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摘要：现有本科教学实验存在分类标准含糊和实践中较难操作的问题。根据科学实验的基本规范和教学环境下学生认识、能力发展的基本规律，本科教学实验可以划分为基础型、设计型、探究型三种类型。它是一个在认识和能力发展上不断提升、在科学素养上由掌握具体操作方法到形成科学思维方式的锻炼培养过程。
关键词：教学实验；基础型实验；设计型实验；探究型实验
目前，我国高校面向学生开设的教学实验“名目众多”，这主要是由于人们对实验的属性、内容、活动方式等进行了多角度的解读。教学实验的多类型特征反映了实验教学的丰富性和复杂性。然而，如果类型划分不合理，就会导致其教学目标的模糊以及实践中难以考察评价实验教学的有效性。我们划分教学实验类型的目的，是为了对不同类型的教学实验赋予不同的教学目标、采取不同的教学方法、提出不同的考核评价要求。
一、对教学实验一般划分的分析
教学实验分类研究在我国起步较晚，总体上看水平还不高。目前我国学者从不同角度提出了教学实验的分类标准，大致有以下四种：
第一种：按教学实验对培养学生实验能力的作用分为基础性实验、综合性实验、设计性实验、创新性实验。
第二种：按实验活动的方式分为验证性实验、探究性实验。
第三种：按课程设置为基础课、专业基础课、专业课三类，相应地把教学实验分为基础课实验、专业基础课实验、专业课实验。
第四种：按教学内容层次分为基础性实验、提高性实验。
上述各种分类中，以第一种最为常见。我们经常看到的是，以其为基础又衍生了多种分类形式。如按实验的教学功能分为：演示性实验、验证性实验、综合性实验、设计性实验和探索性实验。按学生的认知规律分为：基础规范型实验、综合设计型实验、研究探索型实验。按不同实验项目对实验教学开放的要求分为：基础性实验、综合性实验、设计性实验、研究探索性实验和创新性实验翻等。下面我们对第一种分类方式存在的问题进行讨论。
首先，分类标准存在着一定的含糊性。设计性实验是指由学生自行设计实验方案并加以实现的实验，它是从实验过程的角度来划分的。基础性实验是指检验课程中某单一理论或者原理的实验，2004年教育部颁布《普通高等学校本科教学工作水平评估方案(试行)》对综合性实验的定义是，实验内容涉及本课程的综合知识或与本课程相关课程知识的实验。基础性、综合性实验是从实验内容的角度来归类的。新的实验教学改革十分重视“创新”，甚至把创新作为一种实验类型加以强调。但创新性实验中的“创新”指什么，却没有加以说明。
其次，这种分类在实践中难以操作。近些年来，为了提高大学生的实践能力和培养他们的创新精神，各高校都纷纷要求增开综合性、设计性实验。但是，对“综合性、设计性实验的内涵，各个高校或同一高校的不同专业、同一专业的不同课程都有不同的理解，这一问题的存在，不同程度地影响了高等学校实验教学改革与建设工作的开展”。如何鉴别综合性实验？这一问题困扰了很多高校。一是综合性实验与基础性实验在内容上难以区分。综合性实验定义中的“实验内容”和“综合知识”这两个概念的外延不清晰，人们对“综合知识”的理解更是见仁见智，出现了基础性实验的内容也是综合知识等一些不合理的界定，而在逻辑推理上又很难推翻。二是综合性实验与设计性实验在实验过程要求上相同。很多高校的综合性实验都规定学生要设计实验方案，这在实验过程上与设计性实验没有差别。
二、教学实验分类的依据
实验最初是一种科学研究的方法，后来引入教学中成为一种教学方法，这种引入因教学的需要导致了一些简化，但在基本属性、基本功能上，实验既是一种学习、认识的方法，也是一种研究探索的方法。同时，教学实验是教学性而非科研性实验。本科实验教学的主要目标是让学生掌握科学实验的基本规范，学会运用科学实验的方法去开展自主创新的实践活动。因此，在教学实验的分类和设计上，一是要遵循科学实验的基本规范。二是要遵循教学环境下学生认识和能力发展的基本规律。
