孙海燕
（河南科技学院，河南 新乡 453003）
【摘要】开展和增加设计性实验是新时期高等教育实验教学改革的重要举措，是培养和提高大学生科技创新能力的有效途径。阐明了设计性实验的内涵及特点，分析开设设计性实验对培养和提高大学生科技创新能力的意义，详细阐述设计性实验培养和提高大学生创新能力的途径。
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关键词 设计性实验；科技创新能力；培养；提高
Cultivating and Improving Students’ Technology Innovation Quality Based on the Design Expement
SＵＮ Hai-yan
(Henan Institute of Science and Technology, Xinxiang Henan, 453003 China)
【Abstract】Design experiment is an important measure for the reform of experimental teaching and an effective way to cultivate and improve students´ technology innovation quality．This paper briefly expounndsthe connotation and features of design experiment, analysis the significance of opening the design experiment, and elaborates the ways of cultivating and improving students´ technology innovation quality.
【Key words】Design Experiment；Technology Innovation Quality；Cultivate；Improve
创新是推动民族进步和社会发展的不竭动力，创新型人才的培养是创新的源泉和基石，大学生科技创新作为培养创新型人才的手段和途径已越来越受到重视。为适应新时期对人才的新需求，高等教育教学改革中要求重视并增设设计性实验[1-2]，通过让学生独立设计并自主完成实验，培养其求知欲和创新思维，充分发挥科研潜能，进而激发其科技创新能力，培养创新型人才。
1传统实验的局限性及设计性实验的特点
传统实验教学偏重于验证性实验，实验项目常常是按教学大纲要求设定的本学科的经典实验，实验项目之间相对孤立、缺乏内在的有机结合；实验材料、用具及方法等是实验指导中预设的，学生缺少自主设计实验的空间，学生的主体地位得不得很好发挥；实验结果只要求学生获得验证性实验的合理数据、完成实验报告，教师和学生即完成预定的教学任务[3]。这些实验课程对巩固理论知识、锻炼学生的基本动手能力有很大帮助，但这种教条式的教学模式不利于学生创新思维的发展和创新能力的培养。设计性实验则是指根据给定的实验方向、自行设计实验方案，准备实验仪器和药品，独立进行实验操作，并得出实验结果的探索性实验。由于设计性实验的主体是学生，整个实验过程由学生独立设计和操作，实验中出现的问题由学生根据自己所学的基础知识并查阅相应资料自行解决，因此设计性实验突出了学生在实验过程中的主体地位，发挥了学生的开创性思维，体现了整个实验过程的开放性和创新性[4-5]。
2设计性实验对培养和提高大学生科技创新能力的必要性
2.1独立设计激发学生的创新思维
设计性实验的整个过程是在相对宽松、自主学习的环境中进行，摆脱了传统实验固定方法和步骤的束缚，让学生充分发挥自身的主观能动性，依靠自身的能力设计新的实施方案，进行新的操作尝试。在设计实验的过程中，学生需要充分调动自己所学的相关知识，整合相关的实践操作技术，使实验形成一个可实施的系统实体。从设计到实施，学生要对自己的每一步操作及整个实验结果负责。在完全自主的过程中，学生变被动接受为主动思维和操作，激发其新的思维方式，尝试新的实验方法，从而提高学生的科技创新能力。
