力的發展。對于上述問題，我們就應該考慮如何改變這種陳舊的教學模式，使得學生的科研能力、創新能力、實踐能力得到相應的培養，而研究性教學方法恰恰是培養學生這三種能力最好的方法。自從上世紀90年代前后開始研究性教學方法在各大教學課堂上興起，這種新的教學方法既是新的教學觀，也是新的學習觀，是引導學生充分發揮其自主學習能力，從而真正達到一個和諧、主動、活潑的課堂環境的教學方法。2005年教育部《關于進一步加強高等學校本科教學工作的若干意見》中指出：“要積極推動研究性教學，提高大學生的創新能力。”研究性教學方法指老師為學生提供一個平臺，調動學生的自主創新性。學生在老師的指導和幫助下，自主設計問題，并設計解決問題的方法和途徑，整個過程充分發揮學生創新性和科研性，并在整個教學過程中提升學生的團隊意識和協作意識，提升學習的主動性和學習興趣。國內的許多高校的化學專業運用研究性教學這一教學方法后，都獲得了很好的效果，但是非化學專業的化學實驗中涉及的知識龐雜，學生對于化學實驗的興趣參差不齊，怎樣實施好研究性教學方法和非化學專業的基礎實驗課程的結合，就成為了很多高校要探索的問題。在研究了研究性教學方法的理論后，筆者探索了研究性教學在非化學專業的基礎化學實驗課中的應用和具體的保障措施，并在東北師范大學人文學院生物技術專業和中藥資源與開發專業的2013級學生中實踐。

二、研究性教學在非化學專業的基礎化學實驗中的運用

依據非化學專業課程設置中對于基礎化學實驗培養目標的具體要求，學生最先學習的是諸如重結晶及熔點測定、蒸餾及沸點測定、柱層析等化學實驗，這類實驗主要是培養學生基本的實驗動手能力，培養最基本的實驗素養，為之后的科研能力、實驗創新型等打下基礎。而在此基礎上結合專業的需求和學生自身的興趣等方面，進行深層次的化學實驗項目設計。如對生物技術專業和中藥資源與開發專業的學生開設：茶葉中提取咖啡因的實驗、乙酸乙酯合成制備實驗、苯甲酸重結晶提純實驗、蔬菜中葉綠體色素的提取分離及性質鑒定實驗、薄層色譜法鑒定鎮痛藥片中阿司匹林和咖啡因等設計性實驗，讓學生進行自主設計。研究性教學方法分為以下三個部分進行實施：

（一）學生在教師的幫助下完成實驗的預習、過程的設計、實驗方案的確定等環節

在以前的教學手法中實驗課會預先讓學生寫預習報告，學生的反感較大，積極性不高，預習的效果微乎其微。許多學生甚至認為這沒有意義，這就表明在預習中學生的自主能力差，不能自己發現問題，解決問題。因此在實驗課題的選擇上就要充分地考慮到學生的專業基礎、知識累積等方面因素，從多方面提出問題進而激發同學們學習的積極性。如從茶葉中提取咖啡堿的實驗，指導教師就提取方法、咖啡堿的溶解性在不同的溶劑中的差異、分離提純、結果鑒定等各個方面提出問題。進而就相關的問題提出解決方案，并教會同學查閱文獻，讓同學們收集文獻資料，設計出問題的擬解決方案。當中包括實驗操作的具體步驟、實驗進行的條件、實驗相關的注意事項、實驗結果的預計，等等。并對學生提出的新想法、新創意提出鼓勵，和同學一起研討新思路的可行性問題。要做到在上課前由學生主導設計的實驗方案和實驗過程，具有清晰的思路和可行性。

