痕迹检验设计性实验教学研究

朱红慧

(南京森林警察学院,江苏·南京 210023)

痕迹检验设计性实验教学研究

朱红慧

(南京森林警察学院,江苏·南京 210023)

为了提高痕迹检验实验教学效果,培养学生创新思维和研究能力,针对痕迹检验现行实验教学体系的不足,提出了增设设计性实验的观点。在对设计性实验的内涵和理论基础论述的基础上,进行了痕迹检验设计性实验教学的实践。初步实践证明,痕迹检验设计性实验能够充分调动学生自主学习的积极性,有利于对学生实验设计能力和逻辑思维能力的提高和培养,为更高层次的探索性实验奠定基础。

痕迹检验;设计性实验教学;研究

痕迹检验是公安本科院校刑事技术专业的主要专业课程之一,也是其他专业的重要专业基础课。实验教学是痕迹检验课程的重要组成部分,对于提高学生的综合专业素质、培养学生的学术创新精神与实践动手能力具有特殊的作用,是培养公安技术人才的重要环节。目前公安本科院校的痕迹检验实验教学主要采用的是验证性和综合性实验模式,在这种实验教学模式中学生处于被动学习地位,实验方案和实验操作步骤都是老师精心设计好,没有让学生独立设计实验的教学环节,缺乏让学生独立思考、探索的空间,限制了学生创新思维的发展。通过这两个层次实验的训练,学生只掌握处理公安常规案件的技能,不具备对实验研究思路、实验方案设计等解决新问题的思维方法和研究能力,使得学生走上工作岗位后难以应对不断出现的高智能、高科技的新型技术案件。事实证明,现行的实验教学体系存在不足,在人才培养上已经跟不上时代发展的要求,应该对其进行改革,增设具有培养创新思维和研究能力的痕迹检验设计性实验教学环节。①朱红慧.刑事技术探索性实验教学模式的探索[J］.湖北警官学院学报2014(11):177-183.

一、设计性实验教学的内涵

设计性实验教学是指导老师根据学生现有的专业知识水平设计一个实验题目(有待研究的问题),学生依据所掌握的专业知识和实验技能,通过研究、阅读相关文献,根据现有的实验条件,在老师的指导下进行实验方案的设计,通过实际实施对实验方案的各个要素进行验证,对产生和影响实验结果的因素进行分析,完成实验报告的实验。在此类实验中,学生是主体,老师处于主导地位。通过设计性实验教学,除了使学生深入理解和学习专业理论知识外,更重要的是使他们的逻辑思维得到锻炼,以此提高独立进行实验研究的能力,利用所学专业知识解决实际问题的能力。因此,通过设计性实验,能够培养学生科学思维的方法、严谨求实、探索创新的精神。②熊宏齐,戴玉蓉,郑家茂.教学实验项目类型及其/开放内禀性[J］.实验技术与管理2008(11):5-6.③吴海荣.“液压与气压传动”课程设计性实验的探索与实践[J］.实验室研究与探索2014(11):201-204.

二、设计性实验的理论基础

有史以来,人们一直持续不断地对教育的科学性进行探索,形成了诸多理论,这些理论学说可以指导我们顺利地进行设计性实验教学的探索。其中杜威的教育理论是设计性实验的教育学基础、布鲁纳提出的认知结构理论和皮亚杰开创的建构主义学说是设计性实验的心理学基础。

杜威认为,每个人在生活中都会遇到各类不同的问题,对于这些问题人们都能找到解决的办法,并会把这些方法转换成具体的经验储存并添加到自己已有的经验体系中。“经验”在杜威教育理论中属于非常重要的概念,在他的教育理论中“经验”被指代为是环境和主体之间的交互作用,是解决问题的能力。由此杜威又进一步提出,既然解决问题的能力是生命依赖存在的基础,教育就应当成为培养解决问题的技能和方法的过程。因此得到启发,我们进行设计性实验教学的目标则是培养学生解决问题的能力,使学生通过解决问题过程的体验构建其自身的经验体系。杜威认为,教学和学习都与解决问题有关。教育是使学生通过解决问题的过程,发生自身经验体系中的单元元素改组或改造,使经验体系得到更新;学习是寻找解决问题方法时,在一个积极主动的思维活动过程中自然而然的发生的。在学生学习的过程中,教师要做的是引导学生寻找解决问题的方法和途径,纠正学生思维的方向,让学生在成功与失败的经历交替中领悟与获得问题解决的经验。这就是设计性实验教学中学生是主体,老师必须起主导作用的深层次原理。

