建構(gòu)主義模式下紫外光譜法實驗教學探索

連琰，林紅衛(wèi)，李敏，王瑞

（懷化學院化學與材料工程學院，湖南懷化418008）

建構(gòu)主義模式下紫外光譜法實驗教學探索

連琰，林紅衛(wèi)，李敏，王瑞

（懷化學院化學與材料工程學院，湖南懷化418008）

大學儀器分析實驗的傳統(tǒng)教學方法存在難以實際掌握與應(yīng)用的弊端.從認知學習理論出發(fā)，應(yīng)用建構(gòu)主義理論的知識觀和學習觀，開展實驗教學與實驗設(shè)計相結(jié)合，搭建新的實驗教學模式.通過以紫外光譜法的教學實踐表明，新的教學模式激發(fā)了學生對科學儀器的學習興趣與創(chuàng)造力，強化了對光譜分析儀器的掌握與應(yīng)用，提高了教學效果.

建構(gòu)主義；儀器分析；紫外光譜；實驗教學

儀器分析廣泛應(yīng)用于科學分析和生產(chǎn)研究領(lǐng)域中，一個國家分析儀器的水平也代表著該國科學技術(shù)的發(fā)展水平，因此儀器分析課程在普通高校里被化學、材料科學、醫(yī)藥與食品衛(wèi)生學、制藥工程及環(huán)境科學等眾多學科與專業(yè)教學計劃中列為專業(yè)必修的基礎(chǔ)課程之一.儀器分析課程教學的重要組成部分是儀器分析實驗，儀器分析實驗的核心設(shè)備是科學儀器.儀器分析教學的主要目標是使大學本科生理解各大型儀器的工作原理，熟練地操作儀器，創(chuàng)造性的應(yīng)用分析儀器進行科學分析.因此儀器實驗教學分析課程的重要核心組成部分不僅可以起到加深儀器原理的理解、鞏固理論課堂的教學效果，還可以培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維與創(chuàng)新能力，因此儀器分析實驗改革成為儀器分析課程改革的焦點并備受眾多從事儀器分析教學的高校教師及儀器分析科研人員的關(guān)注.由于傳統(tǒng)的儀器分析實驗教學存在著一些弊端，如實驗項目過于簡單并與現(xiàn)代社會發(fā)展與需要嚴重脫節(jié)，以至于許多畢業(yè)后的大學生走上工作崗位后仍不能熟練使用科學儀器；加之一般本科院校的儀器的臺/套數(shù)非常有限，教師演示得多，學生看得多，動手練習太少，這種演多練少不能客觀上促進學生掌握與應(yīng)用；此外，傳統(tǒng)授課模式，難以提高學生興趣.上世紀末，國務(wù)院明確提出：深化教育改革，全面推進素質(zhì)教育.最近又提出“創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)”號召，因此，筆者從認知學習理論出發(fā)以建構(gòu)主義理論[1-2]為基礎(chǔ)，結(jié)合我校培養(yǎng)“應(yīng)用型工程師與創(chuàng)新型工程師”的雙師型復(fù)合人才辦學目標，探索新的儀器分析實驗教學模式，提高儀器分析實驗教學效果、培養(yǎng)學生成為雙師型復(fù)合人才的有效途徑.

1 建構(gòu)主義理論

在19世紀60年代，瑞士心理學家讓·皮亞杰（J. Piaget）提出建構(gòu)主義（constructivism）理論，也有人譯作“結(jié)構(gòu)主義”，它是認知心理學術(shù)派別中的一個重要分支.按照建構(gòu)主義理論，學生獲得知識并不是通過教師的教學傳授而得到，而是由其與所處的環(huán)境相互作與影響下，特別是環(huán)境對大學生的影響，促使學生通過“同化”與“順應(yīng)”獲得知識，并建構(gòu)自己的認知結(jié)構(gòu)[3-4].

