建構主義理論的研究型實驗教學模式探究

田素燕，鄭秀文，馬 軍*

(1.臨沂大學 材料科學與工程學院，山東 臨沂 276005；2.臨沂大學 教務處，山東 臨沂 276005)

材料科學與工程是實踐性比較強的工科專業，實驗教學對于提升材料科學與工程專業人才培養質量具有決定性的作用。實驗教學模式和實驗教學內容的合理構建和設計有助于培養學生的實踐能力、運用所學知識綜合創新能力以及分析和解決實際問題的能力，對于全面創新型高素質應用型人才的培養具有關鍵的意義[1-3]。

傳統的材料科學與工程專業人才培養模式導致多數高校的實驗教學在整個人才培養體系中處于從屬地位[4]，主要體現在：(1)實驗的類型多以基礎性和驗證性實驗為主，缺少綜合性和設計性的實驗。(2)實驗教學方法陳舊，實驗內容單一，實驗過程存在“照方抓藥”的現象。(3)實驗評價體系滯后，學生實驗報告抄襲嚴重，實驗成績未能如實反映學生的創新思維和實驗能力。傳統的實驗教學模式下，學生在實驗過程中僅進行簡單的機械操作而無需進行額外思考，甚至實驗開始之前就已經知道實驗結果，不利于培養學生動手能力、分析能力以及創新能力。

為貫徹新時代全國高等本科教育工作會議關于增加大學生的學業挑戰度，打造金課、淘汰水課的要求，本文以建構主義理論為指導，構建一種新型的實驗教學體系“融入式、協同性、研究型”實驗教學新體系，有助于推進材料科學與工程專業實驗教學改革，提高人才培養的質量和水平。

1 建構主義理論的內涵

建構主義是由瑞士著名心理學家皮亞杰(J.Piaget)在研究人類對客觀世界的學習和認知規律的基礎上提出來的一種認知學習理論[5]。隨著時代的變遷和研究的深入，建構主義逐漸演化出建構主義學習理論這一重要的分支，并成為當前國內外主流的教學和學習理論之一，它關注的主要內容是學習者如何特定的情景中構建知識的過程，進而達到構建意義的目的。建構主義學習理論具有以下特點：

1.1 “做中學”與“學中做”

建構主義學習理論認為，學習的過程即為學習者對認知客體的“構造”過程，學習者在特定的情境中憑借已有的知識和經驗，對認知客體進行加工改造，并最終形成自己的見解。該過程中，情境、協作、會話、意義構建相互關聯、相互作用，形成了“由學到做”，再“由做到學”的迭代認知過程，進而達到學習效果、實現構建意義的目標。

1.2 “錯中悟”與“悟中得”

建構主義學習理論認為學習過程以學習者為核心，重點強調學習者的主觀能動性。由于學習者已有知識和經驗的限制，在認知過程中會反復出現認知的偏差，導致對認知客體構建意義的偏離，從而達不到學習的預期效果。教師扮演了學習者構建知識的指導者、推動者和認知過程和知識構建方向性的保障者。通過對認知過程中的偏差、偏析進行分析、引導和迭代，鍛煉學習者自身能力，最終使學習者成為自我教育的主體。

2 建構主義理論的研究型實驗教學模式

2.1 建構主義理論的研究型實驗教學模式的基本概念

研究型實驗教學模式是對建構主義教學理論的繼承和發展。建構主義的研究型實驗教學模式是讓學生在教師創設的情境中以學習產出為目的，以問題探究為導向，以多學科知識的融合利用為手段，積極主動探索問題、解決問題，從而實現學習過程的意義構建。

研究型實驗教學模式具有明確的目標性和運用知識的綜合性，不僅要求學生運用已有的理論知識和實驗技能，而且要求學生在學習過程中不斷學習新的知識和技能并應用到問題的解決過程中。因此研究型實驗教學模式有助于培養學生自我認知能力、分析問題和解決問題的能力。