布鲁纳的认知结构理论认为,提供必要的信息,可以使学生学得好,理解并掌握这一个个信息单元不应该是学生学习的目标,而是要以这些信息为基础,将这一个个信息单元内化并超越这些信息。布鲁纳还认为,人的心智发展各不相同,每个人都遵循自己的特有的认知程序,但心智发展的速度会随着认知的改变而发生变化的,因此通过教学可以帮助学生的认知和智慧水平提高和成长。由此布鲁纳提出了“强调学习过程和内在动机”的发现式学习方法。这种学习方法的主要精神是,在整个教学过程中,学生是一个问题的积极探索者,老师是问题的创设者,老师将教学内容隐含在问题之中,通过问题的情境提供给学生进行寻找探索,让学生通过问题的研究过程,探索发现问题解决的方法从而学习和掌握知识;将学生存在于同学之间的相互竟争力转化成学生自身内部的驱动,使学生产生自我挑战,寻求才能的内驱力。布鲁纳的理论告诫我们,进行设计性实验内容的选择要与学生的心智发展相适应,要与学生实际掌握的专业基础知识相吻合,要让学生在教师设计的情境中探索知识的奥秘,而不是宣读教材,只有在这一前题下开展的设计性实验才能起到激发学生内驱力的作用。

皮亚杰提出的建构主义学习模式认为,人的自身认知结构之所以得以发展和转换,是因为在学习过程中,通过学习与外部环境发生相互作用而实现顺应和同化造成的,这种发展和转换会逐渐建构成个人外部知识的内部图式。建构主义学习模式对于设计性实验的重要之处在于,通过模式可将实验大体分为建构、冲突和应用三个阶段。在冲突阶段,学生的原有认知结构因受到教师设计问题情境的激发而发生冲突,积极地对自己现有的认知结构进行搜索,期望从中寻找解决问题的方法,这一阶段是认知结构的发展过程,给认知结构的转换打下基础。在建构阶段,学生因教师提出的问题的激发,产生了探索新问题的欲望,学生在对新问题的研究过程中,所采用的科学方法和手段(学习新知识、学会新思维的方法)使得知识结构冲突得以解决,并在原有的基础上发生转换。①刘喜斌.设计性物理实验的研究[J］.湖南理工学院学报(自然科学版)2010(12):83-88.②周川.高等教育学[M］.南京:南京师范大学出版社,2006.

纵观三位学者的学说,无论是杜威的经验主义理论、布鲁纳的认知结构理论还是皮亚杰提出的建构主义学说,其中的共同点是:重视教学的过程,让学生在解决问题的过程中锻炼思维、获取知识。重视学习方法,将教学内容转换成问题的情境,将知识隐含在问题之中代替书本。强调学生主体、教师主导作用,尊重学生的认知水平。因此,上述的理论可作为设计性实验研究的指南和方法指导。

三、痕迹检验设计性实验教学实践

相对于其他实验课程的设计性实验,痕迹检验设计性实验有其自身的特殊性。因此,在开展这一层次的实验时要依据教学理论对实验进行总体的设计。首先,对开展实验教学所适用的内容进行研究和挑选,为学生创设一个合适的探索问题的情境。第二,加强基础性实验训练、研究编写实验范例,有针对性训练学生的思维和提供学生进行实验设计必需的“信息”。第三,要进行设计性实验教学环境的设计,开放实验室为痕迹检验设计性实验的开展,创设一个与之相适应的实验教学环境。第四,对设计性实验教学目标进行研究,制定实验成绩评定标准。因此,一个完整的痕迹检验设计性实验教学,要经过实验内容的准备与设计、实验范例的编写、开放相关的实验室、研究实验成绩评定标准,进行设计性实验的实施、撰写实验报告几个主要过程。

(一)验证性实验的“实验结果分析训练”

验证性实验和综合性实验是设计性实验教学的基础,在验证性实验与设计性实验之间缺少对学生进行思维训练的桥梁。从验证性实验的“实验结果分析训练”入手,加强学生对实验原理、实验方法、实验结果之间联系的认识,使他们在科学思维方面得到初步的训练。

