開放互動(dòng)式實(shí)驗(yàn)教學(xué)在創(chuàng)新能力培養(yǎng)中的應(yīng)用

楊立功，王曉華

（1.北京工商大學(xué) 人事處，北京 100048；2.北京工商大學(xué) 國有資產(chǎn)管理處，北京 100048）

開放式教學(xué)的基本特征是充分利用現(xiàn)代教育技術(shù)和多種教學(xué)方法、手段，營(yíng)造良好的以學(xué)生為中心的教學(xué)環(huán)境，并從理念和實(shí)踐中解除和突破種種對(duì)自主學(xué)習(xí)的限制和障礙，它具有開放性、選擇性、不確定性和高科技性等特點(diǎn)［1］。互動(dòng)式教學(xué)是以教師為主導(dǎo)，以學(xué)生為主體的多邊教學(xué)活動(dòng)，它具有雙向合作性、情感交融性、教師主導(dǎo)性和學(xué)生主體性等特點(diǎn)［2］。所謂創(chuàng)新有2層含義：一是指前所未有的創(chuàng)造發(fā)明；二是將別人的發(fā)明創(chuàng)造拿過來加以變化或組合，引入到新的領(lǐng)域產(chǎn)生新的效益。創(chuàng)新能力是指將創(chuàng)新意識(shí)、創(chuàng)新思維迸發(fā)出來的理想、精神、愿望轉(zhuǎn)化為有價(jià)值的、前所未有的精神產(chǎn)品或物質(zhì)產(chǎn)品的實(shí)踐能力，是最具有價(jià)值的一種能力。卓越的創(chuàng)新能力不僅表現(xiàn)為對(duì)知識(shí)的吸收、消化和運(yùn)用，更重要的是一種追求創(chuàng)新、發(fā)現(xiàn)問題、積極改革的意識(shí)，是一種關(guān)于把握機(jī)會(huì)的敏銳性，以及一種積極改變自己并改變環(huán)境的能力，創(chuàng)新力是人格特征和精神狀態(tài)以及綜合素質(zhì)的體現(xiàn)［3］。

實(shí)驗(yàn)課程是以培養(yǎng)和提高技能水平為教學(xué)目標(biāo)的實(shí)踐性教學(xué)活動(dòng)，其顯著特點(diǎn)是理論緊密結(jié)合實(shí)踐，這與教育建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論具有天然的相融性，因此，這是以建構(gòu)主義為主要理論基礎(chǔ)研究實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的主要依據(jù)。通過多年實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)踐，我們總結(jié)出一套以教育建構(gòu)主義理論為基礎(chǔ)，以信息化實(shí)驗(yàn)空間為學(xué)習(xí)環(huán)境，以開放互動(dòng)式教學(xué)活動(dòng)為過程，以創(chuàng)新能力的培養(yǎng)為終極目標(biāo)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，并把其融入到了仿真技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)和使用過程中。該實(shí)驗(yàn)室在培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力，提供必要的技術(shù)支持、情境創(chuàng)設(shè)和運(yùn)行機(jī)制，培養(yǎng)學(xué)生高級(jí)思維和心智技能、衍生創(chuàng)新能力等方面提供了有力的支撐和保障。

1 開放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)境的構(gòu)建

教育建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論強(qiáng)調(diào)整體學(xué)習(xí)環(huán)境的建構(gòu)、理論與實(shí)踐的協(xié)調(diào)［4－5］。計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展拓展了更廣闊的實(shí)驗(yàn)空間，使實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)境由物理場(chǎng)所向情境氛圍、由實(shí)物空間向虛擬空間不斷地?cái)U(kuò)展。教學(xué)設(shè)計(jì)者的主要任務(wù)就是以建構(gòu)主義理論為基礎(chǔ)，為學(xué)生設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)環(huán)境，學(xué)習(xí)者在學(xué)習(xí)環(huán)境的框架內(nèi)完成知識(shí)和技能的意義建構(gòu)［6］。因此，改革傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)技能學(xué)習(xí)模式，構(gòu)建計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)條件下創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)模式的關(guān)鍵，是設(shè)計(jì)和構(gòu)建與計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相匹配的實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)境。在建設(shè)仿真技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)室及使用過程中，本著有所為、有所不為的原則，我們探索并構(gòu)建出一個(gè)簡(jiǎn)單易行的實(shí)驗(yàn)室信息化建設(shè)模式：信息化實(shí)驗(yàn)場(chǎng)。通過使用實(shí)踐，我們認(rèn)為該模式易于實(shí)現(xiàn)、符合實(shí)際、切實(shí)可行，有助于學(xué)生創(chuàng)新能力的提升。

