現(xiàn)代教育技術(shù)指導(dǎo)大學(xué)生開放實驗項目設(shè)立及效果分析

劉 麗, 趙曉明, 范翔宇, 劉艷麗, 王志恒

(1. 西南石油大學(xué) 地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院, 四川 成都 610500；2. 中國地質(zhì)科學(xué)院 地球物理地球化學(xué)勘查研究所, 河北 廊坊 065000)

現(xiàn)代教育技術(shù),是指運用現(xiàn)代教育技術(shù)理論和手段,通過對教與學(xué)的過程和資源的設(shè)計、開發(fā)、利用、管理和評價,實現(xiàn)教學(xué)優(yōu)化的理論和實踐[1-3]。其涉及內(nèi)容雖然廣泛,幾乎包含人類教育活動的總和,然而,其中最為重要的3種教育理論是認(rèn)知結(jié)構(gòu)思想、有意義學(xué)習(xí)思想和構(gòu)建主義學(xué)習(xí)思想[4-6]?，F(xiàn)代教育技術(shù)手段則更具有專業(yè)性,在各個專業(yè)方向,其專用儀器眾多且先進(jìn)。綜合應(yīng)用現(xiàn)代教育技術(shù),在世界各國教育中已取得了大量的實踐經(jīng)驗,并已得到教育界的廣泛認(rèn)可[7-9]。

地質(zhì)資源與地質(zhì)工程學(xué)科,是針對各種礦業(yè)資源勘探與開發(fā),培養(yǎng)相關(guān)人才的專業(yè)。當(dāng)前,礦產(chǎn)資源需求日益增加,如何加快勘探開發(fā)各類礦產(chǎn)資源,滿足經(jīng)濟(jì)建設(shè)的可持續(xù)發(fā)展需要,保障礦產(chǎn)資源開發(fā)的戰(zhàn)略地位,已成為發(fā)展的重中之重[10-12]。本文以地質(zhì)資源與地質(zhì)工程專業(yè)為例,結(jié)合現(xiàn)代教育技術(shù)理論,基于認(rèn)知結(jié)構(gòu)學(xué)習(xí)思想、有意義學(xué)習(xí)思想和構(gòu)建主義學(xué)習(xí)思想,提供具有邏輯性的學(xué)習(xí)材料,培養(yǎng)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)心向和正確學(xué)習(xí)觀念,激發(fā)學(xué)習(xí)者的主觀能動性,同時,應(yīng)用現(xiàn)代先進(jìn)的技術(shù)手段,以學(xué)生為主體、教師為輔助的實驗教學(xué)模式開展實驗項目,最終構(gòu)建起學(xué)習(xí)者的知識體系。

1 現(xiàn)代教育技術(shù)理論及手段內(nèi)涵

1.1 現(xiàn)代教育技術(shù)理論

現(xiàn)代教育技術(shù)起源于20世紀(jì)30年代的美國。在中國,該技術(shù)理論的發(fā)展始于20世紀(jì)80年代,其概念包含現(xiàn)代的技術(shù)手段、教學(xué)方法和教學(xué)設(shè)計等[13-15],本文主要從該理論中3種重要的思想入手,包括認(rèn)知結(jié)構(gòu)思想、有意義學(xué)習(xí)思想和構(gòu)建主義學(xué)習(xí)思想,深入分析上述3種思想的內(nèi)涵,理清教育教學(xué)中的關(guān)鍵點,從而提出有益于學(xué)生思考、學(xué)習(xí)和發(fā)展的開放實驗項目。