2.2设计性实验使学生的创新能力在实践中得以锻炼和升华
设计性实验是实验的高级形式，有一定的难度，学生在实验过程中会遇到一些障碍，这样有利于学生发现问题、思考问题和独立解决问题，使其创新思维在问题的发现和解决中得以锻炼。若学生在实验中得到了满意的结果，能使其产生巨大的成就感，进而激发更深层次的创新理念，使创新思维在实践中得以进一步升华，激发学生更强大的学习和创新兴趣。
3设计性实验培养和提高大学生创新能力的途径
3.1实验选题与前期准备
在设计性实验题目选择上，教师要根据学生实际水平选择难易适当的题目。选题的合适与否关系到能否达到预期的实验目的及实验教学各环节的顺利进行。课题面选择过小或过于简单便失去了设计性实验的意义，难以达到培养学生创新能力的目的，反之，课题选择过大或实验指标过高，超出学生的能力范围，使学生丧失信心，也得不到相应的效果。选题应根据教学大纲，兼顾学科发展现状与趋势，以学生掌握的基本知识为基础，可适当高于所学知识，有利于学生将已学过的知识系统化和实用化，有利于启发学生探究和创新性思维[5]。根据指导教师设定的实验题目，学生在前期准备中，应熟悉相关学科的知识，掌握基础的实验操作，熟悉相关的仪器设备，详细了解实验试剂的性能和作用机理。实验中要用到的复杂的仪器设备要详细阅读说明书，并请教相关操作人员，做到对仪器能够熟练无误的使用；实验中要用到的试剂，应先了解其性能，做到安全第一，并确保正确使用；实验用具应以最大限度降低实验误差为前提，选择合适的用具。
3.2查阅文献
学生根据既定的实验题目，查阅教材及相关专业书籍，登录学校网站查阅中文期刊全文数据库等相关的资料和文献。在文献的查阅中应多角度多方位的了解，保证查阅文献的新颖性，注意阅读外文文献，从中洞察国际上新的研究动向，了解新的实验方法并借鉴；在文献检索中，要求学生注意检索的方法，提高检索效率，确保不漏掉有价值的文献。关键性的文献对实验帮助很大，学生可从中借鉴先进的方法和技术，以利于下一步方案设计和实施。
3.3设计实验方案
此阶段要求学生对查阅的文献资料进行归纳总结，确定最佳方案。在此过程中学生要从实验原理、目的、操作方法步骤、实验材料、所需仪器、用具及数量、药品及用量、预期结果、注意事项等做详细计划，并将过程以书面形式交于老师，共同研究探讨其可行性并及时修正。教师应鼓励学生在设计中大胆思考、不要局限于固定的思维模式，大胆创新。
3.4设计性实验的实施
学生根据自己提出的实验方案，准备实验用具、配制药品和调试仪器、熟悉操作过程，进行预实验，在准备和预实验过程中遇到的反常现象和问题，由学生自己思考，自行解决，并不断地修改和完善设计方案。在实验中教师只起指导的作用，一般不直接回答和解决学生的问题。设计方案的实施过程是学生把理论和实践结合进一步创新的过程，遇到的问题要分析、思考、判断，反复实践才能解决，这使学生的实践和创新能力有了很大幅度的提高。
3.5实验方法、过程和结果的总结与讨论
实验完成后，组织学生对实验方法、实验过程中出现的主要问题及实验结果进行讨论、交流和总结。对于较先进及取得理想实验结果的方法，请相关设计人进行讲解，分享其设计心得，操作技巧加以推崇，以增强其创新自豪感；对于实验过程中出现的问题，找出症结所在，以便以后加以改进。通过对实验的总结，加深学创新是推动民族进步和社会发展的不竭动力，创新型人才的培养是创新的源泉和基石，大学生科技创新作为培养创新型人才的手段和途径已越来越受到重视。为适应新时期对人才的新需求，高等教育教学改革中要求重视并增设设计性实验[1-2]，通过让学生独立设计并自主完成实验，培养其求知欲和创新思维，充分发挥科研潜能，进而激发其科技创新能力，培养创新型人才。
1传统实验的局限性及设计性实验的特点
