開(kāi)展實(shí)驗(yàn)情境教學(xué)，提升高校理工科教學(xué)效果

李建軍?朱金波

摘要：在理工科本科課堂，開(kāi)展實(shí)驗(yàn)情境教學(xué)，不但對(duì)理論教學(xué)具有明顯的促進(jìn)作用，而且可彌補(bǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程復(fù)雜、容量有限的不足。實(shí)驗(yàn)研究表明，學(xué)生從感性認(rèn)識(shí)出發(fā)逐步探究問(wèn)題、感悟知識(shí)，符合由淺及深的認(rèn)知規(guī)律，易于引發(fā)求知興趣。實(shí)驗(yàn)情境教學(xué)不但可以促進(jìn)理論知識(shí)的高效遷移，而且有利于培養(yǎng)創(chuàng)造性思維能力和實(shí)驗(yàn)實(shí)踐能力。實(shí)驗(yàn)情境應(yīng)根據(jù)學(xué)科和學(xué)生的實(shí)際，圍繞重難點(diǎn)問(wèn)題展開(kāi)；同時(shí)應(yīng)兼顧教學(xué)內(nèi)容的系統(tǒng)性和層次性。

關(guān)鍵詞：實(shí)驗(yàn)情境教學(xué)；理工科教學(xué)；知識(shí)遷移；創(chuàng)造性思維

中圖分類(lèi)號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-0079（2014）36-0178-02

實(shí)驗(yàn)與實(shí)踐教學(xué)是理工科大學(xué)實(shí)現(xiàn)本科教學(xué)目標(biāo)、培養(yǎng)創(chuàng)新性人才的必要手段之一。然而，目前我國(guó)高校的實(shí)驗(yàn)教學(xué)大多很難滿(mǎn)足教學(xué)的要求，專(zhuān)業(yè)課教學(xué)的情況尤為嚴(yán)重。[1，2]一方面，實(shí)驗(yàn)教學(xué)需要搭建實(shí)驗(yàn)平臺(tái)成本高昂，同時(shí)很多專(zhuān)業(yè)課的實(shí)驗(yàn)裝置的研發(fā)滯后，所以實(shí)驗(yàn)覆蓋面有限，而且有些實(shí)驗(yàn)根本不適合開(kāi)展學(xué)生實(shí)驗(yàn)；另一方面，專(zhuān)業(yè)課教學(xué)過(guò)程中實(shí)驗(yàn)教學(xué)很難與理論教學(xué)步調(diào)一致，先講理論、先做實(shí)驗(yàn)都存在弊端，不能很好促進(jìn)知識(shí)的升華與遷移。如何彌補(bǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的不足，促進(jìn)理論與實(shí)踐教學(xué)的密切協(xié)同是理工科專(zhuān)業(yè)課教學(xué)面臨的一大難題。我們課題組通過(guò)近年來(lái)的教學(xué)試驗(yàn)與實(shí)踐，發(fā)現(xiàn)在課堂上采用半實(shí)踐性的實(shí)驗(yàn)情境教學(xué)對(duì)解決這一難題有較大效果。實(shí)驗(yàn)情境教學(xué)與情境性學(xué)習(xí)理論一脈相承。情境性學(xué)習(xí)理論是1980 年代布朗（J. S. Brown）等人提出的，它突出了人類(lèi)所處的物理情境和文化情境的重要性，是對(duì)知識(shí)和學(xué)習(xí)在理論和實(shí)踐上的又一次發(fā)展。[3]通過(guò)學(xué)習(xí)情境的構(gòu)筑，可引導(dǎo)學(xué)生自然的融入到知識(shí)的探究和學(xué)習(xí)中，從而事半功倍的完成知識(shí)遷移。