由于建構(gòu)主義學者認為學習的主體是在一定的經(jīng)濟文化與社會文化背景下的人，學習主體通過其周圍環(huán)境，借助有利的工具與手段，在各種環(huán)境及社會關(guān)系中不斷吸收各種信息，通過主觀分析、推理建構(gòu)他自己的知識.建構(gòu)主義強調(diào)了教學的對象，也是學習的主體的主觀能動性[5-6].學習者對學習的內(nèi)容是一個認知發(fā)展的過程，這個過程既是智力培育過程又是一個經(jīng)驗積累過程，更是個人知識結(jié)構(gòu)的建設(shè)過程.因此，建構(gòu)主義者把主動性的學習當成是學習的第一要素.從而使建構(gòu)主義具有巨大的生命力，特別是對時下國家提倡素質(zhì)教育改革具有重要的啟示作用.經(jīng)歷一百多年的發(fā)展，現(xiàn)代建構(gòu)主義形成了一個完整的體系，這個體系主要包括建構(gòu)主義知識觀、建構(gòu)主義學習觀和建構(gòu)主義教學觀.筆者以現(xiàn)代建構(gòu)主義理念為基礎(chǔ)，把建構(gòu)主義知識觀、學習觀及教學觀引入到儀器分析理論與實驗教學中來，引導(dǎo)大學本科生主動學習.通過考試與談話等方式，反饋信息表明，該方法大大提高了學生的學習興趣.

2 建構(gòu)主義教學方法與傳統(tǒng)教學方法的區(qū)別

在傳統(tǒng)的教學方法與教學活動中，教師處于中心地位.教師在教學過程中是絕對的主導(dǎo)，也是教學過程的設(shè)計者與實施者，一切主動權(quán)盡掌握在教師手中；學生是被動的教學對象，是在教師的操控下進學習.建構(gòu)主義教學方法與傳統(tǒng)教學方法有根本性的差別.建構(gòu)主義教學方法倡導(dǎo)在教學活動中重在學而不是重在教.學生是教學活動的主體，教師為了滿足學生的學習需要開展教學工作，所有的教學設(shè)計與教學內(nèi)容皆因為學生需要學習知識服務(wù).因此強調(diào)學生的主體作用，也強調(diào)學生的主觀上求知欲與能動性.在這種理念下，教師必須為了改善學生的學習效率而提供指導(dǎo)與幫助，或建構(gòu)情境及相關(guān)學習環(huán)境要素.因此，在建構(gòu)主義教學模式下，教師不再只是知識的傳播者，而是組織者、指導(dǎo)者或者說是學生學習上的幫助者與學生知識體系構(gòu)建的促進者.

3 建構(gòu)主義理論對紫外光譜實驗指導(dǎo)作用

3.1 建構(gòu)主義知識觀指導(dǎo)實驗項目的設(shè)計

每一個儀器分析實驗開展前，教師都會對學生進行理論講解，因此大部分學生在理論上是明白紫外吸收光譜產(chǎn)生的條件：即有紫外輻射，物質(zhì)能吸收紫外.但是對于紫外光譜的理解卻是有點圄圇吞棗的味道，會有點過于抽象，理解的深度與廣度都非常有限，因此在實驗過程中，應(yīng)用傳統(tǒng)的教學方法，學生學得快，但是他們忘得更快.為了克服傳統(tǒng)的實驗教學方法的不足，需要引入一種全新的教學方法.

建構(gòu)主義理論認為教學的目的不是解釋現(xiàn)實的世界，更不應(yīng)“絕對的參照教材”.教學應(yīng)該依據(jù)科學發(fā)展的現(xiàn)狀與方向設(shè)計實驗，并不斷的更新實驗項目與內(nèi)容.而且實驗項目與內(nèi)容更應(yīng)該貼近生產(chǎn)實際與人們的生活，特別是一些人們廣為關(guān)注的社會事件，都可以設(shè)計到儀器分析實驗中來.因為這些社會中最近發(fā)生的事件必為學生興趣的焦點，如前幾年發(fā)生舉世皆知的三聚氰胺就可以引入到儀器分析實驗設(shè)計中來.教師只要提出“應(yīng)用紫外光譜法檢測三聚氰胺”，其它工作由學生自己去探索與設(shè)計.教師只是在必要的時候進行一些審查，或提供較少的參考意見.學生通過廣泛地查閱與研究理論知識，讓他們充分地利用各種有效資源如圖書館、網(wǎng)絡(luò)等等.深入學習相關(guān)文獻、教材、PPT及視頻資料后，學生對紫外光法的理解必定十分深刻，也必定能設(shè)計出操作性強的實驗方案與步驟.