1.1 信息化實(shí)驗(yàn)場(chǎng)

實(shí)驗(yàn)室信息化主要在于各類教學(xué)實(shí)踐活動(dòng)普遍采用現(xiàn)代信息技術(shù)，從而充分、高效地開發(fā)利用信息資源、提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)效率，有力地推動(dòng)實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)代化建設(shè)向可持續(xù)方向發(fā)展。顯然，信息化是使實(shí)驗(yàn)室結(jié)構(gòu)的重心從物理空間向信息空間轉(zhuǎn)移的過程［7－9］。我們將“信息化實(shí)驗(yàn)場(chǎng)”定義為：以實(shí)驗(yàn)室物理空間和設(shè)備為基礎(chǔ)，以計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和現(xiàn)代通信技術(shù)為支撐，以實(shí)驗(yàn)資源、知識(shí)資源、技能資源共享為手段，以培養(yǎng)創(chuàng)新能力為目標(biāo)的現(xiàn)代化實(shí)驗(yàn)教學(xué)空間。

1.2 信息化實(shí)驗(yàn)場(chǎng)的結(jié)構(gòu)模型

信息化實(shí)驗(yàn)場(chǎng)是一個(gè)嵌套式的立體空間，由內(nèi)向外分別包括物理空間、虛擬空間和網(wǎng)絡(luò)空間。

（1）物理空間。包括實(shí)驗(yàn)室物理場(chǎng)所及內(nèi)部的各種設(shè)備、儀器、計(jì)算機(jī)及其他現(xiàn)代化教學(xué)設(shè)備在內(nèi)的所有物理形態(tài)的教學(xué)設(shè)備，是實(shí)驗(yàn)室空間最里層的硬件環(huán)境支撐，是現(xiàn)代實(shí)驗(yàn)教學(xué)的載體，是虛擬實(shí)驗(yàn)、網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)。在仿真技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)室中，我們配備了6臺(tái)人在回路的裝備仿真模擬器和40余臺(tái)簡(jiǎn)易操縱臺(tái)式模擬器。

（2）虛擬空間。是以虛擬現(xiàn)實(shí)、人工智能、仿真技術(shù)為支撐的虛擬實(shí)驗(yàn)空間，通過與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合，使信息化的數(shù)字資源得到更為有效的利用，創(chuàng)造出一個(gè)智能化的教學(xué)系統(tǒng)和教學(xué)環(huán)境。該空間是依靠具體的教學(xué)媒體創(chuàng)新來實(shí)現(xiàn)的，具有模擬性、互動(dòng)性等特點(diǎn)。在這個(gè)環(huán)境中，學(xué)習(xí)者可以在一個(gè)模擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境和實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中，身臨其境地模擬練習(xí)或?qū)W習(xí)知識(shí)技能，模擬真實(shí)的實(shí)驗(yàn)過程，達(dá)到學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)方法、培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)技能、深化理解知識(shí)的目的。由于人在回路的裝備仿真模擬器造價(jià)昂貴，難以大量配發(fā)，況且每個(gè)模擬器只能對(duì)一種型號(hào)的裝備進(jìn)行仿真。在仿真技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)室中，我們一方面在對(duì)模型進(jìn)行適當(dāng)簡(jiǎn)化的基礎(chǔ)上，利用模型組件技術(shù)開發(fā)了國內(nèi)外多種型號(hào)的裝備仿真模型庫，另一方面也開發(fā)了不同作戰(zhàn)地域的戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境模型。在這個(gè)虛擬空間內(nèi)，學(xué)生可以根據(jù)想定，通過不同裝備模型和不同戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境模型，設(shè)計(jì)不同的實(shí)驗(yàn)組合，完成相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)?zāi)康模蟠筇岣吡藢W(xué)生的實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新能力。

