理工科教學(xué)過(guò)程中的實(shí)驗(yàn)情境教學(xué)研究

李建軍+張麗亭+劉銀+朱金波

摘要：在我國(guó)理工科實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中，存在容量不足有限、與理論教學(xué)銜接困難的問(wèn)題。實(shí)驗(yàn)研究表明，在專業(yè)課課堂上，構(gòu)筑虛擬的實(shí)驗(yàn)情境可以彌補(bǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的不足，同時(shí)對(duì)理論教學(xué)起到促進(jìn)作用。實(shí)驗(yàn)研究表明，實(shí)驗(yàn)情境教學(xué)符合大學(xué)生認(rèn)知規(guī)律，因此可有效促進(jìn)知識(shí)遷移，促進(jìn)其創(chuàng)造性思維能力的培養(yǎng)。合理設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)情境教學(xué)、理論教學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)的內(nèi)容、時(shí)長(zhǎng)及次序，有助于實(shí)現(xiàn)幾種教法的協(xié)同配合，實(shí)現(xiàn)教學(xué)效果的最優(yōu)化。

關(guān)鍵詞：實(shí)驗(yàn)情境教學(xué)；理工科；課堂教學(xué)；知識(shí)遷移

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2015）15-0220-02

一、引言

隨著高等教育由精英教育向大眾化教育的轉(zhuǎn)變，高等教育的目標(biāo)呈現(xiàn)多元化的特點(diǎn)。其中，掌握?qǐng)?jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)，培養(yǎng)較強(qiáng)的實(shí)踐動(dòng)手能力、解決問(wèn)題能力及創(chuàng)造性思維能力，一直是我國(guó)理工科教學(xué)的重要目標(biāo)。實(shí)驗(yàn)教學(xué)是實(shí)現(xiàn)這些教學(xué)目標(biāo)的重要手段之一。然而，我國(guó)多數(shù)理工科大學(xué)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)很難滿足對(duì)學(xué)生培養(yǎng)的要求：實(shí)驗(yàn)教學(xué)需要搭建實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，成本高昂且實(shí)驗(yàn)裝置研發(fā)滯后，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)覆蓋面較窄；實(shí)驗(yàn)教學(xué)與理論教學(xué)協(xié)同困難，很難做到步調(diào)一致，不能相互促進(jìn)。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)的配合與協(xié)同是專業(yè)課教學(xué)面臨的一大難題。我們通過(guò)近年來(lái)的教學(xué)試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)在專業(yè)課課堂上引入虛擬的實(shí)驗(yàn)情境可有效克服實(shí)驗(yàn)教學(xué)的不足，明顯提高教學(xué)質(zhì)量。實(shí)驗(yàn)情境教學(xué)來(lái)源于情境性學(xué)習(xí)理論，該理論由布朗（J.S.Brown）等人提出，重在突出認(rèn)知過(guò)程中學(xué)習(xí)情境的重要性，是認(rèn)知理論上的又一次發(fā)展。

二、理工科大學(xué)課堂構(gòu)筑實(shí)驗(yàn)情境的意義

實(shí)驗(yàn)情境的合理創(chuàng)設(shè)除了有助于克服實(shí)驗(yàn)教學(xué)的不足外，對(duì)改善理論課課堂結(jié)構(gòu)與教學(xué)質(zhì)量亦具有重要意義。

1.有利于促進(jìn)理論知識(shí)的遷移。實(shí)驗(yàn)情境以真實(shí)實(shí)驗(yàn)環(huán)境和過(guò)程為依據(jù)，因此可使學(xué)生產(chǎn)生直觀的感性認(rèn)識(shí)，有利于學(xué)生快速融入問(wèn)題情境，引發(fā)探究興趣。例如在《重力分選》課程中要講解跳汰機(jī)分選效果的影響因素，非常枯燥，學(xué)生也難以掌握。如果虛擬出一個(gè)利用跳汰機(jī)去除原煤中矸石的實(shí)驗(yàn)，結(jié)合多媒體圖片，預(yù)先介紹清楚跳汰機(jī)的類型及工作方式、煤粒及其中矸石的特點(diǎn)、分選實(shí)驗(yàn)?zāi)康牡?，然后虛擬開(kāi)展重選實(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。

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，課堂本身的結(jié)構(gòu)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)場(chǎng)景的介紹、學(xué)生討論、實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析、理論升華等。形式豐富的課堂節(jié)奏變化，更容易引發(fā)探究熱情，使知識(shí)遷移更加容易。

三、實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)情境教學(xué)、理論教學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)的協(xié)同效應(yīng)

1.實(shí)驗(yàn)情境教學(xué)與理論教學(xué)的協(xié)同。理論教學(xué)與實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)都是理工科教學(xué)中必不可少的組成部分，二者緊密配合才能有效提升學(xué)生的綜合素質(zhì)。如前文所述，目前實(shí)驗(yàn)教學(xué)很難滿足理論教學(xué)的需要。實(shí)驗(yàn)情境教學(xué)雖然是一種虛擬的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，但其在一定程度上可以代彌補(bǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的不足。同時(shí)其又具有真實(shí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)不具備的一些優(yōu)點(diǎn)：成本低廉、耗時(shí)短、進(jìn)度安排靈活、內(nèi)容可選性強(qiáng)、理論課教師同時(shí)又是“實(shí)驗(yàn)”老師，便于“實(shí)驗(yàn)”教學(xué)與理論教學(xué)的相互配合。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)的密切協(xié)同，則可使課堂教學(xué)事半功倍，效果提升。