由于實驗項目是現(xiàn)實中最近發(fā)生的實際問題或社會熱點與需要，學生又通過自己的努力利用他們已學或新學知識解決現(xiàn)實問題，并使得他們在解決實際問題時獲得了新的知識，這一定會大大地促進他們的學習與對知識的掌握.因此，應(yīng)用建構(gòu)主義教學方法，改進儀器分析實驗項目設(shè)計能發(fā)掘?qū)W習的潛能，也能培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力，是既符合素質(zhì)教育的要求也符合國家創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的最佳教學方法.

3.2 建構(gòu)主義學習觀指導(dǎo)學生自主學習實驗操作

紫外光譜實驗操作并不復(fù)雜，但是如果由教師講授與演示，根據(jù)本人多年的教學經(jīng)驗，總是會有些人沒有認真聽.加之學生做實驗時，教師都守在其身邊，使學生產(chǎn)生了依賴，認為教師總會隨時進行指導(dǎo).雖然實驗可以快速完成，但是其效果怎么樣，給我們的答案總是不盡人意.采用建構(gòu)主義學習觀的方式來指導(dǎo)紫外光譜實驗，教師說得少，做得更少.學生要完成實驗，就必須努力的學習與研究.他的知識體系必須是通過他自主地學習才能建構(gòu)好.因此，他們學習的主動性就會極大地提高，就能主動地進入分析問題的情境中去，積極地參與實驗研究.從而實現(xiàn)對實驗操作更好的理解與把握，也極大地提高了他們的動手能力.

3.3 建構(gòu)主義教學觀指導(dǎo)學生交流學習，擴展儀器分析新的應(yīng)用

隨著以多媒體計算機、網(wǎng)絡(luò)電子信息技術(shù)的不斷飛速發(fā)展，開放性教學成了時代的潮流.各類資源的共享成了社會發(fā)展的內(nèi)在需要.現(xiàn)代教育事業(yè)也同樣受到了新電子信息技術(shù)的沖擊與促進.它不但推動了教師授課模式的變革，同時也促進了學生自主學習與交流方式的變革，更帶來了交流學習的便利.特別是信息技術(shù)與工具能夠使學生把課后的距離拉近，從而營造了一個非常生動的虛擬課堂環(huán)境如QQ群、微信討論群組等.在這種環(huán)境中他們可以自由的探討問題、分享學習心得及共同觀看網(wǎng)絡(luò)教學視頻.通過這些學習與交流，他們能自主地思維，并主動地構(gòu)建新知識.但是由于網(wǎng)絡(luò)具有開放性現(xiàn)代社會是一個信息爆炸的社會，各種信息沖擊著現(xiàn)代生活，獲取信息的網(wǎng)絡(luò)終端也多種多樣，使得人們有了更多的選擇，既能享受到信息化帶給我們的便利與快樂.與此同時，我們也面臨著信息的泛濫.由于互聯(lián)網(wǎng)具有無時限、無國界、實時等近乎完美的開放性，每天產(chǎn)生的信息也是海量的，因此對于大學生在利用電子信息交流學習時容易受無效信息、無用信息甚至垃圾信息的干擾.對于缺乏辨別能力的部分同學無法形成正確的知識.因此有必要應(yīng)用建構(gòu)主義教學觀，引導(dǎo)學生進行高效率的交流學習.讓他們盡可能地不在垃圾信息上浪費青春.對于紫外光譜實驗的教學，教師可以應(yīng)用建構(gòu)主義理論，向?qū)W生提出一條利于他們建構(gòu)紫外光譜理論知識的脈絡(luò)線就可以達到目標.這脈絡(luò)線可以如下：電磁輻射→紫外線→紫外與物質(zhì)的作用→該作用的應(yīng)用→實驗驗證與能力拓展…….最后并適當給他們限定時間.有了這樣的脈絡(luò)線，他們就會有針對性的收集資料與信息，通過學習整理與交流討論，最后建構(gòu)他們的知識.通過多年的教學經(jīng)驗與體驗，采用這樣的教學方法總能收到驚喜，特別是個別同學的創(chuàng)新思維與創(chuàng)新能力能意外地打開我們的腦洞.例如13級有位同學利用普通的紫外光譜儀器設(shè)計出測量化學反應(yīng)平衡時間，具體操作：向盛有反應(yīng)物的吸收池中加入另一反應(yīng)物，同時記錄不同時刻下的吸光度值，吸光度不再變化時即為反應(yīng)平衡時刻.從而得到化學反應(yīng)在不同濃度下的平衡時間.這一方法是對普通儀器的應(yīng)用創(chuàng)新，對本也深有啟發(fā).

