高东锋：信息化时代高校实验教学改革的要求、思路与路径
转载2018-11-28
进入21世纪以来，以互联网、大数据、虚拟现实、人工智能、区块链等为代表的信息技术蓬勃发展，已经或即将对高等教育教学的变革产生颠覆性影响。在信息化时代背景下，如何帮助学生适应越来越扁平化的世界，适应越来越快的知识更迭，适应越来越激烈的国际竞争，怎样提高教育教学质量、怎样培养社会主义的合格建设者和可靠接班人，是高等教育内涵式发展必须解决的问题。高校实验教学作为高等教育教学的重要组成部分，在新的历史时代背景下，要主动应对主要矛盾的变化，以立德树人为根本任务，不断提高新时代大学生的创新精神、实践能力和社会责任感，其中，理念转变是完成改革的重要突破口。高校实验教学理念的转变，需要从时代背景、教学对象、教学内容、教学技术的变化等若干角度去思考，结合教育教学规律和学生成长规律进行路径探索。
一、新时代高校实验教学改革的历史背景
党的十九大报告指出，建设教育强国是中华民族伟大复兴的基础工程，必须把教育事业放在优先位置，深化教育改革，加快教育现代化，办好人民满意的教育。高等教育现代化作为教育现代化的重要组成部分和先导力量，需要率先在人才培养能力、科学研究水平、社会服务提升和文化传承创新等方面持续发力。高校实验教学是提高学生实践能力、创新精神和社会责任感的重要教学环节，实验室建设水平影响和制约着高校整体水平的提升。
面向现代化，高等教育实验教学需要提升整体水平。高等教育现代化的内容应包括先进的教育理念、普遍较高的教学水平、高素质专业化教学队伍、适应时代需要的教学条件、开放的对外交流格局、健全的教育治理体系等。实验教学整体现代化水平的提升，可以从实验室建设、实验仪器设备、实验教学水平、实验师资队伍等方面为高等教育整体现代化提供帮助。从现状来看，我国部分高校实验室建设水平正在接近发达国家水平，在个别领域，已经出现了赶超的迹象。从实验仪器设备的配备来看，教学领域所用的仪器设备基本实现了国产化，仅部分尖端教学的仪器设备还需进口。从实验教学队伍来看，经过近10年来的发展，整体的学历水平在快速提升，但实验项目的开发能力和完成能力还有待进一步提高。从实验教学的效果来看，越来越多的学生通过动手实验掌握了基本、规范的实验操作技能，综合应用相关领域知识的能力在提高，基于已有知识、能力的创新正在得到激励。
面向未来，高等教育实验教学需要为学生长期发展奠定基础。从可以预见的技术发展趋势来看，未来相关信息技术革命将会引发现有职业的大变革。以信息或知识为例，可能区分为信息的生产者、传输者和消费者。作为信息的生产者将占据链条的顶端，获取极大收益；信息的传输者将成为相对少数，主要的任务是对网络系统的维护和更新等，获取收益将较为有限；而信息的消费者将占绝大多数，并成为消费市场的主要贡献者。如果希望未来的大学生能更多地成为信息的生产者，就需要培养其创新的思维和能力，特别是对知识或信息的再生产能力。这就需要通过实验教学，将学生所学习的理论知识进行综合集成，围绕特定主题或问题开展再创新，使他们逐步具备分析问题、创设问题、获取知识和能力、解决问题等综合素质，真正掌握这些理论知识。
二、新时代高校实验教学改革面对的主要问题
21世纪以来，知识的汇集、交流、再造速度明显加快，借助互联网的广泛应用，知识的学习和掌握速度也得到了明显提高。随着新兴产业的出现、产业机构的调整和新旧动能的转换，对大学毕业生的团队协作能力、跨学科知识掌握及应用能力、交流沟通协调能力等综合素质要求不断上升。新业态的持续涌现，正在迫使传统行业和新型产业加速创新，从而对未来就业人员的创新意识、创新能力、创新活力等提出了更高要求。这些也是高校实验教学需要加强的方向。