（3）網(wǎng)絡(luò)空間。以計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)為支撐，由局域網(wǎng)、專用網(wǎng)和廣域網(wǎng)互聯(lián)組成的有形實(shí)驗(yàn)空間和無限信息資源，是一個(gè)網(wǎng)絡(luò)化的實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)。這里的有形實(shí)驗(yàn)空間是組成網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，而無限信息資源是指網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室和網(wǎng)上的各類信息。它將實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程、實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理、實(shí)驗(yàn)教學(xué)服務(wù)、科學(xué)實(shí)驗(yàn)等系統(tǒng)連接起來，實(shí)現(xiàn)這些系統(tǒng)之間的資源共享、信息交換和信息服務(wù)［10］。學(xué)習(xí)者可以在網(wǎng)絡(luò)任一終端上自主地學(xué)習(xí)知識(shí)、練習(xí)技能，從而形成同一地區(qū)乃至全國實(shí)驗(yàn)室教學(xué)、科研資源的共享和交互，為實(shí)驗(yàn)室的教學(xué)和科研提供網(wǎng)絡(luò)協(xié)同實(shí)驗(yàn)平臺(tái)或聯(lián)合實(shí)驗(yàn)研究中心［11］。我們的仿真技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)室為了彌補(bǔ)模擬器數(shù)量上的不足，通過千兆光纖與學(xué)校其他裝備仿真實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了互聯(lián)互通。在聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ较拢覀兊姆株?duì)?wèi)?zhàn)術(shù)仿真最高可做至營(yíng)級(jí)規(guī)模，約60余臺(tái)人在回路模擬器參與作戰(zhàn)仿真實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)節(jié)點(diǎn)數(shù)的增加，使得諸如裝備作戰(zhàn)與保障仿真實(shí)驗(yàn)、戰(zhàn)損仿真實(shí)驗(yàn)、射擊仿真實(shí)驗(yàn)等實(shí)驗(yàn)可行性大為提高，學(xué)生可以更加自主地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果的可信性也大為增加，同時(shí)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果獲得的數(shù)據(jù)也為學(xué)生參與的科研項(xiàng)目提供了有力的數(shù)據(jù)支撐。

2 互動(dòng)式教學(xué)活動(dòng)的設(shè)計(jì)

信息化實(shí)驗(yàn)場(chǎng)是以學(xué)生為主體的學(xué)習(xí)環(huán)境，具有生成性和形成性的特點(diǎn)。要構(gòu)建好的學(xué)習(xí)環(huán)境框架，還需植入以學(xué)為主的教學(xué)活動(dòng)程序設(shè)計(jì)，以支持開放互動(dòng)的教與學(xué)活動(dòng)。

2.1 互動(dòng)在學(xué)習(xí)活動(dòng)中的內(nèi)涵

教育建構(gòu)主義理論認(rèn)為，任何知識(shí)和技能的建構(gòu)都包括著某種類型的互動(dòng)，學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)和發(fā)展的動(dòng)力來源于學(xué)習(xí)者與環(huán)境的互動(dòng)作用，學(xué)習(xí)者認(rèn)知機(jī)能的發(fā)展、情感態(tài)度的變化都應(yīng)歸于這種互動(dòng)作用［12－13］。因此，在信息化實(shí)驗(yàn)場(chǎng)的開放式學(xué)習(xí)環(huán)境下，互動(dòng)作用必須作為學(xué)習(xí)活動(dòng)設(shè)計(jì)的核心內(nèi)容。這種互動(dòng)主要體現(xiàn)在：

