探究引導(dǎo)型自主式實(shí)驗(yàn)教學(xué)論文
一、概述
環(huán)境工程學(xué)實(shí)驗(yàn)是武漢大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院環(huán)境工程本科專業(yè)的一門理論性和實(shí)踐性都很強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)課，也是一門綜合性的技術(shù)基礎(chǔ)課程，它需要物理、化學(xué)、生物等基礎(chǔ)知識(shí)，以及實(shí)驗(yàn)裝置的設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)分析等方面所涉及到的基礎(chǔ)理論，這些基礎(chǔ)理論知識(shí)在理論課上都已經(jīng)學(xué)過，但許多課堂上學(xué)到的實(shí)驗(yàn)理論和方法只有通過實(shí)際驗(yàn)證才能加深理解并真正掌握。實(shí)驗(yàn)課程的目的就是使學(xué)生加深理解所學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)，掌握相關(guān)知識(shí)的基本原理和適用范圍;具備實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理和誤差分析能力;得到基本實(shí)驗(yàn)技能的訓(xùn)練與分析能力的訓(xùn)練，使本科生初步掌握環(huán)境工程中水、氣、固廢處理的基本方法，對(duì)各門知識(shí)能夠融會(huì)貫通，并且加深對(duì)理論知識(shí)的理解。
對(duì)于高校本科生教育，尤其是理工科教育，實(shí)驗(yàn)教學(xué)不僅可以培養(yǎng)學(xué)生掌握當(dāng)前所學(xué)的科學(xué)技術(shù)，同時(shí)能讓學(xué)生在實(shí)踐中拓展思路，創(chuàng)造出新的技術(shù)，培養(yǎng)學(xué)生盡快的成材成長。與此同時(shí)，合理的教學(xué)方法可以事半功倍，因此完善本科教學(xué)方法也是任重而道遠(yuǎn)。
二、實(shí)驗(yàn)教學(xué)理念
環(huán)境工程學(xué)實(shí)驗(yàn)是環(huán)境工程專業(yè)一門非常重要的專業(yè)實(shí)驗(yàn)課程。我們的教學(xué)理念是指導(dǎo)學(xué)生開拓實(shí)驗(yàn)思路，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)方法、實(shí)驗(yàn)步驟、結(jié)果分析評(píng)判等基礎(chǔ)知識(shí)的掌握，更讓學(xué)生學(xué)會(huì)并能夠設(shè)計(jì)出完整的實(shí)驗(yàn)方案。
由于實(shí)驗(yàn)方案是需要學(xué)生自己設(shè)計(jì)的，指導(dǎo)老師只講解相關(guān)實(shí)驗(yàn)的儀器的操作，而實(shí)驗(yàn)具體的操作步驟和流程設(shè)計(jì)以及數(shù)據(jù)處理方法都是需要學(xué)生自己課下查閱資料和相關(guān)書籍，學(xué)習(xí)相關(guān)的.實(shí)驗(yàn)知識(shí)，然后根據(jù)實(shí)驗(yàn)室所提供的儀器設(shè)備和所需達(dá)到的目標(biāo)，來設(shè)計(jì)出最佳的實(shí)驗(yàn)方案，所以說有可能每個(gè)學(xué)生設(shè)計(jì)出來的方案都是不一樣的，在實(shí)際實(shí)驗(yàn)操作中再對(duì)比標(biāo)準(zhǔn)方案對(duì)自己的思路進(jìn)行評(píng)判，讓學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)對(duì)整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程有自己真實(shí)的體會(huì)，使學(xué)生不僅僅是掌握本課程中開出的這些實(shí)驗(yàn)，更學(xué)會(huì)通過一些新原理方法設(shè)計(jì)出理想的實(shí)驗(yàn)方案，創(chuàng)造出更好更有效的處理方法和處理工藝。本門課程更強(qiáng)調(diào)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的自助設(shè)計(jì)和思考的能力，實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)的改變，使實(shí)驗(yàn)教學(xué)由“灌輸式”轉(zhuǎn)變?yōu)椤耙龑?dǎo)自主式”實(shí)驗(yàn)。
在本門課程中，將課堂的理論知識(shí)與實(shí)際實(shí)驗(yàn)操作的實(shí)踐相結(jié)合，了解它們之間的異同點(diǎn)，也將使學(xué)生們更清楚地認(rèn)識(shí)到，理論學(xué)習(xí)與實(shí)踐操作之間存在著怎樣的差距，從而更加靈活的利用已掌握的專業(yè)知識(shí)，去解決未知的問題，更多的思考現(xiàn)存的技術(shù)方法的優(yōu)點(diǎn)和不足之處，進(jìn)而加以改進(jìn)和補(bǔ)充。
三、具體實(shí)施方法
對(duì)每個(gè)實(shí)驗(yàn)安排三個(gè)環(huán)節(jié)。第一環(huán)節(jié)，在實(shí)驗(yàn)前階段向?qū)W生提供該實(shí)驗(yàn)處理對(duì)象、應(yīng)用的原理、材料和設(shè)備等條件清單，用一個(gè)學(xué)時(shí)的時(shí)間向他們介紹設(shè)備使用的注意事項(xiàng)，并提供一個(gè)其它的標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)方案為他們作為模板，要求學(xué)生自行查閱資料，設(shè)計(jì)出一個(gè)初步的實(shí)驗(yàn)方案。