表1 紫外光譜法的傳統(tǒng)教學模式教學滿意度調(diào)查（1班）單位：%

表2 紫外光譜法的新教學模式教學滿意度調(diào)查（2班）單位：%

4 建構(gòu)主義模式教學及效果分析

由于本人執(zhí)教化學、材料工程以及制藥工程專業(yè)的儀器分析理論與儀器分析實驗課程，因此開展建構(gòu)主義教學研究既具有充分的對象保證又具有十分便利的條件.在本研究中，選用2013、2014級材料專業(yè)與制藥工程專業(yè)作為研究對象.其中材料專業(yè)1班與制藥工程專業(yè)1班采用傳統(tǒng)教學方法；材料專業(yè)2班與制藥工程專業(yè)2班采用建構(gòu)主義教學方法.即先向1班同學講述紫外光譜的儀器原理、分析對象和操作步驟，并向他們演示操作過程，接著由他們各自操作一次，并最后完成實驗報告.而對于兩個專業(yè)的2班，只向他們提出可以應(yīng)用的分析工具（即紫外光譜儀）與分析對象，甚至連紫外光譜知識內(nèi)涵與外延都不進行任何講授，教師只在旁觀察或在必要的答疑.兩個專業(yè)的兩個班分別采用了不同的教學方法，兩班均以相同的要求進行考查與評價，即實驗報告及期末考查為考查方法，考查成績作為評價方法.

首先從實驗進度與效率上進行對比，顯然，第1班的同學實驗完成得比較快，3 h內(nèi)都能按部就班地完成實驗，也能夠完成實驗報告，但是一學期結(jié)束后，再對他們進行考查，考查結(jié)果十分不理想；而對于第2班的同學，他們上手非常慢，同學們會很快進行自覺的分組，聚在一起分析討論實驗，并利用網(wǎng)絡(luò)，觀看網(wǎng)絡(luò)中的一些視頻或文字信息，對實驗中的每個問題與理論基礎(chǔ)都能深入的學習與體會.第2班的實驗前后拖延了一周，最后他們也完成了實驗，從實驗報告撰寫情況看，第2班的表現(xiàn)非常理想，特別是在實驗結(jié)果的分析與討論中，能看到不少亮點.此外，通過教學與成績對比，發(fā)現(xiàn)同樣是一學期結(jié)束后的考查，考查結(jié)果應(yīng)用建構(gòu)主義模式進行教學的第2班要遠好于采用傳統(tǒng)教學模式的第1班同學.

此后在學期期末也分別向2013、2014級材料專業(yè)與制藥工程專業(yè)的學生進行問卷調(diào)查.2013級兩個專業(yè)的1班共發(fā)放問卷92份，回收89份；2013級兩個專業(yè)的2班共發(fā)放問卷108份，回收103份；2014級兩個專業(yè)的1班共發(fā)放問卷89份，回收88份；2014級兩個專業(yè)的2班共發(fā)放問卷88份，回收88份；總回收率為97.6%，統(tǒng)計結(jié)果如表1、2.