1.科学实验的基本规范
科学性是近代实验的重要标志。实验的成功必须满足观察的客观性或实验的重复性，即至少应当经受得起进一步的检验，所以科学实验有一些基本的、普适性的程序或步骤。在科学实验过程中，科学方法的探索和运用，各种仪器设备的选择和配置，实验数据的收集和处理等，都有一套相应的客观科学的准则。只有用这套准则来规范实验研究，科学实验才有可能取得成效。科学实验的基本规范主要体现为科学实验的基本程序和每一个程序中包含的基本准则等两个方面。
(1)科学实验的基本程序。“科学实验虽多种多样，但大体都有这样的程序：选择实验原理；设计实验方案；进行实验操作；处理实验数据；分析和解释实验结果”。这种归纳是把实验作为科学研究中的一个阶段或一个部分，是在围绕科研课题广泛地查阅资料、在所选的课题上对问题进行分解后所做的工作。它与我们对科学实验要素的归纳是一致的。所不同的是，我们是从实验本身就是科学探究的角度来理解实验的，因而把实验作为独立的研究过程。当前人们已逐渐接受了波普尔关于“科学从问题开始”的观点。“任何一个实验过程都是确定和求解一个特定的实验问题”。科学实验作为一种探索活动，我们认为，它的起点是提出问题。同时，“选择实验原理”是“设计实验方案”的前提，后者包含了前者。因此，科学实验可以划分提出实验问题、设计实验方案、进行实验操作、处理实验数据、分析和解释实验结果等五个步骤。
(2)科学实验的一般准则。实验能否顺利进行、能否成功，固然由许多因素决定。但实验既然是科学的，就说明实验中具有规律性的东西，必须遵守的东西。自然科学各学科都有本学科独特的实验方法，以科学实验的基本程序为线索，还有提出假说、观察、测量、记录、归纳、抽象、演绎等一般科学方法；实验的每一个步骤亦有相应的原则，如确定实验问题时怀疑原则、合情推理原则；实验方案设计时要遵循可靠原则、准确原则、简便原则、探索原则等；实验观察时要遵循客观性原则、全面性原则、辩证性原则、目的性原则等等。
2.教学环境下学生认识和能力发展的基本规律
教学实验与科学实验的目的是不同的，简单地把教学实验过程等同于科学实验过程是会影响实验学习效果的。教学是有教师指导、预先的计划安排和基本考核评价要求的，它不同于科学家自由探索，也不同于学生自学。教学实验必须遵从教学环境下学生认识和能力发展的基本规律。
(1)学生认识和能力的提升一般是循序渐进的过程。这一观点已得到大多数学者的认可，并且有大量的实验加以证明。大学生初入学时，多半是绝对论者，认为认知上的问题皆有绝对答案：殆至大学中期，则持“相对论者”的观点，通过反复体验从多种角度来分析问题；到了大学后期，则逐渐能形成自己的观点，不再随波逐流。教学环境下，学生的认识虽然是一种特殊的认识， 也要遵循人类认识的规律，从生动的直观到抽象的思维，并从抽象的思维到实践。
(2)学生认识和能力的提升需要主动参与。认知科学告诉我们，学生的学习结果不是完全由教师的教学行为直接控制，而是通过学生的认知、态度、自我调节等中介过程起作用的。当学生意识程度越高时，目的就越明确，注意力越集中，就会运用多种感官，并且能合理地分配和转移注意。当学生主动参与时，往往表现为一种积极的态度，对学习具有一种内在的兴趣并希望在学习过程中得到乐趣，他们会把学习任务和自己的经历联系起来，同已有的知识联系起来。
三、本科教学实验的基本类型
实验活动包括提出实验问题、设计实验方案、实施实验操作、处理实验数据、分析和解释实验结果等五个基本步骤，学生认识、能力提升循序渐进和需要主动参与的观点，为教学实验的分类和设计提供了依据。为了促进大学生实验能力的形成和发展，本科教学实验要按照由简单到复杂、由部分到整体、由以感性为主到以理性为主、由简化情境到较复杂情境的顺序加以排列。学生是教学实验的主体，学生在实验活动中的作用和方式不但确定了他们在整个活动中所占的份额，而且决定了教学实验的类型。本科教学实验可以划分为基础型、设计型、探究型三种类型。应该说明的是，本科教学中较少有由教师完成实验操作步骤的演示实验，所以我们不予考虑。