2.2 建構主義理論的研究型實驗教學模式的特征

研究型實驗教學模式重點強調以學生為中心、以學習產出為目標的學習情境的創設、以問題為導向的主動探索和意義構建[6]。研究型實驗教學模式的理論研究有如下特點：

2.2.1 實驗教學目標的明確性

研究型實驗教學模式以培養學生的創新思維、分析問題和解決問題的能力為根本目標，改變了傳統實驗教學過程中以獲取實驗結果為目標，以實驗報告為考核依據的現狀。

2.2.2 實驗教學內容的探究性

研究型實驗教學模式要求教師以教學產出和問題導向為出發點創設實驗教學情境，學生在實驗教學情境下，依據自身經驗和已有知識并通過查閱資料進行主觀認知和探索研究。研究型實驗教學模式改變了傳統實驗教學模式中學生照本宣科、照方抓藥的現狀，有助于培養學生自我探究的精神和能力。

2.2.3 實驗教學關系的獨立性

研究型實驗教學模式以學生為中心，強調實驗教學過程中學生的主體地位、教師的指導地位。研究型實驗教學模式中學生與教師的教學關系由傳統的相互依賴的關系轉變成相對獨立的教學關系。學生成為學習的主體，教師在實驗教學過程中僅作為教學情境的創設者和輔助者，教師與學生之間關系具有相對的獨立性。

2.2.4 實驗教學形式的協同性

實驗內容的探究性決定了實驗教學形式的協同性。實驗小組成員在各自已有知識和經驗以及查閱資料的基礎上，相互探究、協作，共同建構知識、建構意義的過程。

2.2.5 實驗教學評價的多樣性

以問題導向為依托的研究型實驗教學不再以實驗報告作為單一評價模式，而重點考察實驗小組成員對實驗情境的理解程度、探究過程、方案設計、操作技能及結果分析等環節。

3 建構主義理論的研究型實驗教學模式的構建

3.1 研究型實驗教學模式的基本思路

通過研究型實驗教學理論方法研究，結合應用型專業人才培養要求，從創新精神、專業能力、實踐技能等方面培養和提升學生解決實際復雜問題的能力，具體思路如下：

(1)增加實驗教學內容的挑戰度。對原有的基礎實驗、專業實驗、綜合實驗、研究設計性實驗的內容進行實驗教學情境的構建，增加實驗教學難度的挑戰性。

(2)激發學生學習的自主性。以過程性、多樣化的考核模式激發學生在實驗教學情境下自主探究，主動構建知識。

(3)達成學生能力培養目標。以學生為主體，教師輔助指導的實驗教學模式保障實驗過程中的問題導向和教學產出。

根據研究型實驗教學模式的基本思路，結合我校材料科學與工程專業對學生在創新精神、實踐技能和專業能力等工程能力等方面的培養目標，構建出研究型實驗教學過程中學生在不同學習階段的能力培養目標體系，其矩陣表如表1所示。

表1 研究型實驗教學能力培養矩陣表

3.2 研究型實驗教學模式的構建

3.2.1 研究型實驗教學模式構建特征

研究型實驗教學過程具有協同化自主性的特征，在實驗教學過程中以學生自主構建為核心，以教師全程指導為保障，做到課上與課下相協同，教師與學生相協同，在問題導向和成果產出目標下，完成學生的知識構建和意義構建[7]。研究型實驗教學模式的構建如圖1所示。

圖1 研究型實驗教學流程圖

教師依據培養方案和教學大綱的要求，根據實驗課程的特點設置教學情境。學生對教學情境進行理解，通過實驗小組成員共同協作，結合實驗小組成員已有知識和經驗，自主進行資料查閱、實驗方案制定。指導教師對實驗小組制定的方案進行指導，確保實驗教學的問題導向和實驗教學成果產出。

學生依據自己制定的實驗方案，利用課上時間進行具體實驗操作，實驗結束后，自主進行數據的分析和處理。實驗結束后，教師組織學生進行實驗結果的交流和探討，總結經驗提升實驗能力。

與傳統實驗教學模式相比，研究型實驗教學模式增加了對學生的學業挑戰度，通過多元化的考核方式，激發學生課下自主學習的主動性，有助于實現學生對教學目標的自主構建。

3.2.2 研究型實驗教學模式構建過程

以材料科學與工程專業《高分子化學實驗》為例，對研究型實驗教學模式的構建過程進行了詳細探討。

3.2.2.1 教學情境

《高分子化學實驗》課程，教師為學生提供單體、引發劑和溶劑的精制，尿醛樹脂的制備，界面聚合法制備尼龍-610，苯乙烯的懸浮聚合，醋酸乙烯酯的溶液聚合，乙酸乙烯酯的乳液聚合，離子交換樹脂的制備，聚乙烯醇縮甲醛的制備與分析，丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物的制備，苯乙烯與馬來酸酐的交替共聚合等10個實驗項目，并為每個實驗項目確定明確的實驗目的和要求，學生以實驗小組為單位選擇其中8個實驗項目。