然后再進(jìn)入實(shí)驗(yàn)第二環(huán)節(jié)———實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)，首先，向?qū)W生提供標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)驗(yàn)方案，并對(duì)一些關(guān)鍵步驟進(jìn)行講解，然后開始實(shí)驗(yàn)，并糾正他們?cè)趯?shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的一些錯(cuò)誤和解答疑問，收回他們?cè)O(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)方案，實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)結(jié)束后，是第三環(huán)節(jié)，實(shí)驗(yàn)總結(jié)--撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告，總結(jié)實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的問題，分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果等，并讓學(xué)生針對(duì)該實(shí)驗(yàn)提出一些建議和想法，鼓勵(lì)學(xué)生提出新的處理方法、工藝，或者對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行提出改進(jìn)建議等。對(duì)于學(xué)生而言，每次實(shí)驗(yàn)都可分為5 個(gè)步驟：
1. 實(shí)驗(yàn)前的預(yù)習(xí)并查找資料回顧實(shí)驗(yàn)所用的原理(理論課上已經(jīng)學(xué)過)(實(shí)驗(yàn)前課余時(shí)間完成);
2. 到實(shí)驗(yàn)室熟悉實(shí)驗(yàn)器材及使用方法，可提出一些自己的疑問(一次課時(shí)間);
3. 熟悉了實(shí)驗(yàn)器材后根據(jù)教師提供的材料，結(jié)合查找的資料，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)(課余做);
4. 根據(jù)所設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，得到實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)(一次課時(shí)間);自主研究的結(jié)果，學(xué)生自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)并作實(shí)驗(yàn);
5. 相互討論或與教師討論實(shí)驗(yàn)“數(shù)據(jù)”的合理性及其他問題。例如：電路元件伏安特性的測(cè)繪實(shí)驗(yàn)，我們?cè)O(shè)計(jì)的引導(dǎo)性思路(板書)是：
①. 探究“交流”配置與“直流”在臺(tái)面上的顯示有何不同?學(xué)會(huì)識(shí)別; ②. 探究“交流”配置與“直流”配置的配線有何不同?學(xué)會(huì)識(shí)別并會(huì)使用; ③. 找出直流電源、電表的位置; ④. 在臺(tái)面上找出200Ω、1KΩ、1N4407 及2CW51 等元件并記住其位置;⑤. 研究上述元件的線性與否; ⑥. 設(shè)計(jì)并作測(cè)量線性元件的實(shí)驗(yàn);⑦. 設(shè)計(jì)并作測(cè)量非線性元件的實(shí)驗(yàn);⑧.討論實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的合理性。
(二)以學(xué)生自主“探究”為主線的授課形式
在上節(jié)流程的框架下及教師的引導(dǎo)性思路提示下，學(xué)生學(xué)會(huì)自主發(fā)現(xiàn)儀器的缺陷、自主設(shè)計(jì)矯正儀器缺陷所帶來的數(shù)據(jù)偏差的途徑及實(shí)驗(yàn)步驟或“流程”。
如：在電壓源與電流源的等效變換實(shí)驗(yàn)中，我們?cè)O(shè)計(jì)的引導(dǎo)性思路(板書)是： 1. 根據(jù)臺(tái)面上提供的“元件“資源，自主建構(gòu)一個(gè)“電壓源”或“電流源”; 2. 以上述“電源”及自選的元件連成一個(gè)“實(shí)際電源”為“電源”的電路; 3. 設(shè)計(jì)驗(yàn)證理想電壓源與理想電流源的外“特性”(如電壓或電流)是否匹配，如不匹配請(qǐng)?zhí)岢鲂?zhǔn)方案; 4. 在上述電路中設(shè)計(jì)測(cè)量“外電路”伏安特性曲線的兩種實(shí)施方案; 5. 設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案。
(按時(shí)完成設(shè)計(jì)的)學(xué)生的“答卷”是： 1. 把理想“電壓源”與一個(gè)已知電阻串連接成一個(gè)實(shí)際“電壓源”，把理想“電流源”與一個(gè)已知電阻并連接成一個(gè)實(shí)際“電流源”;2. 以上述“電源”與電阻箱連成一個(gè)電路; 3. 分別以理想電壓源、理想電流源與某一定值電阻連接并測(cè)量相應(yīng)的電壓讀數(shù)或電流讀數(shù)是否一致，否則計(jì)算出相互對(duì)應(yīng)關(guān)系式(“經(jīng)驗(yàn)公式”); 4. 改變電阻箱的阻值并測(cè)量電阻箱兩端每一阻值對(duì)應(yīng)的電流和電壓，共測(cè)量?jī)山M數(shù)據(jù)，其一為“電流源”電路數(shù)據(jù)組，其二為“電壓源”電路數(shù)據(jù)組; 5. 繪制上述兩組數(shù)據(jù)的伏安曲線，比較之，如曲線基本一樣，則等效，反之亦然。
四、結(jié)束語
建立在傳統(tǒng)教學(xué)模式之上的教學(xué)改革才最具“生命力”，也就是說發(fā)揮其高效率、高產(chǎn)出的一面迅速建立起必備的基礎(chǔ)知識(shí)才有可能為更好的引導(dǎo)、討論及探究作必要的準(zhǔn)備，同時(shí)還應(yīng)結(jié)合學(xué)生已有的基礎(chǔ)知識(shí)和技能水平，只有這樣方能在教學(xué)中做到引導(dǎo)與呼應(yīng)“匹配”、充分調(diào)動(dòng)學(xué)生積極性及完成因材施教之目的。因此，我們提出：以傳統(tǒng)的教學(xué)模式為依托，以各種“新”(問題、引導(dǎo)及探究等)方式為導(dǎo)向，以各種激發(fā)學(xué)生“創(chuàng)新”想法的討論或操作(或?qū)嵺`)為平臺(tái)的教學(xué)模式，并以此為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)了適合我們實(shí)際的電路實(shí)驗(yàn)教改模式，以引導(dǎo)思路為先導(dǎo)自主“探究”為主線的授課形式。
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