一、在線實驗的探究設計

在線實驗模擬了現場實驗的場景，但卻不是現場實驗的簡單網絡化移植，實驗設計本身發生了較大變化。由于在線實驗的互聯網支持和計算機模擬等特點可以更好地提供一個促進思考和探究的環境，系統能在線記錄學生的獨立操作，為評價提供科學的依據，并可在此基礎上通過數據挖掘和優化，調整實驗設計，充分發揮學生的能動性，能適應不同水平和能力學生的要求。基于以上特點，筆者設計了與現場實驗存在較大區別的在線實驗探究式學習模式。培養學生的工程思維和能力是實驗設計的核心問題。由于CDIO模式繼承和發展了工程教育改革的理念，系統地提出了具有可操作性的能力培養、全面實施以及檢驗測評的標準，因此，我們主要基于CDIO的理念來設計在線實驗模式和方法，強調工程實踐環境中探與究的學習來實現CDIO的全過程，使得學生以更多元的方式進行工程實踐訓練。CDIO是以構思(Conceive)、設計(Design)、實現(Implement)、運作(Operate)為四個主線過程，綜合地考慮專業基礎知識、個人和職業的技能及團隊協作與溝通的技能，及在整個企業、社會環境下進行四個主線過程以達到全面提升工程實踐能力的培養過程。CDIO模式中的構思和設計環節主要針對學生的工程宏觀分析能力，而實現和運作環節主要針對學生的工程微觀分析和操作能力。作為一個縮小版的工程實踐過程，在線實驗的實驗方案的設計實際上就是構思和設計過程，而實驗過程就是實現和運作過程。因此，探究式學習主要體現在實驗方案探究與實驗過程的探究兩個方面。以下我們將通過遠程教育高校開發的典型實驗來具體說明其設計理念。

(一)實驗方案探究設計

實驗方案的探究主要培養學生的工程宏觀分析能力。在傳統的實驗教學模式下，實驗按照統一的方案展開，學生沒有選擇性。這種教學模式適用于理論驗證性的實驗，但在以培養學生工程能力為主的實驗中，就會壓制學生的想象力和主動探究的意識。因此，實驗方案探究是實驗教學策略的最重要部分。實驗的主要目的是認識和探索理論規律，掌握工程技能，應該以問題為驅動開展實驗方案的探究，學生對于老師提出的問題，以分析問題和解決問題為出發點，經過認真思考和研究，自主制定實驗方案，通過搭建實驗對象，準備儀器設備、測量各種工況下的數據，整理和判斷實驗數據和結果的正確性。這就要求實驗具有基于工程的實際背景設計，學生才可能在這種開放性的實驗環境下，對多種可能的實驗方案展開探究。英國開放大學的實驗“能量轉換(EnergyConversion)”是典型的實驗方案探究型實驗。實驗設計背景是銅的工業化生產，實驗問題是如何從銅礦石經過多個環節得到電解銅。教師首先要求學生設計基本方案。學生在實驗前1個月必須預習，由4人組成的實驗小組需要集體制定實驗方案，由于實驗問題本身的開放性，實驗方案也并不是確定的，指導老師只給出一些建議。從粉碎礦石到解析出銅的多步實驗步驟中，有多種途徑可以完成實驗，學生們集體討論得到設計方案。在實驗過程中，方案根據實際情況還繼續修正。完成基本方案設計以后，實驗完成過程也是實驗方案探究過程。學生在實驗室邊實驗、邊觀察、邊記錄、邊討論，每個實驗環節都要求去解答或解決一些相關的問題，如粉碎的效率、溶解濃度以及電解效率等，部分環節還要到計算機上進行數學模型的求解。實驗過程中進行觀察記錄和模型預測，最后對實驗結果進行驗證。實驗結束后，學生還必須根據本星期實驗情況，做口頭報告(Presentation)，教師根據學生預習和作業情況、實驗過程的表現以及口頭報告，給出實驗課程的最終評價。可以看出，整個實驗過程就是針對如何從銅礦石得到電解銅的這個具有工程背景的問題，在不斷探究的過程中制定和實施實驗方案的過程，這對學生工程宏觀分析能力的培養大有裨益。