知识更新周期缩短对高校实验教学提出了新要求。随着社会的发展，知识更新周期越来越短。联合国教科文组织的研究表明，信息通信技术带来了人类知识更新速度的加速。18世纪，知识更新周期为80～90年，19世纪到20世纪初，缩短为30年，20世纪60至70年代，一般学科的知识更新周期为5～10年，而到了20世纪80至90年代，许多学科的知识更新周期缩短为5年，而进入21世纪，许多学科的知识更新周期已缩短至2～3年。可以理解为现在课堂上传授的知识，在学生还未走出校门时，可能已经被更新了。这对我们的课堂教学提出了严峻的挑战。从目前高校的传统教学内容看，主要集中于知识的系统性传授，其中专业前沿知识因为共识度未得到广泛认同，很难进入教材和课程传授范围。基于以上基础，传统教学形态传授的知识将使学生在从事未来的工作时面临很大的困难和挑战。为此，有必要根据综合能力的需求，对高校实验教学形态进行一次改革与创新，以提高学生获取知识和熟练掌握知识应用的能力。
学科融合综合能力的培养不足对高校实验教学改革提出了新挑战。从目前大学的培养计划看，跨专业、跨学科、跨能力范畴的交叉融合正在成为各专业人才培养方案的共识，受到越来越多的重视，体现为越来越多的大类选修课和公共视频资源课等。从教学组织形态来看，部分高校试点组建了本科生书院，推进多专业学生的跨专业交流；一部分学生以参加竞赛的形式组成各类团队，进行跨学科的交流和互动。从提高整体教学质量的角度看，现有的内容和形式只能服务于部分人群，难以适应绝大多数学生的共性要求，急需对现有教学内容和组织形式等进行革新，找准培养综合能力的恰当载体。
创新能力培养的强烈愿望对高校实验教学改革提出了新呼唤。21世纪以来，特别是从第二个十年开始，共享经济、平台经济、微经济等新经济形态层出不穷，吸引着越来越多的大学毕业生。在新经济发展的过程中，体现出了生产工具持续升级、生产要素优化配置、生产关系重新构建的特征。因此，新经济的关键在于创新，新兴产业也正在逐渐成为推动全球经济持续复苏和稳定增长的重要动力，引发国际分工和国际贸易格局大调整。同时，新经济的创新周期越来越短，技术开发和产业化的边界日趋模糊，技术更新和成果转化更加快捷，产业更新换代不断提速。这些均要求进入新经济的大学生建构起符合创新要求的思维方式，具备创新意识和能力。
三、新时代高校实验教学改革的基本解决思路
为实现提高学生整体水平的目标，尽力解决前述各项问题，实验教学需要突破传统的习惯，要以实验项目为载体，以培养“发现问题、创设问题、获取知识和方法、解决问题”的综合能力为目标，通过激发学生的创新意识和综合潜能，增强学生适应未来经济社会发展的整体素质和能力。
构建以完成特定的综合性实验项目为主的新时代高校实验教学内容。在专业演进的历史过程中，可以比较清晰地发现围绕特定工作目标和内容，形成了相关专业的知识群，进而形成了知识的系统性架构。在选择特定的综合性实验项目的过程中，应尽可能延长涉及的知识链和技能链，通过吸引不同专业学生长时间浸润于某项具体工作目标，提高学生的整体协作能力和沟通协调能力。在做强传统实验项目的同时，应加大对基于现代信息技术的虚拟仿真实验教学项目的开发力度，助推信息技术与教育教学的深度融合，争取走出虚拟仿真实验教学的中国道路。