1.第一种类型：基础型实验
基础型实验是指学生通过自我内化组织、调整自己的操作模仿行为来实施或完成一个特定的实验方案的实验类型。在这类实验中，教师提出实验问题并设计实验方案，学生在教师指导下完成从实验操作及其之后的工作，包括观察、测定、记录、实验数据的分析整理概括并得出结论等活动。在基础型实验活动中，学生要完成从感性认识向理性认识的跨越。首先，通过实验操作获得一定直观、真实的感性认识材料。其次，学生对观察到的实验现象、科学事实和测得的数据进行处理和研究，经过比较、分类、分析、综合、抽象和概括，以形成科学概念和理论，从而达到对实验对象的本质和规律性的认识。
基础型实验的主要任务是加强学生实验基本功的训练，解决学生“如何做”和知道为什么要这样做的问题。基础型实验的主要教学目标是学生能掌握基本的科学实验方法，掌握基本实验技能，养成科学态度和实验价值观。其中后一个目标是各类实验共同的教学目标。基础型实验的教学方式主要是提示型的，即教师通过讲解、示范、指导等提示活动，学生接受、理解、做实验、内化教师所提示的内容。基础型实验考核的形式主要是口头考核和操作考核。让学生回答问题，报告、描述实验的现象或结果；让学生完成实验操作，教师考察、记录实际操作情况。 2.第二种类型：设计型实验设计型实验是指学生在教师的指导下，根据具体的实验任务，自行设计实验方案，并实施实验方案的实验类型。这类实验一般程序为：教师向学生提出实验目的、要求和实验条件，学生设计并实施实验方案，撰写实验报告。与基础型实验相比，设计型实验要求学生自己设计实验方案，“如何设计”是比“如何做”更高的要求。实验方案设计是对未来实验活动的超前认识，是学生以实验目的为指导，在头脑中预演实验活动的程序和确定实验活动的观念模型的过程。
设计型实验的教学目标是学生能针对所要解决的问题设计实验方案，同时，能对不同实验方案的可行性进行评价，以此来优化自己的设计方案；形成和发展实验操作能力、观察能力和基本实验思维能力。在进行实验方案设计的教学中，首先要让学生习得设计实验方案的规则，其次，师生通过教学对话、课堂讨论等教学形式，共同思考、共同探求、共同解决学生设计实验方案中的问题。因此，设计型实验既有提示型的教学方式，也有共同解决问题型的教学方式。实验方案设计的考核评价可以采取口头和书面两种方式。口头考核让学生回答实验方案构思和设计中的问题；书面考核让学生解答问题，提交实验设计方案。 3.第三种类型：探究型实验探究型实验是指在不设预定结果的前提下，学生根据手头的材料提出问题，同时模拟知识构建过程的实验类型。从提出实验问题、设计实验方案，到进行实验操作、实验数据收集与分析、得出实验结论等，几乎全部实验活动都由学生完成，学生的自主程度最高。在探究型实验的教学中，学生提出一个要探究的问题是教学的重要环节，也是这类实验区别于设计型实验的一个显著标志。一般而言，人们提问形式是关于“是什么”、“为什么”和“怎么做”的疑问句。在探究型实验中，学生要提出的问题，不纯粹是一个有疑问词的问旬，而是一个学生自己还不确定对不对的实验假设。这假设是学生对实验因果关系的一种想法或一个判断。
探究型实验的教学目标是学生能用口头或书面的形式，比较清楚地表述所发现的实验问题，能对假设所依据的事实或证据的可靠性进行初步论证；具有一定实验能力。提出假说是一系列创造性思维过程，但假说并不是盲目的猜测，而是有理由有依据的，问题提示单或思维提示卡是指导学生假说的有效方法。探究型实验主要采取的是学生主动地获取知识，解决问题的自主型教学方法，但这一方法是与提示型的教学方法以及共同解决问题型的教学方法一起使用的。探究型实验的考核评价要允许学生实验不成功。
