探究性实验教学中的问题及对策研究

陈宏

摘 要 为了解决探究性实验教学中的问题，在学习中培养学生的主体认知的作用，提高教学质量，从建构主义理论的角度出发，提出运用PBL教学模式，在实验教学过程中的问题情境创设、分析过程和问题的解决三个方面与探究性实验教学相结合，激发学生的兴趣，提高实验教学质量。实践证明，这是一种有效开展探索性实验教学的教学策略。

关键词 建构主义 探究教学 PBL 直方图

中图分类号：G424 文献标识码：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

在现代高等学校教学中，愈来愈重视直接经验的学习，即动手能力、实践能力和创新能力的培养，因此实验教学的地位和作用越来越得到人们的认同，①大学实验教学要创新实验教学类型，改革实验教学模式，提升实验教学水平，凸显自主探索，重视设计性和研究性实验的开展。②探究性实验是指研究者对研究对象的属性、规律、相互联系的情况，处于无知或知之不多的情况下，提出问题，设计实验，并通过实验与探究，获取科学结论的过程。其指导思想是以学生为主体，独立实现认知过程。③但是在工科院校实施探究性实验教学时，发现学生对探究性实验表现出不同的行为，比如在电路设计中频率对波形的影响做探究性实验教学，有一部分学生认为这是软件程序和硬件电路的不稳定，完全是实验系统的误差造成频率对波形的影响;有一部分学生认为这个问题对于电路设计的功能没有影响，没必要花时间探究;另一部分学生从电路的结构、组成和运行过程分析频率在设计中的作用，通过测试，真正完成了探究性实验。为什么学生没有按照探究性实验教学安排的思路去探究？如何改善探究性实验教学？通过研究，发现建构主义心理分析和Problem Based Learning（PBL）教学模式能够有效改善探究性实验教学中存在的问题。

1 理论背景

1.1 探究性实验

20 世纪五六十年代美国生物学家、芝加哥大学教授施瓦布明确把“探究学习”作为一种重要教学方式。1961年，他在哈佛大学的一次演讲中，提出了“作为探究的理科教学”的观念，认为传统的课程对科学进行了静态的、结论式的描述，这恰恰掩盖了科学知识是试探性的、不断发展的真相，极力主张要积极地引导学生像科学家那样对世界进行探究。④探究式学习虽然是在科学领域里首先提出来，实际上，它的基本思想是让学生在“重新发现”和“重新组合”知识过程中进行学习，鼓励学生在做中学，在学中做。⑤

1.2 建构主义

建构主义理论是近年来流行于西方的认知学习理论的一个重要分支，建构主义的核心理念是，知识不是通过教师传授得到，而是学习者在一定的情境即社会文化背景下借助其他人的帮助，利用必要的学习资料，通过意义建构的方式而获得的。⑥

1.3  PBL

所谓PBL教学，是指以问题为中心的教学，是把教学内容化作问题，引导学生通过解决问题从而掌握知识、形成能力、养成心理品质的教学过程。⑦

2 通信实验课的探究性实验教学

实验教学在教学模式上具备与理论教学不同的特殊性，实验教学中面对面的师生交流和小组合作的情境，在一定的时间完成特定实验任务的主动知识建构，以《通信原理》实验课的差分编码实验为例要求学生主动分析问题和解决问题。

2.1 实施探究性实验

首先根据PBL按照提出问题、开题、实施和总结进行差分编码实验。提出的问题是：要求运用QUARTUS软件设计差分编码电路，并研究频率对波形的影响;学生自由组合2人一组，合作设计完成;实施过程中有疑问可以咨询老师，也可以自行查阅资料;总结是要求写出实验报告，按照10分制对50位学生完成的情况打分。衡量实施效果做直方图如图1所示。

从图1中可以看出，学生的实验成绩呈现两极分化，一部分学生是经过认真探究后小组协作顺利完成探究性实验，获得了较高的分数;一部分学生没有完成实验任务，实验分数比较低。为了分析原因，对50名学生做问卷记录，如表1所示。

图1 实验成绩的直方图

2.2 分析

为了改善教学效果，必须从知识建构的建构主义理论指导、PBL教学模式和探究式教学内涵深入查找原因，提出改进措施。根据建构主义理论，在PBL模式中的探究式实验教学是以学生为主体，学生主动构建知识建构，但是需要教师调动学生的主动性，掌握学生探究学习的方向性。为此，针对探究式实验教学的特殊环境提出不同的改进措施。如表2所示。

2.3 改进

实施改进措施后，学生的实验成绩平均达到8.6分，如图2所示，实验教学效果显著改善。

图2 改进后的实验成绩

归纳改进措施主要包括3方面：第一是在PBL基础上结合实验教学的实际情况，在问题情境创设方面，考虑不同学生的不同知识层次，增加对问题设定的认识前提，使学生在进行探究性实验时发生认知冲突，既要与已完成实验的结果有一定联系，同时又增加了新的难点，激发学生的探究兴趣;第二探究性实验作为一种发现性的学习活动，解决问题的方法与途径多种多样，教师需要引导学生大胆假设，进一步激发学生的兴趣，但是需要及时防止用“误差理论”来进行探究性实验;第三在探究和解决问题时，在充分尊重学生主动探索的同时，帮助学生建构认知主体，学习方法，培养科研能力，提高实验教学质量。

3 结论

探究性实验教学的教学效果离不开实验教学过程中的各个环节，学生在学习过程中的认知状况各不相同，实验教学效果千差万别。在建构主义理论的指导下，为了在实验教学中促进学生对知识的主动建构，创造条件帮助学生将知识运用在真实的情境而获得理解：在问题情境创设中关注学生的知识层次;在问题的提出时紧密围绕教学目标;在问题的解决中加强教师的过程管理。三个方面有效解决探索性实验教学中存在的现实问题，提高了实验教学质量。

注释

① 顾建民.高等教育学[M].浙江：浙江大学出版社，2008.

② 郑家茂.对大学实验教学若干问题的厘析（续）[J].实验室研究与探索，2007.26（11）：1-3.

③ 吴建军.探究性实验教学设计[J].沈阳师范大学学报（自然科学版），2004.22（2）：153-156.

④ 李森，于泽元.对探究教学几个理论问题的认识[J].教育研究，2002.2：83-88.

⑤ 齐冬梅.探究式教学法在计算机教学中的应用[J].中国现代教育装备，2007.4：103-104.

⑥ 赖纯胜.意义知识建构的两大“利器”：PBL和“服务—学习”[J].考试周刊，2012.41：172-173.

⑦ 张炳立，常淑枫，李玲玲，等.试论PBL教学法的理论基础[J].天津中医药大学学报，2010.29（3）：156-158.