(二)實驗過程探究

實驗過程探究主要培養學生的工程微觀分析與操作能力。傳統工科專業的實驗操作基本是按部就班地完成，對于故障分析與解決、規范操作等重要技能以及如何培養學生的工程意識、工程能力、創新能力還較少涉及，這顯然不能滿足工程應用型人才的培養需求。實驗過程探究式是在實驗過程中，教師給學生一定的引導和提示，讓學生自己通過觀察、思考、動手實施等途徑去獨立探索和研究，自行實現實驗過程的教學策略。概括起來，在實驗過程探究中，學生需要在實驗過程中自主發現問題，分析問題，實施和運行，真正實現探與究的學習過程。在工程實際環境中，觀察與發現各種現象、分析現象之間的聯系。因此在線實驗系統會較為真實地模擬這些現象，學生經過現象分析，確定現象發生的內因與外因；結合理論進行討論，明確調節目標與調節手段，形成解決方案。實驗系統設計必須便于討論和方案設計。華東理工大學DCS實驗是較為典型的實驗過程探究型實驗。實驗主要培訓學生DCS操作能力和故障處理能力。由于DCS系統本身的大多數操作都是基于計算機的操作，因此網上實驗課程的界面仿真DCS系統的計算機控制部分操作的界面。以下用一個簡單的故障處理實驗來說明實驗過程探究的實驗。在實驗中，設計了一個常見的故障處理，在圖1的界面中，學生觀察到粗丙酮塔T-601頂溫度儀表TI-6006出發異常過高報警，系統要求學生調節至正常運行溫度73.0-80.0℃。在觀察到異常過高報警后，學生將按照所學知識和工程常識，作出如下分析：粗丙酮塔頂溫度上升可能有4三個工藝方面的原因，分別是加水量過大、回流量過小或再沸器回水量過小，也有可能是儀表自身故障因素。既然存在這三種可能，就必須通過其他觀察和分析來確定故障原因，因此學生首先需分別檢查相關三個儀表，即加水量儀表FRC-6015，回流量儀表FR-6019，E-601再沸器回水儀表FRC-6014，以確定儀表正常工作。學生觀察到回流量儀表FR-6019讀數偏小，就可以判斷出是因為回流量不足造成塔頂溫度升高。在通過觀察分析找到故障原因后，學生根據工藝理論，確定解決方案，即增大塔頂回流量，需要調節FR-6019儀表。在工程環境中，不能進行一步到位的調節，以免造成大的擾動，需逐步小范圍調整，邊調邊等。因此學生在實施解決方案，必須仔細閱讀操作守則，將溫度調節至正常運行溫度的整個操作過程必須符合現場操作規范。操作實施時，首先將LRC-6023改為手動控制，每次增加調節閥閥位必須小于2%—這是操作守則要求的，如果學生超出這個閥位標準進行調節，訓練中系統將給出警告，在考試中則行為將被記錄，作為扣分依據。每次調節后系統會根據數學模型的計算將相應儀表調至相應位置，學生一邊觀察表顯示情況一邊調解，直至塔頂溫度恢復到73.0-80.0℃，最后將LRC-6023設置為自動控制。可以看出，此實驗在整個故障處理過程中，并不像普通課程實驗制定嚴格的步驟，而是讓學生根據工程實際情況，通過自主觀察分析來制定解決方案，然后根據操作規范來一邊觀察一邊操作運行，整個課程設計與教學過程較好地體現了探究式的教學策略。

二、基于過程考核的在線評價體系

一、高中化學探究實驗的含義及實驗步驟

(一)高中化學探究實驗的含義

高中化學探究實驗通常是指在課堂教學中，教師要把學生當作學習的主體，同時發揮自身在課堂教學中的主導作用，為學生創建一個自主學習探究的平臺。探究實驗的教學方式是讓學生發現化學領域中的問題，提出實驗假設，設計實驗方案，最終讓學生自主完成化學實驗并得出實驗結果的學習過程。

(二)高中化學探究實驗的具體步驟

高中化學探究實驗的具體步驟是按照發現問題—提出問題—提出實驗假設—設計實驗方案—驗證實驗假設—得出實驗結論的順序進行的。在發現問題和提出問題的階段，由于一部分學生只把目光局限于化學課程或化學課本中，所以很難發現問題和提出問題。針對這種情況，教師應該要引導學生將目光范圍擴大，從生活中、學習中發現問題，進而提出問題。教師還要從學生的實際情況以及教學內容出發，幫助學生尋找具有代表性的、可操作性的問題進行探究實驗。在提出實驗假設和設計實驗方案的階段，學生會對已經發現和提出的問題產生好奇，進一步引發學生對問題提出實驗假設，借助教學工具書、互聯網等手段查閱資料，設計實驗方案。教師可以組織學生以小組討論的形式完善實驗設計方案，并對學生的實驗設計方案進行適當地補充，最終確定實驗設計方案。在驗證實驗假設和得出實驗結論的階段，學生在教師的指導和監督下，自行完成實驗，認真記錄實驗中的現象及數據，對實驗現象和數據進行歸納總結，最后得出實驗結論。在實驗完成后，教師要指導學生完成實驗報告，并對學生的實驗進行有效的評價。