2.實(shí)驗(yàn)情境教學(xué)與課堂實(shí)驗(yàn)教學(xué)的協(xié)同。由于實(shí)驗(yàn)情境是虛擬情境的，因此需要學(xué)生具有一定的想象力和思維邏輯性，對(duì)某些遠(yuǎn)離學(xué)生生活經(jīng)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)情境，較難引發(fā)直觀認(rèn)識(shí)，由此建立的實(shí)驗(yàn)情境和問(wèn)題情境容易有偏差。如果在實(shí)驗(yàn)情境創(chuàng)設(shè)之前，輔以實(shí)物教具和課堂演示實(shí)驗(yàn)，則可以減少學(xué)生的想象與猜測(cè)，有利于學(xué)生在思維中建立直觀的實(shí)驗(yàn)情境和準(zhǔn)確的問(wèn)題情境。

3.教學(xué)實(shí)踐與分析。依據(jù)實(shí)驗(yàn)情境教學(xué)的構(gòu)想，在資源循環(huán)科學(xué)與技術(shù)、復(fù)合材料科學(xué)與工程兩個(gè)專業(yè)開(kāi)展了多次專題教學(xué)實(shí)驗(yàn)和整學(xué)期教學(xué)實(shí)踐。現(xiàn)以資源循環(huán)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)核心課程《資源分離與分選技術(shù)》教學(xué)中的一個(gè)專題教學(xué)實(shí)驗(yàn)為例加以說(shuō)明。主要教學(xué)內(nèi)容是逆流式滾筒磁選機(jī)的原理、結(jié)構(gòu)及應(yīng)用。實(shí)驗(yàn)用教學(xué)班級(jí)共34個(gè)學(xué)生，其中女生6名，按照男女比例一致、成績(jī)分布均勻的原則分為3組。在教學(xué)中，圍繞教學(xué)目標(biāo)，通過(guò)3種教學(xué)方法展開(kāi)教學(xué)：A組，多媒體輔助下的講授法教學(xué)；B組，多媒體輔助下的講授法教學(xué)+實(shí)驗(yàn)情境教學(xué)；C組，多媒體輔助下的講授法教學(xué)+實(shí)驗(yàn)情境教學(xué)+課堂演示實(shí)驗(yàn)。經(jīng)過(guò)1個(gè)課時(shí)的課堂教學(xué)，利用試卷測(cè)試、單獨(dú)實(shí)驗(yàn)操作等形式，從概念掌握、原理理解及實(shí)驗(yàn)操作能力等幾方面對(duì)學(xué)生進(jìn)行定量考核，并對(duì)考核結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析。

從考核量化結(jié)果表（表1）中可以看出，采用實(shí)驗(yàn)情境教學(xué)輔助的課堂教學(xué)無(wú)論從概念掌握、原理理解，還是從實(shí)驗(yàn)操作方面都優(yōu)于傳統(tǒng)的講授法教學(xué)，但結(jié)果的差異程度不同。僅從“概念掌握”的角度看，三種教學(xué)方法的差異比較小，A組和B組各有1名學(xué)生沒(méi)有及格，不同的是，B組優(yōu)良率略高；而C組學(xué)生全部及格，優(yōu)良率達(dá)到了三分之。而從“原理理解”與“實(shí)驗(yàn)操作能力”的角度看，三個(gè)組的教學(xué)效果差異非常明顯。B組與A組學(xué)生在原理理解方面都有2人不及格，只是由于B組的優(yōu)良率高的多，因此B組的平均成績(jī)更高；C組由于多了課堂演示實(shí)驗(yàn)的環(huán)節(jié)，及格率提高了10個(gè)百分點(diǎn)，其優(yōu)良率也最高。在實(shí)驗(yàn)操作能力方面，采用實(shí)驗(yàn)情境教學(xué)成績(jī)的B、C兩組比A組成績(jī)好的多，說(shuō)明虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)對(duì)動(dòng)手能力的培養(yǎng)確有幫助；C組在優(yōu)良率和不及格率方面的優(yōu)勢(shì)，再次證明課堂上實(shí)物展示與演示實(shí)驗(yàn)對(duì)實(shí)驗(yàn)情境教學(xué)具有強(qiáng)烈的補(bǔ)強(qiáng)作用。以上教學(xué)專題實(shí)例和對(duì)比分析表明，理論教學(xué)、實(shí)驗(yàn)情境教學(xué)與課堂演示實(shí)驗(yàn)之間是相輔相成的，如果合理組織教學(xué)過(guò)程，使這幾種教學(xué)方法緊密協(xié)同，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。

四、結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在理工科本科教學(xué)中，實(shí)驗(yàn)情境教學(xué)是一種有效的新型教學(xué)方法。在課堂上采用實(shí)驗(yàn)情境教學(xué)，不但可克服實(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)生的探究興趣，促進(jìn)知識(shí)遷移，對(duì)于提升學(xué)生的創(chuàng)新性思維能力亦具有重要意義。課堂教學(xué)過(guò)程中，教師應(yīng)努力實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)情境教學(xué)、理論教學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)的協(xié)同效應(yīng)。

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