探究性實驗教學(xué)中的問題及對策研究

陳宏

摘 要 為了解決探究性實驗教學(xué)中的問題，在學(xué)習(xí)中培養(yǎng)學(xué)生的主體認知的作用，提高教學(xué)質(zhì)量，從建構(gòu)主義理論的角度出發(fā)，提出運用PBL教學(xué)模式，在實驗教學(xué)過程中的問題情境創(chuàng)設(shè)、分析過程和問題的解決三個方面與探究性實驗教學(xué)相結(jié)合，激發(fā)學(xué)生的興趣，提高實驗教學(xué)質(zhì)量。實踐證明，這是一種有效開展探索性實驗教學(xué)的教學(xué)策略。

關(guān)鍵詞 建構(gòu)主義 探究教學(xué) PBL 直方圖

中圖分類號：G424 文獻標識碼：ADOI：10.16400/j.cnki.kjdks.2015.02.049

Study the Problem and Solution in Exploring Experimental Teaching

CHEN Hong

（College of Electrical Engineering， Zhejiang University， Hangzhou， Zhejiang 310027）

Abstract In order to solve the problem in the exploring experimental teaching to foster the students' subjective cognize and improve the teaching quality， the PBL mode is proposed from the view of the constructivism. The conduction connects the PBL and the exploring experimental teaching from the view of the question setting， question analyzing and solution to stir up the students' interest and improve the teaching quality， which is evaluated by the demonstration to be the teaching strategy in effectively exploring experimental teaching in colleges and universities.

Key words constructivism; exploring teaching; Problem Based Learning; histogram chart

在現(xiàn)代高等學(xué)校教學(xué)中，愈來愈重視直接經(jīng)驗的學(xué)習(xí)，即動手能力、實踐能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，因此實驗教學(xué)的地位和作用越來越得到人們的認同，①大學(xué)實驗教學(xué)要創(chuàng)新實驗教學(xué)類型，改革實驗教學(xué)模式，提升實驗教學(xué)水平，凸顯自主探索，重視設(shè)計性和研究性實驗的開展。②探究性實驗是指研究者對研究對象的屬性、規(guī)律、相互聯(lián)系的情況，處于無知或知之不多的情況下，提出問題，設(shè)計實驗，并通過實驗與探究，獲取科學(xué)結(jié)論的過程。其指導(dǎo)思想是以學(xué)生為主體，獨立實現(xiàn)認知過程。③但是在工科院校實施探究性實驗教學(xué)時，發(fā)現(xiàn)學(xué)生對探究性實驗表現(xiàn)出不同的行為，比如在電路設(shè)計中頻率對波形的影響做探究性實驗教學(xué)，有一部分學(xué)生認為這是軟件程序和硬件電路的不穩(wěn)定，完全是實驗系統(tǒng)的誤差造成頻率對波形的影響;有一部分學(xué)生認為這個問題對于電路設(shè)計的功能沒有影響，沒必要花時間探究;另一部分學(xué)生從電路的結(jié)構(gòu)、組成和運行過程分析頻率在設(shè)計中的作用，通過測試，真正完成了探究性實驗。為什么學(xué)生沒有按照探究性實驗教學(xué)安排的思路去探究？如何改善探究性實驗教學(xué)？通過研究，發(fā)現(xiàn)建構(gòu)主義心理分析和Problem Based Learning（PBL）教學(xué)模式能夠有效改善探究性實驗教學(xué)中存在的問題。

1 理論背景

1.1 探究性實驗

20 世紀五六十年代美國生物學(xué)家、芝加哥大學(xué)教授施瓦布明確把“探究學(xué)習(xí)”作為一種重要教學(xué)方式。1961年，他在哈佛大學(xué)的一次演講中，提出了“作為探究的理科教學(xué)”的觀念，認為傳統(tǒng)的課程對科學(xué)進行了靜態(tài)的、結(jié)論式的描述，這恰恰掩蓋了科學(xué)知識是試探性的、不斷發(fā)展的真相，極力主張要積極地引導(dǎo)學(xué)生像科學(xué)家那樣對世界進行探究。④探究式學(xué)習(xí)雖然是在科學(xué)領(lǐng)域里首先提出來，實際上，它的基本思想是讓學(xué)生在“重新發(fā)現(xiàn)”和“重新組合”知識過程中進行學(xué)習(xí)，鼓勵學(xué)生在做中學(xué)，在學(xué)中做。⑤

1.2 建構(gòu)主義

建構(gòu)主義理論是近年來流行于西方的認知學(xué)習(xí)理論的一個重要分支，建構(gòu)主義的核心理念是，知識不是通過教師傳授得到，而是學(xué)習(xí)者在一定的情境即社會文化背景下借助其他人的幫助，利用必要的學(xué)習(xí)資料，通過意義建構(gòu)的方式而獲得的。⑥

1.3 ?PBL

所謂PBL教學(xué)，是指以問題為中心的教學(xué)，是把教學(xué)內(nèi)容化作問題，引導(dǎo)學(xué)生通過解決問題從而掌握知識、形成能力、養(yǎng)成心理品質(zhì)的教學(xué)過程。⑦

2 通信實驗課的探究性實驗教學(xué)