一、開(kāi)展實(shí)驗(yàn)情境教學(xué)的意義

實(shí)驗(yàn)情境教學(xué)是指根據(jù)教學(xué)的需要，通過(guò)虛擬構(gòu)筑實(shí)驗(yàn)情境，以一種半講述半實(shí)踐的形式展開(kāi)教學(xué)。而實(shí)驗(yàn)情境是依據(jù)真實(shí)驗(yàn)條件與實(shí)驗(yàn)過(guò)程，以口頭、板書(shū)或多媒體形式構(gòu)筑的一種虛擬的實(shí)驗(yàn)情境。實(shí)驗(yàn)情境的合理創(chuàng)設(shè)對(duì)課堂教學(xué)質(zhì)量的提升意義重大。

1.有利于學(xué)習(xí)興趣提高，促進(jìn)知識(shí)的升華與遷移

由于實(shí)驗(yàn)情境是以真實(shí)實(shí)驗(yàn)環(huán)境和過(guò)程為依據(jù)的，因此可使學(xué)生產(chǎn)生直觀(guān)的感性認(rèn)識(shí)，有利于學(xué)生融入問(wèn)題情境，引發(fā)探究興趣。例如，在“陶瓷工藝原理”課程中要講解球磨機(jī)球磨效果的影響因素，非?？菰?，學(xué)生也難以掌握。如果虛擬出一個(gè)利用球磨機(jī)對(duì)陶瓷配合料進(jìn)行破碎的實(shí)驗(yàn)，結(jié)合多媒體圖片，預(yù)先介紹清楚球磨機(jī)的類(lèi)型及工作方式、配合料的構(gòu)成及其破碎特性、實(shí)驗(yàn)?zāi)康牡?，然后虛擬開(kāi)展球磨破碎實(shí)驗(yàn)，就可降低知識(shí)的理論性，便于學(xué)生進(jìn)入問(wèn)題情境。實(shí)驗(yàn)情境緊密?chē)@核心知識(shí)展開(kāi)，有利于學(xué)生攻克重難點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)知識(shí)的有效遷移。還以球磨破碎實(shí)驗(yàn)為例，通過(guò)“變換”實(shí)驗(yàn)條件，以揭示球磨效果的各個(gè)影響因素。由于有具體的實(shí)驗(yàn)“過(guò)程”與實(shí)驗(yàn)“結(jié)果”為支撐，學(xué)生對(duì)這些規(guī)律很容易理解與內(nèi)化。

實(shí)驗(yàn)情境進(jìn)程是可控的，因此可根據(jù)知識(shí)的結(jié)構(gòu)層次逐步展開(kāi)，有利于由淺及深的探究問(wèn)題，符合知識(shí)的遷移規(guī)律；同時(shí)便于教師根據(jù)學(xué)生的掌握情況，合理管控教學(xué)節(jié)奏。

2.有利于改善課堂結(jié)構(gòu)

在課堂上引入實(shí)驗(yàn)情境后，學(xué)生處于環(huán)環(huán)相扣的虛擬問(wèn)題情境中，而課堂本身的結(jié)構(gòu)也會(huì)發(fā)生明顯的變化。最突出的是，老師的鋪陳與講授時(shí)間減少，代之以實(shí)驗(yàn)條件的介紹、學(xué)生討論、實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析、理論升華等。而節(jié)奏變化豐富、形式多樣的課堂，更容易引發(fā)積極的思考，使知識(shí)遷移更加容易。表1為再生資源專(zhuān)業(yè)一節(jié)專(zhuān)業(yè)課典型的時(shí)間分配情況，從中不難看出，實(shí)驗(yàn)情境教學(xué)法中學(xué)生主動(dòng)思考、討論及“實(shí)驗(yàn)”的時(shí)間可占到課堂時(shí)間的一半左右，同時(shí)由“實(shí)驗(yàn)”結(jié)果總結(jié)、升華得到的理論結(jié)果，也更易理解、更為深刻。