從表1、2可以看出，就建構(gòu)主義教學與傳統(tǒng)教學對比，學生對建構(gòu)主義教學的整體滿意度比較高.特別值得指出兩點是：1）學生對采用建構(gòu)主義教學模式下對儀器掌握的滿意度要比傳統(tǒng)模式下的滿意度高出三十多個百分點，也就是說大部分同學對儀器的掌握是有把握的.2）兩種教學模式下的儀器掌握的不滿意度正好形成反差，傳統(tǒng)教學模式的儀器掌握情況總的不滿意度比建構(gòu)主義教學模式下的不滿意度高出近三十多個百分點.反映在傳統(tǒng)教學模式下，由于教師隨教隨學，學生分組實驗，活躍的同學積極地操作，沒有前期積極地投入，部分學生雖然也進行了實驗操作，但思考的深度不足以讓他們發(fā)現(xiàn)并理解實驗的重點與難點.因此，在短短的幾個教學學時里很難達到熟練操作，故傳統(tǒng)教學模式下，沒有掌握儀器的學生對此為不滿意.然而，在建構(gòu)主義教學模式下，學生有充足的時間進行學習與準備，也就能更深入地思考問題，積極的課前準備必定帶來積極的教學效果.最令人鼓舞的是在建構(gòu)主義教學模式下，只有極個別的學生沒有掌握好儀器.此外，在建構(gòu)主義教學模式下，對教師的滿意度是降低的，本人認為其原因可能是由于部分學生習慣于傳統(tǒng)的教學模式，即由教師手把手地教，平時主動積極思考得太少，不太適應(yīng)新的教學模式而引起的.通過與學生深入交流勾通也證明了這一結(jié)論.總之，建構(gòu)主義教學模式整體上提高了學生對實驗儀器的掌握，提高了教學效果，培養(yǎng)了學生的自主學習能力，提高了學生的綜合素質(zhì)，也達到了建構(gòu)主義以學生為主體的中心的思想.

5 結(jié)論

把建構(gòu)主義模式應(yīng)用于儀器分析教學中，顯著地提高了學生的儀器操作能力，教學效果得到了明顯提高.特別是通過建構(gòu)主義理論在紫外光譜實驗教學中的實施與問卷調(diào)查，結(jié)果表明：絕大多數(shù)學生都非常認可新的教學模式，并且熟練地掌握了紫外光譜儀器的操作，部分同學還能在實施中創(chuàng)造性的拓展紫外光譜分析儀器應(yīng)用，提高了創(chuàng)新能力.雖然問卷反映了學生對教師工作認可度有一定的降低，但整體情況表明建構(gòu)主義教學模式優(yōu)于傳統(tǒng)的教學模式.不足之處還需要在授課過程不斷積累與總結(jié)經(jīng)驗，提高教師自身的設(shè)計能力，把建構(gòu)主義理念更好地融入教學設(shè)計中去，使新的授課體系更加完善.

[1]阮景婷.淺談建構(gòu)主義下的教學觀[J].時代金融，2016（14）：231.

[2]宋春旗，陳燕燕.淺談建構(gòu)主義的學習觀與教學觀[J].教育觀察旬刊，2014（4）：7-10.

[3]黃平.淺談建構(gòu)主義的學習觀與教學觀[J].亞太教育，2016

（2）：111-112.

[4]唐小蘭，劉英菊.建構(gòu)主義教學理論在無機及分析化學教學中的探索與實踐[J].大學化學，2016（7）：34-38.

[5]程曉春.基于建構(gòu)主義理論的基礎(chǔ)化學實驗教學改革研究[J].當代教育論壇：學科教育研究，2007（3）：107-108.

[6]馬程程.試論促進學生有效學習的教學策略——基于建構(gòu)主義的視角[J].吉林教育，2010（36）：24-24.

Study on Ultraviolet Spectrometry Experimental Teaching According to Constructivism

LIAN Yan，LIN Hong-wei，LI Min，WAN Rui
（School of Chemistry and Materials Engineering，Huaihua University，Huaihua，Hunan 418000）

It was difficult to enable students to master and apply analytic instruments using the traditional teaching methods in the course of university instrument analysis.In this paper，a new experimental teaching model was built based on the cognitive learning theory and the application of constructivism theory of knowledge and learning.Through the experimental teaching practice of ultraviolet spectrometry，it was easy to show that the new teaching model could motivate students’learning interest and their creativity，enhance their operation and application ability，and greatly improve the teaching efficiency.

constructivism；instrumenta1 analysis；ultraviolet spectrometry；experimental teaching

G642.423

A

1671－9743（2017）05－0089－04

2016-12-31

懷化學院教改項目（3611 0085）.

連琰，1974年生，男，湖南南縣人，講師，博士，研究方向：儀器分析與生物傳感.