确立以实现获取知识与技能的有机衔接为目标的新时代高校实验教学方法。在知识加速更新的信息化时代，以单纯的掌握特定知识或技能为目标的教学方式，已经难以适应未来激烈竞争社会对人才培养的综合性需求。在5G网络即将到来的时代，网络互联将无处不在，也将推动知识更新的进一步加速、技能的升级进一步加快。如何提高学生获取知识、掌握知识的能力，提高学生发现问题、分析问题、解决问题的能力，提高获取解决问题的实际技能、以现有物理条件为基础探求解决问题的能力，将成为教学方法的主要改革方向。
形成以学生整体创新能力提升为中心的新时代高校实验教学组织形式。目前高校的实验教学组织形式，从课程设立形式看，主要包括课程中的实验教学、独立设课的实验教学和课外学生选做的实验；从具体分组方式看，主要包括单人成组、同专业成组和跨专业成组等方式。这些分类主要是基于对提高传统教学效率的考虑，对提高实验教学的知识和技能传授效率具有较为显著的效果。随着“以学生为中心”的理念得到越来越广泛的认同，如何在实验教学组织形式中贯彻该理念就成为当务之急。从国际高等教育发达国家的经验看，推动综合性实验教学项目、组建跨专业团队的形式正在逐渐被接受。从我国部分高校改革试点的情况看，围绕特定工作目标，确立相对的中长期工作任务，聚集多专业学生，既可以发挥个人对专业知识、能力的主动性，又可以发挥相关专业的互补性和团队协作攻关作用，对提高学生的综合能力可以发挥有效作用。从试点的部分数据看，3～5人的分组模式可以达到较为理想的效果。从课程设立的角度看，以实验项目为载体实现理论教学与实验教学紧密结合，正在得到越来越多高校的认可和使用。
四、新时代高校实验教学改革的路径选择
为实现信息化背景条件下实验教学改革的目标，需要对现有实验教学基本条件有清醒的认识。从相关统计数据看，近10年来全国普通本科高校实验室建设和实验教学改革成效显著，实验室条件得到大幅改善。从2006年到2016年，普通本科高校实验室面积增长超过50%；实验仪器设备“十年三大步”，仪器设备总值实现了从1000亿、2000亿到3000亿的跨越式发展，总台套数达到2200万台件。实验教学任务大幅增加。新开设实验教学项目45万项，年实验人时数增长1/3，达到23亿人时数。实验室各项成果丰硕。各类学生获奖数量从年度的2万项增加到了近10万项；年度承担的各级各类教学研究和科学研究任务超过25万项；年度开展面向社会的服务项目从4万项增加到7.5万项。这些改变为实现改革目标和解决问题奠定了基础，也为探索可行的改革路径创造了条件，今后我国高校实验教学改革将主要集中在以下4个方面。
1. 突出学生中心，加强理念创新。长期以来，实验教学在高校整体教学中并没有占据主流地位，与其重要作用也不相称。这一方面与长期以来高校教学中“重理论轻实践”的惯性有关，在一定程度上也与高校实验教学理论的体系化、科学化程度较低相关。进入新的历史时期，高校实验教学要以只争朝夕的劲头，在实验教学理念上实现突破。首先，应贯彻“以学生为中心”的宗旨，坚持实验教学服务于人才培养，坚持改革创新以学生的获得感为中心，加快对新时期大学生特点的研究，适应网络时代“原住民”的特点、成长规律与教育规律。其次，要破除验证理论知识的传统思维定式，遵循“实践是检验真理的唯一标准”的认识，坚持对实验数据的客观解读，坚持将知识与技能相互衔接，坚持用客观的科学实验引导学生正确认识理论和实践的关系。再次，要强化与最新、最前沿的科研成果的结合，强化与产业新业态、新模式的结合，坚持用行业实践来激发学生兴趣，坚持用科技前沿来调动学生的热情，充分发挥学生的积极性和主动性，充分释放学生参与实验的时间和空间。最后，要坚持开放创新，要善于吸收一切有利于培养学生的教学经验，要敢于突破旧思维的桎梏，要敢于对已经形成的经验提出基于事实的不同意见，将创新意识、创新思维和创新能力以综合性实验项目为载体传递给学生。