3.有利于培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造性思維

創(chuàng)造性思維的展開(kāi)需要有良好的問(wèn)題情境，同時(shí)需要有恰當(dāng)?shù)念}設(shè)與啟發(fā)。由于實(shí)驗(yàn)情境是一種情境預(yù)設(shè)，因此可方便的建立各種難度、各種視角的問(wèn)題，在這樣的問(wèn)題情境中學(xué)生主動(dòng)探究和嘗試創(chuàng)新愿望油然而生。根據(jù)學(xué)生實(shí)際情況，通過(guò)控制實(shí)驗(yàn)情境的程序及進(jìn)度或設(shè)計(jì)開(kāi)放性問(wèn)題，還可以滿(mǎn)足不同水平學(xué)生創(chuàng)造性思維的要求。

4.有利于解決實(shí)驗(yàn)教學(xué)容量不足、難以與理論教學(xué)相協(xié)同的問(wèn)題

與真實(shí)實(shí)驗(yàn)操作不同，模擬實(shí)驗(yàn)情境不需要構(gòu)筑實(shí)驗(yàn)平臺(tái)、準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)器械，不受獲得某種實(shí)驗(yàn)結(jié)果的限制，也不需要特別的過(guò)程管理，因此其經(jīng)濟(jì)成本和時(shí)間成本都很低。這樣，在專(zhuān)業(yè)課課堂上可以為更多的重難點(diǎn)內(nèi)容配置課堂“實(shí)驗(yàn)”。與真實(shí)實(shí)驗(yàn)課又專(zhuān)門(mén)實(shí)驗(yàn)老師組織不同，虛擬課堂實(shí)驗(yàn)的開(kāi)設(shè)由理論課老師掌控，因此可根據(jù)課堂教學(xué)的需要靈活開(kāi)展。不但可以選擇合適的開(kāi)展時(shí)機(jī)，而且可伴隨理論教學(xué)進(jìn)度逐步展開(kāi)，從而實(shí)現(xiàn)理論教學(xué)與“實(shí)踐”的無(wú)縫對(duì)接。

5.有利于學(xué)生動(dòng)手能力提高

模擬實(shí)驗(yàn)絕不能替代真實(shí)實(shí)驗(yàn)與實(shí)踐，但通過(guò)“詳實(shí)”的實(shí)驗(yàn)情境體驗(yàn)，可使學(xué)生對(duì)真實(shí)實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、原理、主要步驟、操作難點(diǎn)獲得全面認(rèn)識(shí)，從而為開(kāi)展真實(shí)的實(shí)驗(yàn)實(shí)踐打下良好基礎(chǔ)。實(shí)驗(yàn)情境教學(xué)如果運(yùn)用得當(dāng)，可改善本科生在做專(zhuān)業(yè)課實(shí)驗(yàn)時(shí)，由于對(duì)實(shí)驗(yàn)理解不足、準(zhǔn)備倉(cāng)促，而造成實(shí)驗(yàn)效果不佳的情況問(wèn)題。

二、構(gòu)筑實(shí)驗(yàn)情境的基本原則

1.圍繞課堂重難點(diǎn)問(wèn)題展開(kāi)，并注重知識(shí)的系統(tǒng)性

實(shí)驗(yàn)情境教學(xué)主要目的之一，是消除理論知識(shí)的抽象性，以降低其學(xué)習(xí)難度，因此，在時(shí)間容量有限的課堂上，應(yīng)盡量圍繞內(nèi)容較抽象的重難點(diǎn)知識(shí)展開(kāi)。而且重點(diǎn)的“實(shí)驗(yàn)過(guò)程”及討論重點(diǎn)應(yīng)聚焦在核心理論的探究上。

