開展實驗情境教學，提升高校理工科教學效果

李建軍?朱金波

摘要：在理工科本科課堂，開展實驗情境教學，不但對理論教學具有明顯的促進作用，而且可彌補實驗教學過程復雜、容量有限的不足。實驗研究表明，學生從感性認識出發逐步探究問題、感悟知識，符合由淺及深的認知規律，易于引發求知興趣。實驗情境教學不但可以促進理論知識的高效遷移，而且有利于培養創造性思維能力和實驗實踐能力。實驗情境應根據學科和學生的實際，圍繞重難點問題展開；同時應兼顧教學內容的系統性和層次性。

關鍵詞：實驗情境教學；理工科教學；知識遷移；創造性思維

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）36-0178-02

實驗與實踐教學是理工科大學實現本科教學目標、培養創新性人才的必要手段之一。然而，目前我國高校的實驗教學大多很難滿足教學的要求，專業課教學的情況尤為嚴重。[1，2]一方面，實驗教學需要搭建實驗平臺成本高昂，同時很多專業課的實驗裝置的研發滯后，所以實驗覆蓋面有限，而且有些實驗根本不適合開展學生實驗；另一方面，專業課教學過程中實驗教學很難與理論教學步調一致，先講理論、先做實驗都存在弊端，不能很好促進知識的升華與遷移。如何彌補實驗教學的不足，促進理論與實踐教學的密切協同是理工科專業課教學面臨的一大難題。我們課題組通過近年來的教學試驗與實踐，發現在課堂上采用半實踐性的實驗情境教學對解決這一難題有較大效果。實驗情境教學與情境性學習理論一脈相承。情境性學習理論是1980 年代布朗（J. S. Brown）等人提出的，它突出了人類所處的物理情境和文化情境的重要性，是對知識和學習在理論和實踐上的又一次發展。[3]通過學習情境的構筑，可引導學生自然的融入到知識的探究和學習中，從而事半功倍的完成知識遷移。

一、開展實驗情境教學的意義

實驗情境教學是指根據教學的需要，通過虛擬構筑實驗情境，以一種半講述半實踐的形式展開教學。而實驗情境是依據真實驗條件與實驗過程，以口頭、板書或多媒體形式構筑的一種虛擬的實驗情境。實驗情境的合理創設對課堂教學質量的提升意義重大。

1.有利于學習興趣提高，促進知識的升華與遷移

由于實驗情境是以真實實驗環境和過程為依據的，因此可使學生產生直觀的感性認識，有利于學生融入問題情境，引發探究興趣。例如，在“陶瓷工藝原理”課程中要講解球磨機球磨效果的影響因素，非?？菰?，學生也難以掌握。如果虛擬出一個利用球磨機對陶瓷配合料進行破碎的實驗，結合多媒體圖片，預先介紹清楚球磨機的類型及工作方式、配合料的構成及其破碎特性、實驗目的等，然后虛擬開展球磨破碎實驗，就可降低知識的理論性，便于學生進入問題情境。實驗情境緊密圍繞核心知識展開，有利于學生攻克重難點，實現知識的有效遷移。還以球磨破碎實驗為例，通過“變換”實驗條件，以揭示球磨效果的各個影響因素。由于有具體的實驗“過程”與實驗“結果”為支撐，學生對這些規律很容易理解與內化。

實驗情境進程是可控的，因此可根據知識的結構層次逐步展開，有利于由淺及深的探究問題，符合知識的遷移規律；同時便于教師根據學生的掌握情況，合理管控教學節奏。

2.有利于改善課堂結構

在課堂上引入實驗情境后，學生處于環環相扣的虛擬問題情境中，而課堂本身的結構也會發生明顯的變化。最突出的是，老師的鋪陳與講授時間減少，代之以實驗條件的介紹、學生討論、實驗結果分析、理論升華等。而節奏變化豐富、形式多樣的課堂，更容易引發積極的思考，使知識遷移更加容易。表1為再生資源專業一節專業課典型的時間分配情況，從中不難看出，實驗情境教學法中學生主動思考、討論及“實驗”的時間可占到課堂時間的一半左右，同時由“實驗”結果總結、升華得到的理論結果，也更易理解、更為深刻。

3.有利于培養學生創造性思維

創造性思維的展開需要有良好的問題情境，同時需要有恰當的題設與啟發。由于實驗情境是一種情境預設，因此可方便的建立各種難度、各種視角的問題，在這樣的問題情境中學生主動探究和嘗試創新愿望油然而生。根據學生實際情況，通過控制實驗情境的程序及進度或設計開放性問題，還可以滿足不同水平學生創造性思維的要求。

4.有利于解決實驗教學容量不足、難以與理論教學相協同的問題

與真實實驗操作不同，模擬實驗情境不需要構筑實驗平臺、準備實驗器械，不受獲得某種實驗結果的限制，也不需要特別的過程管理，因此其經濟成本和時間成本都很低。這樣，在專業課課堂上可以為更多的重難點內容配置課堂“實驗”。與真實實驗課又專門實驗老師組織不同，虛擬課堂實驗的開設由理論課老師掌控，因此可根據課堂教學的需要靈活開展。不但可以選擇合適的開展時機，而且可伴隨理論教學進度逐步展開，從而實現理論教學與“實踐”的無縫對接。

5.有利于學生動手能力提高

模擬實驗絕不能替代真實實驗與實踐，但通過“詳實”的實驗情境體驗，可使學生對真實實驗的實驗目的、原理、主要步驟、操作難點獲得全面認識，從而為開展真實的實驗實踐打下良好基礎。實驗情境教學如果運用得當，可改善本科生在做專業課實驗時，由于對實驗理解不足、準備倉促，而造成實驗效果不佳的情況問題。