認(rèn)知結(jié)構(gòu)思想于20 世紀(jì)初期產(chǎn)生,由韋特海墨、皮亞杰和布魯納等人不斷發(fā)展和完善。其在客觀主義認(rèn)識的基礎(chǔ)上,承認(rèn)世界是由客觀的實體組成的,并且各實體之間的關(guān)系也是客觀存在的,其核心思想是認(rèn)為認(rèn)知過程應(yīng)具有邏輯性[16-17]；有意義學(xué)習(xí)思想由美國教育心理學(xué)家奧蘇貝爾提出,指的是將新知識與學(xué)習(xí)者認(rèn)知結(jié)構(gòu)中已有的適當(dāng)觀念,建立非人為和實質(zhì)性聯(lián)系的過程。該思想旨在促進(jìn)有意義學(xué)習(xí)的發(fā)生,而非機(jī)械學(xué)習(xí),其核心思想是學(xué)習(xí)材料應(yīng)具有邏輯性,學(xué)習(xí)者應(yīng)有學(xué)習(xí)心向,學(xué)習(xí)者觀念應(yīng)正確[18-19]；建構(gòu)主義學(xué)習(xí)思想是皮亞杰、布魯納和維果茨基理論的綜合發(fā)展,構(gòu)建主義更多地強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)者的主觀能動性,建構(gòu)內(nèi)部心理表征[20-21](見圖1)。

1.2 現(xiàn)代教育技術(shù)手段

現(xiàn)代教育技術(shù)除了對理論方面的研究以外,還有對技術(shù)方面的研究?？茖W(xué)的發(fā)展,離不開技術(shù)手段的革新[22-24]。充分地利用緊跟時代發(fā)展的技術(shù),將其運用到教育教學(xué)中,可促使教育改革、推動教育發(fā)展?，F(xiàn)代教育技術(shù)中,多媒體、計算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)與通信技術(shù)和虛擬現(xiàn)實技術(shù)是重要的3大技術(shù)。在此基礎(chǔ)上,涉及到各個行業(yè)和專業(yè),其各種先進(jìn)的儀器設(shè)備、軟件系統(tǒng)及數(shù)據(jù)庫等,均可作為現(xiàn)代教育技術(shù)手段。尤其是在開放實驗項目中,充分利用這些技術(shù),能更好地發(fā)揮專業(yè)作用,構(gòu)建起學(xué)習(xí)者的知識體系(見圖1)。

圖1 現(xiàn)代教育技術(shù)理論與手段指導(dǎo)開放實驗項目設(shè)立

2 現(xiàn)代教育技術(shù)指導(dǎo)開放實驗項目設(shè)立原則

用現(xiàn)代教育技術(shù)理論和手段分析可知,在指導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)中,認(rèn)知結(jié)構(gòu)思想主要強(qiáng)調(diào)的是教育的邏輯性,即結(jié)合學(xué)習(xí)者原有的知識經(jīng)驗和認(rèn)知結(jié)構(gòu),結(jié)合新學(xué)習(xí)材料的內(nèi)在邏輯結(jié)構(gòu),進(jìn)行學(xué)習(xí)；有意義學(xué)習(xí)理論則主要強(qiáng)調(diào)的是教育的策略性,即利用適當(dāng)?shù)囊龑?dǎo)性材料對當(dāng)前所學(xué)新內(nèi)容加以定向與引導(dǎo)；建構(gòu)主義則主要強(qiáng)調(diào)教育的主觀能動性,即引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)。

在此基礎(chǔ)上,綜合3種思想的精髓,構(gòu)建起了開放實驗項目設(shè)立的原則,即以學(xué)生為學(xué)習(xí)的主體,發(fā)揮其主觀能動性；教師應(yīng)作為幫助者,起到指導(dǎo)作用；學(xué)習(xí)內(nèi)容的設(shè)立,則應(yīng)體現(xiàn)出學(xué)習(xí)內(nèi)容、學(xué)習(xí)材料等與原有知識體系的邏輯性和聯(lián)系,并應(yīng)用相關(guān)專業(yè)的儀器設(shè)備和軟件等,共同完成實驗項目,最終達(dá)到構(gòu)建起學(xué)習(xí)者知識體系的目的。基于上述思想,建立了現(xiàn)代教育技術(shù)理論指導(dǎo)下的開發(fā)實驗項目設(shè)立原則(見圖1)。