以上三类实验是就同一个实验问题而进行的层级上的区分，它是一个在认识和能力发展上不断提升、在科学素养上由掌握具体操作方法到形成科学思维方式的锻炼培养过程。
关键词：教学实验；基础型实验；设计型实验；探究型实验
目前，我国高校面向学生开设的教学实验“名目众多”，这主要是由于人们对实验的属性、内容、活动方式等进行了多角度的解读。教学实验的多类型特征反映了实验教学的丰富性和复杂性。然而，如果类型划分不合理，就会导致其教学目标的模糊以及实践中难以考察评价实验教学的有效性。我们划分教学实验类型的目的，是为了对不同类型的教学实验赋予不同的教学目标、采取不同的教学方法、提出不同的考核评价要求。
一、对教学实验一般划分的分析
教学实验分类研究在我国起步较晚，总体上看水平还不高。目前我国学者从不同角度提出了教学实验的分类标准，大致有以下四种：
第一种：按教学实验对培养学生实验能力的作用分为基础性实验、综合性实验、设计性实验、创新性实验。
第二种：按实验活动的方式分为验证性实验、探究性实验。
第三种：按课程设置为基础课、专业基础课、专业课三类，相应地把教学实验分为基础课实验、专业基础课实验、专业课实验。
第四种：按教学内容层次分为基础性实验、提高性实验。
上述各种分类中，以第一种最为常见。我们经常看到的是，以其为基础又衍生了多种分类形式。如按实验的教学功能分为：演示性实验、验证性实验、综合性实验、设计性实验和探索性实验。按学生的认知规律分为：基础规范型实验、综合设计型实验、研究探索型实验。按不同实验项目对实验教学开放的要求分为：基础性实验、综合性实验、设计性实验、研究探索性实验和创新性实验翻等。下面我们对第一种分类方式存在的问题进行讨论。
首先，分类标准存在着一定的含糊性。设计性实验是指由学生自行设计实验方案并加以实现的实验，它是从实验过程的角度来划分的。基础性实验是指检验课程中某单一理论或者原理的实验，2004年教育部颁布《普通高等学校本科教学工作水平评估方案(试行)》对综合性实验的定义是，实验内容涉及本课程的综合知识或与本课程相关课程知识的实验。基础性、综合性实验是从实验内容的角度来归类的。新的实验教学改革十分重视“创新”，甚至把创新作为一种实验类型加以强调。但创新性实验中的“创新”指什么，却没有加以说明。
其次，这种分类在实践中难以操作。近些年来，为了提高大学生的实践能力和培养他们的创新精神，各高校都纷纷要求增开综合性、设计性实验。但是，对“综合性、设计性实验的内涵，各个高校或同一高校的不同专业、同一专业的不同课程都有不同的理解，这一问题的存在，不同程度地影响了高等学校实验教学改革与建设工作的开展”。如何鉴别综合性实验？这一问题困扰了很多高校。一是综合性实验与基础性实验在内容上难以区分。综合性实验定义中的“实验内容”和“综合知识”这两个概念的外延不清晰，人们对“综合知识”的理解更是见仁见智，出现了基础性实验的内容也是综合知识等一些不合理的界定，而在逻辑推理上又很难推翻。二是综合性实验与设计性实验在实验过程要求上相同。很多高校的综合性实验都规定学生要设计实验方案，这在实验过程上与设计性实验没有差别。
二、教学实验分类的依据
实验最初是一种科学研究的方法，后来引入教学中成为一种教学方法，这种引入因教学的需要导致了一些简化，但在基本属性、基本功能上，实验既是一种学习、认识的方法，也是一种研究探索的方法。同时，教学实验是教学性而非科研性实验。本科实验教学的主要目标是让学生掌握科学实验的基本规范，学会运用科学实验的方法去开展自主创新的实践活动。因此，在教学实验的分类和设计上，一是要遵循科学实验的基本规范。二是要遵循教学环境下学生认识和能力发展的基本规律。
1.科学实验的基本规范