（1）人與人之間的互動(dòng)。這種互動(dòng)包含2方面的含義：一方面是教師與學(xué)生之間的互動(dòng)，包括激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)的興趣，幫助學(xué)生形成學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)的動(dòng)機(jī)，以及提供知識(shí)和導(dǎo)航，幫助學(xué)生建構(gòu)當(dāng)前所學(xué)技能、知識(shí)的意義；另一方面是學(xué)生與學(xué)生之間的互動(dòng)，包括協(xié)作學(xué)習(xí)和討論交流，通過會(huì)話、演示、協(xié)商完成實(shí)驗(yàn)任務(wù)的群體互動(dòng)，以及選拔優(yōu)秀專業(yè)學(xué)生帶實(shí)驗(yàn)課等形式。在我們的仿真技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課上沒有標(biāo)準(zhǔn)答案，教師的重點(diǎn)是啟發(fā)學(xué)生如何根據(jù)所研究的問題進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)以及對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，因此，教師與學(xué)生之間、學(xué)生與學(xué)生之間的互動(dòng)也是我們實(shí)驗(yàn)教學(xué)中最為重要的一環(huán)。通過教師與其他學(xué)生對(duì)某一學(xué)生實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析評(píng)價(jià)，不僅可以幫助學(xué)生進(jìn)一步思考實(shí)驗(yàn)本身是否有可改進(jìn)之處，更為重要的是讓學(xué)生由被動(dòng)學(xué)習(xí)變?yōu)榱酥鲃?dòng)學(xué)習(xí)，大大提高了學(xué)生的實(shí)驗(yàn)興趣和創(chuàng)新能力。

（2）人與環(huán)境之間的互動(dòng)。在這種互動(dòng)中同樣包含2個(gè)方面的含義：一方面是人與機(jī)器之間的互動(dòng)，包括人機(jī)對(duì)話、虛擬現(xiàn)實(shí)、仿真練習(xí)、使用計(jì)算機(jī)處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)等與計(jì)算機(jī)及其他物理設(shè)備打交道的實(shí)驗(yàn)實(shí)踐活動(dòng)；另一方面是人與網(wǎng)絡(luò)之間的互動(dòng)，包括虛擬社區(qū)、BBS、聊天等以網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為硬件設(shè)備的互動(dòng)學(xué)習(xí)活動(dòng)，這是一種超越時(shí)空的互動(dòng)學(xué)習(xí)。為適應(yīng)信息化實(shí)驗(yàn)空間內(nèi)超越時(shí)空、超越情感的互動(dòng)，應(yīng)增加互動(dòng)的類型和維度。由于具備如前所述的物理空間、虛擬空間和網(wǎng)絡(luò)空間模型，在我們的仿真技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)室中，人與環(huán)境之間的互動(dòng)變得相對(duì)容易，參與實(shí)驗(yàn)的學(xué)生在每次實(shí)驗(yàn)中均可以身臨其境地參與到實(shí)驗(yàn)過程中。

2.2 學(xué)生“任教”

為了進(jìn)一步激發(fā)信息實(shí)驗(yàn)場(chǎng)環(huán)境下的學(xué)習(xí)互動(dòng)，自2006年開始，我們結(jié)合“仿真技術(shù)課程設(shè)計(jì)”的教學(xué)，選拔優(yōu)秀學(xué)生進(jìn)行“任教”嘗試，并在學(xué)習(xí)活動(dòng)中設(shè)計(jì)了人與人、人與學(xué)習(xí)環(huán)境的多層次互動(dòng)環(huán)節(jié)。其中在師生互動(dòng)層面上，教師與學(xué)生的互動(dòng)明顯減少，主要體現(xiàn)在對(duì)建模理論和仿真理論的描述和對(duì)學(xué)習(xí)媒體、學(xué)習(xí)資料使用的提示上。師生互動(dòng)約占整個(gè)仿真技術(shù)課程設(shè)計(jì)的20%，而任課學(xué)生與聽課學(xué)生之間的互動(dòng)則提高到了60%以上，也就是說，課程實(shí)踐部分基本上是由“任教”學(xué)生與聽課學(xué)生共同完成的。還有20%的互動(dòng)發(fā)生在教師與“任教”學(xué)生之間，主要是協(xié)商解決實(shí)驗(yàn)進(jìn)程中的難點(diǎn)問題。由于增加了多層次的互動(dòng)，極大地激發(fā)了學(xué)生在課程中對(duì)小發(fā)明、小革新的興趣，而由此迸發(fā)的思想火花，也更有效地激勵(lì)了學(xué)生實(shí)驗(yàn)技能的提高。