3 開放實驗項目的設(shè)立及其效果分析

隨著社會的發(fā)展,學(xué)生作為一個“現(xiàn)代人”,對其專業(yè)技術(shù)知識和綜合素質(zhì)的要求在不斷提高?；谏鲜鲩_放實驗項目設(shè)立原則,在地質(zhì)資源與地質(zhì)工程學(xué)科,實施了一系列開放實驗項目。將學(xué)生從封閉式的學(xué)習(xí)環(huán)境中解放出來,提供靈活多樣的與專業(yè)相關(guān)的材料、實驗設(shè)備和軟件,體現(xiàn)了以學(xué)生為主體的教學(xué)理念,為學(xué)生提供了一個能夠充分發(fā)揮自主性、創(chuàng)造性的學(xué)習(xí)環(huán)境,更好地發(fā)展其創(chuàng)造力。

3.1 實例1：開放實驗項目“不同巖性的聲波縱橫波速度、相關(guān)關(guān)系及特征分析”

該開放實驗項目,從學(xué)生原有的知識經(jīng)驗、認(rèn)知結(jié)構(gòu)出發(fā),設(shè)計了有意義的實驗內(nèi)容。通過這些設(shè)計,學(xué)生能夠比較容易地習(xí)得新實驗內(nèi)容,使學(xué)生原有的認(rèn)知結(jié)構(gòu)發(fā)生重組和更新,促進(jìn)學(xué)生實驗?zāi)芰Φ奶岣摺Ｔ搶嶒烅椖恳詫W(xué)生在“測井方法與原理”課程中學(xué)習(xí)到的聲波測井方面的相關(guān)專業(yè)知識為基礎(chǔ),基于實驗室現(xiàn)有的砂巖、黃砂巖、灰?guī)r和大理石等巖性的巖石體,利用實驗室模擬井設(shè)備(見圖2),測量相同條件下,不同巖石介質(zhì)的縱波、橫波速度規(guī)律以及各巖石介質(zhì)橫縱波之間的關(guān)系,進(jìn)而探索總結(jié)不同巖石的聲傳播特性。

通過實驗,學(xué)生掌握了聲波測井模擬系統(tǒng)的測量原理和操作步驟,分別對砂巖、黃砂巖、灰?guī)r和大理石等進(jìn)行研究,得出其縱波、橫波波形特征,并用Excel作出源距與時間的關(guān)系圖得到速度,然后建立縱橫波速度的相關(guān)關(guān)系,分析縱橫波特征的變化規(guī)律(見圖3)。

圖2 聲波測井模擬實驗系統(tǒng)

實驗室測定是獲得巖石的縱橫波速度最常用的方法,也是最可靠的方法。學(xué)生通過該開放實驗項目,與原有專業(yè)知識結(jié)合,今后可為聲波測井解釋等方面工作提供依據(jù),也為解釋儲層巖性、物性及流體性質(zhì)等提供參考。

圖3 大理石縱橫波波形特征、速度及相關(guān)關(guān)系

3.2 實例2：開放實驗項目“深水水道地質(zhì)數(shù)據(jù)庫研發(fā)”

該開放實驗項目,從學(xué)生原有的沉積學(xué)知識出發(fā),針對深水水道沉積體,提供了一些有意義的引導(dǎo)材料,即大量相關(guān)內(nèi)容的中英文參考文獻(xiàn)。通過翻譯和閱讀這些文獻(xiàn),在此基礎(chǔ)上,對深水水道構(gòu)型的地震資料進(jìn)行分類,從地震屬性切片、地震剖面的測量或者是構(gòu)型參數(shù)統(tǒng)計圖件等幾類圖片或者資料,采用數(shù)值化工具獲取數(shù)據(jù)庫基本信息,包括深水水道的寬度、厚度等形態(tài)學(xué)參數(shù)(見圖4)。最終,匹配上相應(yīng)的控制類信息和時空坐標(biāo),包括氣候、構(gòu)造條件,沉積物供給情況、海平面變化等,建成深水水道數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。教師通過項目內(nèi)容設(shè)計,精心準(zhǔn)備材料,促進(jìn)學(xué)生進(jìn)行有意義的學(xué)習(xí)。