二、探究實驗在高中化學教學中的具體應用

(一)高中化學探究實驗應注意的問題

一、在線實驗的探究設計

在線實驗模擬了現場實驗的場景，但卻不是現場實驗的簡單網絡化移植，實驗設計本身發生了較大變化。由于在線實驗的互聯網支持和計算機模擬等特點可以更好地提供一個促進思考和探究的環境，系統能在線記錄學生的獨立操作，為評價提供科學的依據，并可在此基礎上通過數據挖掘和優化，調整實驗設計，充分發揮學生的能動性，能適應不同水平和能力學生的要求。基于以上特點，筆者設計了與現場實驗存在較大區別的在線實驗探究式學習模式。培養學生的工程思維和能力是實驗設計的核心問題。由于CDIO模式繼承和發展了工程教育改革的理念，系統地提出了具有可操作性的能力培養、全面實施以及檢驗測評的標準，因此，我們主要基于CDIO的理念來設計在線實驗模式和方法，強調工程實踐環境中探與究的學習來實現CDIO的全過程，使得學生以更多元的方式進行工程實踐訓練。CDIO是以構思(Conceive)、設計(Design)、實現(Implement)、運作(Operate)為四個主線過程，綜合地考慮專業基礎知識、個人和職業的技能及團隊協作與溝通的技能，及在整個企業、社會環境下進行四個主線過程以達到全面提升工程實踐能力的培養過程。CDIO模式中的構思和設計環節主要針對學生的工程宏觀分析能力，而實現和運作環節主要針對學生的工程微觀分析和操作能力。作為一個縮小版的工程實踐過程，在線實驗的實驗方案的設計實際上就是構思和設計過程，而實驗過程就是實現和運作過程。因此，探究式學習主要體現在實驗方案探究與實驗過程的探究兩個方面。以下我們將通過遠程教育高校開發的典型實驗來具體說明其設計理念。

(一)實驗方案探究設計

實驗方案的探究主要培養學生的工程宏觀分析能力。在傳統的實驗教學模式下，實驗按照統一的方案展開，學生沒有選擇性。這種教學模式適用于理論驗證性的實驗，但在以培養學生工程能力為主的實驗中，就會壓制學生的想象力和主動探究的意識。因此，實驗方案探究是實驗教學策略的最重要部分。實驗的主要目的是認識和探索理論規律，掌握工程技能，應該以問題為驅動開展實驗方案的探究，學生對于老師提出的問題，以分析問題和解決問題為出發點，經過認真思考和研究，自主制定實驗方案，通過搭建實驗對象，準備儀器設備、測量各種工況下的數據，整理和判斷實驗數據和結果的正確性。這就要求實驗具有基于工程的實際背景設計，學生才可能在這種開放性的實驗環境下，對多種可能的實驗方案展開探究。英國開放大學的實驗“能量轉換(EnergyConversion)”是典型的實驗方案探究型實驗。實驗設計背景是銅的工業化生產，實驗問題是如何從銅礦石經過多個環節得到電解銅。教師首先要求學生設計基本方案。學生在實驗前1個月必須預習，由4人組成的實驗小組需要集體制定實驗方案，由于實驗問題本身的開放性，實驗方案也并不是確定的，指導老師只給出一些建議。從粉碎礦石到解析出銅的多步實驗步驟中，有多種途徑可以完成實驗，學生們集體討論得到設計方案。在實驗過程中，方案根據實際情況還繼續修正。完成基本方案設計以后，實驗完成過程也是實驗方案探究過程。學生在實驗室邊實驗、邊觀察、邊記錄、邊討論，每個實驗環節都要求去解答或解決一些相關的問題，如粉碎的效率、溶解濃度以及電解效率等，部分環節還要到計算機上進行數學模型的求解。實驗過程中進行觀察記錄和模型預測，最后對實驗結果進行驗證。實驗結束后，學生還必須根據本星期實驗情況，做口頭報告(Presentation)，教師根據學生預習和作業情況、實驗過程的表現以及口頭報告，給出實驗課程的最終評價。可以看出，整個實驗過程就是針對如何從銅礦石得到電解銅的這個具有工程背景的問題，在不斷探究的過程中制定和實施實驗方案的過程，這對學生工程宏觀分析能力的培養大有裨益。