雖然學(xué)生“任教”模式還有待進(jìn)一步分析和研究，但教學(xué)實(shí)踐已經(jīng)說明，實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中多方互動(dòng)地交流，可以有效地促進(jìn)學(xué)生知識(shí)、技能、情感的發(fā)展，可以使學(xué)生在自我與相互評(píng)價(jià)的氛圍里，將興趣升華為強(qiáng)烈的求知欲，促進(jìn)自主學(xué)習(xí)和創(chuàng)新意識(shí)的良性發(fā)展，提高學(xué)生動(dòng)手實(shí)驗(yàn)、工程實(shí)踐和科學(xué)研究的能力，從而將創(chuàng)新思維和創(chuàng)新意識(shí)內(nèi)化為深刻的創(chuàng)新能力。

3 啟示與思考

在開放互動(dòng)式創(chuàng)新能力培養(yǎng)模式中，開放是實(shí)驗(yàn)教學(xué)的空間環(huán)境，互動(dòng)是實(shí)驗(yàn)教學(xué)的活動(dòng)方式，創(chuàng)新能力的培養(yǎng)是實(shí)驗(yàn)教學(xué)的最終目的。我們所追求的是在開放空間中的互動(dòng)和在互動(dòng)提升中的創(chuàng)新，并努力使之成為一種動(dòng)態(tài)傳播的自然過程。通過實(shí)踐，我們獲得了一些啟示與思考。

第一，應(yīng)用現(xiàn)代技術(shù)優(yōu)化的開放式、自主式實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)環(huán)境，是實(shí)驗(yàn)課教學(xué)在信息化浪潮中賴以生存的空間，是在提高學(xué)生專業(yè)技能水平的同時(shí)，促進(jìn)學(xué)生信息技術(shù)素養(yǎng)形成的必要條件，是培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)結(jié)合作、形成穩(wěn)定創(chuàng)新理念的根本。

第二，實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的互動(dòng)，是在教師的組織和引導(dǎo)下與學(xué)生進(jìn)行的全方位、多層次的互動(dòng)。實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的互動(dòng)也是師生雙方不斷調(diào)整關(guān)系、角色磨合、文化撞擊、自主創(chuàng)新的過程，真正的實(shí)驗(yàn)技能學(xué)習(xí)活動(dòng)是在互動(dòng)中產(chǎn)生的，是在實(shí)驗(yàn)的矛盾、沖突、混亂以至失敗中產(chǎn)生的。

第三，創(chuàng)新能力是高素質(zhì)創(chuàng)新型人才必須具備的重要能力和素質(zhì)。這種能力和素質(zhì)的培養(yǎng)需要特定的、有較高要求的教學(xué)環(huán)境支持。信息化實(shí)驗(yàn)場(chǎng)為創(chuàng)新素質(zhì)的培養(yǎng)營(yíng)造了較為理想的學(xué)習(xí)環(huán)境和條件，精心的教學(xué)設(shè)計(jì)為學(xué)生的學(xué)習(xí)活動(dòng)提供了更多的互動(dòng)機(jī)會(huì)。

4 結(jié)束語

科學(xué)技術(shù)的發(fā)展正日益改變實(shí)驗(yàn)室原有的面貌，虛擬化和網(wǎng)絡(luò)化實(shí)驗(yàn)室則成為實(shí)驗(yàn)教學(xué)中不可缺少的重要組成部分，現(xiàn)實(shí)—虛擬—網(wǎng)絡(luò)之間的有序重組和無限延伸，為學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)提供了信息化實(shí)驗(yàn)空間，這將有力地促進(jìn)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的可持續(xù)發(fā)展。

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