科学性是近代实验的重要标志。实验的成功必须满足观察的客观性或实验的重复性，即至少应当经受得起进一步的检验，所以科学实验有一些基本的、普适性的程序或步骤。在科学实验过程中，科学方法的探索和运用，各种仪器设备的选择和配置，实验数据的收集和处理等，都有一套相应的客观科学的准则。只有用这套准则来规范实验研究，科学实验才有可能取得成效。科学实验的基本规范主要体现为科学实验的基本程序和每一个程序中包含的基本准则等两个方面。
(1)科学实验的基本程序。“科学实验虽多种多样，但大体都有这样的程序：选择实验原理；设计实验方案；进行实验操作；处理实验数据；分析和解释实验结果”。这种归纳是把实验作为科学研究中的一个阶段或一个部分，是在围绕科研课题广泛地查阅资料、在所选的课题上对问题进行分解后所做的工作。它与我们对科学实验要素的归纳是一致的。所不同的是，我们是从实验本身就是科学探究的角度来理解实验的，因而把实验作为独立的研究过程。当前人们已逐渐接受了波普尔关于“科学从问题开始”的观点。“任何一个实验过程都是确定和求解一个特定的实验问题”。科学实验作为一种探索活动，我们认为，它的起点是提出问题。同时，“选择实验原理”是“设计实验方案”的前提，后者包含了前者。因此，科学实验可以划分提出实验问题、设计实验方案、进行实验操作、处理实验数据、分析和解释实验结果等五个步骤。
(2)科学实验的一般准则。实验能否顺利进行、能否成功，固然由许多因素决定。但实验既然是科学的，就说明实验中具有规律性的东西，必须遵守的东西。自然科学各学科都有本学科独特的实验方法，以科学实验的基本程序为线索，还有提出假说、观察、测量、记录、归纳、抽象、演绎等一般科学方法；实验的每一个步骤亦有相应的原则，如确定实验问题时怀疑原则、合情推理原则；实验方案设计时要遵循可靠原则、准确原则、简便原则、探索原则等；实验观察时要遵循客观性原则、全面性原则、辩证性原则、目的性原则等等。
2.教学环境下学生认识和能力发展的基本规律
教学实验与科学实验的目的是不同的，简单地把教学实验过程等同于科学实验过程是会影响实验学习效果的。教学是有教师指导、预先的计划安排和基本考核评价要求的，它不同于科学家自由探索，也不同于学生自学。教学实验必须遵从教学环境下学生认识和能力发展的基本规律。
(1)学生认识和能力的提升一般是循序渐进的过程。这一观点已得到大多数学者的认可，并且有大量的实验加以证明。大学生初入学时，多半是绝对论者，认为认知上的问题皆有绝对答案：殆至大学中期，则持“相对论者”的观点，通过反复体验从多种角度来分析问题；到了大学后期，则逐渐能形成自己的观点，不再随波逐流。教学环境下，学生的认识虽然是一种特殊的认识， 也要遵循人类认识的规律，从生动的直观到抽象的思维，并从抽象的思维到实践。
(2)学生认识和能力的提升需要主动参与。认知科学告诉我们，学生的学习结果不是完全由教师的教学行为直接控制，而是通过学生的认知、态度、自我调节等中介过程起作用的。当学生意识程度越高时，目的就越明确，注意力越集中，就会运用多种感官，并且能合理地分配和转移注意。当学生主动参与时，往往表现为一种积极的态度，对学习具有一种内在的兴趣并希望在学习过程中得到乐趣，他们会把学习任务和自己的经历联系起来，同已有的知识联系起来。
三、本科教学实验的基本类型
实验活动包括提出实验问题、设计实验方案、实施实验操作、处理实验数据、分析和解释实验结果等五个基本步骤，学生认识、能力提升循序渐进和需要主动参与的观点，为教学实验的分类和设计提供了依据。为了促进大学生实验能力的形成和发展，本科教学实验要按照由简单到复杂、由部分到整体、由以感性为主到以理性为主、由简化情境到较复杂情境的顺序加以排列。学生是教学实验的主体，学生在实验活动中的作用和方式不但确定了他们在整个活动中所占的份额，而且决定了教学实验的类型。本科教学实验可以划分为基础型、设计型、探究型三种类型。应该说明的是，本科教学中较少有由教师完成实验操作步骤的演示实验，所以我们不予考虑。