(二)實驗過程探究

實驗過程探究主要培養學生的工程微觀分析與操作能力。傳統工科專業的實驗操作基本是按部就班地完成，對于故障分析與解決、規范操作等重要技能以及如何培養學生的工程意識、工程能力、創新能力還較少涉及，這顯然不能滿足工程應用型人才的培養需求。實驗過程探究式是在實驗過程中，教師給學生一定的引導和提示，讓學生自己通過觀察、思考、動手實施等途徑去獨立探索和研究，自行實現實驗過程的教學策略。概括起來，在實驗過程探究中，學生需要在實驗過程中自主發現問題，分析問題，實施和運行，真正實現探與究的學習過程。在工程實際環境中，觀察與發現各種現象、分析現象之間的聯系。因此在線實驗系統會較為真實地模擬這些現象，學生經過現象分析，確定現象發生的內因與外因；結合理論進行討論，明確調節目標與調節手段，形成解決方案。實驗系統設計必須便于討論和方案設計。華東理工大學DCS實驗是較為典型的實驗過程探究型實驗。實驗主要培訓學生DCS操作能力和故障處理能力。由于DCS系統本身的大多數操作都是基于計算機的操作，因此網上實驗課程的界面仿真DCS系統的計算機控制部分操作的界面(如圖1所示)。以下用一個簡單的故障處理實驗來說明實驗過程探究的實驗。在實驗中，設計了一個常見的故障處理，在圖1的界面中，學生觀察到粗丙酮塔T-601頂溫度儀表TI-6006出發異常過高報警，系統要求學生調節至正常運行溫度73.0-80.0℃。在觀察到異常過高報警后，學生將按照所學知識和工程常識，作出如下分析：粗丙酮塔頂溫度上升可能有4三個工藝方面的原因，分別是加水量過大、回流量過小或再沸器回水量過小，也有可能是儀表自身故障因素。既然存在這三種可能，就必須通過其他觀察和分析來確定故障原因，因此學生首先需分別檢查相關三個儀表，即加水量儀表FRC-6015，回流量儀表FR-6019，E-601再沸器回水儀表FRC-6014，以確定儀表正常工作。學生觀察到回流量儀表FR-6019讀數偏小，就可以判斷出是因為回流量不足造成塔頂溫度升高。在通過觀察分析找到故障原因后，學生根據工藝理論，確定解決方案，即增大塔頂回流量，需要調節FR-6019儀表。在工程環境中，不能進行一步到位的調節，以免造成大的擾動，需逐步小范圍調整，邊調邊等。因此學生在實施解決方案，必須仔細閱讀操作守則，將溫度調節至正常運行溫度的整個操作過程必須符合現場操作規范。操作實施時，首先將LRC-6023改為手動控制，每次增加調節閥閥位必須小于2%—這是操作守則要求的，如果學生超出這個閥位標準進行調節，訓練中系統將給出警告，在考試中則行為將被記錄，作為扣分依據。每次調節后系統會根據數學模型的計算將相應儀表調至相應位置，學生一邊觀察表顯示情況一邊調解，直至塔頂溫度恢復到73.0-80.0℃，最后將LRC-6023設置為自動控制。可以看出，此實驗在整個故障處理過程中，并不像普通課程實驗制定嚴格的步驟，而是讓學生根據工程實際情況，通過自主觀察分析來制定解決方案，然后根據操作規范來一邊觀察一邊操作運行，整個課程設計與教學過程較好地體現了探究式的教學策略。

二、基于過程考核的在線評價體系

1學習目標

知識與技能：通過實驗探究，知道磁敏傳感器的工作原理及應用；能分析、設計、制作簡單的磁敏傳感器．過程與方法：學生組裝和調試磁敏傳感器，經歷科學探究過程，學習科學研究方法，培養學生的實踐能力、團隊合作能力和創新思維能力．情感態度與價值觀：通過自己設計、制作簡單的磁敏傳感器，體驗科技創新的樂趣，體會到傳感器在生活、生產和科技中的理論意義和實踐意義，激發學習興趣．

2學習任務

任務1：制作防盜報警器．任務2：制作位置傳感器．任務3：制作模擬電梯關門控制電路。

3問題與方案

通過閱讀教材與實驗探究完成以下問題：（1）什么是霍爾效應及應用？（2）單、雙干簧管的檢測方法有哪些？（3）磁敏元件在控制電路中起什么作用？（4）用干簧管與霍爾開關設計、制作簡易的磁敏傳感器．能畫出方案圖并說出工作過程．

4探究過程

一、實驗設計

1.實驗對象：廣州大學松田學院2014級學生。

2.實驗形式：小組合作形式的口語展示，每組10-15分鐘。

3.實驗時間：一學期（大一學年第一學期）。

4.實驗步驟：

（1）教師將班上學生分成若干個小組，每個小組人數6-8人（分組原則：每個小組應該包括各個層次英語水平的學生，各實驗小組的總體水平基本持平）。（2）選擇口語展示的話題（教師準備若干話題，各實驗小組根據小組成員的興趣程度選擇合適的話題）。（3）教師介紹口語展示要求及評分標準。（4）各實驗小組課后收集資料，口語展示前的各項準備工作。（5）口語展示。（6）教師點評，學生反饋。

二、實驗分析