传统实验教学偏重于验证性实验，实验项目常常是按教学大纲要求设定的本学科的经典实验，实验项目之间相对孤立、缺乏内在的有机结合；实验材料、用具及方法等是实验指导中预设的，学生缺少自主设计实验的空间，学生的主体地位得不得很好发挥；实验结果只要求学生获得验证性实验的合理数据、完成实验报告，教师和学生即完成预定的教学任务[3]。这些实验课程对巩固理论知识、锻炼学生的基本动手能力有很大帮助，但这种教条式的教学模式不利于学生创新思维的发展和创新能力的培养。设计性实验则是指根据给定的实验方向、自行设计实验方案，准备实验仪器和药品，独立进行实验操作，并得出实验结果的探索性实验。由于设计性实验的主体是学生，整个实验过程由学生独立设计和操作，实验中出现的问题由学生根据自己所学的基础知识并查阅相应资料自行解决，因此设计性实验突出了学生在实验过程中的主体地位，发挥了学生的开创性思维，体现了整个实验过程的开放性和创新性[4-5]。
2设计性实验对培养和提高大学生科技创新能力的必要性
2.1独立设计激发学生的创新思维
设计性实验的整个过程是在相对宽松、自主学习的环境中进行，摆脱了传统实验固定方法和步骤的束缚，让学生充分发挥自身的主观能动性，依靠自身的能力设计新的实施方案，进行新的操作尝试。在设计实验的过程中，学生需要充分调动自己所学的相关知识，整合相关的实践操作技术，使实验形成一个可实施的系统实体。从设计到实施，学生要对自己的每一步操作及整个实验结果负责。在完全自主的过程中，学生变被动接受为主动思维和操作，激发其新的思维方式，尝试新的实验方法，从而提高学生的科技创新能力。
2.2设计性实验使学生的创新能力在实践中得以锻炼和升华
设计性实验是实验的高级形式，有一定的难度，学生在实验过程中会遇到一些障碍，这样有利于学生发现问题、思考问题和独立解决问题，使其创新思维在问题的发现和解决中得以锻炼。若学生在实验中得到了满意的结果，能使其产生巨大的成就感，进而激发更深层次的创新理念，使创新思维在实践中得以进一步升华，激发学生更强大的学习和创新兴趣。
3设计性实验培养和提高大学生创新能力的途径
3.1实验选题与前期准备
在设计性实验题目选择上，教师要根据学生实际水平选择难易适当的题目。选题的合适与否关系到能否达到预期的实验目的及实验教学各环节的顺利进行。课题面选择过小或过于简单便失去了设计性实验的意义，难以达到培养学生创新能力的目的，反之，课题选择过大或实验指标过高，超出学生的能力范围，使学生丧失信心，也得不到相应的效果。选题应根据教学大纲，兼顾学科发展现状与趋势，以学生掌握的基本知识为基础，可适当高于所学知识，有利于学生将已学过的知识系统化和实用化，有利于启发学生探究和创新性思维[5]。根据指导教师设定的实验题目，学生在前期准备中，应熟悉相关学科的知识，掌握基础的实验操作，熟悉相关的仪器设备，详细了解实验试剂的性能和作用机理。实验中要用到的复杂的仪器设备要详细阅读说明书，并请教相关操作人员，做到对仪器能够熟练无误的使用；实验中要用到的试剂，应先了解其性能，做到安全第一，并确保正确使用；实验用具应以最大限度降低实验误差为前提，选择合适的用具。
3.2查阅文献
学生根据既定的实验题目，查阅教材及相关专业书籍，登录学校网站查阅中文期刊全文数据库等相关的资料和文献。在文献的查阅中应多角度多方位的了解，保证查阅文献的新颖性，注意阅读外文文献，从中洞察国际上新的研究动向，了解新的实验方法并借鉴；在文献检索中，要求学生注意检索的方法，提高检索效率，确保不漏掉有价值的文献。关键性的文献对实验帮助很大，学生可从中借鉴先进的方法和技术，以利于下一步方案设计和实施。
3.3设计实验方案
此阶段要求学生对查阅的文献资料进行归纳总结，确定最佳方案。在此过程中学生要从实验原理、目的、操作方法步骤、实验材料、所需仪器、用具及数量、药品及用量、预期结果、注意事项等做详细计划，并将过程以书面形式交于老师，共同研究探讨其可行性并及时修正。教师应鼓励学生在设计中大胆思考、不要局限于固定的思维模式，大胆创新。
3.4设计性实验的实施