在實(shí)驗(yàn)情境教學(xué)過(guò)程中，為提高教學(xué)效率，同時(shí)保證知識(shí)學(xué)習(xí)的系統(tǒng)性和完整性，應(yīng)注意把握從宏觀(guān)上把握知識(shí)體系，盡量將一個(gè)完整的知識(shí)體系通過(guò)一個(gè)實(shí)驗(yàn)情境全部體現(xiàn)。例如在上述球磨破碎教學(xué)中，創(chuàng)設(shè)的模擬實(shí)驗(yàn)應(yīng)能涵蓋典型的球磨機(jī)分類(lèi)、結(jié)構(gòu)、工作機(jī)理及影響因素等，這樣既可以減少實(shí)驗(yàn)情境的創(chuàng)設(shè)數(shù)量，又可保證學(xué)生探究知識(shí)的連續(xù)性。

2.控制“實(shí)驗(yàn)”的推進(jìn)節(jié)奏

合理安排實(shí)驗(yàn)情境的內(nèi)容和程序，有利于最大效力的發(fā)揮實(shí)驗(yàn)情境教學(xué)的效益?！皩?shí)驗(yàn)”層次與節(jié)奏的設(shè)計(jì)對(duì)于引發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、獲取探究線(xiàn)索與啟發(fā)、總結(jié)和內(nèi)化知識(shí)，以及培養(yǎng)創(chuàng)新性思維能力都至關(guān)重要。一個(gè)好的實(shí)驗(yàn)情境能使學(xué)生在津津有味的“做實(shí)驗(yàn)”的同時(shí)，逐步深入的思考實(shí)驗(yàn)方案，解決實(shí)驗(yàn)中的難題，從而了解實(shí)驗(yàn)的本質(zhì)所在；通過(guò)分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，獲得規(guī)律，逐步升華為普遍理論；再通過(guò)適當(dāng)?shù)母爬偨Y(jié)，邏輯化整理分類(lèi)、內(nèi)化為自己的知識(shí)。

3.實(shí)驗(yàn)情境應(yīng)與學(xué)生實(shí)際緊密聯(lián)系

大學(xué)生無(wú)論從生理還是心理方面都趨于成熟，從而逐漸成為自主發(fā)展、自我建構(gòu)的主體。創(chuàng)設(shè)貼近生產(chǎn)實(shí)際、與學(xué)生生活經(jīng)驗(yàn)緊密相連的實(shí)驗(yàn)情境，使學(xué)生半自主的開(kāi)展“實(shí)驗(yàn)”正是推動(dòng)學(xué)生樹(shù)立學(xué)習(xí)主體地位，促進(jìn)其全面成長(zhǎng)的一把利器。實(shí)驗(yàn)情境的創(chuàng)設(shè)，在考慮學(xué)科特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，應(yīng)盡量的具體化，如果能輔以適當(dāng)?shù)膶?shí)物教具和課堂實(shí)驗(yàn)效果更佳。而緊扣時(shí)代特征的實(shí)驗(yàn)情境更容易激發(fā)學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，有利于拓展學(xué)生視野，為其打開(kāi)創(chuàng)造性思維的窗口。

4.注重實(shí)驗(yàn)情境教學(xué)與理論教學(xué)的協(xié)同

在實(shí)驗(yàn)情境教學(xué)中，如果做到實(shí)驗(yàn)情境教學(xué)應(yīng)與理論教學(xué)、課堂演示實(shí)驗(yàn)的密切協(xié)同，則可使課堂教學(xué)事半功倍，效果提升。

實(shí)驗(yàn)情境的創(chuàng)設(shè)應(yīng)把握合適的教學(xué)時(shí)機(jī)。理論教學(xué)與實(shí)驗(yàn)情境教學(xué)是相輔相成的，基本的理論和概念是實(shí)驗(yàn)情境構(gòu)筑的基礎(chǔ)，而恰當(dāng)?shù)膶?shí)驗(yàn)情境可以更好的促進(jìn)理論教學(xué)，有助于理論升華與知識(shí)遷移。二者能否緊密結(jié)合，關(guān)鍵一點(diǎn)在于實(shí)驗(yàn)情境創(chuàng)設(shè)的時(shí)機(jī)是否恰當(dāng)。例如引言部分講授完成后，可以創(chuàng)設(shè)整體性的實(shí)驗(yàn)情境，這時(shí)學(xué)生已經(jīng)了解學(xué)習(xí)的主體和基本概念，容易實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)驗(yàn)情境的準(zhǔn)確理解。同時(shí)，逐步深入的“實(shí)驗(yàn)”推進(jìn)也有利于對(duì)知識(shí)內(nèi)容的系統(tǒng)探究和掌握；而在整體章節(jié)內(nèi)容學(xué)習(xí)完成后，可以創(chuàng)設(shè)較復(fù)雜的或應(yīng)用性的實(shí)驗(yàn)情境，以利于深化對(duì)知識(shí)的理解，培養(yǎng)創(chuàng)造性思維，學(xué)以致用。