3.2.2.2 查閱資料

以實驗項目“乙酸乙烯酯的乳液聚合”為例，學生依據教師設置的教學情境，對該實驗項目進行充分理解，并以小組為單位進行討論，結合小組成員各自已有的知識和經驗，進行人員分工和協作，分別查閱相關資料并及時進行交流和匯總。

3.2.2.3 制定方案

實驗小組在查閱資料的基礎上，準備實驗項目所需的原料、設備，并對原料的處理、實驗條件的選擇、實驗過程的控制進行設計，制定詳細、可行的實驗方案。實驗教師對實驗小組制定的方案進行評閱和指導，提出相應修改意見并返回實驗小組進行修改，修改無誤后方可進行實驗操作。實驗方案的制定過程充分體現了實驗小組成員之間的協作以及指導教師和學生之間的協作，有助于培養學生的專業能力和團隊協作能力。

3.2.2.4 實驗過程

建構主義理論強調“做中學”，學生利用實驗課時間對自己構建的實驗方案進行驗證。在實驗過程中，學生可進一步對實驗所需理論知識進行構建，在培養和強化自己的實驗操作技能的同時，對實驗過程中出現的問題進行進一步的探討、分析以及重新構建，真正做到“做學相長”。

3.2.2.5 數據分析及結果交流

實驗結束后，實驗小組對實驗數據進行整理分析和深入探究，進一步增強對實驗原理的理解，同時依據分析結果可進一步完善已構建的實驗方案。實驗結束后，各實驗小組要對實驗項目的構建、實驗過程、實驗數據處理結果進行交流、探討，并對實驗過程進行反思。

3.3 研究型實驗教學模式的評價

建構主義理論下的研究型實驗教學評價與傳統的實驗報告評價模式相比，更注重過程性、綜合性評價[8]。

3.3.1 過程性評價

實驗結束后，根據學生在實驗過程中具體表現，并結合文獻查閱、實驗方案建構、實驗報告撰寫、實驗項目方案凝練進行過程性、綜合性評價，實現評價的重心由理論知識到綜合技能的轉變。過程性評價方式，既有利于學生對所學知識和技能的鞏固，同時也有利于教師發現實驗教學中存在的不足，以便于改正和提高。

3.3.2 非標準化評價

研究型實驗教學模式下，實驗小組根據已有的知識、經驗，并借助文獻查閱、實驗教師指導等，實現對實驗項目的不同構建。例如實驗項目“乙酸乙烯酯的乳液聚合”，各實驗小組建構的實驗方案以及最終的實驗結果各不相同，實驗項目考核評價來源具有不確定性和非標準化的特征。非標準化化的特征有助于培養學生利用所學知識理論分析、解決問題的能力。

3.3.3 師生互評

研究型實驗教學模式是以學生為中心的注重學生實踐能力及創新能力培養的一種教學模式，該模式的評價方式是包含過程性評價和結果評價的師生互評機制，主要包括學生評價和教師評價兩部分。學生自我評價有助于提升學生的實驗技能和團隊協作能力，教師評價有助于教師掌握實驗環節的進度以及檢驗學生理論知識的掌握和實驗技能的培養。

4 結論

建構主義理論的研究型實驗教學模式是一種新型的實驗教學模式，它貫穿于學生學習的全過程。讓學生依據已有的知識、經驗并借助文獻查閱、小組討論等方式對實現項目進行自我建構，同時教師可對實驗項目建構內容進行指導和進一步凝練，制定出有針對性的實驗項目方案，以適應不同層次學生對實驗理論知識的掌握和對實驗技能的培養。通過該實驗模式在材料科學工程學院的具體實施情況來看，研究型實驗教學模式以問題為導向，以對實驗項目的自我建構為抓手，培養學生自主學習、能力自我提升過程，實現了實驗教學由以教師為中心到以學生為中心的轉變。建構主義理論的研究型實驗教學模式，以教育規律為根本，同時體現了創新創業型大學課程改革的迫切要求。該模式的實驗教學，學生可利用已有的知識并通過學習探索去分析問題、解決問題，進而提升學生解決實際問題的能力；同時又有助于培養學生團結協作能力。