学生根据自己提出的实验方案，准备实验用具、配制药品和调试仪器、熟悉操作过程，进行预实验，在准备和预实验过程中遇到的反常现象和问题，由学生自己思考，自行解决，并不断地修改和完善设计方案。在实验中教师只起指导的作用，一般不直接回答和解决学生的问题。设计方案的实施过程是学生把理论和实践结合进一步创新的过程，遇到的问题要分析、思考、判断，反复实践才能解决，这使学生的实践和创新能力有了很大幅度的提高。
3.5实验方法、过程和结果的总结与讨论
实验完成后，组织学生对实验方法、实验过程中出现的主要问题及实验结果进行讨论、交流和总结。对于较先进及取得理想实验结果的方法，请相关设计人进行讲解，分享其设计心得，操作技巧加以推崇，以增强其创新自豪感；对于实验过程中出现的问题，找出症结所在，以便以后加以改进。通过对实验的总结，加深学（下转第124页）（上接第106页）生对实验的认识，提高学生的创新思维和能力。同时教师对主动尝试有难度题目的、有创新设计和新思路的、遇到问题能积极动脑想办法解决的同学给与鼓励和表扬，激发其进一步创新的积极性。
3.6撰写实验论文
实验论文的撰写是学生对整个实验的书面总结及梳理。这一阶段学生已完成了实验操作过程，有了相应的结果，通过整理数据，分析结果，总结实验过程，讨论影响实验的关键因素，在教师的指导下，按照科研论文的基本格式，撰写实验论文。通过论文的撰写，使学生对实验进一步思索，使其对实验有一个从“理论—实践—理论”的质的升华，激发更深层次的创新思维。同时写论文的过程也使他们基本掌握实验型论文的写作模式，为本科毕业论文和毕业设计做准备，而且在导师的指导下能独立开展科学研究。其中质量较高的论文，可向相关期刊投稿，这一活动可以更好的培养学生的创新意识[5-6]。
4设计性实验对创新能力培养的建议
4．1注重实验基础知识和实验技能的掌握
创新能力的培养不能盲目进行。能力的培养是知识的积淀与转化、是知识的升华和运用。没有知识的积累就谈不上能力，没有基础就谈不上提高。因而在学生进行设计性实验时，一定不要打下牢固的基础知识后在开展。
4.2注重学生全面培养
培养学生科技创新能力，决不只是依靠多开一些设计性实验来完成的过程，它是是一个系统的工程，一个教学理念转变的工程，是长期形成的过程，因而必须把培养学生创新能力融入到所有实验过程中，让每一个实验能在培养学生创新能力中发光，提高每一个实验在创新能力培养中的效能。每一个实验项目不是一成不变的，从中找出可探讨的内容，从而提高了每一个实验的价值效益[6]。
5结束语
设计性实验是较高层次的实验教学，是以学生为主体的教学模式。整个实验过程中强化了学生的自主探索的学习能力，使学生在综合运用所学知识的基础上进行大胆创新，重在训练思维、提高科技创新能力，是一种有利于学生全面发展，适应时代要求的教学形式，同时设计性实验对教师的素质和能力也提出了更高的要求，同时学生在实验过程的创新思维和想法对教师以后的工作有很大的启发和帮助，是一种教学相长的良好方式。因此设计性实验值得推广和应用。
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参考文献
［１］邓红梅，周天，王春,等.开设综合性、设计性实验教学探讨[J]. 实验科学与技术，2012，4（10）:148-149.
［２］赵相君，张培培.开放性实验教学促进学生创新素质培养的探讨[J].湖北广播电视大学学报，2013,2（33）：97.
［３］黄玉兰，岳才军，刘振华.设计性实验在细胞工程实验教学中的研究探索[J].农产品加工:学刊，2011,2:112-113.
［４］孙艳影，刘伯阳.开展设计性实验提高学生的创新意识和能力[J].医学研究杂志，2012，10（41）：1993.
［５］张小林，周美华，李茂康. 综合性、设计性实验教学改革探索与实践[J].实验技术与管理，2007，7（24）：94-95.
［６］殷秀慧,朱团.设计性实验对大学生创新能力培养的研究[J].科技资讯,2012,15:205.
［责任编辑：曹明明］