1.第一种类型：基础型实验
基础型实验是指学生通过自我内化组织、调整自己的操作模仿行为来实施或完成一个特定的实验方案的实验类型。在这类实验中，教师提出实验问题并设计实验方案，学生在教师指导下完成从实验操作及其之后的工作，包括观察、测定、记录、实验数据的分析整理概括并得出结论等活动。在基础型实验活动中，学生要完成从感性认识向理性认识的跨越。首先，通过实验操作获得一定直观、真实的感性认识材料。其次，学生对观察到的实验现象、科学事实和测得的数据进行处理和研究，经过比较、分类、分析、综合、抽象和概括，以形成科学概念和理论，从而达到对实验对象的本质和规律性的认识。
基础型实验的主要任务是加强学生实验基本功的训练，解决学生“如何做”和知道为什么要这样做的问题。基础型实验的主要教学目标是学生能掌握基本的科学实验方法，掌握基本实验技能，养成科学态度和实验价值观。其中后一个目标是各类实验共同的教学目标。基础型实验的教学方式主要是提示型的，即教师通过讲解、示范、指导等提示活动，学生接受、理解、做实验、内化教师所提示的内容。基础型实验考核的形式主要是口头考核和操作考核。让学生回答问题，报告、描述实验的现象或结果；让学生完成实验操作，教师考察、记录实际操作情况。 2.第二种类型：设计型实验设计型实验是指学生在教师的指导下，根据具体的实验任务，自行设计实验方案，并实施实验方案的实验类型。这类实验一般程序为：教师向学生提出实验目的、要求和实验条件，学生设计并实施实验方案，撰写实验报告。与基础型实验相比，设计型实验要求学生自己设计实验方案，“如何设计”是比“如何做”更高的要求。实验方案设计是对未来实验活动的超前认识，是学生以实验目的为指导，在头脑中预演实验活动的程序和确定实验活动的观念模型的过程。
设计型实验的教学目标是学生能针对所要解决的问题设计实验方案，同时，能对不同实验方案的可行性进行评价，以此来优化自己的设计方案；形成和发展实验操作能力、观察能力和基本实验思维能力。在进行实验方案设计的教学中，首先要让学生习得设计实验方案的规则，其次，师生通过教学对话、课堂讨论等教学形式，共同思考、共同探求、共同解决学生设计实验方案中的问题。因此，设计型实验既有提示型的教学方式，也有共同解决问题型的教学方式。实验方案设计的考核评价可以采取口头和书面两种方式。口头考核让学生回答实验方案构思和设计中的问题；书面考核让学生解答问题，提交实验设计方案。 3.第三种类型：探究型实验探究型实验是指在不设预定结果的前提下，学生根据手头的材料提出问题，同时模拟知识构建过程的实验类型。从提出实验问题、设计实验方案，到进行实验操作、实验数据收集与分析、得出实验结论等，几乎全部实验活动都由学生完成，学生的自主程度最高。在探究型实验的教学中，学生提出一个要探究的问题是教学的重要环节，也是这类实验区别于设计型实验的一个显著标志。一般而言，人们提问形式是关于“是什么”、“为什么”和“怎么做”的疑问句。在探究型实验中，学生要提出的问题，不纯粹是一个有疑问词的问旬，而是一个学生自己还不确定对不对的实验假设。这假设是学生对实验因果关系的一种想法或一个判断。
探究型实验的教学目标是学生能用口头或书面的形式，比较清楚地表述所发现的实验问题，能对假设所依据的事实或证据的可靠性进行初步论证；具有一定实验能力。提出假说是一系列创造性思维过程，但假说并不是盲目的猜测，而是有理由有依据的，问题提示单或思维提示卡是指导学生假说的有效方法。探究型实验主要采取的是学生主动地获取知识，解决问题的自主型教学方法，但这一方法是与提示型的教学方法以及共同解决问题型的教学方法一起使用的。探究型实验的考核评价要允许学生实验不成功。
以上三类实验是就同一个实验问题而进行的层级上的区分，它是一个在认识和能力发展上不断提升、在科学素养上由掌握具体操作方法到形成科学思维方式的锻炼培养过程。