二、構筑實驗情境的基本原則

1.圍繞課堂重難點問題展開，并注重知識的系統性

實驗情境教學主要目的之一，是消除理論知識的抽象性，以降低其學習難度，因此，在時間容量有限的課堂上，應盡量圍繞內容較抽象的重難點知識展開。而且重點的“實驗過程”及討論重點應聚焦在核心理論的探究上。

在實驗情境教學過程中，為提高教學效率，同時保證知識學習的系統性和完整性，應注意把握從宏觀上把握知識體系，盡量將一個完整的知識體系通過一個實驗情境全部體現。例如在上述球磨破碎教學中，創設的模擬實驗應能涵蓋典型的球磨機分類、結構、工作機理及影響因素等，這樣既可以減少實驗情境的創設數量，又可保證學生探究知識的連續性。

2.控制“實驗”的推進節奏

合理安排實驗情境的內容和程序，有利于最大效力的發揮實驗情境教學的效益?！皩嶒灐睂哟闻c節奏的設計對于引發學生的學習興趣、獲取探究線索與啟發、總結和內化知識，以及培養創新性思維能力都至關重要。一個好的實驗情境能使學生在津津有味的“做實驗”的同時，逐步深入的思考實驗方案，解決實驗中的難題，從而了解實驗的本質所在；通過分析實驗數據，獲得規律，逐步升華為普遍理論；再通過適當的概括總結，邏輯化整理分類、內化為自己的知識。

3.實驗情境應與學生實際緊密聯系

大學生無論從生理還是心理方面都趨于成熟，從而逐漸成為自主發展、自我建構的主體。創設貼近生產實際、與學生生活經驗緊密相連的實驗情境，使學生半自主的開展“實驗”正是推動學生樹立學習主體地位，促進其全面成長的一把利器。實驗情境的創設，在考慮學科特點的基礎上，應盡量的具體化，如果能輔以適當的實物教具和課堂實驗效果更佳。而緊扣時代特征的實驗情境更容易激發學習的主動性，有利于拓展學生視野，為其打開創造性思維的窗口。

4.注重實驗情境教學與理論教學的協同

在實驗情境教學中，如果做到實驗情境教學應與理論教學、課堂演示實驗的密切協同，則可使課堂教學事半功倍，效果提升。

實驗情境的創設應把握合適的教學時機。理論教學與實驗情境教學是相輔相成的，基本的理論和概念是實驗情境構筑的基礎，而恰當的實驗情境可以更好的促進理論教學，有助于理論升華與知識遷移。二者能否緊密結合，關鍵一點在于實驗情境創設的時機是否恰當。例如引言部分講授完成后，可以創設整體性的實驗情境，這時學生已經了解學習的主體和基本概念，容易實現對實驗情境的準確理解。同時，逐步深入的“實驗”推進也有利于對知識內容的系統探究和掌握；而在整體章節內容學習完成后，可以創設較復雜的或應用性的實驗情境，以利于深化對知識的理解，培養創造性思維，學以致用。

實驗情境用于知識復習與培養創新性思維。恰當的實驗情境，不但有助于探究和內化理論知識，而且可用于知識復習與總結提高，因為實驗情境可以隨時再現，按需提取實驗片段。而這些片段與知識體系之間已建立了緊密的聯系，通過聯想與回憶，很容易再現知識要點，實現知識的邏輯內化與提升。當學生掌握較多理論知識時，又為其回過頭來反思實驗過程提供了條件，還可為其點燃創新性思維的火花。

加強課堂演示實驗。由于實驗情境是虛擬情境，因此需要學生具有一定的想象力和思維邏輯學、連貫性，特別對那些遠離學生生活經驗的實驗情境，較難引發直觀認識，由此建立的實驗情境不夠準確。如果在實驗情境創設之前或某些“實驗研究”推進的關鍵環節，輔以實物教具和課堂演示實驗，則可減少學生的想象與猜測，有利于學生在思維中建立直觀的實驗情境和準確的問題情境。[4]

近期，學院通過在資源循環科學與技術專業開展的教學專題實例，從實驗上證明理論教學與實驗情境教學之間是相輔相成的。合理組織教學過程與實施方法，使兩種教法緊密協同，可以獲得較理想的教學效果。不但使學生學習到系統理論知識，還可使學生的邏輯性思維能力、動手能力及創造性思維能力獲得提升。

三、結語

在理工科本科教學中，實驗情境教學是一種極具價值的教學方法。如果能在課堂教學中合理運用，不但可部分彌補實驗教學的不足，而且有利于優化課堂結構、引發學生的探究欲望、促進知識遷移，對于提升學生的實驗實踐能力與創新性思維能力亦具有重要意義。

參考文獻：

[1]王勇，周俊，王森，等.加強本科實驗教學工作的若干思考[J].高等理科教育，2010，（4）：120-121.

[2]王明彥.構建研究性實驗教學體系的思考與實踐[J].中國大學教學，2009，（3）：75-77.

[3]Brown J S，Collins A，Duguid P.Sitllated cogni-tion and the culture of learning[J].Educational researcher，1989 （1）：32-42.

[4]馮曉麗.興趣-情境-創新：國外大學教材特點和功能的基本軌跡——以美國高校理工類教材為例[J].高教探索，2014，（2）：93-95.

（責任編輯：劉翠枝）