實驗教學(xué)在教學(xué)模式上具備與理論教學(xué)不同的特殊性，實驗教學(xué)中面對面的師生交流和小組合作的情境，在一定的時間完成特定實驗任務(wù)的主動知識建構(gòu)，以《通信原理》實驗課的差分編碼實驗為例要求學(xué)生主動分析問題和解決問題。

2.1 實施探究性實驗

首先根據(jù)PBL按照提出問題、開題、實施和總結(jié)進行差分編碼實驗。提出的問題是：要求運用QUARTUS軟件設(shè)計差分編碼電路，并研究頻率對波形的影響;學(xué)生自由組合2人一組，合作設(shè)計完成;實施過程中有疑問可以咨詢老師，也可以自行查閱資料;總結(jié)是要求寫出實驗報告，按照10分制對50位學(xué)生完成的情況打分。衡量實施效果做直方圖如圖1所示。

從圖1中可以看出，學(xué)生的實驗成績呈現(xiàn)兩極分化，一部分學(xué)生是經(jīng)過認真探究后小組協(xié)作順利完成探究性實驗，獲得了較高的分數(shù);一部分學(xué)生沒有完成實驗任務(wù)，實驗分數(shù)比較低。為了分析原因，對50名學(xué)生做問卷記錄，如表1所示。

圖1 實驗成績的直方圖

2.2 分析

為了改善教學(xué)效果，必須從知識建構(gòu)的建構(gòu)主義理論指導(dǎo)、PBL教學(xué)模式和探究式教學(xué)內(nèi)涵深入查找原因，提出改進措施。根據(jù)建構(gòu)主義理論，在PBL模式中的探究式實驗教學(xué)是以學(xué)生為主體，學(xué)生主動構(gòu)建知識建構(gòu)，但是需要教師調(diào)動學(xué)生的主動性，掌握學(xué)生探究學(xué)習(xí)的方向性。為此，針對探究式實驗教學(xué)的特殊環(huán)境提出不同的改進措施。如表2所示。

2.3 改進

實施改進措施后，學(xué)生的實驗成績平均達到8.6分，如圖2所示，實驗教學(xué)效果顯著改善。

圖2 改進后的實驗成績

歸納改進措施主要包括3方面：第一是在PBL基礎(chǔ)上結(jié)合實驗教學(xué)的實際情況，在問題情境創(chuàng)設(shè)方面，考慮不同學(xué)生的不同知識層次，增加對問題設(shè)定的認識前提，使學(xué)生在進行探究性實驗時發(fā)生認知沖突，既要與已完成實驗的結(jié)果有一定聯(lián)系，同時又增加了新的難點，激發(fā)學(xué)生的探究興趣;第二探究性實驗作為一種發(fā)現(xiàn)性的學(xué)習(xí)活動，解決問題的方法與途徑多種多樣，教師需要引導(dǎo)學(xué)生大膽假設(shè)，進一步激發(fā)學(xué)生的興趣，但是需要及時防止用“誤差理論”來進行探究性實驗;第三在探究和解決問題時，在充分尊重學(xué)生主動探索的同時，幫助學(xué)生建構(gòu)認知主體，學(xué)習(xí)方法，培養(yǎng)科研能力，提高實驗教學(xué)質(zhì)量。

3 結(jié)論

探究性實驗教學(xué)的教學(xué)效果離不開實驗教學(xué)過程中的各個環(huán)節(jié)，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中的認知狀況各不相同，實驗教學(xué)效果千差萬別。在建構(gòu)主義理論的指導(dǎo)下，為了在實驗教學(xué)中促進學(xué)生對知識的主動建構(gòu)，創(chuàng)造條件幫助學(xué)生將知識運用在真實的情境而獲得理解：在問題情境創(chuàng)設(shè)中關(guān)注學(xué)生的知識層次;在問題的提出時緊密圍繞教學(xué)目標;在問題的解決中加強教師的過程管理。三個方面有效解決探索性實驗教學(xué)中存在的現(xiàn)實問題，提高了實驗教學(xué)質(zhì)量。

注釋

① 顧建民.高等教育學(xué)[M].浙江：浙江大學(xué)出版社，2008.

② 鄭家茂.對大學(xué)實驗教學(xué)若干問題的厘析（續(xù)）[J].實驗室研究與探索，2007.26（11）：1-3.

③ 吳建軍.探究性實驗教學(xué)設(shè)計[J].沈陽師范大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2004.22（2）：153-156.

④ 李森，于澤元.對探究教學(xué)幾個理論問題的認識[J].教育研究，2002.2：83-88.

⑤ 齊冬梅.探究式教學(xué)法在計算機教學(xué)中的應(yīng)用[J].中國現(xiàn)代教育裝備，2007.4：103-104.

⑥ 賴純勝.意義知識建構(gòu)的兩大“利器”：PBL和“服務(wù)—學(xué)習(xí)”[J].考試周刊，2012.41：172-173.

⑦ 張炳立，常淑楓，李玲玲，等.試論PBL教學(xué)法的理論基礎(chǔ)[J].天津中醫(yī)藥大學(xué)學(xué)報，2010.29（3）：156-158.