圖4 深水水道構(gòu)型分類方案(據(jù)Deptruck,2003)

通過該數(shù)據(jù)庫的建立,使學(xué)生增強(qiáng)多方面的能力。大量的文獻(xiàn)閱讀,增進(jìn)原有知識體系,學(xué)生能夠比較容易地習(xí)得新內(nèi)容,建立新、舊知識之間的聯(lián)系；學(xué)習(xí)多種種類的軟件,促進(jìn)學(xué)生實驗?zāi)芰Φ奶岣?為其今后參與相關(guān)科研工作打下基礎(chǔ)；對數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)劃分為五個層級,從高到低分別為研究區(qū)域?qū)印⑿畔⒎诸悓?、?gòu)型單元信息層、巖層信息層和巖相信息層,使學(xué)生在頭腦中構(gòu)建起知識體系的相關(guān)關(guān)系。最終建立起的數(shù)據(jù)庫(見圖5),是存放深水水道構(gòu)型參數(shù)與控制信息的工具,其能夠?qū)崿F(xiàn)以上資料的共享和快速利用,對新學(xué)習(xí)內(nèi)容起固定、吸收作用,對專業(yè)方面有所提升。

圖5 深水水道數(shù)據(jù)庫研發(fā)軟件

3.3 實例3：開放實驗項目“阿爾奇公式參數(shù)b和n的確定方法及影響因素分析”

該開放實驗項目,針對阿爾奇公式發(fā)表以來,模型的巖石電學(xué)研究和爭論一直沒有停止過的情況。在國外和國內(nèi),到目前為止仍然有人對阿爾奇公式中參數(shù)a、b、m和n的物理意義及在不同條件下Archie公式的擴(kuò)展形式,有不同的見解。為此,對于已具備巖石物理學(xué)基礎(chǔ)知識理論的學(xué)生,開設(shè)了該實驗。在實驗中,教師作為實驗的指導(dǎo)者,只給出了測量阿爾奇公式中參數(shù)b和n的目標(biāo),而學(xué)生是實驗的主體,是意義的主動建構(gòu)者,自行設(shè)計實驗過程,并且采用團(tuán)隊方式進(jìn)行,在共同努力的情境下,共同協(xié)作完成,從而最終自我建構(gòu)起實驗?zāi)繕?biāo)結(jié)果(見圖6)。

圖6 應(yīng)用聲波-電阻聯(lián)測儀測量巖心電阻

圖7 巖心27-2含水飽和度與電阻率增大系數(shù)相關(guān)關(guān)系圖

4 結(jié)語

(1) 現(xiàn)代教育技術(shù)理論及手段,為大學(xué)生開放實驗項目的設(shè)立提供了理論指導(dǎo)和技術(shù)支持。首先提供具有邏輯性的學(xué)習(xí)材料,在此基礎(chǔ)上,培養(yǎng)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)心向和正確學(xué)習(xí)觀念,激發(fā)學(xué)習(xí)者的主觀能動性,同時,應(yīng)用現(xiàn)代先進(jìn)的技術(shù)手段,以學(xué)生為主體、教師為輔助的實驗教學(xué)模式開展實驗項目,最終構(gòu)建起學(xué)習(xí)者的知識體系。

(2) 大學(xué)生開放實驗項目與現(xiàn)代教育技術(shù)相結(jié)合,更益于構(gòu)建起學(xué)習(xí)者的知識體系。大學(xué)生開放實驗具有教學(xué)模式多樣化、管理過程靈活和教學(xué)內(nèi)容多變等特點,與現(xiàn)代教育技術(shù)理論及手段相結(jié)合,更能激發(fā)出學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情,建立良好的認(rèn)知結(jié)構(gòu),進(jìn)行有意義的學(xué)習(xí),提高學(xué)生綜合素質(zhì),培養(yǎng)出通識能力、專業(yè)基礎(chǔ)能力和專業(yè)發(fā)展能力兼具的綜合人才。