从本校2012级刑事科学技术专业6个班级中任意确定3个班作为实验的对象。选择2-3篇往届毕业学生的研究性毕业论文(研究内容是学生所了解的)作为训练的范文。指导老师首先对范文中的实验结果分析方法剖析讲解,从实验原理、实验干扰因素等多个方面对实验结果进行分析,对实验现象进行解释,对范文实验结果分析的合理性和科学性进行评判。之后,选择有代表性的验证性实验要求学生在实验结束后针对实验结果(包括成功和失败的结果)进行分析。如痕迹检验实验中“现场手印的显现”一直是以手印清析度作为评分标准,学生在实验时会想办法达到要求。实际上承载不同手印的客体是存在差异的,并不是所有客体上的手印都能达到同一清晰的标准,在这一问题上要求学生分析清晰与否的原因应该比单一要求清楚样本更能锻炼学生的能力。通过实验结果分析实践,学生对实验研究的思路有了基础性的认识,为设计性实验的开展提供了保障。①田运生,刘维华,王景春.综合性设计性实验项目建设的探索与实践[J］.实验技术与管理2012(5):126-129.②钱洁,房建民,陈志宏.生物技术专业综合性和设计性实验教学改革与实践[J］.实验室研究与探索2014(1):207-210.③邢凤兰,王丽艳,刘红霞.设计性实验的指导思路[J］.实验室研究与探索2010(7):264-266.

(二)编写设计性实验范例

在进行设计性实验之前,老师要作必要的前期准备工作,即进行“设计性实验范例”的编写。教授不同专业课程的指导老师,根据自己从事专业课的特点,将本课程的设计性实验内容的研究方法按照一般的研究思路编写成实验范例(包括题目的解读、文献的研究方法、实验方案设计、实验结果分析、实验数据归纳总结等),用以帮助和引导学生了解问题研究的思路和方法。

(三)研究设计性实验项目

遵循学生特有的认知水平确定合适的实验项目,是实现设计性实验教学的首要问题。确定合适的实验内容,是搞好设计性实验教学的基础,实验内容科学与否关系着培养目标的实现。因此,选择设计性实验项目时一定要按照教学规律,结合学生现有知识层次科学地组织。结合本校的实际情况我们采取转换综合性实验、公安实际案例、公安技术研究成果和有关科技论文的内容等几个方面进行实验项目的设计,①田运生,刘维华,王景春.综合性设计性实验项目建设的探索与实践[J］.实验技术与管理2012(5):126-129.②钱洁,房建民,陈志宏.生物技术专业综合性和设计性实验教学改革与实践[J］.实验室研究与探索2014(1):207-210.③邢凤兰,王丽艳,刘红霞.设计性实验的指导思路[J］.实验室研究与探索2010(7):264-266.为学生的学习创造一个独立探究问题的情境。

(四)开放实验室

本校现行的痕迹检验计划实验课时,按传统的实验方式是很难完成设计性实验的。因为学生进行设计性实验,从实验方案设计、实验仪器调试、实验药品配制、预备实验、验证实验等都需要时间,因此实行实验室开放是开展设计性实验的必要条件。进行实验室开放应该注意的是,开放实验室不仅是在规定的时间内将实验室的门打开,实验室开放的内涵是将实验室的资源全部进行开放。开放实验室,实验指导老师要做许多准备工作,需要根据学生选择的实验项目准备相应的仪器设备、必要的实验器材和药品,检查实验仪器设备,确保设备运行状态良好,同时需将较为复杂的仪器操作方法、工作原理、操作注意事项等内容编印成册摆放在仪器旁边,供学生熟悉实验设备时使用。另外,还需建立与之相配套的开放实验室管理制度(包括仪器设备管理制度、实验室开放预约制度、药品管理制度等)。

(五)设计性实验的实施

1.设计性实验的设计与论证

经过现行实验教学体系训练的学生,其“经验体系”中还缺少关于实验设计的知识,需要教师提供必要的关于实验设计知识的“信息”,作为学生解决问题的基础,使学生通过问题解决的过程体验获得实验设计的“经验”,并添加到他们已有的经验体系中,使“经验”发生“改组”达到提升能力的目的。因此,在设计性实验初期,教师要对学生进行必要的实验设计方法辅导。

实验开始,教师将设定的题目向学生公布,学生根据自己的兴趣和条件(学习基础)选择实验题目,并自由组成4-5人的实验小组。指导老师发放设计性实范例并要求学生阅读,使学生通过阅读范例对实验设计的方法进行初步的了解,在此基础上对实验设计的一般方法进行指导,用以引导学生顺利地进入设计性实验阶段。