2. 发挥教师是教育发展的第一资源的重要作用，加快师资队伍优化调整。2018年印发的《中共中央国务院关于全面深化新时代教师队伍建设改革的意见》指出，教师承担着传播知识、传播思想、传播真理的历史使命，肩负着塑造灵魂、塑造生命、塑造人的时代重任，是教育发展的第一资源，是国家富强、民族振兴、人民幸福的重要基石。实验教学队伍作为高校实验教学的主要力量，要发挥实验教学理念改革的主力军作用。在实验教学队伍建设方面，要加强与行业产业部门的互动，争取建立双向流动机制，不断提高实验教学的实践水平；在实验教学队伍培养方面，要加大培训和后续培养力度，提升实验教学队伍的学术水平；在实验队伍保障方面，要以贯彻落实《中共中央办公厅 国务院办公厅关于深化职称制度改革的意见》《关于分类推进人才评价机制改革的指导意见》和《教育部 中央编办 发展改革委 财政部 人力资源社会保障部关于深化高等教育领域简政放权放管结合优化服务改革的若干意见》等文件精神为契机，加快高校实验系列正高职称改革工作，力争早日形成操作性强的政策体系。
3. 强化仪器设备和实验室安全保障，加大实验室环境升级改造力度。实验仪器设备是开展实验教学的基本物质保障。一方面要加强对现有仪器设备的升级改造，不断提高仪器设备的现代化程度和使用率；另一方面，要加强信息化改造，以实现仪器设备“+互联网”为目标，构建互联互通的实验仪器设备物联网。同时，要以加快制定高校实验仪器设备相关意见为抓手，推动高校实验仪器设备管理现代化。高校实验室作为高校开展实验教学的主要阵地，是支撑科学研究工作的重要场所，覆盖学科范围广，参与学生人数多，实验教学任务量大，仪器设备和材料种类多，潜在安全隐患与风险复杂。高校实验室安全工作，直接关系广大师生的生命财产安全，关系学校和社会的安全稳定。要以贯彻《教育部办公厅关于加强高校教学实验室安全工作的通知》等文件为抓手，增强教学实验室安全红线意识，健全教学实验室安全责任体系，完善教学实验室安全运行机制，推进教学实验室安全宣传教育，开展教学实验室安全专项检查，提高教学实验室安全应急能力，夯实教学实验室安全工作基础。
4. 坚持持续改进，加速实验教学评估保障体系建设，助推高校质量文化建设。质量文化是大学得以生存发展的灵魂，是推动大学不断前行、不断超越的内生动力，是促进大学人才培养质量不断提升的最持久、最深沉的力量。高校要加快建立自律自省、及时反馈、持续改进的质量文化，将质量要求内化为全校师生的共同价值追求和自觉行为。教学评估是评价、监督、保障和提高教学质量的重要举措，是我国高等教育质量文化体系的重要组成部分。实验教学评估保障体系建设要坚持标准为先，要以国家教学质量标准为重要依据，以新时代人才培养目标为指导，确立评估的主要目标、重点内容、基本方式、主要观测点等，在试点的基础上坚持不断持续改进，逐步形成有中国特色、国际水平的实验教学评估保障体系，助推高校质量文化建设。
总之，在新的历史时代，在信息化快速发展的背景下，高校实验教学要全面贯彻党的教育方针，坚持立德树人，服务国家战略需求，以提高人才培养质量为核心，加快实验教学理念创新，以新标准、新方法、新内容、新形式推动学生实践能力、创新精神和社会责任感的培养取得新成就、开创新局面。
高东锋，教育部高等教育司实验室处副处长，北京 100816
原文刊载于《中国高教研究》2018年第4期第93-96页