實(shí)驗(yàn)情境用于知識(shí)復(fù)習(xí)與培養(yǎng)創(chuàng)新性思維。恰當(dāng)?shù)膶?shí)驗(yàn)情境，不但有助于探究和內(nèi)化理論知識(shí)，而且可用于知識(shí)復(fù)習(xí)與總結(jié)提高，因?yàn)閷?shí)驗(yàn)情境可以隨時(shí)再現(xiàn)，按需提取實(shí)驗(yàn)片段。而這些片段與知識(shí)體系之間已建立了緊密的聯(lián)系，通過(guò)聯(lián)想與回憶，很容易再現(xiàn)知識(shí)要點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)知識(shí)的邏輯內(nèi)化與提升。當(dāng)學(xué)生掌握較多理論知識(shí)時(shí)，又為其回過(guò)頭來(lái)反思實(shí)驗(yàn)過(guò)程提供了條件，還可為其點(diǎn)燃創(chuàng)新性思維的火花。

加強(qiáng)課堂演示實(shí)驗(yàn)。由于實(shí)驗(yàn)情境是虛擬情境，因此需要學(xué)生具有一定的想象力和思維邏輯學(xué)、連貫性，特別對(duì)那些遠(yuǎn)離學(xué)生生活經(jīng)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)情境，較難引發(fā)直觀(guān)認(rèn)識(shí)，由此建立的實(shí)驗(yàn)情境不夠準(zhǔn)確。如果在實(shí)驗(yàn)情境創(chuàng)設(shè)之前或某些“實(shí)驗(yàn)研究”推進(jìn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，輔以實(shí)物教具和課堂演示實(shí)驗(yàn)，則可減少學(xué)生的想象與猜測(cè)，有利于學(xué)生在思維中建立直觀(guān)的實(shí)驗(yàn)情境和準(zhǔn)確的問(wèn)題情境。[4]

近期，學(xué)院通過(guò)在資源循環(huán)科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè)開(kāi)展的教學(xué)專(zhuān)題實(shí)例，從實(shí)驗(yàn)上證明理論教學(xué)與實(shí)驗(yàn)情境教學(xué)之間是相輔相成的。合理組織教學(xué)過(guò)程與實(shí)施方法，使兩種教法緊密協(xié)同，可以獲得較理想的教學(xué)效果。不但使學(xué)生學(xué)習(xí)到系統(tǒng)理論知識(shí)，還可使學(xué)生的邏輯性思維能力、動(dòng)手能力及創(chuàng)造性思維能力獲得提升。

三、結(jié)語(yǔ)

在理工科本科教學(xué)中，實(shí)驗(yàn)情境教學(xué)是一種極具價(jià)值的教學(xué)方法。如果能在課堂教學(xué)中合理運(yùn)用，不但可部分彌補(bǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的不足，而且有利于優(yōu)化課堂結(jié)構(gòu)、引發(fā)學(xué)生的探究欲望、促進(jìn)知識(shí)遷移，對(duì)于提升學(xué)生的實(shí)驗(yàn)實(shí)踐能力與創(chuàng)新性思維能力亦具有重要意義。

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（責(zé)任編輯：劉翠枝）