选择三篇实验设计较好的研究文献(最好是指导老师自己的研究论文,内容是学生能够理解的)作为示例进行讲解。从研究的题目、实验总体设计思路、实验方案设计三个方面对文献进行剖析,以此对问题研究的思路和方法进行指导。第一篇由老师进行分析,从题目字面含义分析题目研究的内容和涉及的知识领域。在此基础上,分析开展研究的总体思路和进行研究所需的条件。最后根据实验设计的要素和原则分三个步骤,对范文的实验研究方案的设计进行剖析。第一步分析确定研究的受试对象,第二步依据“随机抽样”“重复”和“对照”的原则,分析进行实验分组设计的方法,第三步根据“均衡原则”分析制作实验样本方法。④王琪,胡良平.实验设计的概念与基础[J］.药学服务与研究2010(10):126-129.紧接着,由学生和老师共同对第二篇范文进行分析,通过对范文题目的解读,讨论研究内容的具体设计方案,老师将讨论的方案与文献中的方案进行对照点评。第三篇由学生根据范文的题目讨论设计方案,之后与文章的方案进行比较,老师对讨论的方案进行点评。最后,老师总结归纳实验设计的一般方法和思路。通过实验设计范例和设计方法指导,填补了学生关于实验研究方法认知的空白。

要求每个实验小组利用课后的时间运用所学的痕迹检验知识,结合国内目前公安实际案件的现状,查阅与实验题目相关的文献资料,进行实验方案设计,要求实验方案包括进行实验研究的原理、实验目的、实验所采用的方法和进行实验步骤及实验所需的仪器设备等。实验小组的每个同学分别设计一个实验方案,通过PPT在小组进行汇报交流,在组间讨论,经同学互评、教师点评、结合实验室条件和方案的可行性、创新性推选最优的设计方案作为实验实施的方案。①王芳,叶宝兴,贾泽峰.农业微生物学设计性实验模式的实践[J］.实验室研究与探索2009(5):104-106.②丁雪鹰,鲁莹,等.药剂学自主设计性实验的教学实践[J］.实验室研究与探索2011(6):304-315.③黄玥,陆文蔚,等.设计性实验在食品安全与卫生学中的教学实践[J］.实验室研究与探索2013(12):180-183.

以笔者指导的“木材宏观特征在盗伐林木案件中利用价值的研究”实验项目为例,小组在进行第一次交流汇报中,每一位学生都轮流发言,同学们对实验题目涉及的知识领域有了较深的认识,基本了解树木的宏观特征,对树木宏观特征的实验观察方法也有一定的了解,每个人都设计了一个实验方案。但抄袭文献方案的痕迹很明显,少数同学直接于沿用文献的方案,当笔者针对同学设计的方案进行提问时,大部分学生不能给予正确的回答。学生的这一表现说明学生对实验方案的设计方法还没有充分的认知,需要进一步激发潜在的求知欲。于是敦促同学进一步阅读文献、研读实验范例,对设计方案进行修改和优化,指导学生实验设计必须兼顾科学性、可行性和实用性,对实验涉及的相关知识进行深入了解。再一次交流汇报中,同学们对实验项目研究的知识点掌握得更为充分,能够提出一些自己的想法,也懂得了对课程所学知识的扩展,能对不同设计方案进行比较分析。最后,在总结各个实验方案优缺点的基础上结合各位同学意见和现有实验条件确定了最终的实验方案。通过这一过程,使学生学会实验研究方案的设计方法,其认知结构因此得到了成功的转换,同时思维能力也得到了锻炼和提升。④王芳,叶宝兴,贾泽峰.农业微生物学设计性实验模式的实践[J］.实验室研究与探索2009(5):104-106.⑤丁雪鹰,鲁莹,等.药剂学自主设计性实验的教学实践[J］.实验室研究与探索2011(6):304-315.⑥黄玥,陆文蔚,等.设计性实验在食品安全与卫生学中的教学实践[J］.实验室研究与探索2013(12):180-183.

2.设计性实验的实施

实验操作在验证性实验教学中是重要的环节,但在设计性实验教学中,由于同学们都完成了相关基础性实验的学习,指导老师不需要像以往实验教学哪样进行基本的实验准备、强调实验要点,而是要关注学生的实际操作及如何解决所遇到的问题。在设计性实验操作中,学生完全自主调试、操作所需要的仪器设备,按照预先设计好的实验方案和实验步骤进行操作,观察实验现象并及时记录。

以笔者指导的“木材宏观特征在盗伐林木案件中利用价值的研究”实验项目为例,实验所需的仪器设备主要是生物显微镜、比较显微镜、制片刀具、载玻片,学生要自行校准显微镜、自行制作木材实验样本以确保木材特征的准确观察和比较鉴别。在对木材样本截面进行观察过程中,发生木射线和导管无法显现的现象,此时,笔者并不急于用亲自操作的方法进行辅导,而是引导学生查阅相关资料了解木射线和导管在木材解剖结构中的排列规律,弄清楚显微镜下观察物体的条件等可能导致实验受阻的原因,这些原因用什么方法去解决,而后让学生偿试自己动手去解决这些问题,并做好相应的原始记录。⑦王芳,叶宝兴,贾泽峰.农业微生物学设计性实验模式的实践[J］.实验室研究与探索2009(5):104-106.⑧丁雪鹰,鲁莹,等.药剂学自主设计性实验的教学实践[J］.实验室研究与探索2011(6):304-315.⑨黄玥,陆文蔚,等.设计性实验在食品安全与卫生学中的教学实践[J］.实验室研究与探索2013(12):180-183.

3.撰写实验报告

实验完成后,指导老师针对学生的实验设计方案和实施过程中存在问题提出思考题。通过思考题引导学生对实验设计方案的优缺点进行分析,重点分析方案的可行性和科学性,并思考对有瑕疵的方案和实验操作如何改进,使学生通过思考题的回答对实验数据进行整理,对实验结果进行归纳。要求每组提交一份研究论文格式的实验报告,其中实验结果与分析要有自己的观点。笔者指导的实验小组对其实验结果提出了如下的见解,他们认为痕迹检验关于“同一认定的原理”同样适用木材的宏观特征的检验。木材的宏观特征虽然不属于人为痕迹特征,但它是在树木生长过程中形成的痕迹,通过这些痕迹能区分不同的树木,因此可作为种类特征使用。另外,在木材的宏观特征中有一些特征是受环境影响产生的,通过这些特征可区别同种树木的不同个体,具备个别特征的条件。通过实验报告的环节,使学生完成了对“木材宏观特征在盗伐林木案件中利用价值的研究”这一问题的认知思维活动的主动建构过程,同时也完成了实验研究知识的建构过程,通过这一过程使学生的主体性和创造性得到发挥。①王芳,叶宝兴,贾泽峰.农业微生物学设计性实验模式的实践[J］.实验室研究与探索2009(5):104-106.②丁雪鹰,鲁莹,等.药剂学自主设计性实验的教学实践[J］.实验室研究与探索2011(6):304-315.③黄玥,陆文蔚,等.设计性实验在食品安全与卫生学中的教学实践[J］.实验室研究与探索2013(12):180-183.

(五)设计性实验成绩评定

设计性实验是实验教学体系一部分,着重于学生的创新思维和研究能力的培养,这类实验着重于实验训练的过程,目的是让学生通过实验的各个环节训练使多方面的能力得到锻炼。实验成绩评定影响着学生的学习态度,会起到导向的作用。因此,设计性实验成绩评定着重于文献阅读及分析、实验方案设计、实验记录(用于考核实验操作过程)、实验报告四个方面。

四、结语

开展痕迹检验设计性实验要以教育理论为依据,并进行总体设计。进行设计性实验并不是要抛弃验证性实验而另辟途径,加强验证性实验训练是顺利进入设计性实验阶段的首要环节。设计性实验是实验教学不可缺少的环节,设计性实验训练所采用的手段和方式要与学生的现有知识水平相适应。初步的实践证明,通过痕迹检验设计性实验教学过程能够使学生实验设计的能力得到提高,培养学生的创新思维和研究能力。设计性实验符合教学规律,可为更高层次的探索性实验奠定基础。

(责任编辑 蒋凌燕)

G423

A

1672—6057(2015)06-98-06

2015-11-12

南京森林警察学院教育教学改革项目“痕迹检验设计性实验的研究”。

朱红慧,女,南京森林警察学院刑事科学技术系实验师,研究方向为痕迹检验。